山东莒县果庄地区物化探特征及找矿前景

庞新龙,燕军利,余继峰,蒋宗凯,柳汉丰

(1.山东科技大学，山东青岛 266590；2.江西应用技术职业学院，江西赣州 341000；3.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，山东济南 250000)

0 引言

莒县果庄地区位于华北陆块鲁西隆起汞丹山断隆(次级隆起)构造单元，区内构造复杂，岩浆活动强烈(李洪奎等，2004)。区域成矿条件良好，周边已发现多处金矿床：矽卡岩型金矿(铜井金矿、金场金矿)及蚀变岩型金矿(龙泉站金矿、牛家小河金矿、南小尧金矿)(董树义等，2010；石文杰等，2014；刘晓通等，2018)。然而研究区内找矿工作尚无突破，区内找矿技术方法应用研究也属空白区。物探、化探作为常规勘查方法，在地表勘查与深部找矿工作中具有不可替代的作用和优势(王聿军等，2005；李祥才等，2009;张善明等，2011;俞胜等，2016;李富等，2016)。综合运用物化探找矿方法能够快速圈定矿致异常区，有效、经济地缩小找矿靶区(李赛赛等，2016;吴志国，2019；罗凡等，2019；杜保峰等，2019；张忠利等，2021)。为此项目组在研究区开展了1:5万水系沉积物测量，圈定出Au、Ag、Cu等多元素综合异常区，同时开展了1:1万激电中梯测量，圈定出激电异常区，确定隐伏矿体分布及形态特征，在激电异常区内择优选取剖面开展激电测深工作，获取隐伏矿体的埋深、产状及连续性信息。本文在成矿地质背景基础上，对莒县果庄地区物化探异常特征进行综合分析，对研究区找矿前景进行评价，以期为莒县果庄地区及周边区域后续找矿工作提供指示。

1 地质概况

图1 山东莒县果庄地区地质图

本区西部为沂水-汤头断裂，北东走向，是汞丹山凸起和苏村凹陷的构造分界线。区内以NE向断裂为主，控制了区内岩浆岩的分布形态，此外还发育有NNE-NEE及NW向断裂。

2 典型矿床特征

虽然研究区内金矿勘查尚未有所突破，但研究区周边已发现多处金矿床，如铜井、金场、龙泉站、牛家小河、南小尧等，主要矿床类型为矽卡岩型和蚀变岩型。

铜井金矿位于鲁中隆起的东缘，鄌郚-葛沟大断裂西侧。矿体主要赋存于燕山期闪长玢岩与寒武纪灰岩接触所形成的矽卡岩中。在地表，接触带附近发育较好的蚀变，内接触带以钾化、高岭土化为主；外接触带发育硅化、大理岩化及较弱的矽卡岩化。深部蚀变分带现象明显，内接触带普遍发育钾化、高岭土化和碳酸盐化；外接触带发育矽卡岩化、角岩化和大理岩化(王巧云等，2017)。矽卡岩中可见石榴石与绿帘石分带现象，矿化多见于绿帘石带内。

金场金矿位于沂沭断裂带西侧的次级断裂带内，矿体主要赋存于金场杂岩体的接触带及其外侧围岩中的构造薄弱带，形态复杂，金主要以裂隙金和包体金的形式存在于黄铜矿和黄铁矿颗粒中。与成矿作用有关的围岩蚀变十分发育，主要为发育于外接触带热接触交代(角岩化、大理岩化)、发育于杂岩体与含钙质岩石接触带内的接触双交代(矽卡岩化)以及广泛发育的热液蚀变(绿泥石化、高岭土化、碳酸盐化等)(胡芳芳等，2010)。矿床类型为矽卡岩型金铜矿。

龙泉站金矿位于沂沭断裂带内、汞丹山凸起区南部。矿体主要产于沂水-汤头大断裂下盘新太古代变质岩系中，傲徕山岩套二长花岗岩、花岗闪长岩以及斜长角闪岩为主要赋矿围岩(石文杰等，2014)。矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、银金矿、自然金等。围岩蚀变发育，主要有黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化等。矿床类型为碎裂蚀变岩型金矿。

对研究区周边典型金矿床的地质和蚀变特征进行分析，发现研究区周边范围的金矿化受断裂构造控制明显，广泛发育的中酸性岩浆岩也与成矿关系密切。矿石中金、银、铜等元素伴生关系明显，在金矿化的同时还广泛发育黄铁矿化、绢云母化、硅化等多种蚀变矿化。

3 地球化学异常特征

地球化学找矿方法可以经济高效地获得多种目标找矿信息(谢学锦，2002；王学求，2003；丁吉顺等，2019；董一博等，2019；陈杰等，2021)。研究区开展了1:50000水系沉积物测量工作，共采集水系沉积物样品503件，样品分析测试严格按照相关行业标准DZ /T01304-2006执行,样品分析项目包括Au、Ag、Hg、Cu、Pb、Zn。其中Au采用化学光谱法分析，Ag采用发射光谱法分析，Hg采用原子荧光光谱法分析，其余元素采用原子吸收法分析。

