甘肃省肃北县月亮山一带化探异常特征及找矿意义

2022-07-10张玉鹏

甘肃科技 2022年5期

关键词：闪长岩成矿特征

张玉鹏

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉 735000）

1 概述

1.1 研究背景

土壤地球化学测量作为一种传统的地球化学勘查手段，多年来被众多学者广泛应用于找矿工作中，并且大都取得了较为显著的效果[1]。大量实践证明土壤地球化学测量有显著的找矿效果。

《甘肃祁连西段德勒诺尔—石板墩地区1∶50 000 六幅区域地质调查》项目在异常查证过程中，通过土壤地球化学测量，发现小型矿床—月亮山钨矿，位于甘肃省肃北县境内月亮山一带。调查区位于北祁连Cu、Fe、Pb、Zn、Au、W、Cr、Mn 成矿带及中祁连Au、Pb、Zn、Cu、Ni、W、Cx 成矿带，目前在工作区发现了小冰沟铅锌矿、长头山辰砂矿、野马铜钨矿床、小柳沟钨矿及塔尔沟钨钼矿床等。该成矿区钨、钼、铜、铅锌矿化多与古老基底上发育的加里东期中酸性侵入岩相关。

1.2 研究目的和任务

调查区地处高寒山区景观区，通过1∶50 000水系沉积物测量，研究了区内单元素异常及组合元素异常特征，圈定AS-19 综合异常。为满足进一步的找矿需求，结合异常所处的地质特征，部署了1∶10 000土壤地球化学测量。研究目的是通过土壤地球化学测量，查明甘肃省肃北县月亮山一带土壤中元素的地球化学分布特征，圈定地球化学异常，查明异常区地层、构造、岩浆岩的分布特征，结合异常分布特征，查明引起异常的原因，分析地质体及构造与异常的关系，追索异常源，为进一步的地质工作提供依据。

1.3 研究技术方法

工作方法严格按《地球化学普查规范（1∶50 000）》（DZ/T 0011—1991）执行。针对1∶50 000 化探异常，在进行了概略检查及踏勘检查的基础上，结合异常所处的地质背景，选出最有利于成矿的异常区，有目的、有步骤地部署了1∶10 000 土壤地球化学测量。

在前期水系加密采样分析进一步缩小靶区的基础上，通过踏勘检查发现了矿化线索，进一步部署了1∶10 000 土壤测量，有效的指导了槽探工程的部署，满足了进一步的找矿需要。

1∶10 000 土壤测量采样采用规则网方式布设，网度为100 m×20 m。采样物质为下伏基岩的残积层，样点之间保持了固定的间距（个别区域第四系覆盖较厚区域适当进行了放稀，矿化蚀变处适当进行了加密采样）；为了提高土壤样品的代表性，一般在采样点前后（点距2/3 范围内）3～5 点多点采样。用套筛的方法，采取了-4～+20 目的残积层。所有样品重量过筛后大于200 g。

2 区域地质背景

调查区位于中祁连弧盆系，北部与北祁连弧盆系南缘断裂相接，西部被北东东向左行走滑断裂—阿尔金断裂所截，南侧与南祁连弧后盆地相连（图1）。经过漫长的地质演化，区内形成了复杂的构造变形式样。区内地质构造背景复杂，经历了多阶段、多旋回的岩浆作用，在构造演化过程中部分与成矿作用关系密切的岩浆上侵、火山喷发、沉积及变质作用，为成矿提供了物质及热源，具有广阔的找矿前景。

