大兴安岭南段白音诺尔矿田锡多金属成矿特征与隐伏锡矿找矿预测

2021-09-16徐巧范春宝刘健张平发唐果高兆全李华年

矿产勘查 2021年4期

徐巧，范春宝，刘健，张平发，唐果，高兆全，李华年

（1.北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100012；2.有色金属矿山深部资源勘查工程技术研究中心，北京 100012；3.赤峰中色白音诺尔矿业有限公司，赤峰 025473；4.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明 650051）

0 引言

大兴安岭南段在我国北方是最为重要的大型铁、铜、铅、锌、锡、银、钼成矿带，发育夕卡岩型、斑岩型、热液脉型等矿床（Zeng et al.,2011;Ouyang et al.,2015）。白音诺尔矿田位于大兴安岭南段主脊部位，已发现的矿床包括著名的白音诺尔铅锌矿、开源锡锌矿、鑫隆铅锌矿、坤泰银铅锌矿、辽都铅锌矿、腰尔压锡多金属矿、白音诺尔镇铜锌矿等（徐巧等,2020a）。前人做了大量关于白音诺尔铅锌矿区的研究工作，从矿床成因（万智民等,2002;牛树银等,2006;曾庆栋等,2007）、年代学（江思宏等,2010,2011a;易建等,2012;杨帆等,2018;蒋斌斌等,2020）、地质构造（蔺富明等,1979;牛树银等,2008）、地球物理（贾长顺等,2008;Zhao et al.,2020）、地球化学（舒启海等,2011;江思宏等,2011b;谢淑云等,2012;陈春良等,2014）等多方面分析了铅锌多金属的成矿，然而关于锡矿的勘查研究较少（徐巧等,2017a）。近年来作者相继参与了“赤峰有色金属基地综合地质调查”和“大兴安岭中南段有色金属基地综合地质调查”项目的实施，发现区域上多处铅锌银及萤石矿床都属于锡多金属成矿系统（祝新友等,2016;徐巧等,2018），如维拉斯托、毛登、白音查干等，然而在大兴安岭主脊及东坡地区尚未有锡矿的找矿突破（徐巧等,2020b）。最近在白音诺尔铅锌矿外围相继发现了腰尔压锡矿和哈力黑坝锡矿等（张平发等,2020），本文以多年来的野外详细调查工作为基础，总结矿田锡多金属成矿规律与隐伏矿床找矿预测方法，以期指导区内地质找矿工作，提高找矿效果，同时提供区域上类似铅锌银矿床深部及外围勘查研究工作参考。

1 区域地质

白音诺尔矿田位于大兴安岭南段，属中亚造山带东段。区域上出露的古生界地层为石炭—二叠系，主要包括二叠纪火山-沉积基底岩系，特别是林西组和哲斯组是该区锡石硫化物和夕卡岩型矿床的主要赋矿地层；中生界地层为侏罗—白垩系，由火山-沉积岩系组成。古生界与中生界地层呈不整合或断层接触（徐巧等,2019）。构造上位于贺根山断裂、嫩江断裂、西拉木伦河断裂的夹持区域，主构造线方向为北东向，断裂规模大，性质复杂，控制了区域沉积建造、岩浆活动等，中心地区沿大兴安岭主脊断裂发育黄岗-甘珠尔庙成矿带。区域岩浆活动强烈，古生代的岩浆活动主要集中于石炭纪、二叠纪和早三叠世，以安山岩-玄武岩建造为主；中生代燕山期岩浆活动频繁（徐巧等,2017b），有纵向大面积花岗岩基的侵入，岩浆高度分异演化，派生的含矿气液丰富，是本区主要成矿期，伴随大规模的锡多金属成矿（祝新友等,2017），在燕山期花岗岩体及其外围发育大量多金属矿床，其中包括白音诺尔锡多金属矿田（图1）。

