青海省都兰县开荒地区地球化学特征及找矿预测

2020-08-15姜海伦罗先熔郑超杰黄文斌刘马忠贤陶志华1

金属矿山 2020年7期

姜海伦罗先熔高文郑超杰黄文斌刘文马忠贤陶志华1

（1.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004；2.桂林理工大学隐伏矿床预测研究所，广西桂林541004；3.青海省有色第二地质勘查院，青海西宁810007）

青海省都兰县开荒地区（研究区）位于柴达木盆地南缘东昆仑雪峰山—布尔汗布达金、钴、铜成矿带内，该区域内各元素化探异常较发育，均有不同程度富集，是我国重要的有色金属基地［1-2］。近些年，随着矿产勘查程度不断提高，在该区域内陆续发现了多处矿致异常以及金矿床、金矿化点［3-4］，其中较为典型的有五龙沟金矿、开荒北金矿等。该区域以往勘查工作中地球化学找矿方法应用较广泛，但对于化探数据处理仍沿用传统方法，导致部分矿致弱异常的提取效果不佳，使得该区化探常规找矿成效不显著。本研究结合该区已有的化探成果，总结元素的分散和富集规律［5-7］，并运用衬度异常法对元素数据进行数理统计分析，进而圈定找矿靶区，为该区后续矿产勘查工作部署提供依据。

1 地质背景

1.1 区域地质特征

青海省都兰县开荒地区大地构造位置处于塔柴板块南缘（Ⅰ级），东昆仑造山带（Ⅱ级）中段，雪峰山—布尔汗布达造山亚带（Ⅲ级）（图1）。该区基本被昆南巨型断裂带横穿，处于华北和华南两大板块结合部位，地质构造较为复杂。区内褶皱构造内容较为丰富，从深层次塑性流变褶皱，到浅层次各种不对称剪切褶皱，表部层次同斜褶皱及宽缓背斜，向斜构造均有发育，不同时期、不同动力学环境下形成的褶皱构造形态各异、类型众多，且各具特色。区内断裂构造从浅层次韧性剪切带到表部构造层次脆性逆冲断裂均有发育，尤以脆性逆掩—逆冲断裂发育为特点，并对早期韧性断裂进行了强烈的脆性叠加改造。

开荒地区地层从新太古代—新生代均有发育，其中以元古代、三叠纪地层最为发育，寒武纪、石炭纪、二叠纪、侏罗纪、新近纪、第四纪地层也有不同程度出露。

开荒地区内侵入岩不甚发育，均以独立侵入体形式产出，时代分属于中元古代、晚三叠世。岩石类型以中酸性岩类为主，基性—中性岩类以脉体形式出现。区内火山岩分布较为广泛，在元古代、石炭纪、二叠纪及三叠纪等地层中均有分布。其中三叠纪火山岩出露规模最大，岩类众多，火山活动最为强烈；石炭纪、二叠纪火山喷发活动较强烈，火山岩呈较稳定的夹层出露；元古代火山岩出露规模小，以不稳定夹层或透镜体形式产出。

1.2 研究区地质特征

研究区内出露的地层主要有石炭纪浩特洛哇组砂岩、灰岩、安山岩、英安岩、蚀变玄武岩、复成分砾岩，二叠纪马尔争组构造推覆岩片，三叠纪闹仓坚沟组生物碎屑泥晶灰岩、泥晶灰岩，新近纪贵德群以及曲果组粉砂岩、泥岩，第四纪更新世冲积洪积亚砂土、砂砾石、碎石。地层总体倾向为N、NE向，局部地段E倾或SW倾，地层倾角为7°～34°。

