辽宁省北二十家子铜金矿地质特征与成矿预测

2022-03-07郭晓丹王林世郭亚波李韦雅

地质与资源 2022年1期

郭晓丹，彭虎，王林世，郭亚波，张松，李韦雅

辽宁省地矿集团能源地质有限责任公司，辽宁沈阳 110013

0 引言

辽宁北二十家子铜金矿位于辽西建平县西北部，处在重要的朝阳－赤峰金矿成矿带之上.区内金矿发育，类型多样，以热液型和蚀变岩型为主［1-10］.前人在该区1∶5万地质填图工作中发现多个铜金矿（化）点.本研究在区内1∶1万地质简测及1∶1万土壤地球化学测量工作的基础上，对研究区东北部化探Ⅰ类异常区域开展了激电中梯及测深工作，土壤地球化学异常区与物探异常区重合部位进行槽探工程揭露，发现了多处Cu、Au矿化.激电中梯及激电测深显示地表物化探异常区域深部构造发育，找矿前景良好.

1 矿区地质特征

研究区大地构造位置处于华北地台北缘，其北紧邻兴蒙造山带.区域上出露的地层主要有古元古界宝音图群，中生界白垩系孙家湾组及新生界第四系.宝音图群分布广泛，岩性为大理岩、片麻岩、浅粒岩及各类片岩组合；孙家湾组主要分布在研究区东北角，角度不整合于宝音图群及花岗质片麻岩之上，岩性主要为复成分砾岩.区内构造发育，以断裂构造为主，走向主要为北东向、近南北向和北西向.岩浆活动较强，主要为燕山期酸性岩岩株和岩脉.脉岩以花岗斑岩、闪长岩和斜长花岗岩为主（图1）.区内铜金矿（化）点较多，主要沿构造蚀变带分布［11-15］.

图1 研究区区域地质图Fig.1 Regional geological map of the study area

2 地球化学特征

土壤地球化学一直是铜金矿重要找矿手段［16-19］.通过土壤测量工作，在矿区内共圈定3类土壤地球化学综合异常，其中Ⅰ类异常4处，Ⅱ类异常8处，Ⅲ类异常16处（图2、表1）.其中Ⅰ类异常为物探工作靶区，本文作详细分析.

表1 化探综合异常一览表Table 1 List of comprehensive geochemical anomalies

图2 研究区土壤地球化学综合异常图Fig.2 Comprehensive anomaly map of soil geochemistry in the study area

2.1 Ⅰ-1号异常区

分布在研究区北部边缘，呈不规则形状展布，异常区长约800 m，异常面积0.098 km2.异常元素组合主要为Zn-Pb-Mo-Au-Ag，其中以Zn、Pb异常为主，局部叠加Mo、Au异常和低缓Ag异常，主要集中在北西向构造断裂带的东南延伸方向和东北向硅化带上.Zn异常值一般为60×10-6～80×10-6，最高值97×10-6；Pb异常值一般为20×10-6～25×10-6，最高值41×10-6；Mo属中浓度异常，主要在异常区北中部和南部，异常值一般为0.8×10-6，最高值2.4×10-6；Au异常主要在异常区东部和北部，异常值一般为1.2×10-9，最高值2.5×10-9；Ag异常属低浓度异常，主要在异常区中部，异常值一般为0.1×10-6.该异常受北西向断裂构造带和北东向硅化带控制明显，具有较好的成矿指示作用及成矿前景.

2.2 Ⅰ-2号异常区

分布于工作区的东北部，呈北东向带状展布.异常带长约1.3 km，向北未封闭，宽约300～600 m，面积约0.407 km2.异常元素组合主要为Zn-Pb-Cu-Au-Mo-As-Ag，其中Zn、Pb、Cu异常强度较高，局部叠加Mo、Au异常和低缓As、Ag异常.异常区集中在宝音图岩群和花岗质片麻岩接触带周围，近南北向正断层和北东向分布的闪长岩脉附近.Zn异常值一般为60×10-6～80×10-6，最高值145×10-6；Pb异常值一般为20×10-6～30×10-6，最高值66×10-6；Cu异常值一般为20×10-6～30×10-6，最高值73×10-6；Au异常属低浓度异常，主要在宝音图岩群和花岗岩质片麻岩接触带附近，异常值一般为1.2×10-9，最高值3.2×10-9；Mo属低浓度异常，主要在异常区北部和南部，异常值一般为0.8×10-6，最高值2.2×10-6；As异常属低浓度异常，主要在异常区中部，异常值一般为11×10-6.异常区处于宝音图岩群和花岗质片麻岩接触带附近，同时异常区内有近南北向正断层（F2）和北东向分布的闪长岩脉，具有较好的成矿环境.

