地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (1): 52-60
引用本文
地里夏提·买买提, 卡衣沙尔·饿热斯, 王勇, 白玉秀, 王俊林, 王人可, 刘波, 林彩香. 哈图金矿深部构造-地球化学特征及隐伏矿体预测[J]. 地质力学学报, 2019, 25(1): 52-60.
Dilixiati·MAIMAITI, Kayishaer·ERESI, WANG Yong, BAI Yuxiu, WANG Junlin, WANG Renke, LIU Bo, LIN Caixiang. DEEP STRUCTURAL-GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND BURIED ORE-BODY PREDICTION IN THE HATU GOLD DEPOSIT[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(1): 52-60.
哈图金矿深部构造-地球化学特征及隐伏矿体预测
地里夏提·买买提1 , 卡衣沙尔·饿热斯1 , 王勇2 , 白玉秀1 , 王俊林1 , 王人可1 , 刘波2 , 林彩香2     
1. 新疆大学地质与矿业工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047;
2. 西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司, 新疆 克拉玛依 834000
摘要:对哈图金矿区地表及深处矿体和围岩系统进行取样,通过石英包裹体和氧同位素研究,认为该矿是造山型中—低温混合热液金矿床。含矿断裂产状统计结果显示:浅部含矿构造产状变化范围较大,数量波动明显,岩石以脆性变形为主,在扭应力作用下,形成较多的张裂隙,呈尖灭再现的雁列式分布;深部断裂数量显著减少,产状变化范围缩窄,由于岩石围压增大,脆性变形向塑性转变,张裂隙不发育,石英脉型矿石变成石英细脉+蚀变岩型或蚀变岩型。分析成矿成晕指示元素Hg、Au、Ni、Pb、As、Sb、Cu、W、Zn、Ag、Mo、Bi含量的空间变化发现,地球化学原生晕受含矿构造尖灭再现的影响,存在前缘晕和尾晕的叠加结构,并且已知矿脉群的下部以尾晕元素组合为主,虽有前缘晕元素Sb与As的异常,但规模和强度较小。结合含矿断裂数量和规模向下衰减的特点,推测深部可能仍有隐伏矿体,但规模不大。
关键词哈图金矿    断裂构造    原生晕    地球化学    深部预测    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.01.006     文章编号:1006-6616(2019)01-0052-09
DEEP STRUCTURAL-GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND BURIED ORE-BODY PREDICTION IN THE HATU GOLD DEPOSIT
Dilixiati·MAIMAITI1 , Kayishaer·ERESI1 , WANG Yong2 , BAI Yuxiu1 , WANG Junlin1 , WANG Renke1 , LIU Bo2 , LIN Caixiang2     
1. College of Geology and Mining Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, Xinjiang, China;
2. West Gold Karamay Hatu Gold Limited Liability Company, Karamay 834000, Xinjiang, China
Abstract: Based on the sampling of ore bodies and surrounding rock systems at the surface and deep of the Hatu gold mine, and the study of quartz inclusions and oxygen isotopes, it is believed that the Hatu gold mine is an orogenic type medium-low temperature mixed hydrothermal gold deposit. The statistical results of ore-bearing fractures show that the occurrence and the quantity fluctuation of shallow ore-bearing structures vary widely. The rocks are mainly brittle deformed, and under the action of torsional stress, more tensile fractures are formed, which are distributed in an anechelon pattern. The number of deep faults decreases significantly, and the range of occurrence change narrows. Due to the increase of rock confining pressure, brittle deformation turns to plastic transformation, tensile fractures doesn't develop, and quartz vein-type ores become quartz fine vein+altered rock type or altered rock type. Through analyzing the spatial changes of the contents of Hg, Au, Ni, Pb, As, Sb, Cu, W, Zn, Ag, Mo and Bi in metallogenic halo, it is found that the geochemical primary halo is affected by the sharp extinction of the ore-bearing structure, and there is the superposition structure of the front and tail halo. In addition, it is known that the lower part of the vein group is mainly a combination of tail halo elements. Although there are anomalies of the front halo elements Sb and As, the scale and intensity are small. Combined with the characteristics of the downward attenuation of the number and scale of ore-bearing faults, it is believed that the deep part may still have hidden ore bodies, but the scale is not large.
Key words: the Hatu gold deposit    fault structure    primary halo    geochemistry    buried ore-body prediction    
0 引言

