地球化学块体法在埃塞俄比亚铜矿资源评价中的应用.pdf
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1、低密度地球化学填图具有采样水系级别高、工作覆盖面积广阔的特征,可有效追溯具有高金属含量的地球化学块体。本次研究以埃塞俄比亚 1100 万低密度地球化学填图数据为基础,通过对原始水系沉积物中 Cu 测试数据处理后,应用迭代剔除的方法,计算得出 Cu 的异常下限值为 3710-6。在此基础上,以 3710-6、4210-6、4710-6、5210-6、5910-6、6610-6作为分级间隔,共圈定出地球化学块体 3 个、区域异常 2 个。通过参考相同成矿带中铜矿勘查研究程度较高的地球化学块体中已知铜矿床储量,计算出研究区的 Cu 块体成矿率为 0.055%。本次以1 000 m 岩块厚度估算出研究
2、区内 Cu 的资源量为 260 万 t。结合区域成矿地质条件分析,确定 2 号、3 号、4 号地球化学块体所在区域可作为开展进一步详细勘查工作的重点成矿远景区。关键词:埃塞俄比亚;铜;地球化学块体;资源潜力;成矿远景区中图分类号:P632 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2023)04-0845-11收稿日期:2022-04-19;修回日期:2023-01-02基金项目:中国地质调查局地质调查项目(DD20190443,DD20160109)第一作者:向文帅(1986-),男,博士研究生,长期从事境外地质矿产调查与研究工作。Email:oldwenzi 通讯作者:白洋(1988-
3、),男,硕士研究生,长期从事境外地球化学勘查工作。Email:493652968 0 引言地球化学块体是指地壳中某种或某些金属元素高含量的巨大异常块体(1 000 km2),它们是地球演化至今不均匀性的直观显示,其可为矿床的形成提供巨量的物质供应1。块体在平面上表现为具有连续浓度级次的区域异常直到地球化学省甚至地球化学域的地球化学模式,垂向上块体可能具有一定的深度。该定义由谢学锦院士提出至今,已有 20余年的发展应用史,在指导勘查地球化学找矿及矿产资源潜力评价方面具有重要的意义2-7。低密度地球化学填图具有采样水系级别高,采样工作覆盖区域面积广阔的特征,可以有效追索具有高金属含量的地球化学块体
4、3,在此基础上,参考具有相似成矿地质背景且勘探程度较高的块体内已探明的矿产资源量,可有效估算各块体内成矿金属元素的成矿率,进而对研究区块体内的资源潜力进行预测评价8-9。最终,通过地球化学块体的划定和成矿地质条件分析,可较好地定位成矿远景区,在研究程度较低的区域实现找矿突破。埃塞俄比亚水系沉积物地球化学测量工作程度非常低,仅在本次研究区外的西部 Gmbi-Nejo 地区和南部亚纳格莱地区开展过系统的 1 25 万区域水系沉积物地球化学测量10,其余均为在矿区范围内开展过的小面积、大比例尺土壤地球化学测量工作,整体地球化学勘查程度低且系统性较差;此外,除北部前寒武系基底区外,其他有利成矿区的铜矿
5、勘查研究也亟待突破。本次利用地球化学块体法,对已完成采样测试工作的埃塞中北部地区进行系统的 Cu 资源量估算及成矿潜力分析,并在此基础上划定 Cu 成矿远景区,为后续赴物 探 与 化 探47 卷 埃塞俄比亚开展 Cu 矿开发的企业提供基础技术资料支撑,降低勘查风险。1 研究区概况埃塞俄比亚位于形成于 1 000450 Ma 的“泛非构造带”中的东非造山带,由阿拉伯努比亚地盾和莫桑比克带构成,东非大裂谷沿 NE 向纵贯埃塞全境,以此为界埃塞俄比亚被分为东部低地、中西部高原和裂谷带。本次研究区整体位于埃塞俄比亚中北部,覆盖埃塞俄比亚西部及北部前寒武系变质基底,南部边界到达埃塞俄比亚南部前寒武系变质
6、基底北缘。区内主要出露前寒武系基底变质岩、晚古生代中生代海相和陆相沉积岩、新生代基性酸性火山岩和火山沉积岩11,不涉及莫桑比克带12,具体如图 1 所示。埃塞俄比亚矿产资源丰富,已发现的金属矿产有金、铂、铜、铅、锌等,主要的优势矿种为金、铂、铜等。铜矿主要分布于埃塞俄比亚北部前寒武纪低级变质火山沉积岩系中,主要成矿类型为火山块状硫化物(VMS)及其次生铁帽型铜矿,研究区内已发现的典型铜矿床(点)包括Shire、Adyabo、Harvest、North Ethiopia、Shehagne 等VMS 型 Cu 矿床等13-14,整体来看,本次研究区具有较好的 Cu 找矿潜力。1.1 地质体构成埃塞
