地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (1): 9-18
引用本文
王建, 朱立新, 马生明, 周伟伟, 陈风河, 苏振华, 贾志超. 冀北地区龙头山铅多金属矿床的发现及地物化综合找矿模型的建立[J]. 地质力学学报, 2019, 25(1): 9-18.
WANG Jian, ZHU Lixin, MA Shengming, ZHOU Weiwei, CHEN Fenghe, SU Zhenhua, JIA Zhichao. THE APPLICATION OF THE INTEGRATED GEOLOGICAL, GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL PROSPECTING METHOD IN THE DISCOVERY OF THE LONGTOUSHAN LEAD POLYMETALLIC DEPOSIT IN NORTHERN HEBEI PROVINCE[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(1): 9-18.
冀北地区龙头山铅多金属矿床的发现及地物化综合找矿模型的建立
王建1,2 , 朱立新3 , 马生明1 , 周伟伟4 , 陈风河5 , 苏振华5 , 贾志超5     
1. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北 廊坊 065000;
2. 中国地质大学, 北京 100083;
3. 中国地质调查局, 北京 100037;
4. 河北地质职工大学地质工勘系, 河北 石家庄 050081;
5. 河北省地矿局第七地质大队, 河北 廊坊 065201
摘要:隐伏矿是当前矿产地质勘查的重点对象。在综合研究冀北地区1:20万区域示矿信息基础上,优选出锥子山花岗岩体一带的龙头山为找矿靶区,研究显示其具有较好的找矿潜力。1:5万水系沉积物地球化学测量圈定出11处综合异常;其中H6异常属于矿致异常。H6异常经1:1万地物化测量显示:Ag、Pb、Zn、Au等元素异常值高,具有外带—中带—内带三级分带;同时具有中低阻高极化的激电异常、蚀变矿(化)带与物化探异常相耦合的特征。通过进行系统地不同尺度地物化测量,缩小了找矿靶区,经工程验证发现了龙头山铅多金属矿床。矿体赋存在北西西向延伸、宽30~60 m的龙头山(F3)断裂构造系统中、产状较陡,赋矿围岩为太古界单塔子群(花岗)片麻岩和晚侏罗世张家口组安山岩,矿石多为细脉—浸染状、致密块状构造,矿床特征与毗邻的小扣花营、牛圈等多金属矿床类似,属于中低温热液脉型铅多金属矿床。最后,根据大比例尺地物化示矿信息特征,厘定了热液脉型铅多金属矿床的找矿标志,建立了地物化综合找矿模型,有利于推进冀北地区的找矿勘查。
关键词地物化综合勘查方法    找矿模型    铅多金属矿    龙头山    冀北地区    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.01.002     文章编号:1006-6616(2019)01-0009-10
THE APPLICATION OF THE INTEGRATED GEOLOGICAL, GEOPHYSICAL AND GEOCHEMICAL PROSPECTING METHOD IN THE DISCOVERY OF THE LONGTOUSHAN LEAD POLYMETALLIC DEPOSIT IN NORTHERN HEBEI PROVINCE
WANG Jian1,2 , ZHU Lixin3 , MA Shengming1 , ZHOU Weiwei4 , CHEN Fenghe5 , SU Zhenhua5 , JIA Zhichao5     
1. Institute of geophysics and geochemical exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, Hebei, China;
2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. China Geological Survey, Beijing 100037, China;
4. Department of Geology and Engineering Exploration, Hebei vocational college of geology, Shijiazhuang 050081, Hebei, China;
5. The 7th geological Institute, Geology and Mineral Resources of Heibei Bureau, Langfang 065201, Hebei, China
Abstract: Concealed ore is the key object of mineral exploration at present. Based on the 1:200000 regional prospecting information in northern Hebei province, the Longtoushan prospecting target around the Zhuizishan granite mass has good prospecting potential. 1:50000 geochemical survey of stream sediement delineates 11 comprehensive anomalies, among them, H6 anomaly is the mineral-induced anomaly. The results of the 1:10000 geological, geophysical and geochemical survey show that anomaly of Ag, Pb, Zn, Au and other elements have high outlier values, with three levels of zones from the outer zone, middle zone to the inner zone. It has the characteristics of low resistance and high polarization induced electrical anomaly. Altered and mineralized zones are coupled with geophysical and geochemical anomalies. Through systematic geophysical and geochemical survey of different scales and the engineering verification, the Longtoushan lead polymetallic deposit was discovered. Orebodies occur in the F3 fault system with NWW extending and 30~60 m wide. The wall rocks are the archean Dantazi group gneiss and late Jurassic Zhangjiakou group andesite. The ores are mostly vein-disseminated and dense block structured, and the deposit features are similar to the adjacent Xiaokouhuaying deposit, the Niujuan deposit and other polymetallic deposits, belonging to the medium-low temperature hydrothermal vein type lead polymetallic deposit. According to the characteristics of geological, geophysical and geochemical prospecting information, the integrated prospecting model is established and the prospecting indicators of hydrothermal vein type lead polymetallic deposits are determined, which is conducive to advancing the prospecting and exploration in northern Hebei province.
Key words: the integrated geological, geophysical and geochemical prospecting method    prospecting model    lead polymetallic deposit    Longtoushan    northern Hebei province    

