东天山彩霞山大型铅锌矿床原生晕地球化学研究及找矿靶区预测
胡乔青 王义天 魏然 王嘉玮 陈俊 陈贵民
摘 要：东天山彩霞山大型铅锌矿床位于中天山地块北部，是区内最大的铅锌矿床。对I号矿体和II号矿体开展原生晕地球化学研究工作，获得I号矿体和II号矿体轴向分带序列分别为：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。结合矿床地质特征和元素地球化学相关性分析认为：彩霞山I号矿体西延的深部成矿潜力较大，是后续深部找矿重要靶区;推断I号矿体16勘探线深部及II号矿体38勘探线深部存在一定规模隐伏矿体，可作为找矿靶区;II号矿体东延部位找矿潜力不大。
关键词：东天山;彩霞山铅锌矿床;原生晕地球化学;靶区预测
彩霞山大型铅锌矿床是东天山地区最大的铅锌矿床。深部找矿是矿产勘查工作重要领域，也是成矿研究的难点和热点。以往矿床使用传统地球物理勘查方法（包括电磁法，如可控源音频大地电磁法）具多解性，制约了找矿靶区的可信度。矿床原生晕分析是研究矿床深部找矿远景的有效手段，矿山勘探和开发工作为矿床原生晕轴向分带特征研究提供了条件[1-2]。20世纪50年代起，国内外学者开展金属矿床原生晕研究，在工作方法、技术和原生晕分带理论方面取得重要进展。前苏联的C.B格里戈良、奥勃钦尼科夫等对200 多个不同类型热液金属矿床原生晕研究，通过元素原生地球化学晕成分与矿体空间分布关系，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[3]，其中Sn，Cu元素有两个位置，是因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，Sn2，Cu2以黄锡矿和黝铜矿形式存在[3]。国内研究者也提出中国热液矿床原生晕分带序列[4]，众多学者对铅锌矿床、斑岩型铜钼矿床、矽卡岩型铜矿床、钨钼矿床、金矿床、锡矿床等典型热液矿床原生晕分带特征进行研究，提出矿床地球化学模型[5-10]，在多个矿床深部矿体预测中发挥了重要作用。
关于彩霞山铅锌矿床成因目前尚存在争议，主要观点有MVT、层控型、中温岩浆热液型、矽卡岩型等[11-19]。大多学者认为该矿床是与热液作用有关的脉状矿床。因此，利用热液矿床原生晕地球化学理论进行找矿靶区圈定具可行性。孙莉等对彩霞山铅锌矿床东部II号矿体36线进行原生晕地球化学研究认为，矿体存在多次成矿作用叠加，深部具良好找矿前景[2]。本次工作在西部I号矿体和东部II号矿体中各选取一条勘探线剖面，对岩心样品进行矿床原生晕地球化学研究，在总结矿体整体空间分布特征基础上，应用XRF手持分析仪，对彩霞山铅锌矿床进行快速原生晕测试分析和研究工作。综合原生晕地球化学特征分析结果，对矿床深部找矿靶区进行预测，提出新的找矿方向，为东天山地区铅锌矿床成矿预测提供依据。
1 地质概况
彩霞山铅锌矿床位于新疆东天山地区，大地构造位置属中天山地块，北邻阿齐山-雅满苏弧，二者间被阿奇克库都克断裂带分隔。矿体赋存于青白口系卡瓦布拉克组第一岩性段碎屑岩+碳酸盐岩建造，岩性为变石英砂岩、变质粉砂岩、含石墨黝帘绢云板岩、含碳硅质板岩夹白云石大理岩，部分大理岩发生矽卡岩化。侵入岩多呈岩株状产于矿区北部、东南部，包括花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长玢岩等。NNE向、NEE向岩脉成群分布，包括闪长玢岩脉、辉绿玢岩脉、闪长岩脉等。矿区内断裂构造属阿其克库都克断裂次级断裂，性质为压扭性或张扭性。断裂走向总体与阿其克库都克断裂带一致，主体为近EW向和NEE向（如F1、F2），次为NE向和NWW向（如F4、F5）。NE向断层形成较晚，部分具左行走滑特征（图1）[19]。矿体明显受硅化碳酸盐岩和构造破碎带控制（图1）1，主要赋存于变质粉砂岩与硅化大理岩岩相变化处，近大理岩一侧，呈似层状、透镜状、脉状产出。矿区内发育有4个铅锌矿化蚀变带，依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ号矿体（图1）。