图1 大兴安岭南段多金属矿床分布示意图（据Ouyang et al.,2014;曾庆栋等,2016）

2 矿田地质

白音诺尔矿田位于内蒙古赤峰市巴林左旗白音勿拉苏木境内，至今已有超过40年的多金属开采历史。矿田整体位于腰尔压山-扎苏坝复背斜之北西翼，出露的地层主要为中二叠统大石寨组凝灰质板岩、中二叠统哲斯组粉砂质板岩及灰岩与大理岩等、晚二叠统林西组炭质板岩或斑点板岩等，地层走向北东，倾向北西，呈单斜产出，其上为晚侏罗统满克头鄂博组酸性凝灰岩及集块岩或火山角砾岩不整合覆盖（图2）。

图2 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田地质及矿产分布图

矿田内火山-岩浆活动频繁，主要包括早三叠世花岗闪长岩的侵入、晚侏罗世—早白垩世火山活动及其相伴的浅成-超浅成侵入体、早白垩世酸性花岗岩的侵入等。在这些岩体的内、外接触带上形成了夕卡岩型及裂隙构造充填型高-中温热液矿床，早三叠世花岗闪长岩与围岩接触界面可以提供成矿有利的硅钙结构面，如白音诺尔铅锌矿床中夕卡岩型矿体主要赋存于该类硅钙面构造中。晚侏罗—早白垩世火山-岩浆活动可能与成矿关系密切，如白音诺尔铅锌矿等多处矿床分布在火山机构周围的浅成-超浅成侵入体的附近。燕山晚期的哈力黑坝等侵入岩中含有方铅矿、黄铜矿、锡石、白钨矿、辉钼矿等副矿物也可能说明了其与矿田锡多金属成矿的关系。

矿田内构造运动强烈，北东向断裂构造是主要的控岩控矿构造，构造裂隙最为发育，含矿性最好，白音诺尔铅锌矿床中的矿体主要赋存于侵入体舌部的北东向层间破碎带内。大量岩浆的侵入和喷出使古生代地层残缺不全，但地层展布、火山岩及火山盆地、浅成-超浅成侵入体仍呈明显的北东向展布特征，显示了构造对火山岩及地层的控制作用，具体表现在控制了呼腊格坝、哈力黑坝、僧根坝岩体及白音罕山和腰尔压火山活动等。矿田内较大的区域性构造还有沿哈力黑河分布的东西向断裂（图2），该构造为成矿后期断裂，北部抬升接受剥蚀，出露锡多金属矿产，而南部下降则铅锌银等矿产得以保存，最终形成了北锡南铅锌的矿产分布格局。

3 锡多金属成矿特征

关于哈力黑河以南的白音诺尔铅锌矿的成矿特征与成矿系列，前人已开展了大量研究工作。近年来在哈力黑河以北发现了腰尔压锡矿及哈力黑坝锡矿，矿田北部锡多金属的成矿特征如下：

3.1 矿源层

矿田内北锡南铅锌的矿产分布格局与哈力黑河后期断裂形成不同的剥蚀程度有关，除此之外还可能是由于矿源层的差异造成的。南部白音诺尔铅锌矿的赋矿围岩是中二叠统哲斯组的含钙质地层，而北部锡多金属矿区的赋矿围岩则是晚二叠统林西组的含炭质地层，两者无论从沉积环境还是Sn、Pb、Zn等成矿元素含量以及氧化还原特征上均存在显著的差异。本区哲斯组为一套海相沉积地层，林西组则为陆相沉积地层。大兴安岭南段与南岭地区的差异体现在大兴安岭南段成锡花岗岩可能是壳幔混熔花岗岩（邵济安等,2010），哲斯组碳酸盐岩与成矿岩体接触形成氧化型铁锡矿，以黄岗、莫古吐为代表，而林西组炭质地层混熔后改变了成矿岩浆的氧化还原性质，在还原条件下更利于锡的迁移与聚集。有研究报道林西组火山岩的Sn、Pb、Zn含量比二叠纪地层还高1～2个数量级（王玉往等,2005），这也可能是大井、安乐、罕山林场等大中型锡多金属矿床产于林西组中的原因。

