東天山彩霞山大型鉛鋅礦床原生暈地球化學研究及找礦靶區預測

胡喬青 王義天 魏然 王嘉瑋 陳俊 陳貴民

摘? ?要：東天山彩霞山大型鉛鋅礦床位于中天山地塊北部，是區內最大的鉛鋅礦床。對I號礦體和II號礦體開展原生暈地球化學研究工作，獲得I號礦體和II號礦體軸向分帶序列分別為：As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba和Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba。結合礦床地質特征和元素地球化學相關性分析認為：彩霞山I號礦體西延的深部成礦潛力較大，是后續深部找礦重要靶區;推斷I號礦體16勘探線深部及II號礦體38勘探線深部存在一定規模隱伏礦體，可作為找礦靶區;II號礦體東延部位找礦潛力不大。

關鍵詞：東天山;彩霞山鉛鋅礦床;原生暈地球化學;靶區預測

彩霞山大型鉛鋅礦床是東天山地區最大的鉛鋅礦床。深部找礦是礦產勘查工作重要領域，也是成礦研究的難點和熱點。以往礦床使用傳統地球物理勘查方法（包括電磁法，如可控源音頻大地電磁法）具多解性，制約了找礦靶區的可信度。礦床原生暈分析是研究礦床深部找礦遠景的有效手段，礦山勘探和開發工作為礦床原生暈軸向分帶特征研究提供了條件[1-2]。20世紀50年代起，國內外學者開展金屬礦床原生暈研究，在工作方法、技術和原生暈分帶理論方面取得重要進展。前蘇聯的C.B格里戈良、奧勃欽尼科夫等對200 多個不同類型熱液金屬礦床原生暈研究，通過元素原生地球化學暈成分與礦體空間分布關系，確定了熱液礦床元素的統一軸向分帶序列（從下至上）：W-Be-As-Sn1-U-Mo-Co-Ni-Bi-Cu1-Au-Sn2-Zn-Pb-Ag-Cd-Cu2-Sb-Hg-Ba-Sr[3]，其中Sn，Cu元素有兩個位置，是因它們在熱液礦床中賦存的礦物形式有變化，Sn1，Cu1以錫石和黃銅礦形式存在，Sn2，Cu2以黃錫礦和黝銅礦形式存在[3]。國內研究者也提出中國熱液礦床原生暈分帶序列[4]，眾多學者對鉛鋅礦床、斑巖型銅鉬礦床、矽卡巖型銅礦床、鎢鉬礦床、金礦床、錫礦床等典型熱液礦床原生暈分帶特征進行研究，提出礦床地球化學模型[5-10]，在多個礦床深部礦體預測中發揮了重要作用。

關于彩霞山鉛鋅礦床成因目前尚存在爭議，主要觀點有MVT、層控型、中溫巖漿熱液型、矽卡巖型等[11-19]。大多學者認為該礦床是與熱液作用有關的脈狀礦床。因此，利用熱液礦床原生暈地球化學理論進行找礦靶區圈定具可行性。孫莉等對彩霞山鉛鋅礦床東部II號礦體36線進行原生暈地球化學研究認為，礦體存在多次成礦作用疊加，深部具良好找礦前景[2]。本次工作在西部I號礦體和東部II號礦體中各選取一條勘探線剖面，對巖心樣品進行礦床原生暈地球化學研究，在總結礦體整體空間分布特征基礎上，應用XRF手持分析儀，對彩霞山鉛鋅礦床進行快速原生暈測試分析和研究工作。綜合原生暈地球化學特征分析結果，對礦床深部找礦靶區進行預測，提出新的找礦方向，為東天山地區鉛鋅礦床成礦預測提供依據。

1? 地質概況

彩霞山鉛鋅礦床位于新疆東天山地區，大地構造位置屬中天山地塊，北鄰阿齊山-雅滿蘇弧，二者間被阿奇克庫都克斷裂帶分隔。礦體賦存于青白口系卡瓦布拉克組第一巖性段碎屑巖+碳酸鹽巖建造，巖性為變石英砂巖、變質粉砂巖、含石墨黝簾絹云板巖、含碳硅質板巖夾白云石大理巖，部分大理巖發生矽卡巖化。侵入巖多呈巖株狀產于礦區北部、東南部，包括花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、閃長玢巖等。NNE向、NEE向巖脈成群分布，包括閃長玢巖脈、輝綠玢巖脈、閃長巖脈等。礦區內斷裂構造屬阿其克庫都克斷裂次級斷裂，性質為壓扭性或張扭性。斷裂走向總體與阿其克庫都克斷裂帶一致，主體為近EW向和NEE向（如F1、F2），次為NE向和NWW向（如F4、F5）。NE向斷層形成較晚，部分具左行走滑特征（圖1）[19]。礦體明顯受硅化碳酸鹽巖和構造破碎帶控制（圖1）1，主要賦存于變質粉砂巖與硅化大理巖巖相變化處，近大理巖一側，呈似層狀、透鏡狀、脈狀產出。礦區內發育有4個鉛鋅礦化蝕變帶，依次編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ號礦體（圖1）。圍巖蝕變包括硅化、透閃石化、白云石化、閃鋅礦化、方鉛礦化、黃鐵礦化、磁黃鐵礦化、綠泥石化、絹云母化、綠簾石化等（圖2-a～h）。礦石礦物主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等（圖2-a、2-b、2-f、2-h）。脈石礦物主要有白云石、透閃石、方解石、石英、陽起石、絹云母、綠泥石等。礦石結構多呈交代結構（圖2-c、2-d），粒狀-柱狀變晶結構，透閃石多呈纖維狀-柱狀集合體，少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、白云石、閃鋅礦等呈碎裂結構。礦石構造以浸染狀-網脈狀、條帶狀、角礫狀、團塊狀構造為主（圖2-a～f）。