研究区处于白金沟复向斜南翼，地层原始层理总体N倾或NE倾，局部E倾或SW倾，造成次级小褶皱发育，地层倾角为7°～14°，最大为 34°。复向斜枢纽总体走向NW—SE，东端仰起向西倾伏，走向与区域构造方向一致，轴面南倾。由于受到断层破坏，含矿地层向东变窄，岩性层位缺失较多，使得褶皱形态不完整。复式向斜的核部为板岩夹长石石英杂砂岩透镜体，次级小褶皱遍及全区。受昆南断裂向北逆冲的影响，次级叠瓦式逆冲断层发育，其产状与主断面产状一致，性质相同，主断面产状较稳定，倾向为184°～210°，倾角为60°～80°，是区内活动强度最大、持续时间最长的一组断裂。构造破碎在成矿前、成矿期及成矿后都很强烈，以成矿后的构造破碎为主，多期构造破碎带都充填有石英脉。区内脆韧性剪切带非常发育，呈狭长带状分布，东西长2 500 m，最宽处为470 m，最窄处为100 m，高应变带宽0.6～6 m。多条高应变带平行产出，构成规模巨大的NWW—NW向大型剪切带。剪切带在区内具有狭缩、膨胀及分枝特点，有单条展布者，也有多条组合产出者。韧性剪切带内具有一定宽度的蚀变带，发育有绢云母化、硅化及黄铁矿化。反映韧性剪切作用过程中，热液沿裂隙上升、活化，交代围岩，萃取了成矿物质在温压适宜的条件下富集成矿。在区内剪切带中，局部发现有蚀变岩型金矿体。

区内岩浆岩不发育，但石英脉分布广泛，各类岩层中均有一定数量的石英脉体，NWW向脆韧性剪切带中分布最广泛。脉体为白、乳白、棕及棕黄色。脉体分布严格受构造控制。沿节理及裂隙充填的石英脉以细脉为主，成群或平行脉组产出，侵位于千枚岩中或其两侧的石英脉多以单脉产出，部分构成矿体。

1.3 典型矿床特征

研究区内已发现开荒北金矿白金沟矿段，位于白金沟一带，由27条矿体组成，分布相对集中，走向NWW，矿体长40～1 591 m，平均厚度为0.27～1.50 m，平均品位为（2.05～90.86）×10-6，最高达164.3×10-6。

石英脉型矿石的矿石矿物组成为自然金、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂；脉石矿物主要有石英、碳酸盐岩及绢（白）云母，矿石矿物含量低（小于4%），其中黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿为Au的主要载体。黄铁矿为黄灰色，他形粒状、半自形粒状，极少数呈自形粒状，粒径为0.001～0.103 mm，呈星散状分布于脉石中，局部集中分布，部分受应力作用而破裂，裂隙发育，其中充填有脉石矿物。黄铜矿为铜黄色，均质性，部分呈不规则状零星分布于脉石中，有的呈细小的乳滴状分布在闪锌矿中。闪锌矿集合体多呈不规则状，粒径为0.02～1.354 mm，呈星散分布于脉石中，局部集中分布，有些沿边缘交代黄铁矿。自然金是矿石中最主要的金矿物，镜下呈金黄色、均质性，硬度低，有擦痕，分布于脉石和闪锌矿中，分布极不均匀，有集中分布的特点。蚀变岩型金矿石的组成矿物主要有黄铁矿、绢云母、石英等。根据光谱半定量分析及多项组合化学分析结果，矿石中除了Au达到工业品位且Ag达到综合利用的工业指标外，其他元素均达不到综合利用的工业指标要求，有害元素主要为As、S等，含量分别为0.18%和0.2%，并随Au含量升高而变化。

矿区围岩蚀变强烈，主要蚀变类型包括硅化、黄铁矿化、绢云母化、碳酸盐化等，其中与成矿关系最密切的是硅化、黄铁矿化和绢云母化。围岩蚀变分带明显，脉体两侧的蚀变经常不对称发育，蚀变带规模与石英脉体宽度成正比，蚀变强烈时形成黄铁绢英岩，从矿体向两侧蚀变分带表现为：矿体—断层泥—强蚀变带—弱蚀变带—劈理化带，弱蚀变带由绢云母、绿泥石、绿帘石组成，以浅黄绿色色调区别于围岩。

2 地球化学特征

研究区植被覆盖较少，地形复杂，海拔3 000～5 000 m，属于典型的高原大陆性气候，区内水系发育。本研究在该区开展了1∶50 000水系沉积物测量工作［8-10］，测量面积为94 km2。采样点多布设于一级水系口，少量布置在二级、三级水系口。样品采集一般为3～5个点组合成一件样品，样品平均采集密度为4.5个/km2。采样介质以粉砂、淤泥为主，按照《地球化学普查规范（1∶50 000）》（DZ/T 0011—2015）要求，确定晒干过筛后的采样粒级为10目质量在200 g以上。样品化验由青海省地矿测试中心完成，测试元素包括Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn、W、Mo共9个元素。测试方法：Au、Ag采用石墨炉原子吸收光谱法分析，Sb采用原子荧光光谱法、其他元素采用等离子体质谱分析法。