3.2 成矿期次与阶段

矿田北部锡多金属的形成大致可划分为重熔岩浆-气液期和混液叠加期，其中重熔岩浆-气液期包括岩浆阶段、残浆阶段和气液交代阶段等，混液叠加期包括高、中、低温硫化物的形成阶段等。

3.2.1 重熔岩浆-气液期

岩浆阶段主要是指哈力黑坝岩体的形成，哈力黑坝岩体中发育大量的暗色包体（图3a），主要表现为闪长质，矿物组合主要为斜长石、黑云母以及少许石英和角闪石，与寄主黑云母花岗岩界线截然，暗示了壳幔混合作用对于花岗岩形成的贡献，可能是矿田成矿作用的热源。伴随着二叠纪基底地层的重熔，含矿岩浆上侵并分异，形成哈力黑坝花岗岩基，为偏氧化的磁铁矿系列（魏巍等,2020），锡呈分散浸染状或细脉状赋存于磁铁矿中（图3b～c）。

残浆阶段主要是指哈力黑坝岩体的结晶分异晚期，在矿田北部林西组炭质板岩分布区（图3f），炭质的重熔改变了残浆的氧化还原性质，锡得以更好的迁移与聚集，并以锡石为主要赋存形态沉淀（李真真等,2019），含矿岩浆凸起部位围岩为早期花岗闪长岩（图3e），围岩断裂裂隙构造相对较少，成矿物质得以更多的封闭在成矿岩浆顶部，最终形成花岗岩型锡矿（图3g～i），同时富含挥发分的硅酸盐熔体在岩体顶部形成伟晶岩（图3d）。

图3 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部锡成矿岩浆阶段特征

气液交代阶段主要是指岩浆期后含矿热液或气化热液向围岩中迁移并交代蚀变成矿作用。含锡热液在迁移过程中，温度、压力、氧逸度、酸碱度等变化都可能导致锡的沉淀（胡晓燕等,2007)。矿区目前发现的气液交代成矿作用主要发生在早期的花岗闪长岩中，含矿热液或气化热液与花岗闪长岩发生交代作用的氢耗过程，包括白云母化和绢云母化等在内的浅色云母化可能是导致锡石沉淀的原因（图4b,e,g,h），在岩性界面、裂隙构造等有利界面处形成少量含锡热液的富集沉淀（图4a,d）。随着热液向远处迁移，温度逐渐降低，热液中锡含量也逐渐降低，形成绿泥石化蚀变带（图4c,h,f），以及浅成低温热液硅化蚀变带（图4i）等都是良好的标志带。

图4 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部锡成矿气液交代阶段特征

3.2.2 混液叠加期

混液叠加期包括近成矿花岗岩体围岩中的高温硫化物形成阶段、中等距离中温硫化物阶段及远离岩体围岩交代低温硫化物阶段等。高温硫化物阶段主要指近成矿岩体的成矿热液沿早期花岗闪长岩、流纹岩等围岩中的构造裂隙上升至表层，并与大气水混合而使胶状硫化物分解，形成磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂以及少许辉钼矿等（图5a～f）。中温硫化物阶段是热液继续前行，活化了地层中的Zn、Pb、Ag、Sb等元素，同时有大气降水的加入，引起温度下降，形成锰菱铁矿和铁闪锌矿等。低温阶段主要是腰尔压铅锌银矿区，主要为夕卡岩型和沿构造裂隙充填的热液脉型铅锌银矿（图5g～i）。