2? 樣品采集與分析方法

本次選取彩霞山鉛鋅礦區I號礦體16號勘探線的3個鉆孔ZK1601、ZK1602、ZK1603，及II號礦體38號勘探線的3個鉆孔ZK3804、ZK3805、ZK3806進行采樣測試，樣品間距5 m左右，礦體內部加密間距2 m，測試樣品共計632件（表1）?？刂屏薎號礦體16線和II號礦體38線兩個勘探線剖面的礦體及頂底板圍巖，采樣位置見圖1。

傳統原生暈地球化學研究工作主要通過巖礦石樣品大量采樣后，經復雜制備和實驗室測試流程獲得數據。該方式成本較高、效率較低。近年來，XRF手持分析儀的應用為原生暈測試工作的快速開展提供了可能性。XRF手持分析儀是一種手持式X射線熒光光譜儀，由一體化高壓和端窗微型X光管、準直濾光系統、探測器、信號放大器、多道分析器和PDA微電腦系統構成。XRF手持分析儀體積小，便攜、方便野外工作，分析速度快，操作簡單，對操作人員限制很小，現場分析無需制備樣品，可直接在待測礦物表面進行測定。本次工作采用NITON XL2系列手持式XRF分析儀，由美國Thermo Fisher Scientific公司研發，搭載巖心測試臺，連接筆記本電腦，建立了簡易的XRF實驗室，在野外直接進行樣品測試工作。理論上，礦石分析模式下可分析S，K，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Rb，Sr，Zr，Nb，Mo，Pd，Ag，Cd，Sn，Sb，Ba，Hf，Ta，Re，W，Au，Hg，Pb，Bi等34種元素，檢測限為1×10-6 [20-21]。

3? 測試結果

本次工作測試數據見表2。部分元素測試結果普遍低于檢測限，未列出。本次工作選取Zn，Pb，Fe，S，As，Sb，Mo，Cr，Mn，Ba，Zr，Ca，K，Ti等14種元素為原生暈軸向分帶序列指示元素。單個元素本底值通過元素含量正態分布曲線平均低值求得。

元素相關性系數顯示（表3），Zn與Pb，S，Fe，Cd，Mo，Sn呈明顯正相關，Pb與As，Sn，S呈明顯正相關，Zn，Pb與指示高溫熱液活動的Mo，Sn等元素正相關暗示鉛鋅成礦的溫度較高。

4? 礦床原生暈軸向分帶研究

本次工作利用格氏法（C·B·格里戈良）對彩霞山鉛鋅礦床開展礦床原生暈軸向分帶研究[3]。首先計算出各中段元素的線金屬量（Pl），線金屬量計算公式：

[PI=Ca-Cb×L×sinθ]…（1）

其中：Ca——測線上的異常平均值;

Cb——背景平均值;

L——測線上異常線段的長度。

將線金屬量標準化至同一數量級，就得到分帶指數計算公式：

分帶指數=元素線金屬量/元素所在中段線金屬

量之和… （2）

每一元素的分帶指數最大值所在標高即為該元素在分帶系列中的位置。當兩個以上元素分帶指數最大值同時位于剖面最上中段或最下中段時，可用變異性指數（G）進一步確定它們的相對位置，計算公式：

G=∑Dmax/Di…（3）

Dmax即某元素的分帶指數最大值;Di即某元素在i中段的分帶指數值，不考慮分帶指數最大值所在的中段。

為保證礦床原生暈軸向分帶計算的樣品分布要求，將彩霞山鉛鋅礦床I號礦體16線分為1050、950、850、750、650共5個中段，將II號礦體38線分為1050、1000、950、900、850共5個中段，每個中段選取11件樣品（鉆孔高程±10 m的巖心樣品），進行線金屬量計算。據線金屬量、分帶指數及變化指數計算結果（表4，5），獲得彩霞山鉛鋅礦床I、II號礦體從上到下的金屬元素分帶序列分別為：