随着地质勘查事业的快速发展,地物化综合找矿方法在探寻隐伏银铅锌多金属矿方面,均取得了较好的找矿效果,于是隐伏矿体的预测定位成为地质找矿的研究重点[1]。因此,以地质为基础、地物化相结合的综合勘查方法的应用显得格外重要[2~3],建立地物化综合找矿模型加以应用是发现隐伏矿(化)体的重要手段。龙头山铅多金属矿床位于河北省围场满族蒙古族自治县龙头山镇西约3 km处,地理位置:东经117°34′00″—117°40′00″,北纬41°58′00″—42°02′00″;该矿床是河北省地勘基金普查项目实施期间,在综合研究基础上,对冀北地区锥子山岩体附近的1:20万水系沉积物异常进行野外查证时被发现的。勘查过程中,主要采用1:5万水系沉积物测量、1:1万土壤地球化学测量+地球物理测量+地质填图和槽探+钻探工程验证等技术手段,建立了综合找矿模型,厘定了冀北地区热液脉型铅多金属矿的找矿标志。

1 区域成矿条件及示矿信息 1.1 区域地质背景

龙头山铅多金属矿地处华北克拉通(Ⅰ级)北缘中段内蒙地轴内(图 1a),北部为大兴安岭褶皱系,以康保—围场Ⅰ级深大断裂(F1)为界。区内地层以太古界单塔子群和中生界侏罗世张家口组分布最为广泛[4~5]。太古界单塔子群岩性主要为角闪斜长片麻岩和斜长角闪岩,或作为赋矿围岩、或作为矿源层为成矿提供物质来源[6~7],与成矿关系密切。张家口组主要岩性为陆相中酸性火山碎屑岩、火山熔岩,大致呈北东向展布,是区域主要赋矿围岩之一[8]

图 1 冀北地区龙头山铅多金属矿区域地质图 Fig. 1 The regional geological map of the Longtoushan lead-polymetallic deposit in Northern Hebei province

区内构造主要是近东西向的康保—围场Ⅰ级深大断裂和北东向上黄旗—乌龙沟深断裂带(图 1)深大断裂及其附属的次级断裂系统,为该区内生矿床的形成提供了通道和储矿空间[7]。区域内岩体众多,主要分布在康保—围场Ⅰ级断裂南侧和上黄旗—乌龙沟北东向深断裂带内,以燕山期中酸—酸性杂岩体侵入为主,为冀北地区铅多金属矿的形成提供热源和矿源[8]。其中锥子山复式杂岩体位于康保—围场Ⅰ级断裂南侧,岩性主要为二长花岗岩,从内到外呈不同岩相分带,可能与成矿有密切关系;锥子山岩体与围岩的内外接触带(图 1)及断裂构造(F6、F9、F10)交叉部位是寻找多金属矿床的有利地段[9]

1.2 区域示矿信息

随着矿产勘查和地质科研工作的不断深化,冀北地区先后探明超大型,大型,中型金、银铅锌多金属矿床30余处,发现矿点300余处,表明该区是成矿地质条件优越,具备良好的成矿潜力。