采用Excel、SPSS软件对研究区水系沉积物测量原始数据及背景数据(迭代剔除均值加减3倍标准离差)进行统计分析，分析参数包括最小值、最大值、平均值、中位数、标准离差及变异系数(表1)。其中变异系数为数据标准差与数据平均数的比值，反映元素的起伏变化、分散集中程度。Au、Hg的变异系数大于2为强变异，说明这些元素集中分布，受到强烈的后期地球化学叠加作用，为区内易成矿元素(陈冬和梁树能，2015；黄文斌等，2019)。对比元素含量平均值和中位数，Au元素均值明显高于中位数，表明其存在活化迁移造成的局部富集(翁望飞等，2018)。元素离散程度图可以有效评价元素的成矿性(刘劲松等，2016；袁和等，2017；黄文斌等，2020)，图2显示研究区内Au变化程度最高，亦反映区内以Au成矿作用为主。

表1 研究区元素含量特征值

图2 研究区元素离散程度图

为探求研究区各元素之间的内在联系，对研究区水系沉积物测量原始数据进行R型系统聚类分析(图3)。区内元素之间相关性最强的元素为 Cu、Pb、Zn 元素组合，揭示研究区具备中温热液成矿条件；当距离系数值取 23时，Ag、Hg元素可归为一类，反映低温热液成矿作用元素组合特征；Au不表现出与其他元素具有相关特征，说明该元素为热液运移系统顶部元素，受后期迁移影响较大，易成矿。

图3 研究区元素聚类分析谱系图

异常圈定首先应确定背景值及异常下限(肖霞等，2016)。研究区异常下限根据整个工作区(沂水-莒县地区)样品统计结果确定，首先利用迭代法确定各元素的背景平均值X，之后用得到的背景值计算异常下限。异常下限计算公式为：T=X+2×δ，式中：T为异常下限，X为背景平均值，δ为标准离差(裴圣良等，2018；殷天涛等，2019)。根据计算结果，结合工作区元素含量特征及元素的工业品位含量特征，进一步确定异常下限的使用值。按照异常下限值的1、3、6倍划分3个浓度带，勾绘元素异常图(图4)。根据元素的地球化学亲和性，并结合各异常元素的空间分布特点，在整个工作区圈定了两种地球化学组合异常：Au、Ag、Hg、As、Sb组合异常和 Cu、Pb、Zn组合异常；然后在地球化学组合异常的基础上，圈出各组元素异常的重叠部分，以此圈定了18处综合异常区(图5)。研究区位于A-6综合异常区，异常组合元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn，异常总体走向NE，与断裂构造及岩浆岩体展布方向一致。综合异常主要由4个金异常、5个银异常、3个铜异常组成，Au最高值为773.8×10-9，Ag最高值为444×10-9，Cu最高值为147.2×10-6，Au异常具有明显的富集中心。

图4 研究区地球化学测量异常图

图5 整个工作区地球化学综合异常图

为验证水系沉积物测量结果的可靠性，对比了土壤剖面测量与水系沉积物测量金异常(图4f)，可以看出水系沉积物测量金异常高值出露的位置与土壤剖面测量金异常高值出露的位置基本相符。此结果也表明研究区金迁移距离不大，这与本区地形较缓相一致。

4 地球物理异常特征

岩(矿)石的电性是物探激电工作的应用前提,也是资料解释的重要依据(李金铭，2004;李金铭，2005)。由研究区岩矿石电性参数统计表可知(表2)：含金铜矿石的极化率最高，平均值为11.15%，其对应的电阻率显示为中高阻，平均值为2684 Ω·m；而其它几种岩性的极化率都非常低，平均值不到1.0%；中粒黑云二长花岗岩和二长花岗岩电阻率显示为低阻，平均值分别为 321 Ω·m 和430 Ω·m；英云闪长岩电阻率显示为中高阻，平均值为2350 Ω·m；黑云二辉麻粒岩和花岗闪长岩电阻率显示为高阻，平均值分别为5586 Ω·m和6490 Ω·m。此外研究区内不存在石墨化地层和炭质板岩，可以排除引起激电异常的其它干扰因素，因此研究区具有物探激电工作的物性前提(傅良魁，1991;柳建新等，2006；周斌等，2017)。