2.1 单元素异常特征分析

在数据处理过程中，为使9种元素的原始数据服从正态分布，循环剔除原始数据中X+3S和X-3S（X为平均值，S为标准差）［11-12］的离群数据，利用SPSS Sta⁃tistics 24软件［13-14］对各单元素的平均值、标准偏差、变异系数等参数进行了统计，结果见表1。剔除离群数量仅占全部样品数的18.2%，说明离群数据的剔除并不影响数据的代表性。

注：a为元素含量最大值与最小值之比；Au、Ag单位为（×10-9）。

由表1可知：Au、As、Sb的变异系数均大于1，Au的变异系数达到3.76，呈强分异性分布；Au、As、Sb、Cu、Pb的富集系数均大于1，其中Sb的富集系数达到6.05；测试元素除了W、Mo外，大多元素的浓集比率均大于1。研究区内Au、As、Sb含量平均值远高于上地壳元素丰度值。总体表明，Au、As、Sb在次生富集成晕过程中极易形成地球化学异常，故而本研究工作以Au为主攻矿种。

2.2 元素组合异常特征分析

地壳中元素间存在各种联系，单元素并不能全面反映出该类元素分布特征。基于SPSS统计分析软件对9种元素进行R型聚类分析以及R型因子分析，进一步了解该区元素的组合关系规律。

2.2.1 R型聚类分析

R型聚类分析是对所采集样品的变量进行聚类，从样品数据中了解元素及元素组合之间的亲疏关系，对分析的元素进行分类处理，揭示研究区域地质成矿作用和地球化学环境中的元素聚合趋势及成因联系［15-16］。从R型聚类分析谱系图（图2）可知：以相关系数R=16为界，9个元素可以聚为4组：①Cu，Zn，W；②Au，Pb；③As，Sb，Ag；④Mo。由此可见，研究区内主成矿元素Au与Pb具有密切联系。

2.2.2 R型因子分析

因子分析是利用降维思想，从原始变量相关矩阵内部的依赖关系出发，将一些具有错综复杂关系的变量归结为少量几个综合因子的一种多变量统计方法［17-19］。本研究在R型聚类分析基础上进行了R型因子分析，来研究成矿元素的迁移、富集规律等成岩成矿特点［19］。通过Bartlett和KMO检验，Bartlett的球形度检验所得的相伴概率值为0，小于显著性水平0.05，KMO度量值为0.648，大于Kaiser给定的判别标准（0.6），认为试验数据之间存在相互关联，适合进行因子分析。为了使因子载荷矩阵中系数更加显著，选用主成分分析方法和最大方差旋转法，将因子和元素变量间的关系重新分配，使相关系数的绝对值向(0,1)区间两极分化［19］。以特征值大于1和累计方差贡献率69.390%为阈值，以绝对值大于0.5的因子载荷为标准，提取了3组因子，如表2所示。

注：F1、F2、F3因子对应的特征值分别为3.777、1.463、1.005，F1、F2、F3因子对应的方差贡献率分别为41.968%、16.259%、11.163%，F1、F2、F3因子对应的累计方差贡献率分别为41.968%、58.227%、69.390%。

由表1可知：F1因子方差贡献率为41.968%，是研究区测量元素的主导因子，F1因子的元素组合为Cu-Zn-W，为中高温元素组合；F2因子方差贡献率为16.259%，元素组合为Au-As-Sb-Pb，为中低温成矿元素组合；F3因子方差贡献率为11.163%，元素组合为Ag-Mo，为中高温元素组合。结合聚类分析结果分析认为，As、Sb、Pb作为寻找金矿的重要指示元素。结合地质背景与已有研究成果［20-21］分析认为，该区域内岩浆经历了从侵入到分异结晶，由高→中→低的演化过程，后期又经构造作用的影响，使得研究区内具有较大的成矿潜力。