图1 区域构造略图

2.1 区域地层

调查区地层位于华北地层大区—祁秦昆地层区，属于中祁连地层小区。出露的地层主要有第四系、古近系、寒武系、青白口系、蓟县系、新元古界及古元古界（图2）。

图2 调查区地质构造简图

区域出露地层主要为：（1）青白口系其他大坂组（Qnbq）。整体为一套灰绿色碎屑岩组合，岩性主有含砾砂质板岩、含砾岩屑砂岩、变砾岩、粉砂质板岩、灰绿色变砂岩、粉砂岩。（2）哈什哈尔组（Qnbh）。为一套浅变质碎屑岩组合，局部夹有碳酸盐岩透镜体和低品位含铁矿层。主要岩性有：粉砂质板岩，局部夹变长石石英砂岩、绢云绿泥千枚岩、钙质砾岩及复成分砾岩。（3）窑洞沟组（Qnby）。岩性主要为厚层灰岩、角砾状灰岩、鲕状灰岩、砂质板岩。（4）新元古界南华系石板墩组（Nhsb）。岩性主要为含砾砂岩，糜棱岩化冰碛砾岩、砂质板岩夹硅质板岩、玄武岩、绿帘石化安山岩、玄武质火山角砾岩、凝灰岩和长石石英砂岩为主，局部夹灰岩断块，长石石英砂岩多在玄武岩顶部分布。古元古界北大河岩群（ArPtB）主要分布于调查区南侧，分为3 个岩性组，一岩组（ArPt1B1）岩性主要为黑云斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩，夹二云石英片岩及少量大理岩；二岩组（ArPt1B2）岩性主要为斜长角闪岩、二云石英片岩夹大理岩、斜长片麻岩及少量石英岩；三岩组（ArPt1B3）岩性主要为大理岩夹白云母片岩、石英片岩及黑云斜长片麻岩。

2.2 区域构造

调查区断裂系统非常发育，以区域性北西西向逆冲断裂为主，走向一般275°～320°，倾角在40°～60°之间，发育200～300 m 宽的应力变形带，应力变形带表现为断层附近的千枚岩发生了强烈的破碎和形变，硅化、褐铁矿化较强，局部发育了韧性变形。断层所处位置形成了明显的凹部，并有新近系疏勒河组零星分布。

2.3 区域岩浆岩

岩浆岩在调查区内分布面积中等，以中酸性侵入岩为主，少量基性侵入岩，侵入时代晚寒武世-中奥陶世均有产出，以奥陶世侵入岩为主。岩石类型主要有花岗闪长岩、二长花岗岩、斑状二长岩、闪长岩、辉长岩等，局部地段可见辉石岩、辉绿岩，多呈较大规模的岩株或岩基产出。大部分岩体具有同源岩浆演化特征。

3 化探异常特征

3.1 水系沉积物地球化学异常特征

调查区位于甘肃祁连西段—中祁连，属大陆性高寒干旱地球化学景观区，区内除野马河流域及野马南山南麓有常年流水外，其他区域干涸，水资源缺乏，为干旱地球化学景观条件。测区除Ag、Hg、As、Sb、W、Mo 元素平均值与全省平均值相比较明显偏高外，其余元素平均值较全省平均值低。

对调查区进行1∶50 000水系沉积物测量，结合单元素异常特征，圈定综合异常23 处，其中AS-19号异常为以W 为主成矿元素的综合异常，包含的元素以高温元素W、Mo、Bi 为主，兼有与闪长岩体关系密切的Cr、Ni、Co、Ti 元素异常。AS-19 号异常出露的地层主要为古元古代北大河岩群，岩性以大理岩、二云石英片岩为主。在异常中部偏西，出露了青白口纪其他大坂组，岩性为岩屑砂岩、含砾砂岩等。异常内中酸性侵入体发育，岩性主要有花岗闪长岩、闪长岩，以岩株状产出（图3）。

该异常在平面上呈不规则带状展布，异常面积15.19 km2，异常向西未圈闭。异常组合元素为W、Mo、Bi、Cr、Ni、Co、Ti。其中W 异常面积、规模大，衬度高，浓度分带明显，具内、中、外三级浓度分带，极值高达1 000×10-6（图3，表1）。中酸性岩体是W 的主要赋存地质体，异常查证中，在闪长岩和石英闪长岩中均已发现白钨矿（化）体。同时，该综合异常中Cr、Ni 也具明显的浓集中心和内、中、外三级浓度分带，这与异常范围内闪长岩体的发育关系密切。异常南侧有大理岩出露，内部发育中酸性岩体，在二者接触带上，具有寻找矽卡岩型白钨矿矿床的潜力。

表1 AS-19 异常特征表

图3 As-19 异常剖析图

3.2 土壤地球化学异常特征

（1）样品采集与分析处理。根据调查区地貌景观特点，及水系沉积物测量结果，结合异常所处的地质特征,在月亮山处设计1∶10 000 土壤测量工作。采用规则网方式，网度为100 m×20 m。采样物质为下伏基岩的残积层，样点之间保持了固定的间距（第四系覆盖较厚区域适当进行了放稀,矿化蚀变处适当进行了加密）；采集过程中首先对点位处地质特征和地形进行观察，尽量在蚀变部位及脉岩发育的区域采集残积层，剥去了残积层之上的植物、黏土、有机质和风成沙之后取样。在样品过筛过程中，捡去附着的碎石块、草根、树皮，筛掉盐积颗粒和黏土质假颗粒，有效的保证了样品的代表性。为了提高土壤样品的代表性，一般在采样点前后（点距2/3范围内）3～5 点处多点采样。用套筛的方法，采取了-4～+20 目的残积层。所有样品重量过筛后大于200 g。

