甘肃塔-尕地区大河坝组地球化学特征及成矿远景分析

2021-06-29李智斌刘泽宇李瑞

地质找矿论丛 2021年2期

李智斌，刘泽宇，李瑞

(1.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，兰州 730050；2.吉林大学地球科学学院，长春 130000；3.兰州理工大学马克思主义学院，兰州 730050)

0 引言

甘肃省塔哇-尕加莫贡玛地区(以下简称为塔-尕地区)位于青藏高原北缘，属于西秦岭造山带的西北部，是古亚洲洋、特提斯构造域和滨太平洋构造域复合叠加的构造部位，既是南北构造的转换地带，也是东西构造的转换地带，地质构造复杂，成矿条件优越[1]。近年来，随着甘肃西秦岭地区大量金矿床(点)的发现和勘查评价，诸多学者和科研单位对西秦岭造山带内不同的矿床开展了矿床成因、岩浆岩、构造、蚀变等方面的专题研究，如早子沟金矿床品位变化规律及特征探讨[2]、尹家坪金矿地质特征及矿床成因研究[3]、格娄昂金矿的赋矿斑岩及成因研究[4]等，也有一些专家学者对该区金矿找矿标志与找矿模型进行了对比分析与总结研究[5]，但总体对于沉积地层尤其是大河坝组的研究依然相对较为匮乏。

碎屑砂岩由于其形成过程中受源岩、风化作用、搬运、沉积和成岩作用的制约，其化学成分特别是矿物成分及微量元素等，蕴含了丰富的沉积环境和构造发展演化信息，故而常用砂岩的地球化学特征来进行沉积岩物源分析和构造环境判别[6]。本文基于大河坝组砂岩主量元素和稀土、微量元素特征及地层的基岩光谱分析结果对成岩物质来源、物源区构造环境及地层含矿性进行讨论，进而对大河坝组成矿远景作出评价。

1 区域地质背景

秦岭造山带以商丹带和勉略带两条古蛇绿构造混杂岩带为界，为华北板块和扬子板块的拼合带，由文县—徽成盆地—凤太盆地一线细分为西秦岭造山带和东秦岭造山带。西秦岭造山带构造复杂，北以临夏-武山-天水断裂为界毗邻祁连造山带，南以玛沁—文县—勉县—略阳为界与松潘—甘孜地块过渡，西与柴达木地体和昆仑造山带相衔接(图1)[7-8]。

图1 西秦岭造山带区域地质图

西秦岭造山带内地层发育齐全，各时代地层均有不同程度的出露，主要为泥盆系—三叠系，区内金矿主要分布在三叠系，铜铅锌等主要产于二叠系和石炭系；侵入岩发育，且跨越时间长，以印支期花岗岩发布最为广泛，岩浆活动为金成矿作用提供了热源，促进该区含金量较高的地层中金的活化与富集，是成矿的有利条件；区内断裂构造发育，西秦岭地区金矿床多受控于不同构造体系和不同级序的深大断裂构造带[9]。

大河坝组为西秦岭地区晚三叠世的一套陆棚边缘斜坡浊积相沉积地层，最早由甘肃省地质一队(1989年)提出，原始剖面位于宕昌县以南约7 km处的新坪—大河坝—新城子一线。现在大多数同行将以杂砂岩、钙质粉砂岩互层或互夹为主，偶夹薄层、透镜状灰岩的一套深-浅海相沉积岩划为大河坝组。甘肃塔-尕地区大河坝组的主要岩石组合为长石石英砂岩、岩屑石英砂岩夹粉沙质板岩、泥质板岩、含砾砂岩、细砂岩、含生物碎屑泥质板岩等，具复理石沉积建造特征，浊积相沉积特征明显，岩性以砂板岩为主。

2 样品采集与分析方法

本文所用样品在采集时均避开了风化带与断裂带，以风化作用对沉积物成分影响较小的新鲜砂岩作为采样介质，取样地点分别选择了大河坝组的不同岩性段，具有良好的代表性。共采集岩石全分析样4件，主要目的是了解岩石化学成分，提供成矿地质背景依据，岩性为岩屑长石砂岩；采集光谱样329件，其中各类砂岩285件，板岩43件，灰岩1件，目的是系统地了解该地层及不同岩性中的元素含量，为基础地质研究提供地球化学资料。