2.3 元素及元素组合异常圈定

本研究采用衬度异常法求取异常下限，步骤为：①迭代法循环剔除原始数据X+3S和X-3S的极值，直至无极值点，求取各元素的均值作为背景值；②运用各元素的原始值（D）与均值（X）之比求取衬度值，即D/X；③将求取的衬度值再次以迭代法循环剔除极值，至衬度背景值为1［22-23］，统计此时的标准差。根据下式求取的单元素衬度异常下限如表3所示。

Ca=Co+2S，

式中，Ca为异常下限，（×10-6）；Co为元素背景值，（×10-6）。

根据因子分析确定的元素组合Au-As-Sb-Pb、Cu-Zn-W，将组合内的各元素衬度值相乘形成多元素衬度值数据集，将各元素衬度值异常下限相乘结果作为异常下限，进行元素组合衬度异常圈定，结果见图3。

注：Au、Ag单位为（×10-9）。

（1）Au衬度异常特征。研究区内共圈出了4处金衬度异常（图3（a）），异常整体呈NW向，EW向分布。Au1号衬度异常呈圆状，Au2号衬度异常近似呈椭圆状，Au4号衬度异常呈不规则状，且均分布于研究区中北部的三叠纪闹仓坚沟组地层中；Au3号衬度异常呈椭圆状，分布于第四纪更新世地层中；Au1号衬度异常与F2断层关系密切，Au2号衬度异常、Au4号衬度异常明显且与F3、F4断层关系密切，均沿构造NW向分布。Au1号衬度异常面积为0.13 km2，Au2号衬度异常面积为0.16 km2，Au3号衬度异常面积为0.58 km2，Au4号衬度异常面积为2.64 km2。其中Au4号衬度异常规模较大，衬度异常最大值为140.2，是衬度异常下限的87.6倍，Au含量最大值为300×10-9，显示出极高的成矿可能性，且异常与As2号衬度异常、Sb2号衬度异常、Pb2号衬度异常吻合。总体上，Au异常受地层构造控制明显，基本上沿构造方向展布，与该地区复杂的构造成矿背景吻合。

（2）As衬度异常特征。研究区内共圈出了2处砷衬度异常（图3（b）），整体近似串珠状，呈NW向分布。As1号衬度异常、As2号衬度异常均分布于三叠纪闹仓坚沟组地层中，明显沿NW方向构造展布，与F3断层关系密切。As1号衬度异常面积为0.97 km2，As2号衬度异常面积为2.76 km2。其中As2号衬度异常最大值为20.8，是衬度异常下限的8倍，As含量最大值为635×10-6。As1号衬度异常与Au2号衬度异常、Sb1号衬度异常吻合。As2号衬度异常与Au4号衬度异常、Sb2号衬度异常、Pb2号衬度异常吻合。

（3）Sb衬度异常特征。研究区内共圈出了2处锑衬度异常（图3（c）），整体呈不规则状，沿NW向分布。Sb1号衬度异常、Sb2号衬度异常同样沿F3断层NW向展布，分布于三叠纪闹仓坚沟组中。Sb1号衬度异常面积为6.07 km2，Sb2号衬度异常面积为1.68 km2。其中Sb2号衬度异常最大值为28.5，是衬度异常下限的15倍，Sb含量最大值为23.9×10-6。异常浓集中心较为明显，Sb1号衬度异常与Au2、As1号衬度异常吻合，Sb2号衬度异常与Au4、As2、Pb2号衬度异常吻合。

（4）Pb衬度异常特征。研究区内共圈出了2处铅衬度异常（图3（d）），整体呈不规则状且分布不均。Pb1号衬度异常呈圆状，Pb2号衬度异常呈不规则状，均分布于三叠纪闹仓坚沟组地层中。Pb2号衬度异常受F3、F4断层影响，沿NW向分布。Pb1号衬度异常面积为0.05 km2，Pb2号衬度异常面积为1.54 km2。其中，Pb2号衬度异常最大值为8.84，是衬度异常下限的5.5倍，Pb含量最大值为180.9×10-6。Pb1号衬度异常与Au1号衬度异常吻合，Pb2号衬度异常则与Au4、As2、Sb2号衬度异常吻合。