造山型金矿床是世界上最重要的金矿床类型,据矿体产出特征可分为石英脉型、韧性剪切带型、构造蚀变岩型及网脉型[1~3]。位于西准噶尔南部扎依尔断裂—褶皱带内的哈图金矿是典型的造山型金矿床,也是目前新疆开采规模和产量最大的金矿。众多专家学者对该金矿成矿物质来源、成矿条件和矿床成因等做了大量工作,并在此基础上进行了成矿远景预测[4~6],诸多学者专家通过石英包裹体和氧同位素研究认为, 该矿是造山型中—低温混合热液金矿床[7~9],但他们的研究受限于区域构造和野外调查分析[10]。而以往的研究缺少对控矿构造,特别是对深部控矿断裂产出特征和分布规律的定量分析,未把握成矿、成晕的构造机制,大大削弱了深部隐伏矿体预测、定位的准确性。

根据系统采集的地下千米深隐伏矿体及围岩的样品,文章利用构造地质力学分析和统计分析方法以及通过与国内外热液型金矿的对比,筛选出哈图成矿成晕指示元素Hg、Au、Ni、Pb、As、Sb、Cu、W、Zn、Ag、Mo、Bi,利用原生晕的叠加图,预测深部是否具有金矿的可能性。文章统计了哈图金矿深部控矿和含矿断裂构造的产状和数量,分析了断裂构造、矿体与地球化学原生晕的关系,为哈图金矿及相关地区金矿床深部预测和矿体定位提供构造学和勘查地球化学的依据。

1 区域地质及矿区地质 1.1 区域地质

哈图金矿集区位于哈萨克斯坦—准噶尔板块达拉布特晚古生代裂陷槽的达拉布特复向斜西端。

区域出露地层主要有泥盆系、石炭系、二叠系、古近—新近系和第四系。其中,石炭系在区内出露面积最大,由下而上分为下石炭统希贝库拉斯组(C1x)、包古图组(C1b)和太勒古拉组(C1t)。包古图组和太勒古拉组是哈图金矿集区金矿脉的主要围岩。

区域内的一级构造为达拉布特复向斜及三条大型断裂—达拉布特断裂、安齐断裂和哈图断裂,其均呈北东向展布(图 1)。这三条断裂均向南东逆冲,产状上陡下缓,是扎依尔叠瓦状推覆体的次级滑脱面,构成了区域基本构造格架。后期岩浆活动(华里西中晚期大规模花岗岩和零星基性岩脉侵入)以及次级褶皱和断裂的叠加,使区域内构造性质和形态极为复杂[11]

1—第四纪沉积物;2—吐谷鲁群砂岩;3—齐古组砂岩、泥岩;4—太勒古拉组下亚组凝灰岩;5—太勒古拉组凝灰岩;6—包古图组泥质硅质粉砂岩;7—希贝库拉斯组砂岩;8—库鲁木迪组凝灰质粉砂岩、砂岩;9—花岗岩;10—大断裂;11—断裂;12—哈图金矿研究区 图 1 区域断裂构造示意图(据文献[10]修改) Fig. 1 Sketch map of regional fault structure (modified after reference [10])
1.2 矿区地质

哈图金矿区主要出露下石炭统太勒古拉组的海相或海陆交互相[10~12]含碳凝灰质泥岩、凝灰质砂岩、凝灰岩、玄武岩。矿脉的近矿围岩主要是蚀变的碳质泥质粉砂岩、凝灰质粉砂岩、硅质凝灰岩、硅质凝灰质粉砂岩、玄武岩等,未显示出岩性的成矿专属性。地层呈南东向倾斜的单斜构造。断裂发育,主要为位于矿区东南部的安齐大断裂和一些次级断裂(图 2)。

1—玄武岩;2—凝灰岩;3—第四纪沉积物;4—辉绿岩、辉长岩;5—硅质岩;6—下石炭统包古图组;7—凝灰质泥岩、砂岩;8—断裂;9—矿脉;10—哈图断裂带 图 2 哈图金矿矿脉地质图(据文献[10]修改) Fig. 2 Geological map of the Hatu gold vein(modified after reference [10])

哈图金矿区由不同方向的近百余条矿脉组成,并严格受断裂控制[13~14]。矿脉规模大小不一,长则千米以上,短则数十米,产状特征见图 3

a—断裂倾向极点图;b—断裂倾向玫瑰图;c—断裂走向玫瑰图 图 3 矿区含矿断裂构造特征 Fig. 3 Fracture structural characteristics of the mining area

矿体有石英脉型和细小石英脉+蚀变岩型两种。石英脉型主要发育在0~400 m浅部区域,细小石英脉+蚀变岩型矿体发育在矿区深部,其已向下断续延伸到1200 m。采自地下450~1000 m深处含金石英包裹体的显微分析结果显示,气液相包裹体的均一温度为198~329 ℃,盐度0.7%~ 3.51% NaCleqv,对应成矿压力为49~97 MPa。根据成矿压力(开放系统下的静水压力)、含矿流体密度及深度三者的关系,推算出成矿深度可达9.4 km,即哈图金矿形成于浅中层深度。另据由石英δ18O值求得平衡流体的δ18 O值为8.6‰~14.8‰,可以认为哈图金矿是岩浆水+大气降水混合型热液,萃取流经的基性—中酸性岩浆岩及火山-沉积岩中成矿物质,在合适的构造部位富集而成的中—低温热液矿床。