1.2.1 地球化学特征

1:20万区域水系沉积物测量成果显示,沿康保—围场深大断裂两侧的火山断陷带内有多个Pb-Cu-Ag-Zn组合异常,区内大多数多金属矿床(点)都分布于这些异常区[10~11]。其中,位于龙头山找矿靶区的异常面积>10 km2。异常元素组合以Pb、Zn、Au、Ag、Mn、As为主,较为齐全且异常值均较高、其中Pb、Ag均出现二级分带;各元素异常套合好,并有明显的分带性;与产出小扣花营多金属矿床(图 1a)化探异常的元素组合较为一致。从1:20万化探异常的角度分析,龙头山找矿靶区具有重要找矿潜力,具备进一步查证的条件。

1.2.2 地球物理特征

重力梯度带通常是受构造格局控制的岩浆强烈活动的过渡地带,有利于多金属矿床形成。锥子山岩体一带地处延庆至围场的北东向巨重力梯度带和次级丰宁至隆化的东西向重力梯度带的交汇部位[8]。1:20万布格重力资料显示,龙头山找矿靶区位于局部重力高异常条带的边部,呈东西向相间排列的带状分布,是重力梯度高低变化的交替部位,显示矿区火山岩下面的基底隆起深度不大,可能与晚中生代火山岩活动有关,是较为有利的成矿地质构造环境。

2 矿床地质特征

龙头山铅多金属矿区内出露的地层简单,主要为第四系和太古界单塔子群。火山岩出露面积较大,主要为晚侏罗系张家口组。区内构造痕迹明显,主要为东西向的F3、F5等次级断裂(图 1图 2)。区内岩浆活动强烈,但出露较少,以花岗细晶岩脉为主,与区内构造产状一致。

图 2 龙头山铅多金属矿床Ⅰ号矿体地质简图 Fig. 2 The geological skecth map of No.Ⅰ ore body in the Longtoushan lead-polymetallic deposit

矿区内发现5条矿(化)体,均隐伏于地下不同深度处,多被残坡积物所覆盖。其中Ⅰ号铅多金属矿体产于康保—围场大断裂(F1)南侧(图 1)的北西向次级断裂带(F3)内(图 2);矿(化)带内的矿体整体走向呈285°~310°、倾向北东、倾角57°~71°,已控制的矿体长度1360 m,宽0.8~6.5 m,最宽达12.0 m。

矿体的形态变化受次级断裂F3控制,与同走向的构造蚀变带密切共生,整体呈断续的脉状体展布,与赋存的围岩条件无直接关系。总体上看,矿脉厚度沿走向以中间段膨大部位较厚,向两端逐渐变薄,乃至尖灭;矿石品位亦相应变化。

矿化类型主要是细脉状和浸染状铅多金属矿石及少量细脉状银矿石。矿石结构主要有半自形粒状结构、他形粒状结构等,矿石构造主要有细脉浸染状、细(网)脉状构造等。矿石矿物主要有黄铁矿、方铅矿及少量的闪锌矿等;脉石矿物主要为石英、萤石、方解石、绿泥石、绿帘石、萤石等。成矿元素主要为Pb、Zn、Ag为主,且两者呈较好的正相关关系,局部地段可圈出独立银矿体。矿床围岩矿化蚀变强烈,主要有硅化、褐铁矿化、硬锰矿化、高岭土化、萤石化、青磐岩化、碳酸盐化等;其中,青磐岩化分布最为广泛,是重要的找矿标志。

龙头山铅多金属矿体赋存在北西西向延伸、宽30~60 m的F3断裂构造系统中,矿石类型为黄铁矿化蚀变岩,矿石多为细脉浸染状、致密块状构造,矿体产状较陡;矿床特征与毗邻的小扣花营、牛圈银铅多金属矿类似,属于中低温热液脉型铅多金属矿床。

