
作者简介:张锦章,教授级高工,长期从事矿山及外围地质找矿及成矿规律研究。
紫金山铜金矿是紫金矿业的发祥地和核心矿山,2022年产铜8.6万吨、金1.93吨(来源:紫金矿业官网)。紫金山铜金矿床特征、紫金山矿集区地质矿产特征以及勘查经验等业内高度关注。
紫金山矿集区是我国一个典型的斑岩-浅成低温热液型铜钼金矿床,于上世纪60年代初期发现,90年代初期找矿取得重大突破,金铜矿床规模达到大型以上,研究学者总结了白垩纪火山盆地浅成低温热液矿床的成矿模式和浅成低温热液金多金属矿床模型,建立了矿床的理论模式。
矿床生产开发后,矿山企业继续开展找矿工作,全面开展紫金山地区的二轮地质找矿工作和成矿规律研究,近10年时间,取得了巨大找矿成果:与矿山生产开发和投入找矿勘查前的勘查成果相比,新增金的金属量237.56t,是原勘探成果的2.35倍,新增铜金属量212.15万t,是原勘探成果的2.13倍,新增银金属量4359.29t,是原勘探成果的3.2倍,新增的钼金属量远远超过原来探明的4700t,达到10.53万t。这种找矿成果令人羡慕,找矿经验值得学习。
本文介绍了紫金山矿集区的区域地质特征以及紫金山特大型金铜矿、罗卜岭(紫金山东矿段)大型铜钼矿和悦洋大型银多金属矿等矿床特征。
文章结合矿集区企业找矿取得的重大进展,介绍了创新性地质找矿的实践经验:一是开展三维地质建模;二是开展蚀变矿物短波红外光谱测试和解译,建立蚀变找矿模型;三是注重物化探资料的应用和二次开发,建立物化探找矿模型;四是以大量真实的生产技术经济指标为基础,以资源利用最大化为原则,开展矿床动态评价,指导成矿预测,提高找矿效率。
紫金山矿集区找矿经验可供其它其它地区和矿山企业参考借鉴。
0 引言
1 紫金山矿集区的区域地质
2 紫金山矿集区的矿床特征
2.1 紫金山特大型金铜矿床
2.2 罗卜岭(紫金山东矿段)大型铜钼矿床
2.3 悦洋大型银多金属矿床
2.4 龙江亭中型铜多金属矿床
2.5 其他矿床(点)
3 矿床模式与勘查实践
3.1 矿床模式
3.2 三维地质模型与找矿
3.3 蚀变模型与找矿
3.4 综合找矿模型
3.5 综合评价与找矿
4 结论
紫金山矿集区是我国一个典型的斑岩-浅成低温热液型铜钼金矿床,于上世纪60年代初期发现,90年代初期找矿取得重大突破,金铜矿床规模达到大型以上。研究单位及不少学者对紫金山矿床的地质特征、地球化学和成矿规律等方面开展过研究,根据各矿床的矿化特征和矿床产出构造位置,总结出白垩纪火山盆地浅成低温热液矿床的成矿模式和浅成低温热液金多金属矿床模型,建立了矿床的理论模式。近10年来,矿山企业全面开展紫金山地区的二轮地质找矿工作和成矿规律研究,探索目前在矿产勘查过程中处于国内领先,能示踪成矿流体的蚀变矿物的识别、解译和三维建模技术,发现了与紫金山矿集区成矿有密切关系的紫金山火山机构产状的重大变化。
本文在前人工作的基础上,通过对矿集区的区域地质特征、矿床地质特征的阐述,结合近10年的地质找矿实践、新技术的应用、地质现象的重要发现,提出了更有效的应用于找矿勘查的矿床模型,介绍了通过找矿勘查和综合找矿评价,发现并探明罗卜岭大型斑岩型铜(钼)矿床的过程,在矿集区范围内新增金金属量237.56t,新增铜金属量212.15万t,新增银金属量4359.29t,新增钼金属量10.53万t,取得找矿重要突破。
紫金山矿集区位于华南加里东褶皱系东部,东南沿海火山活动带的西部亚带,闽西南晚古生代坳陷带的西南部,北东走向的闽西北隆起带和闽东火山断坳带西南端;北东向宣和复背斜与北西向上杭云宵深大断裂(区域地球物理场显示其切穿地壳,高天均,1998)交汇处;中新生代上杭陆相火山盆地的北东缘。
