内蒙古巴林右旗石灰窑铜多金属矿区土壤地球化学特征及找矿靶区预测

张国宾，唐佳雨，陶 楠，庞彩龙，范泽军，王 浩，宋朝辉

(1.辽宁工程技术大学矿业学院； 2.中国地质调查局沈阳地质调查中心； 3.山西晋煤集团阳城晋圣润东煤业有限公司)

土壤地球化学测量是一种直接、快速、有效的勘查方法，在中国近半个世纪的应用中取得了巨大成功[1-3]。大量勘查实践表明，土壤地球化学测量至今仍是寻找隐伏矿体的一种有效手段[4-7]。石灰窑铜多金属矿区地处索伦—西拉木伦缝合带北部，属于莲花山—大井子铜、银、铅、锌成矿带。区域构造发育，岩浆活动频繁，赋矿地层广泛，金属矿点众多，铜、银、铅、锌、钨、钼等矿产资源的成矿地质条件和找矿前景较好。2015—2017年，在巴林右旗开展了1 ∶5万必鲁台等4幅区域地质综合调查工作。本文在系统总结矿区地层、构造、围岩蚀变等地质特征的基础上，应用1 ∶1万土壤地球化学测量进行找矿研究，了解成矿元素分布情况，分析不同元素的土壤地球化学特征，圈定综合异常，并通过工程验证，为下一步找矿工作提供有利的线索和依据。

1 矿区地质背景

石灰窑铜多金属矿区位于大兴安岭北东向构造带中段的东坡，陶海营子—幸福之路复背斜带的北侧，沙尔温多尔—林东断裂带的东南侧。矿区出露地层主要为中二叠系哲斯组(P2zs)和第四系(Q)(见图1)。 哲斯组在矿区内出露面积约为6.5 km2，被第四系覆盖严重，露头较差，经人工采坑揭露后可断续见基岩露头，与下伏地层接触关系不清，与上伏地层上侏罗统满克头鄂博组和玛尼吐组呈不整合接触，岩石由复成分砾岩、变质粉砂岩、细砂岩、长石石英砂岩组成，其中复成分砾岩厚度较大，岩石整体变形作用较强。矿区构造走向为北东向，其次为近东西向和北东东向，以及由此而派生的相配套次级构造，构造内部岩性以构造混杂岩为主。矿区内岩浆岩较为发育，以石英脉、二长花岗岩脉等为主，石英脉走向为北东向和东西向，宽1～10 m，长35～100 m。二长花岗岩脉走向北东，宽5～10 m，长80～100 m。矿区内矿化蚀变与构造混杂岩和烟灰色石英脉密切相关，构造混杂岩内矿化蚀变相对较强，主要为褐铁矿化、硅化、孔雀石化和碳酸盐化。

1—哲斯组 2—第四系 3—矿化蚀变带4—二长花岗岩 5—石英脉 6—土壤地球化学取样位置图1 石灰窑铜多金属矿区地质图

2 地球化学特征

2.1 样品采集与测试

矿区内共完成野外土壤地球化学测量4.33 km2，测量网度为100 m×40 m，设计采样1 580件，因房屋或水系冲沟等无法取样，实际采样1 502 件，样品采取率95 %，符合1 ∶1万土壤地球化学测量采样率要求。以采样点为中心，两侧2 m范围内多坑组合为1件样品。采样层位为土壤沉积层(B层)，深度0.6～1.2 m，样品原始质量400～500 g。土壤样品经自然晒干后，过40目不锈钢筛，取正样100 g装入纸袋中。样品在室内需经烘干(<60 ℃)后，采用玛瑙球磨无污染细磨至-200目，球磨后样品质量不小于80 g。测试单位为中国地质调查局沈阳地质调查中心实验测试中心，分析方法为原子吸收分光光度法(AAS)、原子荧光分光光度法(AFS)、X射线荧光光谱法(XRF)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，分析项目为Ag、Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Pb、Sn、W、Zn等10种元素。测试质量监控采用外部质量监控和内部质量监控相结合的方法，实验室内部按样品总数随机抽取5 %的重复样品进行分析，合格率为100 %，同时随机抽取8 %的样品进行外检，合格率为97 %。分析报告中的土壤地球化学样品数据可靠，分析质量达到或优于规范质量等级。