3 综合方法技术及勘查效果

龙头山找矿靶区经系统的地质、地球化学、地球物理测量后获得的各类异常具有较好的相互耦合关系,为龙头山铅多金属矿床的发现和找矿模型的建立奠定了基础。

3.1 地球化学测量

勘查地球化学是内生有色金属矿床和贵金属矿床勘查不可或缺的手段[12~13],随着找矿目标体从浅表转向深部,地球化学勘查方法许多方面仍需要进一步探讨和完善[14~16]。为扩大找矿前景并进一步缩小找矿靶区,对龙头山找矿靶区先后进行了1:5万水系沉积物地球化学测量(图 3)和1:1万土壤地球化学测量(图 4),不同尺度的地球化学异常套合好,化探异常与区内的青磐岩化带、铅多金属矿化带相耦合。

图 3 龙头山铅多金属矿床1:5万水系沉积物测量Au、Ag、Pb、Zn元素异常图 Fig. 3 The geochimical anomaly map of the Longtoushan lead-polymetallic deposit

图 4 龙头山铅多金属矿床Ⅰ号矿体1:1万土壤地球化学测量Au、Ag、Pb、Zn元素综合异常图 Fig. 4 The anomaly map of the soil geochemical survey in the No.Ⅰ ore body of Longtoushan lead-polymetallic deposit
3.1.1 1:5万水系沉积物地球化学测量

1:5万水系沉积物地球化学测量在勘查区圈定出11处综合异常(图 3),异常呈带状整体处于康保—围场大断裂F1的南侧。其中,H1—H6分布在康保—围场大断裂的转折处,H7—H11则分布于锥子山含矿岩体及其附近;从岩体至围岩元素有高温元素Cu-Mo-W至中温元素Ag-Pb-Zn的分带现象。H6异常呈近东西向不规则,面积2.41 km2,以Ag-Pb-Zn组合为主,为甲类异常,属于致矿异常;成矿元素组合齐全、套合好,其中Ag、Pb异常具三级分带,Zn、Au、Mo异常具二级分带,异常整体分布于次级断裂带(F3)内及其两侧,围岩为太古代片麻岩、晚侏罗世安山岩和酸性岩脉;Pb最高值280×10-6、Ag最高值3.07×10-6,浓集中心显示明确,具有较好的找矿潜力。

3.1.2 1:1万土壤地球化学测量

为进一步缩小找矿靶区,首先对H6异常区内开展了1:1万土壤地球化学测量,根据化验结果圈定出局部综合元素异常4处(图 4)。其中,E-3组合异常以Ag、Pb、Zn、As、Sb、Au、Mo、Cu等成矿元素为主,且主要成矿元素Ag、Pb、Zn、Au异常值均较高,各元素峰值可达0.24×10-6~149×10-6、203×10-6~2126×10-6、89×10-6~1070×10-6、14.2×10-6~439×10-9,均值分别为0.13×10-6~5.33×10-6、83×10-6~135×10-6、63×10-6~297×10-6、3.35×10-6~18.42×10-9,浓度分带具有外带—中带—内带;该异常呈现出元素组合多样,异常范围大且浓集中心明显,具有进一步查证的价值。

3.2 地球物理测量 3.2.1 物性参数确定

野外工作对龙头山靶区内的岩石和矿石标本开展了系统的物性参数测量,岩石和矿石的物性参数详见表 1。大部分岩石具有高阻低极化的特征,而铅多金属矿化则具有低阻高极化特征。围岩与铅多金属矿石具有较为明显的电性差异,说明龙头山找矿靶区具备了开展地球物理测量的前提条件。

表 1 龙头山铅多金属矿区岩石、矿石物性参数测量表 Table 1 The physical properties of rocks and ores in the Longtoushan lead-polymetallic deposit
3.2.2 激电中梯剖面测量

野外工作中针对埋藏深度大的隐伏矿体,在勘查区采用大功率直流激电法装置的全区扫面测量,其具有信号稳定、信噪比高、受人文干扰小等优势[17~18];选择供电周期8 s,占空比1:1,断电延时200 ms,取样宽度20 ms,测量次数2次;野外测量供电电极距AB=2000 m,观测极距MN=40 m,网度100 m×20 m[19~21]。文中选择Ⅰ号矿体所在地段加以解释说明,成果旨在勘查区内探测埋藏深度大的隐伏矿(化)体(图 5)。

a—视极化率等值线平面图;b—视电阻率等值线平面图 图 5 龙头山铅多金属矿床地球物理等值线平面图 Fig. 5 The polarizability (ηs) map and resistivity (ρs) map of the Longtoushan lead-polymetallic deposit

