山西义兴寨金矿床铁塘硐矿段原生晕地球化学与深部找矿预测

胡乔青　王义天　毛景文　何猛　白晓明　孙荣良　刘俊辰　王鹏

摘要：义兴寨金矿床是山西省规模最大的金矿床，其深部成矿潜力如何及是否发育隐伏矿体，是矿山亟待解决的实际问题。在对成矿特征、控矿因素和矿床成因有比较全面认识的基础上，采用矿床原生晕地球化学法对义兴寨金矿床铁塘硐矿段开展了深部找矿预测研究。原生晕异常显示，在6勘探线深部400～550 m标高和0 m标高附近存在2个主要Au异常中心，且0 m标高附近金矿化规模最大，异常区即推测矿体范围。原生晕元素轴向分带序列自上而下为：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。因此，认为铁塘硐矿段深部具有很好的成矿潜力，推测在深部-400～-500 m标高附近区域存在规模较大的富矿段。预测成果得到了近期布置钻探工程的验证，新增金资源量8 t，为进一步深部找矿工作提供了可靠支撑。

关键词：原生晕地球化学法；
义兴寨金矿床；
铁塘硐矿段；
深部找矿预测；
华北中部构造带

中图分类号：TD11 P618.51文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2023）07-0001-09doi：10.11792/hj20230701

引 言

义兴寨金矿床位于华北中部构造带北段，恒山杂岩带南麓，是山西省规模最大的金矿床，累计探明金资源量超过91 t（金平均品位3.03 g/t）［1］。近年来，山西紫金矿业有限公司在原有石英脉型矿体深部发现了厚大蚀变斑岩型矿体，新增金资源量超过57 t，极大拓宽和扩大了深部找矿勘查的思路和靶区范围。然而，已探明的河湾蚀变斑岩体和铁塘硐隐爆角砾岩筒深部的资源潜力如何，深部是否发育更大规模的隐伏矿体，目前尚不清楚，这是矿山亟待解决的实际生产问题，也是同类型矿床实现深部找矿突破的一个难题。

矿床原生晕地球化学法是研究矿床深部找矿前景非常直接有效的手段，矿山的勘探和开发工作又为矿床原生晕研究工作提供了很好的条件［2-4］。自20世纪30年代起，国内外学者就开始了对金属矿床原生晕的研究，最初由苏联学者将原生晕地球化学定义为“由热液成矿作用形成的，富集了成矿元素及其相关元素的一种环境”［5］，经过多年对众多典型矿床的研究，在工作方法、技术和原生晕分带理论方面取得了重要进展，前苏联学者格里戈良、奥勃钦尼科夫等通过对苏联200多个不同类型热液金属矿床原生晕的研究，總结确定了热液矿床元素的统一轴向分带序列（从下至上）：W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr［6］。其中，Sn、Cu元素均有2个位置，是因为它们在热液矿床中赋存的矿物形式有变化，Sn1、Cu1以锡石和黄铜矿形式存在，而Sn2、Cu2以黄锡矿和黝铜矿形式存在［6］。随后，国内外众多学者深入研究了斑岩型铜钼矿床，矽卡岩型铜矿床、钨钼矿床、锡矿床，脉状金矿床、铅锌矿床等不同类型热液矿床的原生晕分带特征，提出了各种类型热液矿床原生晕的地球化学模型，并成功预测了许多矿床深部的隐伏矿体［4，7-22］。因此，本文以义兴寨金矿床铁塘硐隐爆角砾岩筒为研究对象，在对其成矿特征、控矿因素和矿床成因有比较全面认识的基础上，开展了矿床原生晕地球化学研究，以期为深部找矿工作提供有效支撑。本研究成果对同类型金矿床深部找矿预测也具有重要示范意义。

1 矿区地质概况

矿区广泛出露太古代片麻岩夹少量斜长角闪岩和花岗伟晶岩等，片麻岩主要为黑云斜长片麻岩、花岗片麻岩等。片麻岩主要形成于2 526～2 475 Ma，少量形成于2 711～2 712Ma［23］。此外，少量中元古代白云岩和燧石角砾岩覆盖在片麻岩之上（见图1），白云岩主要出露于南门山矿段和铁塘硐矿段，燧石角砾岩仅在南门山矿段局部出现，其为肉红色、发育角砾状构造。

矿区内主要发育北西向和近南北向2组断裂。F4断裂为北西向断裂的主要代表，走向305°～335°，倾向南西，倾角65°～85°，形成的断裂破碎带宽数米到数十米。近南北向断裂在矿区内广泛分布，该组断裂为石英脉型矿体的主要容矿构造。此外，少量北西向的次级断裂分布于近南北向断裂之间，也是石英脉型矿体的容矿构造之一。