围岩蚀变包括硅化、透闪石化、白云石化、闪锌矿化、方铅矿化、黄铁矿化、磁黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、绿帘石化等（图2-a～h）。矿石矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等（图2-a、2-b、2-f、2-h）。脉石矿物主要有白云石、透闪石、方解石、石英、阳起石、绢云母、绿泥石等。矿石结构多呈交代结构（图2-c、2-d），粒状-柱状变晶结构，透闪石多呈纤维状-柱状集合体，少量黄铁矿、磁黄铁矿、白云石、闪锌矿等呈碎裂结构。矿石构造以浸染状-网脉状、条带状、角砾状、团块状构造为主（图2-a～f）。
2 样品采集与分析方法
本次选取彩霞山铅锌矿区I号矿体16号勘探线的3个钻孔ZK1601、ZK1602、ZK1603，及II号矿体38号勘探线的3个钻孔ZK3804、ZK3805、ZK3806进行采样测试，样品间距5 m左右，矿体内部加密间距2 m，测试样品共计632件（表1）。控制了I号矿体16线和II号矿体38线两个勘探线剖面的矿体及顶底板围岩，采样位置见图1。
传统原生晕地球化学研究工作主要通过岩矿石样品大量采样后，经复杂制备和实验室测试流程获得数据。该方式成本较高、效率较低。近年来，XRF手持分析仪的应用为原生晕测试工作的快速开展提供了可能性。XRF手持分析仪是一种手持式X射线荧光光谱仪，由一体化高压和端窗微型X光管、准直滤光系统、探测器、信号放大器、多道分析器和PDA微电脑系统构成。XRF手持分析仪体积小，便携、方便野外工作，分析速度快，操作简单，对操作人员限制很小，现场分析无需制备样品，可直接在待测矿物表面进行测定。本次工作采用NITON XL2系列手持式XRF分析仪，由美国Thermo Fisher Scientific公司研發，搭载岩心测试台，连接笔记本电脑，建立了简易的XRF实验室，在野外直接进行样品测试工作。理论上，矿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种元素，检测限为1×10-6 [20-21]。
3 测试结果
本次工作测试数据见表2。部分元素测试结果普遍低于检测限，未列出。本次工作选取Zn，Pb，Fe，S，As，Sb，Mo，Cr，Mn，Ba，Zr，Ca，K，Ti等14种元素为原生晕轴向分带序列指示元素。单个元素本底值通过元素含量正态分布曲线平均低值求得。
元素相关性系数显示（表3），Zn与Pb，S，Fe，Cd，Mo，Sn呈明显正相关，Pb与As，Sn，S呈明显正相关，Zn，Pb与指示高温热液活动的Mo，Sn等元素正相关暗示铅锌成矿的温度较高。
4 矿床原生晕轴向分带研究
本次工作利用格氏法（C·B·格里戈良）对彩霞山铅锌矿床开展矿床原生晕轴向分带研究[3]。首先计算出各中段元素的线金属量（Pl），线金属量计算公式：
[PI=Ca-Cb×L×sinθ]…（1）
其中：Ca——测线上的异常平均值;
Cb——背景平均值;
L——测线上异常线段的长度。
将线金属量标准化至同一数量级，就得到分带指数计算公式：
分带指数=元素线金属量/元素所在中段线金属
量之和… （2）
每一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。当两个以上元素分带指数最大值同时位于剖面最上中段或最下中段时，可用变异性指数（G）进一步确定它们的相对位置，计算公式：
G=∑Dmax/Di…（3）
Dmax即某元素的分带指数最大值;Di即某元素在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，将彩霞山铅锌矿床I号矿体16线分为1050、950、850、750、650共5个中段，将II号矿体38线分为1050、1000、950、900、850共5个中段，每个中段选取11件样品（钻孔高程±10 m的岩心样品），进行线金属量计算。据线金属量、分带指数及变化指数计算结果（表4，5），获得彩霞山铅锌矿床I、II号矿体从上到下的金属元素分带序列分别为：