2 控矿构造及深部矿体分布规律 2.1 哈图金矿带控矿构造

安齐断裂是哈图金矿带控矿构造之一,属逆冲—平移断裂,走向55°左右,倾向北西,倾角大致55°~80°,断裂破碎带较宽,最宽可达到120 m,有一定程度的碳酸盐化、硅化、绿泥石化、绢云母化、褐铁矿化,具有多期构造活动的特征(图 2)[15]

含矿断裂走向以北西向为主,其次为北东东向,而北东和北北西向较少。这些断裂倾向以南西为多,其次北北西和北西(图 3),倾角40°~80°。北西向断裂不仅数量多,规模也较大,大多为逆冲断层上的追踪张性断裂,是安齐断裂逆冲(上盘南东向逆冲)—走滑(下盘北东向平移)运动下的派生产物。靠近安齐断裂,该组次级断裂的走向趋向于近东西向(图 2)[15]

2.2 深部控矿构造及矿体分布规律

哈图金矿浅部(< 400 m处)主要以石英脉型矿体为主,随着深度的增加石英脉型矿体逐渐减少,出现石英细脉+蚀变岩型矿体。浅部控矿断裂构造的走向以北西向为主,其次为近东西向(图 4);深部以近东西向为主,其次为北西向(图 5)。勘采工程控制的隐伏矿体主脉最长190 m,水平厚0.5~4.3 m,平均厚度2.44 m。脉带长600 m以上,由充填于雁列式张裂隙中的矿脉群构成,脉体呈较规则的透镜状,倾向320°~30°,倾角40°~80°,多分布在玄武岩中,少部分产于玄武岩与凝灰岩接触带。

1—玄武岩;2—凝灰岩;3—凝灰质泥岩;4—泥岩夹少量凝灰岩;5—辉绿岩;6—矿脉; 7—σ为应力 图 4 追踪两组扭裂隙而成的张性断裂(内充含金石英脉,据文献[10]修改); Fig. 4 Tracing of extension fracture caused by two groups of twisted fissures (Inside filled with auriferous quartz vein, modifed after reference [10])

1—凝灰岩;2—泥岩夹少量凝灰岩;3—玄武岩;4—火山角砾岩;5—凝灰质泥岩;6—矿脉 图 5 哈图金矿深部27号脉支脉分布特征图(据文献[10]修改) Fig. 5 The distribution characteristics of the branches of the No.27 vein in the deep Hatu gold mine (modified after reference [10])

当矿区范围的岩石块体遭受一对区域性南北向挤压力作用时[16],根据椭球体应力形迹分析可知,会形成走向北东、北西的2组剪切裂隙,走向南北的张性裂隙,走向东西且分别向北、南成45°倾斜的2组剪切裂隙以及水平的张性裂隙[16~18]。其中倾向分别为北和南的共轭剪切裂隙以及倾向北东和北西的共轭剪切裂隙,在应力的进一步作用下,因错动而形成一对扭应力,并由此派生出雁列式次级张裂隙,后经成矿物质的充填形成一系列透镜状矿脉体(图 4图 5)。

对地下400~1000 m深处隐伏矿体的含矿断裂产状、规模和数量,分了11个相同长度的中段进行了统计,结果见图 6

图 6 中段矿脉玫瑰花图及极点等密图 Fig. 6 Rose diagram of the middle section of the ore vein and the density contours of the pole

由于作用在矿区的应力,在不同深度上受边界条件、岩性及其他因素的综合影响,分布不均匀,形成的断裂构造的数量和产状随之发生变化。由图 6可以看出,在地下450~800 m深处,含矿构造产状变化范围较大,数量波动明显,导致矿脉呈雁列式尖灭再现的分布特征。在800 m以下,脉体数量显著减少,产状变化减弱。所以,在800 m以上,岩石以脆性变形为主,在扭应力作用下,形成较多的张裂隙。随着深度的加大,在800 m以下,由于岩石围压继续增大,脆性变形逐渐向韧性转变,开始进入脆—韧性过渡带(对应上述最大成矿深度9.4 km)。这一深度张裂隙不很发育,金矿脉由石英脉型矿石变成石英细脉+蚀变岩型或蚀变岩型矿石。

3 地球化学原生晕分布特征

分11个中段对矿体和近矿围岩系统采样132件,分析样品中成矿成晕指示元素Hg、Au、Ni、Pb、As、Sb、Cu、W、Zn、Ag、Mo、Bi的含量,测试工作由新疆地矿局测试中心完成(表 1)。