表2 研究区岩矿石电性参数统计表

激电中梯测量是目前我国金属矿勘探中应用最为广泛的一种激电法(孙仁斌等，2017；杨宗耀等，2020)。通过激电中梯工作,可以较详尽地了解了矿区内极化体的位置走向,为找矿指明方向(徐遂勤等，2010)。为此研究区开展了1:1万激电中梯测量，激电异常强度普遍较弱，视极化率背景值一般在0.8%～2.4%，以ηs=2.5%为异常下限圈定的激电异常23个，异常编号为DHJ-1～DHJ-23(图6)。激电异常基本呈北东走向，极化率峰值为6.17%，视电阻率值一般在500～5000 Ω·m变化，激电异常对应的视电阻率值基本都小于2000 Ω·m，除DHJ-1～DHJ-5为中高阻、高极化外，其它激电异常都具有低阻、高极化的特征(表3)。激电异常总体走向与区内岩浆岩、构造方向一致，且激电异常区与水系沉积物测量金元素异常分布近一致。视极化率异常特征为下伏地层岩性电性差异的反应，由实测电性资料可知，非矿化岩石的极化率很低，据此推测激电异常(高极化率)为隐伏矿化蚀变所致，异常的北东向展布指示了隐伏矿体的走向。

表3 激电中梯测量综合异常特征一览表

续表3

图6 研究区激电中梯异常及激电测深位置图

激电测深可以较好地反映隐伏矿体的埋深、产状及连续性(张东风等，2010；孙亮亮等，2018)。结合地质、化探异常特征，选择DHJ-7、12、15、21、22号异常布设了6条激电测深剖面，剖面基本位于金元素异常浓集中心处，且垂直于主要构造线方向。限于篇幅，本文以Ⅰ-3激电测深数据为例进行说明，并对测深数据进行了带地形的二维反演。

Ⅰ-3测深剖面布设于DHJ-7号激电中梯异常带，该异常带东北部未封闭，长度大于2200 m，宽度在60～580 m。ηs极大值为8.37%，ρs一般在500～2000 Ω·m之间，异常具有低阻、高极化的特征。

Ⅰ-3激电测深拟断面图显示，在1～8号测深点之间，AB/5=650 m以内存在一规模较大的低阻、高极化异常，包含了大小四个高极值异常中心，其中在3～5号点间的异常中心最为突出，激电异常强度最高，规模也最大，ηs峰值为6.96%，整体异常近似直立。测深剖面的ηs、ρs反演模型显示3～8号点间有一大的漏斗状的以低阻、高极化率为主要特征的极化体，局部显示为高阻。共包含了两个极化体中心，其中4～6号点的主体极化体的极化率最大值为8.47%，电阻率值129～5600 Ω·m，极化体轴略倾向南东，极化率异常峰值位于约AB/5=40 m处。7～8号点间的极化体较小，主极轴倾向南东，中心埋深约在20 m(图7)。

图7 研究区激电测深Ⅰ-3拟断面

综合分析研究区物化探特征(图8)，可以看出土壤剖面测量金异常与激电中梯低阻、高极化异常位置基本对应，异常出露于断裂构造发育地带及岩体接触带附近，这与区域内典型矿床受到断裂构造控制明显且与岩浆岩关系密切的特征一致。表明金矿体一般赋存在上述成矿有利空间中。

图8 物化探异常对比

5 找矿前景分析

研究区新太古代岩浆岩广泛分布，北东向断裂构造发育，具备良好的成矿地质背景。水系沉积物测量金异常有多个富集中心，最高值达773.8×10-9，金元素异常高值出露位置与土壤剖面测量金元素异常高值出露位置基本相符。激电异常总体呈北东向展布，与断裂构造和沂水岩群呈条带状北东向分布相一致。土壤剖面测量金元素异常位置与激电中梯低阻、高极化异常位置基本对应。

DHJ-7号激电异常的东南部有采砂金的历史，激电测深具有明显的高极化异常体，槽探揭露，在岩体中有沂水岩群老地层残留体，在接触带有绿泥石化、高岭土化及石英透境体，见有黄铁矿化，金品位达0.11×10-6。DHJ-14号异常具有明显的低阻、高极化的特征，其西南邻近DHJ-21号激电异常，激电测深存在高极化异常体。异常东南河床中曾采过砂金，探槽揭示，探槽的西北靠近高极化异常，其岩石较破碎，蚀变强度大，有石英脉出露。

综合成矿地质条件、地球化学异常特征、激电异常、矿体特征等分析，认为莒县果庄地区找矿前景很好，是寻找热液型金矿的有利地区。岩体接触带及断裂构造发育带、Au元素异常浓集中心、低阻、高极化激电异常区及硅化、黄铁矿化等围岩蚀变发育地段是下一步找矿重点方向。

6 结论

(1)莒县果庄地区1:50000水系沉积物地球化学测量和统计分析发现，研究区内Au元素变异系数较高，Au异常面积大峰值高且具有明显的富集中心，结合异常元素组合特征初步判定研究区具有寻找中低温热液型金矿的潜力。

(2)研究区激电异常普遍具有低阻、高极化的特征，激电异常总体走向与区内岩浆岩、构造方向一致，且激电异常与化探异常吻合度较好。

(3)研究区物化探异常特征明显，多元信息吻合度较高，找矿前景良好。岩体接触带及断裂构造发育带、Au元素异常浓集中心、低阻、高极化激电异常区及硅化、黄铁矿化等围岩蚀变发育地段是下一步找矿重点方向。