（5）F1（Cu-Zn-W）衬度异常特征。该异常主要分布于研究区西北部（图3（e）），异常浓度分带清晰，整体与F3、F4断层构造方向一致。F1异常恰好位于F2（Au-As-Sb-Pb）号异常同一断裂西北部，位于研究区西北部三叠纪闹仓坚沟组地层中，受F3、F4断层控制。总体上，异常清晰，与矿区主成矿元素Au表现出密切的关系，应为金矿伴生元素组合，对于寻找金矿具有极大的指示意义。

（6）F2（Au-As-Sb-Pb）衬度异常特征。该异常主要分布于研究区中部及中东部（图3（f）），异常浓度分带较为清晰，整体与F3、F4断层构造方向一致。由此推断，该区断裂构造为该区重要的控矿因素。F2-1异常与Au2、As1、Sb1号异常位置相当，受F3断层控制；F2-2异常则与Au4、As2、Sb2号异常套合，位于研究区中东部三叠纪闹仓坚沟组地层中，受F3、F4断层控制。总体上，异常清晰，与矿区主成矿元素Au表现出密切的关系，表明Au在其组合元素中具有较大的比重，对于寻找金矿具有极大的指示意义。

综上所述，Au、As、Sb异常受断裂影响明显，异常整体呈NW向展布并与区内断裂构造展布方向相一致，各元素异常套合性较好。

3 成矿预测

根据区域成矿地质条件及化探异常分布特征，在研究区内优选出了KH1、KH2两处找矿预测靶区（图1）。

KH1靶区位于研究区中部，内带套合面积为1.6 km2，靶区内F2（Au-As-Sb-Pb）、Au、As异常均分布于三叠纪闹仓坚沟组地层中，且各异常套合性较好，Au异常强度为24.66×10-9，As异常强度为81.04×10-6，Sb异常强度为3×10-6。三叠纪闹仓坚沟组地层中Au平均品位为16.742×10-9，最高值为64×10-9，为区内金矿床的形成提供了先决条件，并且受断裂构造的叠加改造，促使地层中Au发生活化、富集。靶区内化探异常整体呈NW向展布，与区内断裂构造展布方向相一致，且该靶区已发现白金沟金矿床，Au平均品位为（2.05～90.86）×10-6，最高达164.3×10-6，矿石类型主要为含金石英脉。

KH2靶区位于KH1靶区东南部，内带套合面积为3.89 km2，靶区内F2（Au-As-Sb-Pb）、Au、As、Sb、Pb异常主要分布于三叠纪闹仓坚沟组地层生物碎屑泥晶灰岩、泥晶灰岩中，且各异常套合性较好，Au异常强度为34.84×10-9，As异常强度为97.77×10-6，Sb异常强度为3.7×10-6，Pb异常强度为23×10-6。总体而言，元素含量值均大于KH1靶区内各元素。由于KH2靶区与白金沟矿段的成矿地质条件极为相似，受同一断层影响，区内断层既可为导矿构造，又可为容矿构造，且其中石英脉极其发育，为成矿提供了基础条件。其次，断层中同样发现蚀变，诸如硅化、黄铁矿化、绢云母化、碳酸盐化等，对金矿床有一定的指示作用，进一步验证了该靶区同样具有较大的找矿潜力。由于该区地形复杂以及气候条件恶劣，仅在区内断层中勘查发现多条含金石英脉，主要为自然金以及银金矿，同时伴有黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、毒砂等。自然金主要呈裂隙金产出，呈水滴状、不规则状赋存于石英脉中，粒度小。自然金含金量为70.06%～82.49%，含Ag为16.55%～20.35%，还含有微量Ni、Cu、Pb、Bi、Cr、Ba、Fe、As。银金矿产要以晶隙金形式产出，呈似圆粒状，粒度较大，产于石英与黄铁矿接触部位近石英一侧，银金矿中含微量Cu、Pb、Cr、Ni、Ba等。自然金粒度很细，为（0.001 8～0.057 6）mm×（0.001 8～0.057 6）mm的显微金，分布不均匀，呈星散状、微细团块状分布于脉石矿物和闪锌矿、方铅矿、黄铜矿之间，石英粒间或石英与闪锌矿接触处。但金的具体存在形式目前尚不清楚，有待进一步查证。