对土壤样品的W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Be、Au 9 种元素进行了分析，样品分析工作由甘肃省地矿局四勘院实验室完成。在分析过程中，采用以X 射线荧光光谱法和等离子体质谱法为主体，等离子发射光谱法、石墨炉原子吸收法、原子荧光法、发射光谱法、示波极谱法和火焰原子吸收法为配套的分析方法，分析精度、检出限和相对误差均满足或优于《土壤地球化学测量规程》（DZ/T 0145—2017）的要求。

（2）土壤元素含量统计特征。与中国高寒山区水系沉积物平均值相比[2]，该区土壤中W、Mo、Cu、Zn、Be 元素平均含量明显高于全国平均值（表2），其中Sn、Bi、Pb、Au 元素含量低于全国平均值。

表2 土壤元素地球化学参数表

在地球化学场中，元素含量的离散程度往往被用来评价元素富集成矿的概率，一般用分异系数（Cv）来衡量[3]。元素分异系数越大，说明元素分布越不均匀，“局部富集、局部贫化”的分布特征也表现得越为明显，其成矿的概率较高，反之，其成矿的概率较低，元素分异系数多为地质体自身地球化学特征的反映。

综合分析，调查区变异系数具有以下特征：

①W 元素分异极强（Cv=6.19），表现出极不均匀分布的特征，其成矿可能性较大；

②Au、Mo、Bi 3 种元素具有一定的分异性（2＞Cv≥1），在区内分布局部富集、局部贫化，也具有一定的成矿可能性；

③Sn、Cu、Pb、Zn、Be 分异系数介于0.5～1，在区内分布较不均匀，具有富集成矿的可能。

区内各元素原始数据变化系数（Cv）和背景数据的变化系数（Cv0）分别反映两类数据集的离散程度。用Cv/Cv0反映背景拟合处理时离群值的被削平程度。在Cv/Cv0图解中（图4），该区Au 的元素浓度分位值最大，为3.26，其次是W、Mo 元素，为2.61 与2.65，一般情况下，元素浓度分位值越大，富集成矿的可能性就越大，区内Au、W、Mo 富集成矿的可能性较大。

图4 调查区元素离散程度图

（3）土壤元素的相关性。聚类分析是将多个变量分为有类似变量组成的多个类的分析过程，是在相似的基础上收集数据进行分类，将其应用于化探数据的信息提取中，可以用定性指标（距离）来衡量各元素之间的密切程度，以及得到不同的定性指标下元素的分类情况[4]。

聚类分析方法：运用金维软件GeoIPAS，将9 个元素作为变量，对月亮山钨矿一带的1 985 件土壤地球化学样品各元素的化验数据分别进行综合归类，将9 种元素的分析数据进行R 型因子分析，根据R型因子分析处理结果制作R 型聚类分析谱系图（图5）。由图5 可以看出，Be 与Pb 元素，Bi 与Au 元素的相关系数大于0.5，这两组元素呈一定相关性。Cu与Sn 元素具有相关性，W 与其他元素的相关性不显著，W 与其他元素在成因上联系不密切。

图5 土壤中9 种元素R 型聚类谱系图

（4）土壤元素的地球化学参数特征统计。对全区原始数据进行背景分析,统计地球化学场参数，主要有样品个数（n）、算术平均值（X（＿））、标准离差（S）、变异系数（Cv）、叠加强度（D）、浓集比值（Kk）等；统计地球化学背景场参数，主要有算术平均值（X（＿）0）、标准离差（S0）、变异系数（Cv0）等参数[5]。

统计地球化学场参数说明：

①样品个数（n）：参与地球化学数据处理的样品总数量。

②最高值（max）：参与地球化学数据处理的样品中，某单一元素含量的最大值。

③算数平均值（X（＿））：参与地球化学数据处理中某单一元素含量的平均值，公式如下:

④标准离差（S）：参与地球化学数据处理中，各数据偏离平均数的离散程度：

⑦浓集比值（Kk）：也叫浓集克拉克值，测区背景值与区域元素含量之比，Kk=区域元素平均含量/剔除后元素平均值，

元素的浓集程度及叠加作用强弱的评价以全域浓集系数（Kk）、叠加值（D）的大小作为参考标准。可以看出，土壤测量中元素明显富集（Kk≥1.5）的元素有W、Mo、Au，局部地段富集（1≤Kk<1.5）的元素有Bi。叠加值D≥6.0 的元素有W（表3），表明元素具极强的后生叠加作用，成矿的可能性较大。