7、俄比亚主要出露的岩石为前寒武系变质基底、晚古生代中生代海相和陆相沉积岩、新生代基性酸性火山岩和火山沉积岩,其中前寒武纪变质岩及其构造同期后期侵入岩构成的杂岩主要出露于北部、西部和南部地区,约占整个国土面积的23%;显生宙的沉积岩和火山岩覆盖了这个国家中部高原大部分地区、裂谷和东部的坳陷,其中晚古生代中生代沉积岩约占 25%,新生代基性酸性火山岩约占 34%,新生代火山沉积岩和火山碎屑岩,包括古近纪、新近纪和第四纪地层约占 18%。埃塞俄比亚岩浆活动主要集中在前寒武纪和新生代,其中前寒武纪基底杂岩中岩浆岩侵入体分布范围极为广泛,主要类型为酸性侵入岩。此外,还存在少量闪长岩和超基性侵入岩。伴随东非
8、大裂谷形成而产生的一系列火山活动主要分布在该国北部和中部。前人16研究指出,中部埃塞俄比亚高原与裂谷接触地段主要产出玄武岩和少量流纹岩,形成时代为始新层中新层中段(大约 5415 Ma)。1.2 构造埃塞俄比亚前寒武纪基底以及覆于该基底单元之上的中生代海相地层和古近纪新近纪玄武岩系列,前者经历了强烈的褶皱和叶理化作用,后者产状近水平。这一整套岩石系列在晚始新世时期发生了抬升,并成为阿拉伯埃塞俄比亚构造隆起的一部分,后期发生的裂谷事件贯穿了整个岩石系列单元,并在该地区形成了裂谷系统。1.3 矿产概况埃塞俄比亚的主要 Cu 矿均产于前寒武变质基底区,主要由北部(Tigray)Au-Cu 矿集区、(
9、Assosa)Au-Cu 矿集区、西南部(Akobo)Au-Cu 矿集区和南部(Adola)Au-Cu 矿集区等组成,这些矿产多与低级变质火山沉积岩及区域构造演化作用有关。本次研究区主要覆盖北部及西部两个矿集区,典型矿床包括北部的 Shire 等一系列块状硫化物 Cu-Au 多金属矿床14,17;西部则主要以与绿岩带型(造山型)金矿伴生的铜矿点为主15,达到开采规模的铜矿床至今未有发现。2 样品采集与分析2016 年中国地质调查局武汉地质调查中心与埃塞俄比亚地质调查局开展合作,计划完成该国全域 1100 万低密度地球化学填图,项目持续至 2019年,完成了中北部近60 万 km2的采样工作。埃
10、塞俄比亚境内的采样点位分布如图 1 所示。样品分析测试工作由自然资源部武汉矿产资源监督检测中心承担,统一分析了69 种元素,本次研究使用的 Cu 数据采用 ICP-MS 分析方法,分析检出限为 0.1 10-6。3 Cu 地球化学块体的圈定与分布3.1 数据预处理如前文所述,埃塞俄比亚的 Cu-Au 等金属矿产均产于前寒武变质基底区。埃塞俄比亚中北部地区的该类地质体集中分布于北部的 Tigray 及西部的Assosa 地区,中部大面积分布的以玄武岩为主的新生代火山岩区成矿潜力非常有限。研究表明玄武岩普遍具有高 Cu 含量的特征18-19,若采用原始数据直接进行块体圈定,新生代火山岩区水系沉积物
11、中整体的 Cu 高含量背景会对前寒武变质基底区的 Cu异常造成非常明显的掩盖,从而导致有利 Cu 地球化学块体的圈定出现错误。鉴于此,本次研究工作仅保留埃塞俄比亚境内前寒武变质基底区及周缘的 308件水系沉积物样品数据参与 Cu 地球化学块体的圈定,其余地质体分布区的水系沉积物数据不参与分析。648 4 期向文帅等:地球化学块体法在埃塞俄比亚铜矿资源评价中的应用图 1 埃塞俄比亚厄立特里亚地质及采样点位分布(据文献15修编)Fig.1 Brief geologyand sample point map of Ethiopia-Eritrea(revised according to refer