2.3 Ⅰ-3号异常区

分布于研究区的北东部，异常区呈不规则状展布.异常区规模较小，面积约0.068 km2.元素组合主要为Cu-Au-Mo-Pb，其中Cu、Mo元素异常分布范围最大，为中异常强度，浓集中心较明显.Cu异常值一般为20×10-6，最高值32×10-6；Au异常值一般为1.2×10-9，最高值4.5×10-9；Mo、Pb异常分布在近南北向正断层上，属低浓度异常，受断层控制明显，Mo异常值一般为0.8×10-6；Pb异常值一般为20×10-6～25×10-6，最高值40×10-6.该异常受近南北向正断层（F2）和西侧近南北向斜长花岗岩脉控制明显，异常区内有硅化、褐铁矿化现象.

2.4 Ⅰ-4号异常区

分布于研究区的中东部，呈近椭圆状展布，异常面积约0.395 km2.元素组合主要为Cu-Pb-Sb-Ag-Zn-Mo-Au，其中Cu、Pb元素异常分布范围最大，为中异常强度，浓集中心较明显.Cu异常值一般为20×10-6～30×10-6，最高值154×10-6；Pb异常值一般为20×10-6，最高值29×10-6.Sb、Ag、Zn异常分布在近南北向正断层上，属低浓度异常，受断层控制明显.Sb异常值一般为0.8×10-6，最高值15×10-6；Ag异常值一般为0.1×10-6；Zn异常值一般为60×10-6，最高值132×10-6.Mo、Au异常属低浓度异常，主要在异常区北部南北向正断层和近南北向斜长花岗岩附近.Mo异常值一般为0.8×10-6；Au异常值一般为1.2×10-9，最高值2.4×10-9.该异常受F2断层构造控制明显，异常区内有硅化、褐铁矿化现象，对深部成矿作用有一定的指示作用.

3 地球物理特征

激电中梯及测深在铜金矿找矿中应用广泛［20-21］.研究区不同岩石电性参数见表2.在土壤地球化学显示效果良好的区域进行了激电中梯工作（图2、3），对圈定的极化率异常进行了激电测深测量，在物探工作区的深部发现了北东向至近南北向高电阻率异常.

表2 研究区岩石电参数统计表Table 2 Electrical parameters of different rocks in the study area

3.1 激电中梯

根据区内激电中梯视电阻率和视极化率分布特征，共圈定了3个激电异常区（图3）.

图3 激电中梯异常等值线平面图Fig.3 Anomaly contour map by IPintermediate gradient

Ⅰ号异常区：分布在研究区西北部，异常区长度超过500 m，北部延伸到区外未见封闭，异常区宽度约600 m.异常表现为高阻中极化，电阻率和极化率异常互相重叠，吻合较好.异常区内包含2条高阻异常带，呈北北东向平行展布，推测与硅化蚀变带有关.其中东部高阻异常带被切割破坏，形成错断，推测由北西向构造引起.

Ⅱ号异常区：分布在研究区东部，整体呈低阻低极化异常，结合地质资料推断其主要为大理岩的物性反映，其中存在2条北北西向高阻异常带，推测为硅化蚀变带引起，中间被北西向构造错断，形成低阻异常带，推测为构造交叉致使岩石破碎充水所致.异常区中部地表出露多条石英脉，近南北向展布，并且发现一条含铜蚀变带.

Ⅲ号异常区：分布在研究区的西部，宽度约300 m，长度约200 m，整体呈中高阻中等极化异常，与含金矿化体的异常特征相似.异常区内有近东西向构造从北部通过，形成块状异常.

3.2 激电测深

根据地表地质以及蚀变矿化特征，由于Ⅰ、Ⅱ号物探异常区存在4个高阻异常条带与硅化蚀变带吻合较好，因此在中梯面积测量的Ⅰ、Ⅱ号异常区内选择了2个成矿有利地段进行了激电测深剖面测量，分别针对北东向和近南北向的硅化蚀变带的深部含矿性进行预测，结果显示高电阻率在深部也显示良好.