区域出露地层有下震旦统浅变质岩系,上泥盆统河口相-滨海相碎屑沉积(与下伏楼子坝群呈不整合接触),石炭系海相、陆相、海陆交互相碎屑沉积(区域铁锰多金属的重要含矿层位),三叠系陆相盆地碎屑岩,白垩系石帽山群陆相火山-沉积岩(出露面积约50km2),其中下组分布于紫金山火山机构周边,与成矿关系密切,是本区最重要的铜金银含矿层位,上组大面积分布于上杭盆地中,为矿集区成矿后的产物,对早期矿化信息有屏蔽破坏作用。第四系零星分布于沟谷阶地。
区域构造活动十分强烈,以北东向和北西向为主,北东向主断裂与北西向构造交汇处控制了区域矿床、矿点的产出和北东方向的展布,火山机构的产出,北东向复式背斜控制了本区岩浆的侵入,是本区的控岩控矿构造。
区域内火山-侵入岩发育,燕山早期酸性岩(花岗岩和二长花岗岩)沿背斜轴部侵入,成为紫金山地区最主要的地质体和矿化围岩(中细粒花岗岩),燕山晚期火山岩浆热液(花岗闪长岩类)侵入作用主要受北西向断裂构造及其与北东向构造结点控制,构造结点常成为火山活动中心,燕山早期和燕山晚期侵入岩隶属于2个不同的成岩系列,它们分别具有S型和I型花岗岩的基本特征。位于中部紫金山的穹窿式多旋回火山活动〔经历了喷发-次火山侵入-隐蔽爆发(喷溢)-火山侵入的演化过程〕与铜、金、银矿化有密切的成因和时、空联系。
经过多年的勘查工作,在紫金山矿集区内,即在长14km、宽4km范围内,已探明金399.82t,银金属量6339t(含紫金山铜矿伴生银2389.11t),铜413.66万t,钼11万t,勘查并发现了紫金山特大型铜矿床、特大型金矿床,悦洋大型银多金属矿床,罗卜岭大型铜(钼)矿床,五子骑龙中型铜矿床,龙江亭、二庙沟铜多金属矿床,大岩里、猴子石矿点等(图1)。与矿山生产开发和投入找矿勘查前的勘查成果相比(福建省闽西地质大队,1992;1994;地质矿产部矿床地质研究所,1994),新增金的金属量237.56t,是原勘探成果的2.35倍,新增铜金属量212.15万t,是原勘探成果的2.13倍,新增银金属量4359.29t,是原勘探成果的3.2倍,新增的钼金属量远远超过原来探明的4700t,达到10.53万t。以下介绍紫金山矿集区中主要的矿床。
图1 紫金山矿集区地质矿产简图
位于矿集区中部,矿区大面积出露的是燕山早期花岗岩(紫金山复式岩体),岩性从粗粒花岗岩到细粒花岗岩,其次是分布于紫金山火山管道内的燕山晚期的火山次火山岩、火山口周边和沿北西向构造裂隙充填的隐爆角砾岩。金铜矿体主要分布于白垩纪中细粒花岗岩中,其次是英安玢岩和隐爆角砾岩,上部是金矿床,下部是铜矿床(即紫金山式,陈景河,1999)。
(1)上部金矿床矿体主要分布于600m标高以上的氧化带中,矿体出露标高超过1000m,北西长1900m,宽1050m,呈一个巨大的似透镜状矿体(工业指标按0.2×10-6~0.5×10-6,图2a)。矿石以氧化彻底、氧化深度大为特征。蚀变表现为矿化富集中心(北西向构造密集带)的强硅化,向外向下为石英-地开石化带,石英-地开石化-明矾石化带,石英-绢云母化带(一般少有工业矿体),强硅化带一般发育于近地表,形成一个硅化帽。矿石成分简单,金属矿物主要为褐铁矿、针铁矿,脉石矿物石英占90%以上。
图2 紫金山金矿760m中段平面图(a)和紫金山金铜矿0号勘探线剖面图(b)
(2)下部铜矿床在开展紫金山金矿详查和勘探的同时,也开展了铜矿的详查和勘探工作,截止2011年底,累计探明品位大于0.20%铜金属量232.45万t,平均品位0.36%,伴生金46.03t,伴生银2389.11t。矿体分布于600m标高以下的原生带中,矿体最高出露标高926m,钻孔最低见矿标高-380m,有用组分沿北西向密集构造及旁侧的裂隙充填交代,工业矿体往往被低品位矿体包围和圈定,构成边缘形态不规则、厚度巨大的矿体(图2b)。矿石中金属矿物简单,以热液成因的蓝辉铜矿、铜蓝为主,并以少见黄铜矿为特征;脉石矿物以石英为主。矿体围岩80%是中细粒花岗岩,其次是隐爆角砾岩和英安玢岩。高硫热液蚀变特征矿物明矾石在矿区分布广,分带明显,围绕北西向构造密集带(矿化中心)向下、向外分别是石英+明矾石化带(石英+地开石+明矾石+绢云母)和石英+绢云母化带,值得注意的是石英-地开石化-明矾石化带见于-380m标高(DZK801孔,图2b)。矿床属于斑岩-高硫型浅成中低温热液铜矿床。
