新疆哈尔里克地区主要地层单元含矿性分析

刘亮， 张杰， 李江涛， 马运超， 戴元， 许涛

(1.四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，绵阳 621010； 2.攀枝花市自然资源和规划局,攀枝花 617000； 3.乐山市自然资源局，乐山 614000)

0 引言

南准噶尔成矿带哈尔里克(复合岛弧带)成矿亚带属铜、金、钨、锡、钼、铁、锰、镍、钴多金属成矿有利地段，各类矿产地共计50余处。前人在哈尔里克周边地区进行了较多的基础地质矿产工作[1-4]，研究区部分区域还开展过1∶20万地质矿产调查和水系沉积物测量工作，圈定了水系沉积物异常，对区内地质、矿产特征进行了总结，尤其对金、铜及多金属矿床地质特征及成因进行了分析[5-7]。但受限于调查精度、理论和分析元素种类等原因，对区内成矿地质条件、地层含矿性等方面的研究有待进一步提高。水系沉积物地球化学测量在圈定异常、寻找靶区和矿产方面发挥着重要的作用[8-14]，因此，2013—2015年在哈尔里克山地区开展了1∶5万水系沉积物地球化学测量，完成测量面积为1 300 km2，采样6 825件，结合区内最新1∶5万地质矿产调查成果，运用各类地球化学特征参数，分析各类元素在不同地质体中的含量及变化特征。结合区域地质背景及成矿规律，探讨各地层单元的含矿性及找矿方向，为该区下一步找矿工作提供依据。

1 研究区地质概况

1.1 地质特征

图1 研究区地质简图

Fig.1Geologicalsketchofthestudyarea

1.2 地貌及景观特征

研究区地处天山山脉东段哈尔里克山南坡及主脊两侧，海拔一般在2 721～4 888 m，呈中—高山、窄深谷的地貌景观，气候极为干燥，属典型的温带大陆性气候。区内植被主要为少量草本植物，仅在沟谷及山坡背阴面见有少量树木分布，地表多为基岩的残坡积物。化学风化和生物化学风化作用微弱，物理风化和机械搬运作用强烈，水系较短，多为短暂阵雨洪流形成的I级水系。

2 样品采集及分析测试

本次研究共完成1∶5万水系沉积物测量面积约1 300 km2，采样6 825件，平均采样密度为5.25件/km2，90%以上的水系点布设于I级水系上，水系较长(如500 m以上)还应增加采样点，使每一个采样点控制汇水盆地的面积大致在0.25～0.125 km2。采样粒级为-10～+80目。

样品用磨样机加工粒度达0.074 mm(-200目)。根据研究区1∶20万水系测量和区域地质矿产特征，确定本次分析元素及氧化物为Au、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Sn、Mo、Bi、Fe2O3、Mn、Cr、Co和Ni共17种。具体分析方法、检出限指标、准确度及精密度见表1。

表1 分析方法及检出限质量指标

(续表)

3 地球化学特征及分布规律

3.1 元素的总体分布特征

根据研究区1∶5万水系沉积物样品分析成果，将原始数据转换成对数值，逐步剔除大于和小于平均值加减3倍标准离差的异常数据，最终求得平均值作为元素背景值(表2)。研究区背景值与1∶20万伊吾幅[18]和中国水系沉积物背景值[19]进行比较，得出各元素的浓集系数K。根据K值的大小确定元素的富集程度：K≥1.5为强富集分布； 1.2≤K<1.5为富集分布； 1.0≤K<1.2为高背景分布； 0.8≤K<1.0为低背景分布；K<0.8为贫乏[20]。变异系数Cv反映元素在测区内的变异程度，一般认为变异系数越大成矿希望越大， 反之则越小[21]。变异系数Cv≥1.5为极不均匀分布(强分异),1.0≤Cv<1.5为很不均匀分布(分异),0.8≤Cv<1.0为不均匀分布(弱分异),0.5≤Cv<0.8为相对均匀分布,Cv<0.5为均匀分布。研究区As、Hg、W为不均匀分布，Au 、Sb、Bi呈极不均匀分布(表2)，特别是Au达到2.63，为强分异，具有良好的成矿潜力。