图5 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部锡多金属混液叠加成矿期特征

4 隐伏锡多金属矿床找矿预测

4.1 地质方法

如上所述，区域上有大井、安乐、罕山林场等多个大中型锡矿床都赋存于林西组变质地层，白音诺尔矿田北部锡矿也位于林西组地层分布区，林西组地层在岩浆侵入重熔及提供矿源等方面发挥重要作用，促进了锡的成矿。因此，通过含矿层位的对比预测隐伏锡矿位置是必要的，最终明确了白音诺尔矿田锡成矿预测区位于北部林西组地层分布区范围。

矿田内哈力黑坝岩体形成于140.2±5.8 Ma（魏巍等,2020），其间发育多条沿构造充填的锡矿脉，通过矿脉穿插关系可知锡成矿晚于140.2±5.8 Ma，腰尔压锡矿区的锡石U-Pb年龄测试结果为135.6±6.2 Ma（徐巧等,2020a），这都证明了矿田内锡的成矿晚于岩体。成矿来源于隐伏含矿花岗岩体，锡多金属矿在空间上与隐伏花岗岩体突起有关，突起位置可能构成矿化中心，突起顶部及其上方断裂裂隙带都是良好的储矿空间。因此，预测隐伏岩体突起的位置及其顶部围岩中的主通道是具有重要意义的。

徐巧等（2020a）根据岩体型锡矿浅部围岩中的专属性标志带特征开展了预测研究，从远程线细脉带到中程伟晶岩带和近程花岗岩枝带，逐渐接近成矿中心，因此认为成矿地质体距离含锡淡色花岗岩枝较近。基于锡的成矿作用晚于地表出露所有地质体，本文在此基础上统计了地表沿裂隙构造充填的锡矿脉（图6a～c）、晚侏罗世—早白垩世火山集块岩中的热液脉（图6d）、早三叠世花岗闪长岩中的淡色花岗岩脉（图6e）等的产状信息，从走向玫瑰花图（图6f）可知走向以近南北向为主，其次为北西向，这些构造都可能呈放射状指向隐伏成矿岩体。

图6 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部锡多金属矿区矿脉及脉岩充填裂隙构造特征

矿田北部锡多金属矿区蚀变与矿化具有显著的成因联系。南东方向是以弱透辉石化为主的含银铅锌夕卡岩化蚀变带，夕卡岩主要成份为透辉石、硅辉石、钙铁辉石、石榴石及绿帘石，发育夕卡岩型铅锌银多金属矿体。含铜铅锌银的褐铁矿化蚀变带主要沿断裂呈串珠状分布。含锡的绿泥石-绢云母化蚀变带指在早期花岗闪长岩中沿裂隙充填形成的细脉或蚀变带，同时形成绿泥石-绢云母蚀变岩型（云英岩型）锡矿体，是目前矿区浅部发现锡矿的主要类型。绿泥石化蚀变带是锡成矿岩体远外围的低温青磐岩化带。含铜锡的硅化、角岩化蚀变带分布于北西部燕山晚期火山活动形成的集块岩外围。硅化带蚀变强烈，原岩为流纹岩、花岗闪长岩、板岩等，经高温热液硅化作用，形成富石英硅化岩石，主要由石英组成，同时在硅化带中含有磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、毒砂、锡石、闪锌矿及少量方铅矿等。在硅化带外围板岩中发育有角岩化蚀变，该蚀变带与锡多金属成矿关系密切，热液来源可能为深部隐伏成矿地质体。成矿系统内的矿化蚀变分带指示了从北西向南东成矿温度逐渐降低，因此可在平面上推测隐伏成矿地质体或隐伏锡矿的位置（图7）。

图7 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部腰尔压锡矿区地质及蚀变分带示意图

4.2 地球化学方法

本文在白音诺尔矿田锡多金属地球化学预测主要采用了自然重砂分散流、土壤次生晕地球化学以及释气地球化学等，在隐伏矿体预测及矿体产状分析中起到了重要作用。

矿田内表生稳定高温重矿物主要为锡石和黑钨矿等，分布有锡石乙1类和锡石-黑钨矿乙2类重砂异常各1处（图2），其中北部锡石异常区内取自然重砂样品71件，锡石Ⅰ级含量点1个，Ⅱ级15个，Ⅲ级20个，Ⅳ级14个，最高含量可达重矿物的80%。除哈力黑坝岩体外，特别是在三叠世花岗闪长岩及二叠统林西组地层中均发育有高含量异常，是指示隐伏锡矿存在的重要标志。