罗卜岭铜钼矿床位于矿集区东部,在1990年异常查证时发现,2007年基本完成了矿区的地质普查,目前详查初步估算,已获得铜金属量140.1万吨,钼金属量11万吨。
铜钼矿体绝大部分为隐伏矿体,出露标高从620m(ZK302孔)至-359m(ZKⅦ09孔),呈北东向展布,已控制长3200m,宽1300m。金属矿物相对简单,主要是黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿,浅部见次生富集的蓝辉铜矿。矿体形态和空间分布受白垩纪中寮岩体(底部似斑状花岗闪长岩)与白垩纪罗卜岭岩体(中间的花岗闪长斑岩)接触带的控制,主要产于外接触带的花岗闪长斑岩中,部分在花岗闪长岩和中细粒花岗岩中,剖面上呈厚大的透镜状、似层状、半环状,平面上呈弧形展布(图3)。似斑状花岗闪长岩强钾化,磁铁矿含量高,似斑状结构,岩石新鲜,基本无矿化,为钾化硅化带,中间为弱钾化硅化绢云母化带,蚀变强,矿体主要分布于该带。上部及外围为绢英岩化或青磐岩化带,少数矿体分布其中。花岗闪长岩、花岗闪长斑岩和似斑状花岗闪长岩是燕山晚期岩浆不同期次侵入的结果,花岗闪长斑岩呈舌状、透镜状伸入四坊岩体中,因全岩蚀变强,导致其与早期的花岗闪长岩接触界线不明显,而与后期的似斑状花岗闪长岩的接触面通常有几十厘米到几十米宽的破碎带,与成矿关系密切。罗卜岭铜钼矿床为斑岩型中高温热液矿床。
图3 紫金山东矿段Ⅶ线剖面图(a)和紫金山东矿段400m中段平面图(b)
悦洋银多金属矿床位于矿集区西南端,距紫金山特大型铜金矿床约3km。经历了以找金、铜及银矿为主的综合找矿阶段后,在中新生代上杭火山-沉积盆地火山盖层找铀矿时发现了悦洋银多金属矿床,1998年完成普查工作,随后在东、西2个矿段开展了详查工作,在东矿段1.94km2内共圈定银及银铜矿体11个,西矿段1.67km2内共圈定银及银铜矿体22个,探明银金属量1329.66t,伴生铜金属量3.9万吨,伴生金8214.7kg。
悦洋银多金属矿床位于上杭火山-沉积盆地北西边缘,复式背斜的倾伏端,矿区大面积出露早白垩世火山岩和火山碎屑沉积岩(火山盖层),盆地基底为震旦系浅变质细砂岩、粉砂岩夹千枚岩和海西-印支期中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩,燕山早期中粒、细粒花岗岩(紫金山复式岩体)呈岩舌、岩株状侵入于盖层与基底之间,构成“三层结构”,矿体主要呈似层状、大透镜状、脉状或扁豆状分布于“舌状体”内及其内、外接触带及基底相对呈凹陷形地段,为隐伏矿床(图4)。主要矿物为自然金、自然银、银金矿、黄铜矿、石英、玉髓、水云母、绢云母、方解石。矿石在空间上有一定的分带性,水平方向自北西向南东,剖面上自上而下呈现出Ag(Au)矿石—AgCu矿石—Cu矿石的变化规律。矿体围岩蚀变十分发育,种类较多,具有低硫化热液蚀变特征,主要蚀变有硅化、水云母化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、地开石化、冰长石化和碳酸盐化,Au、Ag与硅化关系十分密切,矿体一般都产于强硅化带中;Cu则与硅质体常有位移,主要产于硅质体边缘或硅化相对较弱的部位。矿床属于与晚侏罗世—早白垩世中酸性火山次火山作用有成因联系的中高-中低温热液型硫化矿床。