表2 研究区各元素背景参数统计

注： Au含量单位为10-9，Fe2O3含量单位为%，其他元素含量单位为10-6；Cv、K1、K2为无量纲量； 浓集系数K1=研究区背景值/中国水系沉积物背景值，K2=研究区背景值/伊吾幅背景值。

3.1.1 元素总体背景特征

(1)与中国水系沉积物测量背景值[19]相比。Mn含量偏高，呈富集分布； Cu、Co、Fe2O3、Zn含量略高，呈高背景分布； Ag、Sn、As、Sb、Mo、Ni含量接近，呈低背景分布； Bi、Hg、W、Au、Cr、Pb含量较低，为贫乏分布。区内与基性—超基性火山岩关系密切的元素较为富集，反映出研究区具有区域变质岩分布广泛和岩浆热液活动较为频繁的总体格局。

(2)与1∶20万伊吾幅水系沉积物背景值[18]相比。Sn为强富集分布； Ag、Bi、Cr、Mn、Pb、Zn呈富集分布； As、Sb、Mo、W、Co、Ni、Fe2O3呈高背景分布； Au、Hg呈明显贫乏。与中酸性岩浆岩有关元素呈富集—强富集分布； 与构造热液有关元素呈高背景—富集分布； 与基性—超基性火山岩相关元素呈高背景分布。研究区具有以中酸性岩浆岩活动为主、构造热液及火山作用多期次叠加成矿的基本格架。

3.1.2 元素总体分布类型

原始数据的分布特征对确定地球化学背景值、异常下限等有重要的作用[22]。一般情况下，在次生晕地球化学中主量元素的含量呈正态分布，微量元素的含量呈对数正态分布[23-24]。经分布模型检验[25]，研究区元素基本属正态分布或对数正态分布，从全区统计直方图(图2)可看出有对称、正偏、负偏和双峰4种分布类型，各分布类型的元素及所反映的地质含义见表3。

表3 各元素分布类型及地球化学含义简述

注： 直方图横坐标为元素含量值的常用对数，Fe2O3含量单位为%，Au含量单位为ng/g，其他元素含量单位为μg/g。
因本图为示意图，故省去组距大小。

图2 研究区各元素含量对数值段频数统计直方图

Fig.2Histogramofnumericalfrequencystatisticsofeachelementcontentinthestudyarea

3.2 地层单元中元素分布特征

用未剔除特高值的原始分析数据进行统计，计算研究区及各地层单元元素含量的平均值(X)、变异系数(Cv)、浓集系数(K)，并以此讨论各地层单元的地球化学特征。相对浓集系数(K)为各元素含量的算术平均值与研究区各元素平均值的比值； 变异系数(Cv)为各元素的标准离差与其算术平均值的比值，变异系数越大成矿希望越大，反之则越小[21]。特征参数(X、Cv、K)能够反映元素在不同地质时代、不同地质体中分布、分配的专属性和差异性[20]。

将地层划分到组对其元素富集分布特征及其分异特征进行讨论(表4)，统计各地层单元中的元素富集程度(表5)及其分异程度(表6)，结合统计数据总结各地层单元中的元素含量分布规律及特征，以及各成矿元素富集的重点地层单元。由于第四系全新统冲洪积物未布置水系沉积样品且石炭系分布局限，故未对全新统冲洪积物(Qhpal)和石炭系姜巴斯套组(C1j)进行统计，同时限于篇幅未添加侵入岩单元含矿性相关内容。