在利用重砂异常圈定靶区的基础上，在腰尔压锡矿区还开展了土壤地球化学预测，主要考虑了中高温成矿元素Sn、Zn、Cu和挥发份元素As、F等，通过综合异常直接圈定了隐伏矿体的位置和走向，Sn-Zn-Cu-As-F综合异常呈北北东走向（图8），按异常形态直接开展了钻探工程验证，效果较好。

图8 大兴安岭南段白音诺尔多金属矿田北部腰尔压锡矿区次生晕元素异常示意图

在腰尔压锡矿区还利用了成矿元素伴生的气晕对隐伏矿体开展了预测，施工了Y1号释气地球化学测量剖面（位置见图7）。氡气是唯一的天然放射性惰性气体，在金属矿及成矿破碎带上方土壤中明显富集（姚锦其和赵友方,2009），矿区氡气异常与锡异常对应良好，这体现了成矿花岗岩近外围锡的迁移与放射性惰性气体相伴的特征。断裂和破碎带提供了含汞溶液及汞气的通道和集中场所，因此通过热释汞法判断导矿与容矿构造，进而预测隐伏矿体是可行的，从图9可知矿区汞气异常主要分布于锡异常的北部，这说明浅部主要锡矿体可能向西侧伏并指向成矿岩体。烃气测量具有穿越深厚盖层的能力，其结果反映了有机质参与到了成矿作用（张爽等,2012），是寻找隐伏岩体或隐伏矿的有效手段。矿区烃气异常则体现了岩浆重熔林西组含炭斑点板岩或炭质板岩的特征，烃类气体进入到重熔岩浆顶部并沿各种垂向上的小型断裂裂隙或微裂隙迁移至地表形成烃气异常。烃气和汞气异常的套合，共同指示了隐伏岩体突起的位置（图9）。

图9 白音诺尔多金属矿田北部腰尔压锡矿区Y1剖面原生晕异常及烃、汞、氡气异常示意图

4.3 地球物理方法

矿区与锡多金属成矿有关的花岗岩是低密度、低磁的高阻体，与林西组含炭质地层及早期蚀变花岗闪长岩都有差异，本文在地面调查的基础上开展了重、磁、电综合物探方法预测（图10）。矿区发育一处明显的环形磁异常，同时套合半环形极化率、电阻率异常，是隐伏岩浆侵入形成锡多金属成矿系统的反映。含矿岩浆侵入导致围岩不同程度地发生各类矿化蚀变，环形异常中心低磁、低极化、高阻区域可能是隐伏岩体突起地部位。大量的研究及实例证明各种类型的锡矿多产于低重力异常区（杨世瑜,1988;肖树建,1989;曾志方等,2008），结合矿区布格重力异常特征，可对隐伏岩体侵入位置作进一步限定。