表3 调查区土壤测量地球化学场与地球化学背景场参数特征一览表

综合分析各元素地球化学参数及元素和区内地层、岩体、断层的关系，得出W 元素在区内分异强，叠加富集成矿的概率较大，Mo、Au 元素在区内有一定分异强度，有叠加富集成矿的可能性。

（5）单元素异常特征。在绘制单元素异常图时，首先要确定各元素的背景值及异常下限值，一般方法是取均值作为背景值，均值+2～3 倍均方差作为异常下限[6]。使用这种方法来计算某元素的背景值及异常下限的前提是该元素的数据要符合正态分布。一般情况下各元素的数据不会十分理想，这就需要对野值进行剔除，使数据服从正态分布。先剔除极值，再按均值±3 标准差剔除野值，直至无剔除点时，此时的均值可视为背景值，用公式T=X0+KS0（T 为异常下限，X 为背景值，K 为置信系数，取值范围1.65～3，S 为标准离差）求得理论异常下限[7]，各个元素异常下限计算过程中，K 的估值结合元素指示的地质、矿化意义及其异常在调查区的分布面积及分布特征进行确定，经过反复调试和计算，得到各个元素的异常下限（表4）。

表4 元素异常下限计算方法及统计

为了研究调查区土壤中各元素在平面上的分布特征及规律，应用金维软件GeoIPAS 绘制了区内W、Sn、Mo、Bi 等9 种元素的单元素异常图。调查区共圈出各类单元素异常40 个，其中W、Au、Cu、Mo异常面积大、分布集中，多具内、中、外三级浓度分带；Bi、Sn 异常面积小，部分异常具内、中、外三级浓度分带；Pb、Zn、Be 异常面积小，分带性极差。

调查区9 种元素均有不同程度的显示，不同元素在空间分布上存在较大差异，这将为我们找矿提供一定指示，因而从各个元素的角度分述如下：

①W 元素。W 元素在调查区规模以中小型规模为主，在调查区中部主要呈东西向展布，浓度分带清晰，具外、中、内三级分带，共圈定W 异常11 个，异常规模最好的为W-5，异常点数为105 个，异常面积为0.47 km2，异常最高值为753.1×10-6，W-1、W-2、W-6、W-9 规模次之。结合调查区地质特征，发现W 异常沿晚奥陶世石英闪长岩分布，异常面积大，浓度分带好，为外、中、内三级浓度分带，衬值较高，呈带状分布；异常区南北两侧晚奥陶世花岗闪长岩中，局部见W 异常小规模分布，分布分散。从W 元素的分布特征及其与岩体的对应关系可以推测，W元素在测区主要富集于中酸性岩体，且在中酸性岩体中富集成矿的概率较大。

调查区内发现的月亮山钨矿中矿体产于闪长岩和石英闪长岩中，说明在中酸性岩体中W 自身富集，加之后生叠加改造富集作用，发生了进一步富集。调查区钨矿受热液活动影响，整体近东西向分布，矿化带处无明显围岩蚀变。

②Au 元素。Au 元素在调查区规模较小，且分布分散，总体上呈南西向分布，共圈定Au 异常6 个，异常规模最好的为Au-2，具内、中、外三级浓度分带，异常点数为15 个，异常面积为0.1 km2，Au 异常的最高值为78.5×10-9，Au-1、Au-4、Au-5 规模次之。Au 异常分布于奥陶纪花岗闪长岩与长石石英砂岩接触部位，花岗闪长岩与闪长岩接触部位，奥陶纪火山岩为金矿床的形成提供了丰富的物质基础，中酸性侵入岩为Au 元素的富集提供了流体和能量。

③Mo 元素。分布在调查区南侧，异常规模较大，浓度分带好，具内、中、外三级浓度分带，呈带状近东西向分布，共圈定Mo 异常2 个，异常规模最好的为Mo-1，异常点数为128 个，异常面积为0.49 km2，异常最高值为32.1×10-6，W-2 规模次之。调查区Mo异常主要分布于北大河岩群大理岩中，南侧晚奥陶世闪长岩中局部Mo 元素富集。

④Cu 元素。在异常区规模较小，分布较分散，Cu-1号异常具内、中、外三级浓度分带，异常主要分布于调查区中部偏南侧，呈带状近东西向分布。调查区Cu 异常主要分布于晚奥陶世闪长岩及北大河岩群大理岩中。Sn、Bi、Pb、Zn、Be 元素在异常区规模较小，且分布分散，均分布于晚奥陶世中酸性岩体中。