As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba（I號礦體）

Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba（II號礦體）

一般的，熱液型礦床原生暈軸向分帶特征是前緣暈（頭暈）為Hg，As，Sb，近礦暈（中暈）為Ag，Pb，Zn，Cu，Au，尾部暈（尾暈）為Bi，Mo，Mn，Co，Ni[6]。從I號礦體元素軸向分帶序列上看，鉛鋅元素處于軸向分帶序列的中間部位，中暈為Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo，頭暈為As，Sb，Zr，Ti，尾暈為Cr-K-Ba，構成了一個較完整的、單一的原生暈軸向分帶序列，無明顯多階段熱液活動的疊加暈。所分析樣品位于1050至650等5個中段，高差為400 m，推測彩霞山I號礦體主體鉛鋅礦化為目前揭露范圍，16線深部發育大規模礦體的潛力不大。已有鉆孔資料顯示，16線礦體向下尚未圈閉，礦體厚度較大，深部硅化大理巖內部可能存在小規模礦體。從I號礦體總體產狀看，富礦體沿走向具西傾特征，I號礦體西延的深部可能存在較大規模隱伏礦體，是后續深部找礦重要遠景區。相對II號礦體，I號礦體更靠近北部閃長巖體，硅化蝕變程度更強，已查明的礦化規模和礦體厚度更大（圖1）。巖漿活動對鉛鋅富集具重要作用，這與許多研究者觀點一致[18-19]，暗示I號礦體延伸部位更具找礦潛力。與鉛鋅礦化作用密切相關的成礦元素主要為S，Fe，Mo，Mn，它們為分散暈和次生暈化探異常的重要找礦指示元素。

彩霞山II號礦體元素軸向分帶顯示，與鉛鋅礦化密切相關的元素有Fe-S-Cr-Sb-As，不同于I號礦體的原生暈特征。元素軸向分帶序列顯示，鉛鋅處于軸向分帶序列上部，As-Sb等頭暈元素與Cr等尾暈元素疊加，表明可能存在多期熱液成礦作用造成的疊加暈，且上鋅下鉛的異常分帶現象暗示了不同深度的熱液成礦作用疊加。孫莉等對II號礦體36勘探線原生暈地球化學研究獲得上鋅下鉛的軸向分帶[2]，認為是多期礦化重復疊加造成的，與本文結論互相印證。本次選定的用于軸向分帶研究的樣品位于1050至850等5個中段，高差約200 m，獲得的軸向分帶異常暗示II號礦體38線深部存在隱伏鉛鋅礦體。這一結論得到深部鉆探工程（如ZK3807等鉆孔）的證實（圖3）。

據本次原生暈工作獲得的成果對深部找礦靶區進行初步預測：①彩霞山鉛鋅礦床II號礦體東延部位找礦潛力不大;②I號礦體16線深部（靶區編號I-1，標高350～600 m）及II號礦體38線深部（靶區編號II-1，標高500～700 m）可能存在一定規模隱伏礦體，各圈定1處找礦靶區（表6，圖3）;③I號礦體西延的深部成礦潛力較大，是后續深部找礦重要靶區，圈定找礦靶區1處，編號I-2，標高300～700 m（表6，圖3）。

5? 結論

彩霞山鉛鋅礦床I號礦體從上到下軸向分帶序列為：As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba;彩霞山II號礦體軸向分帶序列為：Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba。彩霞山鉛鋅礦床II號礦體東延部位找礦潛力不大，I號礦體16線深部及II號礦體38線深部可能存在一定規模隱伏礦體。I號礦體西延深部成礦潛力較大，是后續深部找礦重要靶區。

致謝：野外工作中，得到新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第一地質大隊、第六地質大隊，礦山企業有關領導和技術人員的大力支持和協助，論文寫作過程中，得到了審稿專家與編輯部老師的指導、建議和幫助，在此一并深表感謝！

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Abstract： The giant Caixiashan lead-zinc deposit is located in the northern part of the Central Tianshan block in east Tianshan， Xinjiang Province. It is the largest lead-zinc deposit in the region. In this paper， the studies of primary halo geochemistry of the No. I and No. II orebodies were carried out. Axial zoning sequences for the No. I and II orebodies was obtained as： As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba and Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba， respectively. Combined with the geological characteristics of the deposit and the correlation analysis of element geochemistry， it is considered that the deep metallogenic potential of the West extension of Caixiashan I orebody is large and it is an important target area for subsequent deep prospecting; It is inferred that there are concealed ore bodies of a certain scale in the deep part of prospecting line 16 of ore body I and 38 of ore body II， which can be used as prospecting targets; The Eastern extension of ore body II has little prospecting potential.

Key words： East Tianshan; Caixiashan Pb-Zn Deposit; Primary Halos Geochemistry; Prospecting Target