As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba（I号矿体）
Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba（II号矿体）
一般的，热液型矿床原生晕轴向分带特征是前缘晕（头晕）为Hg，As，Sb，近矿晕（中晕）为Ag，Pb，Zn，Cu，Au，尾部晕（尾晕）为Bi，Mo，Mn，Co，Ni[6]。从I号矿体元素轴向分带序列上看，铅锌元素处于轴向分带序列的中间部位，中晕为Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo，头晕为As，Sb，Zr，Ti，尾晕为Cr-K-Ba，构成了一个较完整的、单一的原生晕轴向分带序列，无明显多阶段热液活动的叠加晕。所分析样品位于1050至650等5个中段，高差为400 m，推测彩霞山I号矿体主体铅锌矿化为目前揭露范围，16线深部发育大规模矿体的潜力不大。已有钻孔资料显示，16线矿体向下尚未圈闭，矿体厚度较大，深部硅化大理岩内部可能存在小规模矿体。从I号矿体总体产状看，富矿体沿走向具西倾特征，I号矿体西延的深部可能存在较大规模隐伏矿体，是后续深部找矿重要远景区。相对II号矿体，I号矿体更靠近北部闪长岩体，硅化蚀变程度更强，已查明的矿化規模和矿体厚度更大（图1）。岩浆活动对铅锌富集具重要作用，这与许多研究者观点一致[18-19]，暗示I号矿体延伸部位更具找矿潜力。与铅锌矿化作用密切相关的成矿元素主要为S，Fe，Mo，Mn，它们为分散晕和次生晕化探异常的重要找矿指示元素。
彩霞山II号矿体元素轴向分带显示，与铅锌矿化密切相关的元素有Fe-S-Cr-Sb-As，不同于I号矿体的原生晕特征。元素轴向分带序列显示，铅锌处于轴向分带序列上部，As-Sb等头晕元素与Cr等尾晕元素叠加，表明可能存在多期热液成矿作用造成的叠加晕，且上锌下铅的异常分带现象暗示了不同深度的热液成矿作用叠加。孙莉等对II号矿体36勘探线原生晕地球化学研究获得上锌下铅的轴向分带[2]，认为是多期矿化重复叠加造成的，与本文结论互相印证。本次选定的用于轴向分带研究的样品位于1050至850等5个中段，高差约200 m，获得的轴向分带异常暗示II号矿体38线深部存在隐伏铅锌矿体。这一结论得到深部钻探工程（如ZK3807等钻孔）的证实（图3）。
据本次原生晕工作获得的成果对深部找矿靶区进行初步预测：①彩霞山铅锌矿床II号矿体东延部位找矿潜力不大;②I号矿体16线深部（靶区编号I-1，标高350～600 m）及II号矿体38线深部（靶区编号II-1，标高500～700 m）可能存在一定规模隐伏矿体，各圈定1处找矿靶区（表6，图3）;③I号矿体西延的深部成矿潜力较大，是后续深部找矿重要靶区，圈定找矿靶区1处，编号I-2，标高300～700 m（表6，图3）。
5 结论
彩霞山铅锌矿床I号矿体从上到下轴向分带序列为：As-Sb-Zr-Ti-Ca-Mn-Zn-Pb-S-Fe-Mo-Cr-K-Ba;彩霞山II号矿体轴向分带序列为：Zn-Fe-S-Cr-Sb-Pb-As-Ca-Ti-K-Mn-Zr-Ba。彩霞山铅锌矿床II号矿体东延部位找矿潜力不大，I号矿体16线深部及II号矿体38线深部可能存在一定规模隐伏矿体。I号矿体西延深部成矿潜力较大，是后续深部找矿重要靶区。
致谢：野外工作中，得到新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一地质大队、第六地质大队，矿山企业有关领导和技术人员的大力支持和协助，论文写作过程中，得到了审稿专家与编辑部老师的指导、建议和帮助，在此一并深表感谢！
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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