样品全部由国土资源部兰州矿产资源监督检测中心(甘肃省中心实验室)进行测试分析。其中，主量元素由X射线荧光光谱仪、电热恒温干燥箱、电子天平、双燃烧系统红外碳硫分析仪等检测设备依据DZ/T14506-2010测定；微量元素、稀土元素的主要检测设备为电感耦合等离子体质谱仪，部分微量元素采用X射线荧光光谱仪、原子荧光光度计、酸度计等进行测定，检测方法依据DZ/T0279-2016；基岩光谱样由电感耦合等离子体质谱仪、X射线荧光光谱仪、一米平面光栅摄谱仪、原子荧光光度计等检测设备依据DZ/T0279-2016进行检测。样品分析结果分别列于表1、表2。

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

样品主量元素含量见表1，从中可以看出：大河坝组地层中沉积碎屑岩的SiO2的含量较高，w(SiO2)=63.38%～65.1%，平均为64.51%；w(Al2O3)=13.54%～15.42%，平均14.53%；w(TiO2)=0.616%～0.704%，平均0.659%；w(MgO)=1.86%～2.32%，平均2.15%；w(TFe2O3+MgO)=5.94%～6.9%，平均6.61%；w(Al2O3)/w(SiO2)=0.21～0.24，平均0.23；w(Al2O3)/w(TiO2)=19.23～24.25，平均22.16；w(K2O)/w(Na2O)= 0.60～0.84，平均0.74；w(Al2O3)/w(CaO+Na2O)=1.78～2.76，平均2.27。样品各主量元素含量及比值参数较稳定，无明显差别。

3.2 微量元素、稀土元素特征

样品的微量元素含量及原始地幔标准化蛛网图如表1、图2a。微量元素在蛛网图上表现为“四峰四谷一平坦型”，总体具有富集大离子亲石元素Rb、Th和高场强元素La、Ce、Nd、Zr、Hf以及亏损大离子亲石元素Sr和高场强元素Nb、Ta等特征。Ba的原始地幔标准化曲线出现浮动，可能是由于含钡矿物的化学及物理的稳定性都比较差，部分样品受风化而造成的。

样品的稀土元素含量见表1，其球粒陨石标准化配分模式图见图2b。w(ΣREE)=159.51×10-6～220.57×10-6，平均为189.65×10-6；w(LREE)/w(HREE)=9.77～12.15，平均为10.93，反映轻稀土元素富集，重稀土亏损；w(La)N/w(Yb)N=11.329～15.094，平均为13.211，表明稀土元素分馏程度较高；δEu=0.687～0.717，均值为0.695，呈明显负异常。

表1 大河坝组岩石全分析结果

图2 微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分曲线图(b)

3.3 岩石光谱特征

塔-尕地区大河坝组的329件基岩光谱样品分析测试数据计算结果见表2、图3。将各元素的平均含量与甘南地区背景值的比值作为富集系数(k)，其中高于1.2为相对富集，低于0.8为相对亏损，板岩中相对富集的元素有Au、Ba、Bi、Cu、La、Nb、Rb、Sb、Zn，相对亏损的元素为Hg、Mo，砂岩中相对富集的元素有Ba、La、Nb，相对亏损的元素为Ag、As、Bi、Hg、Mo、W；从中可以看出，除La以外板岩的各元素平均含量均明显高于砂岩，表明所测16种元素在板岩中更为富集。变异系数(Cv)是该元素的标准方差(S)与均值(X)的比值，可以很好地反映该元素的离散程度，变异系数高的元素有较高的局部富集成矿可能[10]，从图3b中可知，Sb、Hg元素的变异系数在砂岩和板岩中均大于1，说明在大河坝组地层中Sb、Hg元素分异程度较高，有一定局部富集成矿几率，且Hg元素的高分异程度表明塔-尕地区内断裂构造较发育，对于成矿有重要的地质意义；此外，在砂岩中As元素变异系数大于2，板岩中Au元素分异系数大于1，表明As、Au两种元素分别在砂岩和板岩中均在一定的局部富集。综合而言在塔-尕地区内Au、As、Sb、Hg在局部存在较大的富集成矿可能，地层成矿条件良好。

表2 大河坝组基岩光谱分析结果

图3 富集系数示意图(a)变异系数示意图(b)