（1）Ⅰ号激电测深剖面异常靶区

如图4a、5a所示，Ⅰ号剖面视电阻率在整体剖面呈现西高东低的趋势，1～4号测点地表呈现中低阻低极化异常，深度为20～40 m，视电阻率为800～1 200Ωm，极化率为1%～1.4%，推测为变粒岩、片岩引起.4～6号测点电阻率值较高，视电阻率值为1 500～2 900Ωm，视极化率在此区域呈现中低极化特征，视极化率值为1.2%～2.2%.属于高阻低极化特征，异常宽度80 m左右，形态向北西方向近直立向下，推测为硅化蚀变带为主；东部地表40 m以上，呈现低阻低极化异常，视电阻率值为200～1 000Ωm，视极化率值为1%～1.4%，推测岩性以片岩、变粒岩为主，深度60 m以下，极化率深部逐步增高，推测为花岗质片麻岩引起（表2）.

结合地表地质情况及异常特征，划分出2条构造，F1构造位于测点4号附近，倾向西，倾角约为45°；F2构造位于6号测点，倾向西，倾角较陡为85°.综合推断2条构造附近，深度40～120 m，点号2～5号之间，异常特征符合矿化体物性的区域，为成矿有利区域.

（2）Ⅱ号激电测深剖面异常靶区

如图4b、5b所示，Ⅱ号剖面浅部（深度80 m以上）反映低阻低极化特征，根据异常特征及地质情况分析，由片岩、变粒岩物性所致.80 m以下，6～13号点深部出现高阻中低极化率异常，推测为深部构造形成硅化蚀变带，1～5号点深部呈现中高阻中高极化率异常特征，推测为花岗质片麻岩物性所致（表2）.

根据异常形态推断Ⅱ号剖面6～13号测点，深度80～180 m，构造条件对成矿有利，整体产状较缓，异常规模较大，异常特征与金矿化体异常特征相符，确定为Ⅱ号靶区（如图4）.

图4 激电测深视电阻率剖面图Fig.4 Profile of apparent resistivity by IPsounding

（3）Ⅲ号激电测深剖面异常靶区

如图4c、5c所示，6～12号点的视极化率值在浅部出现低阻中高极化特征，异常值范围为2.3%～3.4%，推测由于构造等影响，使深部地层或断层破碎带呈条带状出现在浅部.根据地质情况分析，于剖面6号点附近，发现一条硅化蚀变带，而其位置处于大理岩与黑云角闪片麻岩的接触部位.6号点深部为一条陡立高阻异常，宽度近40 m，因此高阻中等极化率特征为矿化带的异常反映.

结合异常特征，推断出断裂构造F9与F10，其中F9为倾向向西，倾角约85°；F10倾向向西，倾角约87°.推测成矿有利区域位于5～7号点深部，F9构造为主要的控矿有利构造，F9构造的西侧为重点研究区域.

（4）Ⅳ号激电测深剖面异常靶区

由图4d、5d所示，Ⅳ号剖面深度0～80 m，视电阻率值为0～800Ωm，视极化率值为0.5%～1.2%，体现为低阻低极化率，地表异常与中梯测量结果相符，为大理岩引起.深度80 m以下，出现物性变化，呈中高阻中等极化特征，并伴随有明显构造特征.视电阻率范围为1 800～3 600Ωm，峰值出现在深部，且向下未封闭.视极化率整体异常形态与电阻率相同，伴随深度的增加，极化率呈上升趋势，视极化率值范围为1.9%～2.9%.

图5 激电测深视极化率剖面图Fig.5 Profile of apparent polarizability by IPsounding

根据异常形态推测出4条断裂构造，分别为F5、F6、F7、F8，产状较陡.根据异常特征分析，1～8号测点，深度120～180 m；9～13号测点，深度80～140 m，反映的物性条件与金矿化体类似，出现在浅部大理岩与深部岩性接触带，结合其构造发育，具备成矿有利条件.

4 矿化体地质特征

4.1 矿化特征

区内共发现5条主要的硅化蚀变带，亦有少量规模较小的蚀变带.