矿区及周边岩浆岩非常发育，主要包括义兴寨石英斑岩岩群和南侧的孙庄复式岩体。其中，义兴寨石英斑岩岩群发育4个火山颈相，即河湾、南门山、铁塘硐、金鸡岭，并发育众多北西向、近南北向石英斑岩、霏细岩、流纹斑岩、细晶岩等。其中，河湾岩体出露面积最大，其石英斑岩锆石U-Pb年龄为136～138 Ma［24］。火山颈被石英斑岩充填，其中可见长城系高于庄组白云岩塌陷角砾，铁塘硐岩体和金鸡岭岩体还发育有矽卡岩。铁塘硐矽卡岩及霏细岩的U-Pb年龄为138～139 Ma［1］。孙庄复式岩体呈不规则岩株出露，主岩体为含石英正长闪长岩，西部发育晚期花岗闪长斑岩和花岗斑岩，且被晚期含石英闪长玢岩脉穿插［25］。此外，矿区发育一组北西向古元古代辉绿岩脉，以及少量正长岩、正长斑岩、花岗岩、玄武岩、辉绿岩等岩脉和岩株。

铁塘硐隐爆角砾岩筒的西侧以3号金矿脉的控矿断裂为界，东侧以走向337°的断裂为界，北西和南东两边则以走向50°的断裂为界。平面形态略呈菱形，出露面积约0.05 km2，空间形态为向内陡倾的筒状体。铁塘硐隐爆角砾岩筒见有后期侵入的石英斑岩脉、细晶岩脉。

铁塘硐隐爆角砾岩筒大致以1 070 m中段为界，可分为上部矽卡岩段和下部无矽卡岩段。其中，上部矽卡岩段可见矽卡岩、片麻岩及霏细岩等角砾（见图2-a～d）等被自身岩屑或花岗质岩浆及闪长质岩浆胶结，构成隐爆角砾岩，常常发育强烈的蚀变。角砾状矽卡岩成分复杂，形态不规则，主要发育透辉石、石榴石、方柱石、透闪石-阳起石、硅灰石、绿帘石、绿泥石、方解石、石膏等，砾径为数毫米至数米（见图2-a、b）。矽卡岩角砾中可见直径几厘米的团块状镜铁矿集合体（见图2-b），浸染状、团块状磁铁矿，以及星散状黄铁矿。下部无矽卡岩段的角砾主要为蚀变片麻岩（见图2-e、f），胶结物主要为硅质、绿泥石、黄铁矿等。蚀变片麻岩角砾中可见稀疏浸染状、细脉状黄铁矿（见图2-f）。钻孔资料显示，多条石英斑岩脉穿切了下部无矽卡岩段（见图3）。石英斑岩在钻孔中的视厚度为2～50 m，发育绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化等蚀变。局部见南北向石英-硫化物脉穿插角砾岩。

2 样品采集与分析方法

本次工作选取铁塘硐矿段6勘探线剖面（见图1、图3），采样包括1070SMJL、830SMJL、T830ZK601、T510ZK402、T510ZK604、T510ZK803等6个钻孔岩芯，采样规则总体按照6 m等间距采集，个别高品位样品集中出现的部位进行了加密采样，采集样品合计306件。

原生晕地球化学分析测试元素共19种，包括Au、Cu、Ag、Pb、Zn、Bi、W、Mo、Cr、Hg、Sb、As、Mn、P、B、Ba、Sn、Co、Ni，分析测试工作在中冶一局环境科技有限公司测试中心完成。以先进的现代大型分析仪器电感耦合等离子体质谱仪为主体，结合其他专项分析仪器作为配套分析方案，具体方法如下：

①利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），试料用氢氟酸、硝酸、高氯酸分解并赶尽高氯酸，用王水溶解后，移至聚乙烯试管中，定容，摇匀。分取澄清溶液，用硝酸溶液（3+97）稀释至1 000倍（指试料总稀释系数为1 000），用电感耦合等离子体质谱仪测定样品中Co、Ni、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Cr、Mn、Sb、Ba等12种元素。②利用发射光谱法（ES），将样品和缓冲剂磨匀混合装入2根下电极中，滴加蔗糖乙醇溶液（10 g蔗糖溶于500 ml乙醇（1+1）中），90 ℃烘干备测定用。在两米光栅摄谱仪上射谱，CCD系统自动报出数据，测定Ag、Sn元素。③利用氢化物-原子荧光光谱法（HG-AFS），用王水分解样品，经硫脲-抗坏血酸还原，以硼氢化钾为还原剂，测定As元素。④利用冷蒸气-原子荧光光谱法（CV-AFS），用王水分解样品，直接分取溶液，用硼氢化钾作为还原剂进行测定Hg元素。⑤利用泡沫塑料吸附-石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS），试样经灼烧后用王水分解，在王水介质中，用聚氨酯泡沫塑料吸附，以硫脲溶液解脱后直接进行金的石墨炉原子吸收光谱法测定Au元素含量。⑥利用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES），试料用硝酸、盐酸、氢氟酸，高氯酸分解并赶尽高氯酸，用盐酸（1＋1）溶解后，移至10 ml聚乙烯试管中，定容，摇匀，取澄清溶液，测定P元素。