表 1 哈图金矿各中段原生晕指示元素含量(均值) Table 1 Indicator elements contents (mean) of primary halo in each middle section of the Hatu gold deposit

结合世界和中国典型热液床指示元素分带序列[19~20],确定哈图金矿前缘晕元素组合为:Hg、As、Sb;近矿元素组合为:Pb、Ag、Cu、Zn;尾晕元素组合为:W、Ni、Bi。

文章使用suffer制图软件,编制了成矿成晕元素衬度(元素含量/该元素某区段含量平均值)等值线纵投影图。可以看出,受含矿断裂和矿脉尖灭再现的影响,原生晕呈斜列式斑块状分布,并存在前缘晕元素与尾晕元素的叠加结构(图 7)。其中,前缘晕元素Hg、As、Sb主要分布于625中段上方,叠加区域分布于中部。Sb和As在矿脉群下部也有分布[5]。Ag、Au组合的主叠加区位于625中段东部上方,575中段部偏东也有部分叠加区。Cu、Pb、Zn主叠加区位于675中段上部偏西,625中段下部偏东也有少部分叠加区。W、Bi、Ni主叠加区位于675中段上部和575中段下部偏东且具有向下延伸趋势[5]

图 7 元素组合叠加纵投影图 Fig. 7 The element combination superposition vetical projection

根据元素衬度等值线纵投影图可以看出(图 7),上述成矿成晕指示元素的异常(衬度>1)强度、规模和分布范围严格受含矿断裂(矿脉)控制,却几乎不受高级别构造的影响,所以只有在含矿断裂的尺度上(最大取样深度下~200 m)进行隐伏矿体预测才具有实际意义。

4 深部预测

根据元素衬度等值线纵投影图发现(图 7),以625中段为界,元素异常分布显著分离。625中段以下的深部,大多数元素并未表现出较高的异常值,只有尾晕元素较发育。尾晕元素组合在最深的475中段尚未闭合,故矿体向深部继续延伸的可能性较大。另外,在475中段,仍发育有前缘晕元素As和Sb的异常,只是规模较小,强度较弱。有两种可能:一是在更深处还有隐伏矿体,只是距最下部勘采工程较远;二是虽有隐伏矿体,但规模不大[5]

以前缘晕元素组合含量累乘值与尾晕元素组合含量累乘值之比(图 8),作为原生晕轴向叠加的地球化学参数,可用来表示前缘晕元素相对于尾晕元素的发育程度,该值越大,深部隐伏矿体存在的可能性越大[21~22]。哈图金矿的该比值随深度变化发生波动,基本与控矿构造在垂向上尖灭再现的分布趋势一致。在853中段和725中段该比值急剧升高,表明该区段应具有矿体,勘探资料证实了这种对应关系(图 8)。

1—凝灰岩;2—凝灰质泥岩;3—玄武岩;4—矿脉 图 8 哈图金矿原生晕轴向叠加的地球化学参数图 Fig. 8 Geochemical parameters map of the axial superposition of primary halo in the Hatu gold mine
5 结论

根据哈图金矿构造应力分析和地球化学解析的结果可知,哈图金矿成矿部位较深,深部的构造断裂较浅部规模不大、数量不多,根据地球化学原生晕分布,推测深部有隐伏盲矿体存在。

(1) 哈图金矿是混合型热液萃取基性—中酸性岩浆岩及火山—沉积岩中成矿物质,使金能够在合适的构造部位中富集,从而形成造山型中—低温热液矿床,成矿深度可达9.4 km或更深。

(2) 哈图金矿区受南北向区域性主应力作用,派生出的地表及浅部含矿断裂走向以北西为主,其次为北东东(近东西)向,少量北东和北北西向;地下深处以近东西向为主,其次为北西向。随着深度增大,雁列式尖灭再现的含矿断裂的数量和产状变化范围明显减少,张裂隙不很发育,矿体类型由石英脉型向蚀变岩型转变。

(3) 受含矿断裂构造和矿脉尖灭再现展布的影响,由指示元素构成的地球化学原生晕呈斜列式斑块状分布。在采样最深处,仍发育有前缘晕元素As和Sb的异常,只是规模较小,强度较弱,由此推测哈图金矿1000 m以下深部有隐伏矿体存在,但规模可能不大,且以石英细脉+蚀变岩型或蚀变岩型为主。

致谢: 在论文编写过程中,西部黄金哈图金矿地测部在野外工作和资料收集方面提供了大力支持,新疆大学地矿学院吴兆宁老师给予了相关专业上的指导,赛依提·阿不都拉老师在化探图件的处理上给予无私帮助,在此一并致谢。

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