2.2 元素含量特征

采用元素含量最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数(Cv1)、富集系数等地球化学参数来阐明和讨论1 ∶1万土壤地球化学特征及规律。富集系数为矿区元素平均值与区域1 ∶5万土壤(水系沉积物)元素平均值之比，变异系数为元素标准差与平均值之比，石灰窑铜多金属矿区土壤地球化学特征参数统计结果见表1。由表1可知:Hg、Au、Cu元素的富集系数均大于1.00，表明这些元素具有一定的次生富集倾向，有利于成矿；Ag、Pb、Sn、Bi、Mo、W、Zn元素的富集系数小于1.00，表明这些元素趋于贫化，成矿作用相对较弱。结合各元素Cv1由Au→Cu→Mo→Hg→Bi→W→Zn→Pb→Sn→Ag逐渐减小，意味着从Au→Ag成矿作用依次减弱。

表1 石灰窑铜多金属矿区土壤地球化学特征参数统计结果

2.3 元素变化特征

土壤地球化学样品中各元素原始数据的变异系数(Cv1)[8-9]和背景数据(迭代剔除，直至无离群数据可剔除为止，即所有数据均大于平均值-3倍标准差，且小于平均值+3倍标准差)的变异系数(Cv2)，反映了数据处理前后的离散程度[10-12]。Cv1/Cv2值反映背景拟合处理时离散值的削平程度，因此可以利用Cv1和Cv1/Cv2值制作变异系数图解，结果见图2。由图2可知：Au、Cu含量变化幅度最大，高强度数据最多，分布极不均匀，成矿特别有利；Mo、Hg、Bi、W、Zn高强度数据较多，变异系数较大，有利于成矿；Pb、Sn、Ag的Cv1和Cv1/Cv2值都比较低，成矿可能性较小。

图2 石灰窑铜多金属矿区各元素变异系数图解

2.4 元素分布特征

通过对土壤地球化学样品的地球化学数据统计，得到各元素丰度直方图(见图3)。Cu、Zn、Mo、W、Au元素的标准差分别为15.62×10-6,14.93×10-6,0.51×10-6,0.49×10-6,1.42×10-9，变异系数分别为1.42,0.67,1.25，0.84,1.71，呈非正态分布，具有较强的成矿潜力；Hg、Bi元素的标准差分别为0.01×10-6,0.11×10-6，变异系数分别为1.15,0.89，呈近似正态分布，具有一定的成矿潜力；Pb、Ag、Sn元素的标准差分别为4.02×10-6,0.01×10-6,0.65×10-6，变异系数分别为0.38,0.22,0.29，服从正态分布，成矿潜力较弱。

图3 石灰窑铜多金属矿区元素丰度直方图

2.5 元素相关性特征

R型聚类分析谱系图见图4。由图4可知：以相关系数0.30为界，成矿元素可分4类。第一类由Cu、Zn、Hg、Pb、Bi组成，第二类为W，第三类由Sn、Ag组成，第四类由Mo、Au组成。元素相关系数矩阵见表2。由表2可知：Cu、Zn、Hg、Pb、Bi相关性较强。

图4 石灰窑铜多金属矿区元素R型聚类分析谱系图

表2 石灰窑铜多金属矿区元素相关系数矩阵

3 地球化学异常分析

3.1 单元素异常特征

异常外带边界、中带边界和内带边界分别由异常下限、2倍异常下限和4倍异常下限确定，异常下限=平均值+2倍标准差。矿区共圈出64处单元素异常，各元素异常特征如下。

矿区共圈出Ag异常6处(见图5)。其中，Ag-1异常位于矿区北部的Ⅰ号矿化蚀变带内，为多点中带异常，异常面积中等、衬度中等，走向为北东向，与Ⅰ号矿化蚀变带基本吻合，具有一定的找矿前景；Ag-3 异常位于矿区中部哲斯组与Ⅰ号矿化蚀变带接触带附近，为多点外带异常，异常面积较大、衬度中等，具有一定的找矿前景；Ag-6异常位于矿区西南部哲斯组与石英脉的接触带附近，为多点外带异常，异常面积较大、衬度中等，具有一定的找矿前景；Ag-4 和Ag-5异常为多点中带异常，异常面积相对较小、衬度中等，找矿意义一般。

1—单元素异常及编号 2—综合异常及编号 3—哲斯组 4—第四系 5—矿化蚀变带 6—石英脉 7—找矿靶区及编号图5 石灰窑铜多金属矿区单元素异常、综合异常及找矿靶区图

矿区Au富集较强，共圈出Au异常13处。其中，Au-1、Au-4和Au-7异常极好，具有重要找矿意义。Au-1异常位于矿区北部Ⅰ号矿化蚀变带内，为多点内带异常，异常面积大、衬度高，异常中心与Ⅰ号 矿化蚀变带空间位置基本吻合，是重要找矿靶区；Au-4异常位于哲斯组中，为多点内带异常，异常面积较大、衬度相对较高，Au可能与哲斯组内的构造混杂岩相关，该异常可作为重要找矿靶区；Au-7异常位于矿区西部Ⅱ号矿化蚀变带与哲斯组的接触带附近，是重要找矿靶区。