测量结果表明,Ⅰ号矿体所在地段的视极化率等值线平面图(图 5a)上显示背景场视极化率幅值多为0.8%~1.2%,在120~390测线的230~330测点间,以视极化率值1.4%来圈定出局部高视极化率异常DH1;视电阻率等值线平面图(图 5b)上看出背景场视电阻率幅值多为1000~1400 Ω ·m,在120~390测线的230~330测点间,以视电阻率值1600 Ω ·m来圈定出局部高视极化率异常DP1-1、DP1-2、DP1-3。该异常区内,DH1极化率异常带呈北西走向展布表现为低阻高极化特征(图 5a),与H6综合化探异常(图 4)吻合较好;F3构造破碎带内的高阻特征可能与带内硅化强烈有关,高阻带两侧的低阻位置是找矿的有利部位。其中,DH1-3 ηs视极化率异常强度最高,达5.94%,沿该极化率异常的北西方向断续出现多个ηs高值异常并呈串珠状分布,一直延伸到DH1-1异常,长达1100多米,组成DH1极化率异常带。DP1-1、DP1-2、DP1-3高视电阻率异常带整体呈北西向展布,异常受区内F3断裂控制,构造破碎带内铅多金属矿化带宽6~15 m,产状较陡,地表槽探工程TC155(图 6)可见其出露。

图 6 冀北地区铅多金属矿床地物化综合找矿模型 Fig. 6 The comprehensive prospecting model of the lead-polymetallic deposit in northern Hebei province
3.2.3 激电测深剖面测量

为保证工作方法的一致性,激电测深剖面测量仍采用激电中梯剖面测量的有关参数和供电技术要求[22]。根据地物化成果,在所发现异常的重点地段DP1异常区采用对称四极激电测深方法进行剖析与评价,以探讨有激电异常反应的蚀变矿化体在剖面上的空间展布特征及其含矿性,为后续工程验证提供有效依据。

在155线(0°)布设了测深点6个,测深点间距20 m,成果见图 6。总体而言,ηs拟断面极化率强度随深度的加大而逐渐增大,说明蚀变矿化程度随深度的增加而逐渐变强;ρs拟断面在164点存在一低阻带,北侧为一高阻体,其视电阻率向深部增强、达1100 Ω ·m以上且向深部一直较稳定,为F3断裂带存在的反映,断裂带向南西陡倾。结合地质、化探、工程验证成果(图 6),该异常是Ⅰ号矿体的深部反映,是该区找矿的有利地段。

3.3 地质测量

对1:5万水系沉积物测量圈定的全部地球化学异常(图 3)进行了1:1万土壤地球化测量、1:1万地球物理测量(电法)和1:1万地质测量工作。1:1万地质测量以1:5千地形图为野外工作地形底图,填图方法以穿越法为主、辅以追索法;地质界线点间距为100~200 m、线距200 m;以发现和追索蚀变矿化为重点,重点关注区内的不同岩性的接触带、破碎带、岩脉以及矿化蚀变等现象,测量记录了相关产状、厚度等要素,并对矿化蚀变带沿走向进行了重点追索,对典型地质现象进行了素描(拍照)及标本采集等工作。通过1:1万地质测量工作基本查清了物化探异常分布区域内的片麻岩特征和分布,不同等级构造的特征及分布,锥子山岩体的空间分布特征,为解译物化探异常奠定了基础。对1:1万土壤地球化学测量圈定的异常H-6开展了1:2千的地质填图工作,查明了该矿化带的地质及空间分布特征,初步掌握了控矿构造特征和矿化分布规律,为槽探、钻探工程的布设及下一步勘查工作提供了依据。