4 讨论

4.1 物源分析

不同物源的沉积岩稀土元素表现出迥异的特征，研究认为来源于上地壳的沉积岩其稀土元素通常表现出轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对贫乏且含量稳定、Eu元素负异常等特征[11]。此外，沉积岩中某些特定元素的比值亦可作为判别沉积物物源区成分的参数，w(Cr)/w(Zr)值常用来区分长英质与铁镁质岩石源区，代表铁镁质组分的矿物富集Cr元素而代表长英质组分的锆石富集Zr元素，所以低的w(Cr)/w(Zr)值指示成岩物质来源于长英质源区[12]；w(Al2O3)/w(TiO2)<14指示来源于铁镁质岩石，w(Al2O3)/w(TiO2)=19～28时，物源为长英质岩石[13]。砂岩物源性质La/Th-Hf判别图解中可以区分出拉斑玄武岩大洋岛弧物源、安山岩岛弧物源、酸性岛弧物源三种典型物源区[14]。本文综合了前人众多物源分析方法，对研究区大河坝组的物质来源进行了综合研究。

本文样品稀土元素球粒陨石标准化配分模式图中呈明显右倾，轻稀土元素富集，重稀土元素相对平坦，δEu亏损明显，是典型的上地壳源岩石的分配模式，表明大河坝组碎屑沉积岩成分来源于上地壳；并且元素蛛网图(图2a)中大离子亲石元素Rb、Th的富集及Nb、Ta明显的亏损也同样说明了该地层的沉积物具有典型的壳源成因特征。w(Al2O3)/w(TiO2)=19.23～24.25，处于长英质岩石范围；w(Cr)/w(Zr)=0.23～0.37，平均为0.28，远低于1，反映了大河坝组的物源为长英质。同时在La/Th-Hf图解(图4)中，本文样品全部落在上地壳酸性岛弧物源内，表明塔-尕地区大河坝组的成岩物质来源为上地壳长英质岩石。

图4 砂岩物源性质La/Th-Hf判别图解

4.2 构造环境判别

(1)不同构造环境下形成的沉积岩主量元素含量及比值有所不同，w(TiO2)—w(Fe2O3+MgO)判别图解可以区分出被动大陆边缘、活动大陆边缘、大陆岛弧及大洋岛弧4种典型构造环境，从被动陆缘到大洋岛弧，砂岩主量元素中w(Fe2O3+MgO)及w(TiO2)的含量增高[15]，w(K2O)/w(Na2O)—w(SiO2)图解可以区分出被动大陆边缘、活动大陆边缘和大陆岛弧3种类型的沉积构造环境[16]。研究区所有大河坝组样品在w(K2O)/w(Na2O)—w(SiO2)图解(图5a)和w(TiO2)—w(Fe2O3+MgO)判别图解(图5b)中均落入大陆岛弧区内。

图5 (K2O/Na2O)-SiO2判别图解(a)和TiO2-(Fe2O3+MgO)判别图解(b)

(2)微量不活动元素由于其稳定性较主量元素更强，其含量及比值在判别构造环境中比主量元素更具优越性，Bhatia[17]总结提出了Th-Co-Zr/10等多个构造判别图解，被广泛地应用在沉积岩构造判别中。本文样品在Th-Co-Zr/10构造环境判别图解上均落在了大陆岛弧区内(图6)。

图6 Th-Co-Zr/10判别图解

从主、微量元素特征及构造判别图解得出的结论表现出良好的一致性，综合认为塔-尕地区大河坝组的沉积构造环境为大陆岛弧，沉积物源受到大陆岛弧的强烈影响。

4.3 成矿远景分析

大河坝组是塔-尕地区及周边区域主要的金矿含矿层位，与成矿关系密切，主要表现在提供成矿物质来源、促成成矿物质的初步富集等方面。

从基岩光谱的分析结果上看，大河坝组尤其是板岩中，Au元素相对富集，其含量略高于甘南地区背景值，较高的金丰度可为后期成矿提供矿源，且其分异程度较高，有利于局部富集成矿。目前在区域上三叠系碎屑岩中常形成构造破碎岩型金矿，在塔-尕地区大河坝组中也新发现了多处金矿化点，且多有伴生砷、锑的现象，与基岩光谱的分析结论相一致，说明金矿的成矿对岩性的选择性较强,大河坝组在提供金矿成矿物质来源方面存在优势。

大河坝组以砂板岩为主，岩石多具有较富的孔隙度，同时地层砂板岩相间，为一套具有较明显差异的岩石组合，容易在后期构造、岩浆作用下形成裂隙，地层的渗透性较高，利于成矿流体与岩石地层发生物质交换，从而使成矿物质富集沉淀成矿。区域上金矿床中的金多呈浸染状赋存于硫化物或呈吸附状态存在于黏土矿物、有机质或黏土矿物-有机质聚合物中，具有较大活动性，易于发生活化迁移，即大河坝组中有金富集现象，同时金又极易沉淀成矿。