Bi异常共6处。Bi-1异常位于矿区北部Ⅰ号矿化蚀变带内，为多点内带异常，异常面积大、衬度高，具有重要找矿意义，是重要找矿靶区；Bi-2、Bi-5异常位于矿区中西部Ⅱ号矿化蚀变带附近，为多点中带异常，找矿前景略弱于Bi-1异常。同时，Bi异常与Au、Ag异常套合较好，可以作为寻找Au、Ag的指示元素。

Cu异常在矿区表现较为强烈，是找矿主攻矿种之一。矿区共圈出Cu异常10处。其中，Cu-1异常位于矿区北部Ⅰ号矿化蚀变带内，Cu-6异常位于矿区中西部Ⅱ号矿化蚀变带内，Cu-1、Cu-6异常均为多点内带异常，异常面积大、衬度高，为重要找矿靶区，具有重要找矿意义；Cu-4异常位于Ⅱ号矿化蚀变带北段与哲斯组接触带附近，Cu-8异常位于矿区西南部，Cu-4、Cu-8异常均为多点中带异常，可作为重要找矿远景区。

Hg异常共4处。其中，Hg-1异常为多点内带异常，异常面积大、衬度高，呈不规则状，Hg-1异常与Au-1、Ag-1、Cu-1异常套合较好，是寻找Au、Ag、Cu的指示元素。

Mo异常共5处。其中，Mo-1异常位于矿区北部，与Cu-1、Pb-1、Zn-1和Au-1异常套合较好；Mo-2异常位于矿区西部哲斯组与矿化蚀变带接触带附近。Mo-1、Mo-2异常均为多点内带异常，异常面积大、衬度高，具有重要找矿意义。其他异常面积小，无找矿意义。

Pb异常共3处。除Pb-1异常为中带异常外，其他异常均为外带异常，异常面积较小、衬度较低，找矿意义较差。

Sn异常共7处。除Sn-4、Sn-5异常为中带异常外，其他均为外带异常，异常面积较小、衬度较低，找矿意义较差。

W异常共5处，异常规模均较小，找矿前景不大。

Zn异常共5处。其中，Zn-1异常位于矿区北部Ⅰ号矿化蚀变带内，为多点内带异常，异常面积大、衬度高，且与Cu-1、Au-1、Ag-1异常套合较好，具有重要找矿意义；其余异常规模较小，且均为外带异常，找矿前景不大。

3.2 综合异常特征

在对单元素异常特征分析的基础上，结合异常性质、组合特征及异常所处的地质背景、成矿地质条件等因素，共圈出综合异常5处(见图5)。

3.2.1 HT-1号综合异常

HT-1号综合异常位于矿区北部Ⅰ号矿化蚀变带及其与哲斯组的接触带附近，为Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Pb-W-Zn综合异常。该综合异常内单元素异常套合好，规模大，强度高，异常较强的元素为Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Zn，这些元素异常均为多点内带异常，异常面积大、衬度高，具有重要找矿意义。HT-1号综合异常与Ⅰ号矿化蚀变带具有一定的对应关系，各元素的异常浓集中心基本与矿化蚀变带吻合，由此可知，HT-1号综合异常是由Ⅰ号矿化蚀变带导致的，是Au、Bi、Cu、Mo、Zn的重要找矿靶区，建议立即开展下一步找矿工作。

3.2.2 HT-2号综合异常

HT-2号综合异常位于矿区西南部，为Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Sn-W-Zn综合异常。该综合异常内单元素异常套合一般，规模大，强度较高，异常较强的元素为Au、Cu、Mo，这些元素异常均为多点内带异常，异常面积较大、衬度较高，具有较好的找矿前景。HT-2号综合异常中部为Ⅱ号矿化蚀变带，异常南北两段为哲斯组。由各元素异常与地层对应关系可知，该综合异常与Ⅱ号矿化蚀变带密切相关。

3.2.3 HT-3号综合异常

HT-3号综合异常位于矿区中部Ⅱ号矿化蚀变带东北段及其与哲斯组的接触带附近，为Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Pb-Sn-W-Zn综合异常。该综合异常内单元素异常套合较好，规模中等，强度一般，异常较强的元素为Bi、Cu，均为多点中带异常，异常面积中等、衬度中等。由HT-3号综合异常与Ⅱ号矿化蚀变带对应关系可知，HT-3号综合异常是由Ⅱ号 矿化蚀变带导致的，可作为Bi、Cu找矿远景区。