3.4 地物化耦合关系及模型建立 3.4.1 地物化耦合关系

经综合研究,冀北地区锥子山花岗岩体一带具有较为优越的区域成矿地质条件,结合区域1:20万地物化示矿信息,圈定出的龙头山找矿靶区具有进一步查证的必要。1:5万水系沉积物地球化学测量圈定出的H6异常(图 3)具有异常面积大、成矿元素组合好、异常浓度高等特征,显示出该异常区的重大找矿潜力及科学选区的重要性。H6作为首选查证异常区,经1:1万土壤地球化学测量(图 4)查证,显示该异常具有成矿元素异常值高、套合好,浓集中心明显且具有明显分带特征;结合1:2千地质测量(图 2)成果,整个H6异常处于F3次级断裂两侧,蚀变矿化明显;说明该异常具有不同尺度的地球化学耦合关系,是致矿异常。

从地球物理等值线平面图(图 5)上看出,DH1极化率和DP1视电阻率异常带整体呈北西走向展布,表现为低阻高极化特征,与H6综合地球化学异常(图 4)的空间位置相吻合;物化探异常整体受F3次级断裂控制,断裂带内的蚀变矿化体呈现出高阻特征,可能与带内硅化强烈有关,高阻带两侧的低阻位置是找矿的有利部位。

不同尺度的地物化综合找矿方法圈定的异常各自特征明显、相互之间耦合好,多重矿化信息有效定位出蚀变矿化带的位置;激电测深断面(图 6)也显示电阻率往深部稳定存在、极化率往深部逐渐增强,说明矿(化)体沿F3断裂往深部稳定延伸。地表矿化富集地带沿F3断裂产出,宽6~15 m,Pb平均品位2.64×10-2、Ag平均品位65.2×10-6,产状较陡,经探槽、钻探工程验证(图 6),均可见铅多金属矿体,伴随有硅化、锰矿化、高岭土化等中低温热液蚀变及Zn、Bi、As、Au等元素的强烈富集,往外发育有明显的青磐岩化带,具有寻找中低温热液脉型铅多金属矿的潜力。

3.4.2 找矿模型的建立

找矿模型是在研究区域成矿规律基础上,能够提供某种矿床的地质、地球化学、地球物理、遥感等诸方面经验式或成因式的信息,从而优选出具单解性的信息作为有效找矿标志[23~24],建立起多手段找矿方法的最佳组合[25~26],用于进一步指导区域找矿工作。

通过冀北地区龙头山找矿靶区的找矿勘查实践,在详细的地质、地球物理、地球化学、地表槽探工程揭露和深部钻探验证基础上,总结出适用于该地区热液脉型铅多金属矿床的地物化综合找矿模型(图 6),综合标志和找矿信息详见表 2。该模型显示不同尺度的地球化学异常具有Ag、Pb、Zn、Au等元素的高异常值,具有浓集中心且浓度分带明显;多受主断裂及其次级断裂控制,微细裂隙发育,常见硅化、黄铁矿化、锰矿化及高岭土化等;蚀变矿(化)带具有低阻高极化的激电异常特征;不同尺度地物化异常的耦合是最为有利的找矿区域。

表 2 冀北地区铅多金属矿床地质-地球物理-地球化学综合找矿信息表 Table 2 The comprehensive prospecting information of the lead-polymetallic deposit in northern Hebei province
4 结语

依据冀北地区1:20万区域示矿信息,优选出锥子山花岗岩体一带的龙头山找矿靶区。靶区内1:5万水系沉积物地球化学测量圈定出11处综合异常;其中H6异常属于矿致异常。H6异常经1:1万地物化测量显示:该异常Ag、Pb、Zn、Au异常值高,具有外带—中带—内带三级分带;矿(化)带沿F3断裂分布,具有中低阻高极化异常特征。通过系统的不同尺度的地物化测量,缩小了找矿靶区,经工程验证发现了龙头山铅多金属矿床。结合区域成矿规律,建立了1:5万水系沉积物测量、1:1万土壤地球化学测量+地球物理物理测量+地质填图和槽探+钻探工程验证的多手段找矿方法,厘定了以Pb、Zn、Ag、Au、As、Sb等元素异常+低阻高极化激电异常+以硅化、铅锌矿化、铁锰矿化等矿化蚀变相互耦合的找矿标志,总结出适用于冀北地区热液脉型铅多金属矿床的找矿模型。

致谢: 野外工作由河北省地矿局第七地质大队地质研究所完成,得到韩玉丑高工和李随民教授的指导。感谢匿名审稿专家提出的宝贵修改意见!

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