表4 地层单元各元素参数统计

Tab.4Statisticsofeachelementparametersineachstratigraphicunit

地层样品数AgSnAsSbBiXCvKXCvKXCvKXCvKXCvKQ1 0010.080.580.982.240.230.947.600.960.860.610.640.820.230.640.79E3N1t110.090.801.202.130.210.904.020.440.460.340.280.460.190.250.65D2ts1290.080.511.082.470.231.0413.940.721.580.820.511.110.421.051.47D1d2550.080.571.062.390.191.0112.420.901.410.640.500.860.331.181.15O2-3d1 0330.080.731.082.542.231.0718.781.052.131.831.472.470.320.791.09O2-3w490.090.351.132.530.151.0713.480.481.531.070.361.440.300.661.05AnZX610.07 0.42 0.92 2.67 0.32 1.128.14 0.51 0.920.51 0.75 0.690.410.881.40地层样品数HgMoWAuXCvKXCvKXCvKXCvKQ1 0010.020.580.950.680.480.911.200.660.880.970.931.04E3N1t110.020.350.760.740.720.991.240.700.900.680.460.73D2ts1290.020.521.121.161.071.551.871.421.371.050.461.13D1d2550.020.590.960.790.551.061.500.671.091.434.161.53O2-3d1 0330.032.551.261.060.671.421.700.661.241.462.641.56O2-3w490.020.380.830.730.240.981.680.411.231.050.621.13AnZX610.020.900.790.710.450.961.290.550.940.780.450.84地层样品数CoCrCuMnXCvKXCvKXCvKXCvKQ1 00112.960.401.0248.620.521.0722.370.571.02751.740.240.93E3N1t119.580.560.7530.780.400.6812.350.350.56635.360.220.78D2ts12913.800.381.0856.340.361.2529.330.431.34857.110.211.06D1d25512.850.341.0150.260.391.1125.970.501.19792.150.210.98O2-3d1 03315.960.391.2556.090.431.2431.100.381.42939.410.251.16O2-3w4913.750.201.0851.290.201.1328.210.271.29887.760.151.09AnZX6112.290.470.9650.920.381.1322.050.441.01775.670.370.96地层样品数NiPbFe2O3ZnXCvKXCvKXCvKXCvKQ1 00120.230.610.9715.050.410.884.870.330.9869.200.320.91E3N1t1111.280.510.5412.840.160.753.850.490.7752.900.280.69D2ts12930.090.481.4423.490.691.375.120.311.0390.690.481.19D1d25525.540.511.2218.410.381.075.190.271.0479.820.261.05O2-3d1 03330.190.471.4521.740.621.275.990.251.2096.660.321.27O2-3w4925.330.311.2128.270.631.655.580.161.1299.390.391.31AnZX6123.050.621.1120.860.251.224.980.361.0076.390.291.00

注： Au含量单位为10-9，Fe2O3含量单位为%，其他元素含量单位为10-6；Cv、K为无量纲量； 浓集系数(K)=各元素含量在各地质单元中的算术平均值/研究区各元素含量平均值的比值； 变异系数(Cv)=各元素的标准离差/算术平均值； 研究区石炭系(C1j)出露面积小，水系样品较少，不具有统计意义。

表5 各地层单元元素富集程度统计

表6 各地层单元元素分异程度统计

3.2.1 小铺岩群(AnZX)

该地层Bi、Pb呈富集分布，Sn、Cr、Cu、Ni呈高背景分布，Sb、Hg呈贫乏分布，其余元素呈低背景分布； 从变异系数来看，Bi、Hg为弱分异，其余元素呈相对均匀—均匀分布。钨、钼族元素的富集分布与地层中酸性脉岩发育有关； 少量铁族元素富集反映该区基性—超基性成分较少，但成岩温度较高。Bi、Hg弱分异反映该区中酸性脉岩较为发育。

3.2.2 乌列盖组(O2-3w)

以强富集As、Pb，富集Sb、W、Cu、Ni、Zn为特征； 具高Ag、Sn、Bi、Au、Co、Cr、Mn、Fe2O3，低Hg、Mo的背景分布特征； 其富集序列由高到低为Pb(1.65)→As(1.53)→Sb(1.44)→Zn(1.31)→Cu(1.29) →W(1.23)→Ni(1.21)。从变异系数来看，Bi、Au、Pb呈相对均匀分布，Cv值分别为0.66、0.62、0.63，其余元素均呈均匀分布。Cu元素K值为1.29，因成矿元素密度较大等原因，未反映出强富集的分布特征。地层目标矿种为铜，已有土木多铜矿(化)点。