3 测试结果

铁塘硐矿段原生晕数据特征值统计结果见表1。由表1可知：各元素含量变化范围总体较大，除Sn元素外，其他元素最大值和最小值变化范围在1个数量级以上，个别可达4个数量级（如Au 1.3×10-9～ 12 444.6×10-9、Pb 6.3×10-6～ 17 210.0 ×10-6），可以很好地反映元素地球化学异常的分布特征。

铁塘硐矿段原生晕元素相关性特征见表2。由表2可知：与Au明显呈正相关的元素有Ag、Bi、Cu、Sn等，这与原生晕元素分布特征一致，暗示了Ag、Bi、Cu、Sn等可作为近矿晕元素组合。Bi、Sn、Cu通常指示高温热液相，暗示了铁塘硐矿段金成矿温度较高。与Ag呈正相关的元素有Pb和Zn，而Pb、Zn与Au无明显相关性，暗示了Pb-Zn-Ag矿化与金矿化存在分带性。且Zn、Ag等与指示低温的As、Hg、Sb元素呈明显的正相关性，指示了Pb、Zn、Ag、As、Hg、Sb等可作为头晕元素组合。

4 原生晕轴向分带特征

利用SURFER软件，将获得的所有数据通过反距离加权插值法进行网格化处理，获得铁塘硐矿段6勘探线的原生晕元素分布特征等值线图（见图4）。由图4可知：Au、Cu、Ag元素在空间分布上具有很好的正相关性，这与相关性系数计算结果一致。通过数学推算确定了在400～550 m标高和0 m标高附近存在2个主要Au异常中心，异常中心的垂向距离约450 m，且0 m标高附近异常规模较大，可为圈定矿体提供参考依据。

结合6勘探线剖面图，铁塘硐矿段深部金矿化富集段与流纹状石英斑岩的出现非常吻合。例如，200 m、0 m、-200 m标高附近出现的富矿样品均来自石英斑岩或其附近。因此，角砾岩筒中穿插的石英斑岩脉或隐伏的斑岩体是重点关注对象。

利用格氏法［6］开展了矿床原生晕轴向分带研究。首先，利用式（1）计算出各中段元素的线金属量（Pl）：

式中：Ca为测线上的异常平均值（10-6）；
Cb为背景平均值（10-6）；
l为测线上异常线段的长度（m）。

将线金属量标准化至同一数量级，就得到分带指数，利用式（2）计算分带指数：

每种元素的分带指数最大值所在标高即为该元素在分带系列中的位置。当2種以上的元素分带指数最大值同时位于剖面的最上中段或最下中段时，可以用变异性指数（G）来进一步确定它们的相对位置，利用式（3）计算变异性指数：

式中：Dmax为某种元素的分带指数最大值；
Di为某元素在i中段的分带指数值，不考虑分带指数最大值所在的中段。

为保证矿床原生晕轴向分带计算的样品分布要求，选取铁塘硐矿段6勘探线作为基准剖面，以200 m高程为间距，划分为800 m、600 m、400 m、200 m、0 m、-200 m共6个中段，每个中段选取20件样品（钻孔高程±10 m的岩芯样品），进行线金属量计算。根据线金属量、分带指数及变化指数的计算结果（见表3、表4），获得铁塘硐角砾岩筒自上而下的金属元素分带序列为：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

依据元素相关性和轴向分带序列，参考热液矿床的经典原生晕元素分带模型［6］，本次工作提出铁塘硐矿段原生晕头晕、近矿晕、尾晕元素组合如下。

头晕：As、Sb、Hg、Pb、Zn、Mn；

近矿晕：Au、Cu、Ag、Bi、Sn；

尾晕：Mo、W、Co、Ni。

整体上，铁塘硐矿段原生晕轴向分带序列具有以下特征：①金矿化主体位于400 m和0 m标高附近。②金矿化上部出现代表尾晕的Mo、W等元素，指示了800 m标高以上可能存在金矿化富集段。③代表头晕的As元素出现在轴向分带最下部，指示了深部可能存在隐伏矿体。