图10 白音诺尔锡多金属矿田腰尔压锡矿区地球物理异常示意图

4.4 成矿模式

多元成矿因素决定了各矿田的成矿模式间的差异性和共性，利用已知各类锡矿的成矿模式对比，结合矿区已有的验证成果，建立成矿模式（图11）并开展成矿预测是有效的。锡石U-Pb年代学测试结果为135.6±6.2 Ma（徐巧等,2020a），证明成矿时代为早白垩世，晚于地表出露的所有地质体。因此，锡矿的成矿物质和流体可能来自隐伏的燕山晚期的酸性花岗岩体，根据锡矿成矿岩体特征判断钻孔ZK23-1发现的淡色富锡花岗岩枝可能是该岩体的岩脉分枝，也支持此观点。目前浅部圈定的锡矿体与深部隐伏岩体顶部之间一定存在着连通关系。当含矿岩浆演化至末期，侵位于早三叠世花岗闪长岩中，在成矿岩体凸起区域形成相对封闭的环境，矿液更多地聚集于岩体顶部，钻孔ZKX16-1发现厚度达150余米的热液硅质层也说明在岩浆侵位时期处于封闭环境，封闭环境下的锡矿主矿体可能是岩体凸起部位的花岗岩型锡矿，如银岩锡矿、岩背锡矿，伴随含矿岩浆的充分分异演化，在花岗岩型锡矿的下部还可能有铌、钽等稀有金属的矿化，矿区浅部少许构造蚀变岩型锡矿体中有多个铌、钽含量大于100×10-6的样品存在。然而由于岩浆侵入的压力致裂作用（方维萱,2019），也必将在早期岩体中形成通道，在通道的远端以气化热液运移为主，由于氢交代作用导致锡的沉淀（袁顺达等,2020），形成沿断裂裂隙构造分布的绿泥石-绢云母化蚀变花岗闪长岩型锡矿体，而在近端靠近热液石英壳的地区则有少许热液迁移至早期岩体裂隙中，形成锡石石英脉，同时在石英壳的顶部及岩体外接触带还可能形成锡石硫化物矿脉。

图11 白音诺尔锡多金属矿田腰尔压锡矿区成矿地质模式图

5 预测靶区与勘查工作建议

5.1 预测标志

根据矿区锡多金属矿床产出的地质条件，矿田锡成矿规律与地质特征，以及综合预测方法的运用结果，归纳如下预测标志：

（1）矿区与锡多金属成矿有关的花岗岩时代为燕山晚期。在早白垩世哈力黑坝岩体中有锡矿脉的穿插，腰尔压锡矿锡石U-Pb年龄为135.6±6.2 Ma；

（2）岩体为同源、多期、多阶段的复式岩体，锡矿床产在隐伏岩凸的顶部及其同围或一侧的围岩中；

（3）大兴安岭主脊断裂控制着北东向岩带及矿带的产出，附近次级小断裂等控制着锡矿体的分布；

（4）火山机构通道及其附近环状断裂等构造薄弱位置控制隐伏岩体侵入的突起部位；

（5）二叠统林西组及早三叠世花岗闪长岩是矿区锡矿体的主要赋矿围岩；

（6）硅化、角岩化等热变质带是寻找隐伏岩凸的直接标志，云英岩化、白云母化、绢云母化、绿泥石化、夕卡岩化等不同的蚀变类型是寻找不同矿化的标志；

（7）矿区Sn-Cu-Zn-As-F组合异常是预测隐伏岩体的标志，环形磁、电异常中心低磁、低极化、高阻体伴随低重力异常是预测隐伏岩体凸起位置的标志。

5.2 预测靶区与勘查工作建议

矿区关于锡矿的勘查工作目前尚处于普查找矿阶段，根据矿区锡多金属成矿机理和上述隐伏矿床预测方法及预测标志，在腰尔压锡矿当前勘查区的北西部圈定了针对隐伏花岗岩型锡矿的找矿靶区（图7）。利用CSAMT测量成果，隐伏高阻体可能对应了隐伏成矿岩体的的位置与形态（图12），截止目前浅部施工的钻孔均位于隐伏高阻体的凹陷部位或高阻凸起的一侧，如果CSAMT显示的高阻体对应了隐伏岩体及其分枝的形态，则目前控制区域并非成矿最佳地段。

建议在对浅部已知主要锡矿体进行追索控制的同时对北西侧圈定的靶区开展验证，施工ZKX4-1验证隐伏高阻体的凸起部位是否为成矿岩体的顶部，建议深度在600～800 m之间，施工ZKX19-2验证是否为成矿花岗岩向顶部围岩构造中侵入的岩枝，建议深度为500 m左右。