12、ence 15)图 2 厄立特里亚埃塞俄比亚北部区域地质矿产简图(据文献20修编)Fig.2 Brief geology and mineral map of Eritrea-North Ethiopia(revised according to reference 20)埃塞俄比亚境内分布的前寒武变质基底在大地构造单元上与厄立特里亚阿斯马拉及毕沙 Cu-Au成矿带同属努比亚地盾,尤其是北部的 Tigray 地区直接为 Asmara-Nakfa 铜金成矿带在埃塞俄比亚北部的延伸,如图 2 所示,厄立特里亚境内努比亚地盾(前寒武变质基底)分布区均已完成 1 100 万低密度地球化学填图工作,采样
13、点位分布如图 1(厄立特里亚境内前寒武变质基底)所示,综合两国的低密度水系沉积物数据进行分析,可以更加合理地确定 Cu 地球化学块体的异常下限。此外厄立特里亚境内的 Cu 矿勘查程度相对较高,这对于研究区地球化学块体成矿率的确定也非常有利。因此,本次研究工作引入了厄立特里亚前寒武变质基底区的531 件水系沉积物样品的 Cu 含量数据。基于上述论述,笔者综合了厄立特里亚和埃塞俄比亚前寒武变质基底区的 839 件水系沉积物 Cu含量数据,并在此基础上确定 Cu 地球化学块体的异常下限和地球化学块体成矿率。3.2 Cu 地球化学块体异常下限的确定元素异常下限的确定对地球化学块体的圈定非748物 探
14、与 化 探47 卷 常重要,通常利用研究区内数据集迭代剔除 23 倍标准差以外的特异值,求得剩余数据集的平均值和标准差,然后利用平均值加 n 倍标准差作为该元素的异常下限,本次 Cu 含量数据的离散程度较低,因此 n 的取值为 1。对收集到的前寒武变质基底区839 件 1100 万水系沉积物的测试数据,迭代剔除大于 3 倍标准差的特异值 32 个,剩余数据计算出的平均值为 22.910-6,标准差为 14.110-6,对应的异常下限为 3710-6,Cu 的地球化学特征参数如表1 所示。表 1 处理后 Cu 地球化学特征参数及地球化学块体含量级次Table 1 Processed geoche
15、mical statistic characteristics of copper and content level of the geochemical blocks元素数据量最小值/10-6最大值/10-6四分位值/10-625%50%75%平均值/10-6标准差/10-6Cu8391.9137.412.720.531.425.117.7元素剔除 3 倍离差后浓度分带/10-6平均值/10-6标准差/10-61 级2 级3 级4 级5 级6 级Cu22.914.1374247525966 为了更好地示踪区内 Cu 地球化学块体的内部结构特征,通常会对地球化学块体进行 6 级次浓度分带,浓
16、度间隔通常以 0.1lgX(X 为含量值)为准7,21,鉴于研究区水系沉积物中 Cu 含量相对集中的特征,本次研究选取 0.05lgX(X 为含量值)作为各级次浓度间隔,最终求得的 6 级次含量浓度值依次为:3710-6、4210-6、4710-6、5210-6、5910-6、6610-6。3.3 地球化学块体圈定与分布根据所确定的地球化学块体 Cu 异常下限及分级参数,利用 Geochem Studio 软件,采用 10 km10 km 的网格间距,选择距离幂函数反比加权法圈定地球化学块体,并根据谢学锦院士提出的地球化学块体模式谱系2,将面积大于 1 000 km2的 Cu 地球化学区定义为
17、地球化学块体,面积在 1001 000 km2之间的定义为地球化学区域异常。本次共圈出 4 个地球化学块体和 2 个区域地球化学异常,其中地球化学块体用 1、2、3、4 编号,区域异常用、编号7,21,地球化学块体及区域异常分布见图 3。图 3 研究区铜地球化学块体及区域异常分布Fig.3 Distribution of copper geochemical blocks and regional anomalies in study area848 4 期向文帅等:地球化学块体法在埃塞俄比亚铜矿资源评价中的应用 根据不同的区域地质构造背景,本次圈定的地球化学块体抑或区域异常分布范围可大致划分