5 深部找矿靶区预测及钻探验证

对于深部找矿靶区的预测，可以通过分带参数（分带参数=头晕元素/尾晕元素）来判断垂向上的头、尾晕叠加规律，高值异常区代表头晕位置，中间值对应近矿晕区域，低值异常区对应尾晕范围。通过已知矿体范围及其深部出现的低值异常即可推断叠加晕的存在，即深部可能存在隐伏矿体。从Au元素分带参数等值线图（见图5-c）上看，铁塘硐深部-100 m和 -250 m标高附近均出现了高值异常区，即头晕元素组合异常，指示了-250 m标高以下可能存在隐伏矿体。综合考虑原生晕轴向分带序列的计算结果、分带参数异常强度及异常区范围，以及已知富集中心垂向距离，推测在-400 ～ -500 m标高区域可能存在另一个规模较大的富矿段，即深部有利找矿靶区。

矿山近期在510 m中段部署了坑内钻探工程进行验证，发现了蚀变岩型矿体（见图5-a），估算新增金资源量8 t，与本次工作预测的Au异常区范围非常吻合（见图5-b），证实了矿床原生晕地球化学法在义兴寨金矿区找矿预测工作中的有效性。此外，本次提出的-250 m标高以下找矿靶区，有待矿山进一步部署钻探工程加以验证。

6 结 论

1）义兴寨金矿床铁塘硐矿段原生晕元素轴向分带序列自上而下为：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba。

2）原生晕轴向分带规律显示，铁塘硐矿段隐爆角砾岩筒深部具有很好的成矿潜力，推测在-400～-500 m标高附近区域存在规模较大的富矿段。

致谢：在野外工作中，得到了紫金矿业集团股份有限公司矿产地质勘查院和山西紫金矿业有限公司有关领导和技术人员的大力支持和协助，论文修改过程中获得了编辑与审稿专家提出的宝贵意见和建议，在此一并深表谢意！

［参 考 文 献］

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Primary halo geochemistry and prediction for deep ore prospecting of the Tietangdong ore section，the Yixingzhai Gold Deposit，Shanxi Province

Hu Qiaoqing1，Wang Yitan1，Mao Jingwen1，2，He Meng1，2，Bai Xiaoming3，4，Sun Rongliang5，Liu Junchen6，Wang Peng7

（1.MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of GeologicalSciences; 2.MNR Key Laboratory for Exploration Theory & Technology of Critical Mineral Resources，School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences （Beijing）; 3.School of Earth Resources，China University of Geosciences（Wuhan）; 4.Mineral Exploration Institute，Zijin Mining Group Co.，Ltd.; 5.Shanxi Zijin Mining Company Limited;6.School of Earth Sciences，Guilin University of Technology;7.School of Earth Sciences and Spatial Information Engineering，Hunan University of Science and Technology）

Abstract：The Yixingzhai Gold Deposit is the largest gold deposit in Shanxi Province.The practical problems urgently to be solved are to explore the deep ore genesis potentials and identify developed concealed ore bodies.With a comprehensive understanding of mineralization characteristics，controlling factors，and ore genesis，the primary halo geochemical method of deposits was utilized to conduct deep mineral exploration prediction research on the Tietangdong ore section of the Yixingzhai Gold Deposit.The primary halo anomaly shows that there are 2 main anomaly centers for Au at elevations of 400 m to 550 m and 0 m，with the largest scale of gold mineralization near the 0 m elevation.The anomaly area is exactly the inferred range of the ore body.The element axial zoning sequence of the primary halo from top to bottom was obtained as follows：Sb-Mn-Mo-W-Ni-B-Sn-P-Au-Hg-Cr-Co-Cu-Pb-Zn-Ag-Bi-As-Ba.Therefore，it is believed that the Tietangdong ore section has good prospecting potential in the deep.It is speculated that there may be a large-scale ore shoot near the elevation from - 400 m to - 500 m.The prediction results have been verified through drilling recently deployed，and an additional 8 tons of Au reserve have been added，providing reliable support for further prospecting work.

Keywords：primary halo geochemical method;Yixingzhai Gold Deposit;Tietangdong ore section;deep ore prospecting prediction;central North China tectonic belt

收稿日期：2023-04-29；

修回日期：2023-05-15

基金項目：中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（KK2104，KK2217）；
紫金矿业集团股份有限公司科研项目（2261KY202008）

作者简介：胡乔青（1986—），男，助理研究员，博士，研究方向为矿床学、成矿预测、岩石地球化学等;E-mail：535316362@qq.com

*通信作者：王义天（1969—），男，研究员，博士，研究方向为内生金属矿床成因、成矿作用、区域构造演化与成矿规律、矿床评价与成矿预测等;E-mail：wyt69@263.net

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