龙江亭铜多金属矿床位于悦洋银多金属矿床与紫金山金铜矿床之间,于1987年开展地表金异常查证时发现,详查共圈定了23个工业矿体,估算(332+333)矿石量1354.97×104t,铜金属量8.12×104t,平均品位0.60%,伴生金金属量5764.86kg,平均品位0.43×10-6;伴生银金属量238.47t,平均品位17.6×10-6。
以区域北东走向、南东倾斜的F1-1断层为界,震旦系浅变质岩系分布于西北部,燕山早期中粒、细粒花岗岩(紫金山复式岩体)分布于矿区南东部,南部下白垩统火山盖层呈角度不整合覆盖于浅变质岩和中细粒花岗岩之上,类似悦洋银多金属矿的“三层结构”。紫金山复式岩体呈岩舌、岩株状侵入于盖层与基底之间,是矿体的主要赋矿围岩,矿化和蚀变具介于高硫化型与低硫化型间的过渡类型特征。矿体小到中型规模,呈脉状、透镜状大致平行产出(图5),矿区围岩蚀变十分发育,种类较多,主要蚀变有硅化、水云母化、黄铁矿化、绢云母化、明矾石化、绿泥石化、地开石化、冰长石化和碳酸盐化等,其中前3种分布最广。蚀变分带从浅至深大致可划分石英-地开石-绢云母化带,石英-水云母化带2个纵向蚀变带。石英-地开石-绢云母化带中矿化分带的上部以蓝辉铜矿、黄铁矿矿化为特征;中部以斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿为特征;下部以黄铜矿为特征。铜的硫化物种类多达15种,主要为黄铜矿,次为蓝辉铜矿、斑铜矿和硫砷铜矿。矿床成因属浅成中(低)温火山-次火山热液型矿床。
五子骑龙铜矿床是在罗卜岭斑岩型铜钼矿床与紫金山铜金矿床之间发现并探获的一个中型铜矿床。2010年完成详查工作,圈定工业矿体14个,规模从小型到中型,分布于中细粒花岗岩中,呈大致平行的透镜状、脉状产出,具有过渡型的矿化和蚀变特征,探获铜矿石量1019×104t,铜金属量15.1万t,平均品位1.48%,伴生Ag45.3t,伴生Ga209t。矿床成因为与次火山作用有关的浅成中低温热液脉型硫化矿床。
此外,在二庙沟(Cu、Au、Ag),大岩里(Cu)、大芨岗(Au)、凿子凹头(Cu、Mo)、猴子石(Au)等地发现多处矿点。
矿床成矿模式是对矿床赋存的地质环境、矿化作用随时间、空间变化显示的各类特征以及成矿物质来源、迁移富集等要素进行概括、描述和解释,是成矿规律的表达式。成矿模式是在对大量矿床进行综合研究的基础上,对某类矿床或某种成矿作用基本特征进行概括,用以具体指导对某类矿床的找矿工作。
在矿集区内对各矿床生产开发后,在其边深部及外围投入的地质找矿勘查取得了重大进展和突破,综合研究也提高了对矿集区成矿地质条件、成矿规律的新认识,如对斑岩型矿床与磁异常的关系,矿集区F1-1、F1-4对成岩成矿的控制作用,盆地边缘“三层结构”的找矿意义,罗卜岭似斑状花岗闪长岩的划分及对成矿作用的新认识,发现紫金山火山机构不是向北东倾斜而是向南西倾斜的证据等。在前人工作成果的基础上,以大量勘查成果为依据,创新性认识、补充完善矿床成矿模式(见图6),为建立找矿模型、指导下步的地质找矿工作提供依据。
随着矿业软件的应用,三维建模指导找矿越来越多为局部找矿和深部找矿所应用。对于已探明的矿床,以矿床成因模型为基础,利用矿业软件建立三维地质模型,能直观预测成矿区域,指导探矿工程布置。如悦洋银多金属矿床,矿体对基底相对凹陷、中间夹层为中细粒花岗岩,具有成矿专属性,通过此成矿专属性建立的地质体三维空间模型,预测矿床或矿体,指导边深部、外围找矿。通过建立矿体三维模型(图7),直观分析矿体的空间分布规律,指导寻找新矿体,在铜矿深部发现并探明了Ⅺ号铜矿带。