18、为两处,其中埃塞北部地区 2、3 号及厄特境内的 1 号 Cu地球化学块体均位于 Nakfa 地块22,该地块主要由碱性火山岩、火山碎屑沉积岩组成,这套岩石覆盖在不同程度变形、可能为基底构造的侵入体之上,成矿方面的研究表明3 处块体隶属于阿斯马拉 Cu-Au 成矿带,具有比较优越的区域 Cu-Au 地质成矿条件13;4 号地球化学块体及 I 号、II 号区域地球化学异常位于西埃塞俄比亚地盾20,现有研究表明西埃塞俄比亚地盾为阿拉伯努比亚(Arabian-Nubian)地盾的南端部分23,主要由低变质程度的变质火山沉积岩组成,局部夹少量片麻岩,被同后造山期的酸性和基性火成岩侵入24-26,针对区
19、内的铜矿床的勘查研究工作近乎空白。3.4 地球化学块体编码及谱系树图使用地球化学块体的理论追索矿床形成、资源量估算的过程中会将块体分成 6 级,故本次编号系统只需要6 位数,参考前人所建立的编码系统8,对圈定的单个地球化学块体内部的每一级次的子块体进行编码,此处以 2 号地球化学块体为例来进行说明。其中第 6 级的编号 21111-1 表示的是 2 号块体第 6 级次的第 1 个子块体,它位于第 5 级次的第 1个子块体 2111-1 内,2111-1 则位于第 4 级次的第1 个子块体 211-1 内,211-1 则位于第 3 个级次第 1个子块体 21-1 内,21-1 子块体则位于第 2
20、 个级次1 号子块体 2-1 内,2-1 子块体位于第 2 号块体之内。为更清晰表达各级次地球化学块体之间的继承性及各子块体的金属供应量等详细信息,谢学锦院士提出了一套完整的“谱系树图”编码系统,谱系树中的每一个级次的地球化学块体(子块体)都用矩形图例表示,该图例有 4 行内容:第 1 行表示地球化学块体(子块体)的编号,第 2 行为圈定的本块体的面积,第 3 行为块体面积内的金属供应量,第 4 行表示单位面积内总金属供应量。2 号地球化学块体内部结构、编号及相关谱系树图示例如图 4 所示。该步工作对后续利用块体进行成矿物质来源示踪及块体成矿率计算至关重要。图 4 2 号铜地球化学块体内部结构
21、及谱系树图(af 依次为第 1 级次至第 6 级次的地球化学块体,分别含 1、1、4、4、4、4 个子块体)Fig.4 Internal structure of No.2 copper geochemical block(af is first to sixth level content,including 1,1,4,4,4,4 child geochemical blocks respectively)4 地球化学块体指示性评价地球化学块体作为矿床形成的主要物质供应源,其空间形态对区域矿床地质及分布特征必然具有较好的指示意义,这也是利用地球化学块体法进行矿产资源潜力评价的基础。现根据区
22、域成矿地质条件及已知矿床(点)分布状况等方面的资料相对详细的 1 号及 2 号地球化学块体,对本次圈定的地948物 探 与 化 探47 卷 球化学块体的指示性进行评价。1 号地球化学块体的展布形态呈 NNE 向,与区域主要控矿构造基本一致,内部结构相对单一,仅可见 4 级次浓度分带,块体内 NNE 走向的绿片岩相变质岩等赋矿岩系出露较多,区域内已知的主要矿床包括 Emba Derho VMS 型铜矿、Debarwa VMS 型铜矿及 Adi Nefas VMS 型铜矿,3 处矿床均落在 1 号地球化学块体内部,沿区域转换挤压构造带及异常剪切带分布。利用地球化学块体内部结构图结合地球化学块体谱系
23、树图可有效追踪到特定子块体与Cu 矿体之间的关系,具体如图 5 所示,按照块体的浓集趋势,可有效追踪到反映 Emba Derho 铜矿的 1-1 及 1-2 子块体、反映 Adi Nefas 铜矿的 1-3 子块体、反映 Debarwa 铜矿的 1-4 子块体,上述 3 处铜矿床的勘查程度较高,Cu 储量数据相对明确,这对后续的 Cu 矿资源量估算过程中计算块体成矿率具有很好的指导意义。2 号地球化学块体整体呈 NE 向展布,可见较好的 6 级次浓度分带,具有多个明显的浓集中心,NE向的区域主断裂构造较好地穿越了该块体的多个浓集中心,说明区域断裂构造对块体形成的控制作用。块体所在的区域石英斑岩
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