1号硅化蚀变带：出露于矿区北部的九间房西南一带，位于中梯面积测量Ⅰ号异常区内以及Ⅰ-1号化探异常的北部，受北西向构造控制.围岩为云母片岩和花岗质片麻岩.地表延长250 m，出露宽度0.50～2.80 m，走向北西，倾向215～245°，倾角66～80°，由TC6、BL2工程控制.硅化蚀变带被北东向构造错断，断距400 m.岩石较破碎，局部呈致密块状，发育较强的硅化、黄铁矿化、褐铁矿化和高岭土化，局部地段发育金矿化，其中有3个刻槽样有金矿化显示，TC6-H5样品的Au品位0.63×10-6，TC6-H6样品的Au品位0.96×10-6，TC6-H7样品的Au品位1.18×10-6.

2号硅化蚀变带：出露于矿区东北部的上朝阳沟西北一带，位于中梯面积测量Ⅱ号异常区内，位于Ⅰ-1、Ⅰ-2号化探异常的中间区域，受北东向构造控制.围岩为角闪斜长片麻岩.地表延长60 m，出露宽度5.77 m，走向北东，倾向310°，倾角85°，由TC3探槽控制。岩石较为破碎，原岩为角闪斜长片麻岩，发育较强的硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、孔雀石化、褐铁矿化和高岭土化，局部地段发育铜、金矿化，其中TC3-H7样品的Cu品位0.29%，Au品位0.47×10-6.

3号硅化蚀变带：出露于工作区北部的蛤蟆沟东北山脊处，位于中梯面积测量Ⅰ号异常区内以及Ⅰ-1化探异常的西南部.此处有民采旧坑，因年久失修，无法进入.3号硅化蚀变带受北西向构造控制，围岩为云母片岩.延长60 m左右，宽度0.05 m，走向北东.在民采旧坑外毛石堆拣块取样分析Au品位8.55×10-6，Ag品位2.25×10-6.岩石发育细脉状硅化，硅化细脉两侧发育褐铁矿化.

4号硅化蚀变带：出露于矿区北部的九间房西南一带，位于中梯面积测量Ⅰ号异常区内以及Ⅰ-1化探异常的北部，受北西向构造控制.围岩为云母片岩.地表延长300 m，出露宽度0.80～1.00 m，走向北西，倾向235～250°，倾角70°，由TC5探槽和工作区外的民采旧坑控制.岩石较破碎，局部呈致密块状，发育较强的硅化、碳酸盐化、褐铁矿化和高岭土化，局部地段发育金矿化，其中有1个刻槽样有金矿化显示，TC5-H5样品Au品位0.53×10-6.

5号硅化蚀变带：出露于矿区北部的九间房西南一带，位于中梯面积测量Ⅰ号异常区内以及Ⅰ-1化探异常的西部，受北东向构造控制，围岩为云母片岩.地表延长400 m，出露宽度0.20～1.40 m，走向北东，倾向285～310°，倾角85°.岩石较破碎，局部呈致密块状，发育较强的硅化、褐铁矿化和高岭土化，局部地段发育金矿化，其中有1个刻槽样有金矿化显示，TC7-H2样品Au品位0.56×10-6.

4.2 围岩蚀变

古元古界宝音图群地层和花岗质片麻岩的接触部位多发生硅化蚀变.蚀变带受断裂构造控制明显，呈线状分布.主要蚀变有硅化、黄铜矿化（图6a、c）、方黄铜矿化（图6c）、孔雀石化（图6d）、黄铁矿化、褐铁矿化（图6a、6d）、闪锌矿化（图6b）、高岭土化、绿帘石化、绿泥石化、绢云母化和碳酸盐化.与Au、Ag有关的蚀变为硅化、黄铁矿化和褐铁矿化［22］；与Cu有关的蚀变为硅化、黄铜矿化、孔雀石化和黄铁矿化.

图6 围岩蚀变显微照片Fig.6 Microphotographs of wall rock alteration

5 成矿预测

研究区北东部土壤地球化学显示多处Cu、AuⅠ类异常区，激电中梯与测深也在该范围内发现多处物探异常区，其中高电阻率是物探异常区的重要标志.物化探异常区通过探槽揭露主要为古元古界宝音图群地层和花岗质片麻岩的接触部位，目前在物化探异常重叠区域经探槽取样，均发现了矿化显示.矿脉主要沿断裂构造充填，反映断裂既是导矿构造，又是容矿构造，因此工作区存在隐伏含矿硅化蚀变带的可能性很大.建议选择古元古界宝音图群地层和花岗质片麻岩的接触部，尤其是北东向、近南北向和北西向三组断裂的交汇部，进行钻探验证等地质勘查工作.