4 化探异常查证结果

4.1 异常查证方法

异常查证主要分为异常概略检查和异常详细检查。异常概略检查主要是进一步追踪异常源，初步查明异常成因。首先进行踏勘或地质路线检查，检查异常是否存在，进一步确定异常位置，踏勘检查过程中，配合使用快速分析仪实时分析，为查找矿化信息提供有力保障措施，提高工作效率。根据初步检查情况，选择成矿潜力较好的异常，开展1∶10 000 地质地化综合剖面测量，进一步查明异常原因。

（1）地化剖面。主要根据地形、地质及水系分布情况，垂直于地层及异常长轴走向，布设于异常浓集中心及其两侧，一般布设在主成矿元素高值点所在位置的水系上游。异常详细检查是进一步查明异常成因，发现矿化线索，地表揭露和圈定矿（化）体并控制其规模，基本查明其成矿地质背景及控矿地质条件，为进一步工程验证提供依据。

（2）1∶10 000 地质草测。为查明月亮山钨矿区的地层、构造、岩浆岩的空间分布和矿化体地质特征，在异常区进行了1∶1 地质草测。方法以追索法为主，辅以穿越法，点位以能控制填图单元为准，适当定以岩性控制点。用GPS 定点，点位误差＜10 m。在蚀变及对成矿有利地段点位进行了加密控制。草测地质图反映了异常区的地质特征，达到了工作要求。

（3）1∶10 000 土壤测量。针对1∶50 000 化探异常，在进行了概略检查及踏勘检查的基础上，结合地质背景，选出最有利成矿的异常区，有目的、有步骤地部署了该项工作。在前期加密水系采样分析进一步缩小靶区的基础上，通过踏勘检查发现了矿化线索，进一步部署了1∶10 000 土壤测量，有效的指导了槽探工程的部署。

（4）槽探揭露。在踏勘检查和1∶10 000 土壤测量等地质工作的基础上，结合地形条件进行综合分析研究，选择成矿地质条件、地化异常特征对成矿最有利的部位布置探槽工程。探槽施工：探槽工程垂直于矿化带，或夹角＞60°。槽探施工底壁平整，竣工槽底宽度均大于60 cm，深度达到基岩30 cm，岩层及构造面产状清楚。

异常查证工作完成后编制异常查证实际材料图，在综合异常图上投放完整的异常查证实际工作素材材料，包括面积性加密样点、异常查证地质、化探剖面、查证时随机采集的各类样品点位，以及槽探、坑探工程位置等。

4.2 异常查证结果

在W 异常的浓集部位是最直接有利的找矿部位，从空间上看W 异常主要赋存于中酸性岩体中，异常分布形态与晚奥陶世石英闪长岩分布形态一致，说明在中酸性中W 自身富集，加之后生叠加改造富集作用，发生了进一步富集。

通过对异常探槽揭露，目前已在异常区发现了白钨矿体，圈定白钨矿体9 条，长77～615 m，厚1.2～5.87 m，平均厚度2.84 m，WO3品位0.16%～3.008%，平均品位0.884%，矿体形态呈似层状、舒缓波状，具有膨大收缩现象。异常内带与钨矿体大致吻合，钨矿体走向与钨单元素异常展布方向一致（图6）。

图6 月亮山钨矿采样平面图

5 找矿意义

通过1∶50 000水系沉积物测量优选找矿区，通过1∶10 000 土壤测量工作，锁定找矿靶区。对土壤测量样品各元素分析结果，通过判别分析、聚类分析、因子分析等数理方法进行评判[8]，进而有效充分的挖掘化探数据所包含的信息，在实践中取得了较好的找矿效果，在月亮山钨矿异常圈定的范围内，发现了多条钨矿（化）体，说明土壤测量在区内找矿是切实可行的，同时对同类景观区地质找矿提供了依据。

调查区W 元素主要在北大河岩群中富集，加里东期中酸性岩体中强烈富集。加里东期的中酸性岩体，是碰撞成因的钙碱性花岗岩类，为I 型—S 型。北大河岩群作为基底，可能系源区母岩，岩浆形成过程中，不相容元素W 更多的进入岩浆；岩浆在上侵定位过程中携带了丰富的钨成矿物质。这一现象，与北祁连地区小柳沟—塔尔沟一带前寒武地层和加里东期碰撞成因的中酸性侵入体富钨这一特征较为相似，也诠释了祁连西段钨矿（化）体均产于前寒武地层与加里东期岩体内外接触带附近这一特征。