3.2.3 大柳沟组(O2-3d)

各元素在该地层中呈高背景—强富集分布，其中As、Sb、Au强富集，Hg、Mo、W、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn富集，Ag、Sn、Bi、Mn、Fe2O3呈高背景分布。铁族元素富集反映基性—超基性岩浆活动强烈； 铜族元素高背景—富集反映中—低温热液活动叠加； 钨、钼族元素高背景—富集反映中酸性侵入成分带入。就其变异系数而言，Hg、Au强分异且Cv值分别为2.55、2.64，As、Sb分异，Ag、Bi、Mo、W、Pb呈相对均匀分布，其他元素均呈均匀分布。这反映该区元素富集成矿与构造热液活动有关，具多期次叠加的特点。

该地层火山作用强烈，断裂构造发育，多期次岩浆活动叠加，Hg、Au均呈强富集—强分异的分布分配特点，As、Sb、Hg、Pb具全区最高含量值， Au含量为 92.3×10-9。中低温热液元素在该地层较其他地层活动性强，该地层有普托哈达金矿(化)点、托库孜阿腊勒铜矿(化)点、大天生圈沟金矿(化)点、大老虎沟铜矿(化)点、亚喀萨拉铜金矿(化)点和纳依塔克铜矿(化)点，为Au、Cu主要含矿地层。

3.2.4 大南湖组(D1d)

与全区相比，Au呈强富集分布且浓集系数为1.53，As、Ni呈富集分布，Ag、Sn、Bi、Mo、W、Co、Cr、Cu、Pb、Fe2O3、Zn呈高背景分布，Hg、Mn呈低背景分布，Sb显示地球化学亏损。铁族元素的高背景—富集分布显示该组中亲基性等组分相对较丰富的特征，钨、钼族元素的高背景分布显示地层成岩温度较高，铜族元素的高背景富集显示该地层中低温热液作用较为显著。

从变异系数来看，Au强分异且Cv值为4.16，Bi分异，As为弱分异，其他元素均呈相对均匀—均匀分布。这反映Au、Bi的后期叠加富集显著。Au具有与中酸性侵入岩组分同富集(成矿)趋势，Au富集主要与中酸性岩浆岩活动有关，最高含量为95.2×10-9，1∶20万伊吾幅33-乙(Ag、Pb、Zn、Cd、As、Sb、Bi)及31-丙(Ag、Pb、Bi)综合异常均产于该地层。Cu也显示局部富集高背景，如八大石南铜金矿(化)点。该地层对寻找Au、Cu矿有一定的优势。

3.2.5 头苏泉组(D2ts)

该地层中As、Mo呈强富集分布，Bi、W、Cr、Cu、Ni、Pb呈富集分布，其余元素K值范围为0.8～1.2，属于低背景—高背景分布。W、Mo、Bi、As的富集显示成岩温度高； Cr、Ni的富集说明该地层中基性成分较高； Cu、Pb的富集可能与构造热液有关。就变异系数而言， W呈很不均匀分布，Bi、Mo呈极不均匀分布，其他元素均呈相对均匀—均匀分布。W、Bi、Mo元素组合反映了该区强烈的中酸性岩浆活动，易形成矽卡岩型富集区。头苏泉组为部分铁族元素(Fe2O3、Cr、Ni)及铜族元素(Cu、Pb、Zn)的富集地层，有乌拉斯铁矿(化)点、拜力其尔铁矿(化)点和安拉沟铁锌矿(化)点。

3.2.6 桃树园组(E3N1t)