对于多数矿床,特别是斑岩型矿床和热液脉型矿床,围岩蚀变是成矿热液运移过程中留下的重要信息,在空间上一般都有分带特征,是重要的找矿标志,成为一个重要的找矿手段。但蚀变矿物种类多,有一些常见的矿物比较相似,用肉眼难以准确识别,如高岭土、地开石、明矾石等,往往要通过镜下鉴定来确定,加上地质编录人员水平的差异,可能影响蚀变组合、蚀变分带确定的可靠性。为此,笔者引进了用于蚀变矿物测试的短波红外光谱仪(PIMA仪),并在实际工作中创新性的开发和应用,与地质编录一样,对探矿工程进行蚀变矿物编录,识别肉眼难以识别的黏土矿物,建立三维蚀变模型(图8)。通过分析,总结出有矿和非矿时绢云母的特征(铝羟基波长差异),划分矿化带,寻找新矿体。根据蚀变矿物参数不同,区分蚀变矿物形成的温度环境,示踪流体来源和运移路径,为找矿预测提供依据。
综合找矿一般指地、物、化、遥手段并进,力求异常重叠预测成矿靶区。对于矿集区或成矿带找矿,着重总结已知矿床矿体与物探异常和化探异常之间的关系,特别是物化探异常资料的二次开发,进行三维数字化,建立物探找矿模型和化探找矿模型,指导预测成矿靶区和重型探矿工程布置。如紫金山东矿段,通过分析研究发现了矿体位置与磁异常的密切关系,即磁异常等值线与隐伏似斑状花岗闪长岩体顶界有对应关系,指导局部和深部找矿。在紫金山铜矿,根据已完成的探矿工程和生产工程,建立化探原生晕模型,进行成矿预测。
传统方法往往是先找矿,再对矿床的开发进行技术经济评价,注重找矿而忽视经济开发和资源利用的最大化,结果是找到的矿可能在当前技术经济条件下暂无开采价值,或伴生、低品位资源未能得到充分利用。与此在观念上不同的是,矿业企业的找矿更注重资源开发利用的可能性,紫金矿业在已生产的矿山中,积累了大量真实可靠的技术经济指标,特别是针对不同矿体类型的成本指标,实用的采选方法,在矿床勘查过程中,动态利用工业指标评价矿床,对于细脉浸染型或斑岩型矿床,降低边界品位和最低工业品位(图9、10),增大夹石剔除厚度,可能使矿体规模变大变完整,选用合理的采矿方法达到降低采矿成本,达到矿床开发经济合理、资源利用最大化的目的。对于多金属矿床,伴(共)生有用组分多,按各自的工业指标评价矿床,造成分采分爆的困难,采用当量指标,把伴(共)生组分折合成主元素来评价矿床,会更实际意义。如紫金山金矿,在矿床勘探时,边界品位按0.5×10-6来圈的矿体,通过采选技术创新和管理创新,生产圈定矿体的边界品位不断降低,到目前已是0.2×10-6,矿体厚度变大,形态完整,露采剥离量减少,成本降低。另外,紫金山罗卜岭铜钼矿床和悦洋银多金属矿床,在详查和生产探矿过程中,把伴(共)生有用组分折合成主成矿元素的当量指标,适当调整夹石剔除厚度,矿床评价同样获得理想的效果,详见图9、10、11。
图9 紫金山东矿段铜钼矿床0号勘探线剖面采用当量指标图定矿体前后对比
图10 悦洋银多金属矿床-95m中段矿体圈定对比图
图11 悦洋银多金属矿床77号勘探线剖面矿体圈定对比图
(1)提出或完善了紫金山矿集区矿床模式,提高了找矿效率,地质找矿取得重大成果,在50km2的范围内,新增金金属量237.56t,铜金属212.15万t,银金属量4359.29t和钼金属量10.53万t。
(2)以大量真实的生产技术经济指标为基础,勘查过程中开展动态综合评价(动态工业指标和当量工业指标),矿床越来越显示出重要性,是生产与地质勘查有效结合的结果,资源开发利用达到最大化。
(3)应用短波红外光谱仪,配合矿业软件,准确识别蚀变矿物,示踪成矿流体,建立三维蚀变找矿模型,在找矿勘查中将发挥有效直观的重要作用。
(4)地、物、化、遥综合找矿方法已为大家所接受,要强调的是物、化资料的二次开发研究,建立物探找矿模型和化探找矿模型,指导成矿预测。
志谢 东南地勘分公司戴茂昌协助本文图件的编辑,特此志谢!
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