3.2.4 HT-4号综合异常

HT-4号综合异常位于矿区南部哲斯组中，为Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Sn-W-Zn综合异常，该综合异常内单元素异常套合中等，规模中等，强度中等。其中，Au、Cu异常较好，均为多点中带异常，异常面积中等、衬度中等，具有一定的找矿前景，可作为Au、Cu的找矿远景区。

3.2.5 HT-5号综合异常

HT-5号综合异常位于矿区东南部石英脉与哲斯组的接触带附近，为Ag-Au-Bi-Cu- Hg-Sn-Zn综合异常。该综合异常内单元素异常套合较好，规模中等，异常强度中等。其中，Au、Cu异常较好，为多点中带异常，异常面积中等、衬度中等，具有一定的找矿前景。该组合异常可能与石英脉相关。

4 找矿靶区圈定及工程验证

4.1 找矿靶区圈定

根据单元素异常和综合异常所在的位置，结合异常范围内地质条件及矿化特征，在矿区共圈定2处找矿靶区(见图5)。

4.1.1 Ⅰ号找矿靶区

地质特征：Ⅰ号找矿靶区位于矿区北部，面积约为0.32 km2，出露岩性主要为复成分砾岩、变质粉砂岩，成矿地质条件相对优越，石英脉较为发育，矿化蚀变较强，可见孔雀石化、黄铁矿化、硅化、褐铁矿化等。

土壤地球化学特征：Ⅰ号找矿靶区位于HT-1号综合异常内，Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Zn异常套合好，规模大，异常强度高，且均为多点内带异常，异常面积大、衬度高，具有重要找矿意义。

4.1.2 Ⅱ号找矿靶区

地质特征：Ⅱ号找矿靶区位于矿区西部，面积约为0.63 km2，主要出露岩性为复成分砾岩、长石石英砂岩、变质粉砂岩、细砂岩，成矿地质条件相对优越，矿化蚀变相对较强，孔雀石化、硅化、钾化、黄铁矿化、褐铁矿化发育。

土壤地球化学特征：Ⅱ号找矿靶区由HT-2号和HT-3号综合异常构成，Au、Cu、Mo、Bi异常较强，均为多点内带异常，异常面积大、衬度高，具有较好的Au、Cu、Mo找矿前景。

4.2 工程验证

为了进一步证实找矿靶区的合理性，对Ⅰ号找矿靶区的Au、Bi、Cu、Mo、Zn异常浓集中心进行了槽探工程揭露和岩石地球化学样品分析测试。结合HT-1号综合异常与Ⅰ号矿化蚀变带的空间对应关系，Ⅰ号 找矿靶区布置了3条北西向探槽，用以揭露HT-1号综合异常的浓集中心和Ⅰ号矿化蚀变带，3条 探槽间距约为200 m。其中，D1242TC探槽揭露效果较好，该探槽共发现矿化蚀变带2条，矿化蚀变带呈带状产出，受构造破碎带控制，矿化蚀变较强，具有强褐铁矿化、孔雀石化、硅化和绿帘石化。采用刻槽取样法对探槽进行连续取样，取样分析结果显示，Ⅰ号 矿化蚀变带内样品D1242TC-4HX1、D1242TC-4HX3、D1242TC-4HX4 的Cu品位分别为0.120 %、0.086 %和0.076 %，均较为接近Cu的边界品位，充分验证了找矿靶区的合理性，证实矿区具有非常好的找矿前景，为进一步探矿工作提供了依据。

5 结 论

1)通过1 ∶1万土壤地球化学测量，在石灰窑铜多金属矿区共圈出综合异常5处，单元素异常64处。其中，Cu异常10处，Pb异常3处，Zn异常5处，Mo异常5处，W异常5处，Hg异常4处，Bi异常6处，Sn异常7处，Ag异常6处，Au异常13处。

2)HT-1号综合异常与Ⅰ号矿化蚀变带套合较好，HT-2号、HT-3号综合异常与Ⅱ号矿化蚀变带关系密切，HT-5号综合异常与石英脉相关。

3)Au、Cu、Mo、Bi异常高值点多、变异系数高、离散性强，浓集中心与Ⅰ号、Ⅱ号矿化蚀变带的空间套合较好，成矿地质条件优越，是主攻矿种。

4)在石灰窑铜多金属矿区共圈定找矿靶区2处，对Ⅰ号找矿靶区进行了工程验证，发现2条矿化蚀变带，证实矿区具有较好的找矿前景。