该地层中Ag平均含量略高于全区平均值，显示高背景分布，其余元素平均含量均低于全区平均值。各元素在该地层呈相对均匀—均匀分布，成矿的可能性小。

3.2.7 第四系

3.3 元素在地层单元中的演化特征

统计各元素在不同地质时代中浓集系数(表7)和变化趋势(图3)，总结元素在地层单元中的演化规律。

(1)各元素在研究区内浓集系数均表现为波浪形曲折变化的特征，其浓集系数曲线形态规律为： Bi出现3个高峰，分别为前震旦纪、泥盆纪和第四纪，2个峰谷分别为奥陶纪、古近纪—新近纪； Ag、Mn、Sn、Ni、As、Au、Pb、Sb、Co、Fe2O3、Cr、Zn、Hg和Cu浓集系数曲线以双峰形态出现，Ag表现为双峰三谷形态，Sn表现为双峰单谷形态，其他元素均具双峰双谷形态，且曲线上表现为相同的2个峰值，分别为奥陶纪和第四纪； Mo、W浓集曲线表现为单峰形态，峰值均为奥陶纪。

(2)浓集系数随时间由老到新的变化规律表现为5种趋势，分别为： ①先升高后下降再升高又下降的元素有Ag； ②先下降后升高再下降又升高的元素有Bi； ③先升高后下降的元素有Mo和W； ④先下降后升高的元素有Sn； ⑤先升高后下降再升高的元素和氧化物有Mn、Sn、Ni、As、Au、Pb、Sb、Co、Fe2O3、Cr、Zn和Hg。

(3)铁族元素的变化曲线反映了本区岩浆活动呈现强弱交替的规律，与岩浆岩发展历史相吻合。岩浆活动在奥陶纪表现最为强烈，泥盆纪次之，为本区成矿带来了丰富的物质来源。

表7 研究区各地质时代元素浓集系数统计

1.浓集系数曲线； 2.贫乏分布； 3.背景分布； 4.富集分布； 5.强富集分布； AnZ.前震旦纪； O.奥陶纪； D.泥盆纪； E+N.古近纪—新近纪； Q.第四纪

图3 研究区各地质时代元素变化趋势

Fig.3Trendofeachelementchangeindifferentgeologicalagesinthestudyarea

(4)主成矿元素Au及伴生元素的曲线也与铁族元素的变化曲线一致，Au及As、Sb在奥陶纪中均显示出全区最高平均含量，且呈强富集分布，在泥盆纪中富集程度减弱，反映了Au的富集与构造活动关系密切。Au的最佳富集时代是奥陶纪，泥盆纪次之。

(5)中低温热液成矿元素曲线也与铁族元素的变化曲线一致，Cu、Pb、Zn在奥陶纪中均显示出全区最高平均含量且呈富集分布，在泥盆纪中富集程度减弱，反映Cu的富集与火山活动关系密切。Cu的最佳富集时代是奥陶纪，泥盆纪次之。

4 结论

(1)哈尔里克地区Au、Sb、Bi呈极不均匀分布，As、Hg、W为不均匀分布； 与中国水系沉积物背景值相比，Mn呈富集分布，Cu、Co、Fe2O3、Zn呈高背景分布； 与1∶20万伊吾幅水系沉积物背景值相比，Sn为强富集分布，Ag、Bi、Cr、Mn、Pb、Zn呈富集分布，As、Sb、Mo、W、Co、Ni、Fe2O3呈高背景分布。区内元素属正态分布或对数正态分布，包括对称、正偏、负偏和双峰4种分布类型。

(2)各地层单元元素浓集系数均表现为波浪形曲折变化的特征。铁族元素主要富集于大柳沟组、头苏泉组，具寻找矽卡岩型铁矿潜力； 钨、钼族元素主要富集于头苏泉组，具寻找气成-热液型钨铋矿潜力； Au主要富集在大柳沟组、大南湖组，奥陶纪中—基性火山岩为Au的主要矿源层，具寻找构造蚀变型及火山岩型金矿的优势。

(3)依据上述各地质单元元素地球化学富集特征以及成矿地质背景，Au、Cu、W、Bi、Fe、Mn、Zn为研究区优势矿种。主成矿元素Au、Cu、Fe的最佳富集时代是奥陶纪，泥盆纪次之，主要含矿地层为奥陶系大柳沟组。