东昆仑北坡白日其利金矿地质地球化学特征及其找矿意义

王元昊,何虎虎,郁东良,何学昭,辛军强,袁兴民

(青海省核工业地质局,西宁 810001)

0 引言

东昆仑成矿带是我国著名的金腰带[1],东昆仑地区断裂构造具多阶段活动、成矿物质多期叠加特征[2],目前发现了五龙沟、大水沟、白日其利、果洛龙洼、白日其利沟脑、阿斯哈等众多金矿床(点),带内元古代老变质岩基底发育,太古代—中生代岩浆活动强烈,阜平期至喜马拉雅期构造活动剧烈而频繁,表明本区形成金矿的物质来源充沛、成矿空间良好、热动力充足。白日其利金矿位于东昆仑山脉北坡[3]。本文基于对白日其利金矿区系统的地球化学研究,总结该金矿床金成矿过程中元素迁移及富集规律,并结合矿区地质、构造、岩浆岩等地质特征,以期为该矿区的“攻深找盲”提供帮助。

1 区域地质背景

白日其利金矿区地处秦祁昆造山系北昆仑岩浆弧带[4],在漫长的地质演化历史过程中,其区内构造-岩浆活动呈现多期次特点[5],区域上构造复杂,地层及岩浆岩发育。

区域上地层出露较齐全,从北向南依次由老变新,太古界至第三系均有分布(图1)。北昆仑岩浆弧带内受多期岩浆活动影响,地层缺失较多,仅残留零星元古界老变质基底。东昆仑构造带北坡经历了阜平期至喜马拉雅多期构造活动的长期演化,构造发育且极为复杂,以NW向、NWW向断裂为主;该区多期次岩浆侵入活动强烈而频繁,太古代—中生代侵入岩均有分布[6],以各类酸性岩最为发育,中性岩次之,基性、超基性岩仅以零星包体形态残存。

图1 研究区区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch of the study area1.第四系;2.第三系;3.侏罗系;4.三叠系;5.二叠系;6.石炭系;7.泥盆系;8.奥陶系;9.元古界;10.太古界;11.麻粒岩;12.侏罗纪酸性类;13.三叠纪中-酸性岩类;14.二叠纪中-酸性岩类;15.石炭纪中-酸性岩类;16.泥盆纪中-酸性岩类;17.志留纪中-酸性岩类;18.奥陶纪中-酸性岩类;19.寒武纪酸性岩类;20.元古代中-酸性岩;21.元古代基-超基性岩;22.太古代酸性岩类;23.麻粒岩;24.深大断裂;25.一般性断裂;26.铁矿;27.金矿;28.钒钼矿;29.铜镍矿;30.铜多金属矿;31.研究区位置;32.交通线(铁路及国道)

2 研究区地质特征

2.1 地层

白日其利金矿区主要出露元古界基底老变质岩系,从北至南依次出露:古元古界金水口岩群片麻岩,中元古界蓟县系狼牙山组大理岩、板岩,少量奥陶系祁漫塔格群大理岩[3]。各地层岩系之间,多呈断层接触(图2)。地层总体呈NWW向展布,受区断裂构造控制特征明显,地层倾角总体S倾,F3断裂以北地层受构造-岩浆岩多期活动影响,部分地层N陡倾或近直立。

图2 研究区地质简图Fig.2 Geological sketch of the study area1.第四系冲洪积物;2.奥陶系祁漫塔格群大理岩;3.蓟县系狼牙山组大理岩;4.蓟县系狼牙山组板岩;5.古元古代金水口岩群片麻岩;6.闪长岩;7.正长花岗岩;8.花岗闪长斑岩;9.花岗闪长岩;10.石英闪长岩;11.黑云母花岗岩;12.地质界线;13.实测断层界线;14.推测构造界线;15.构造蚀变带;16. 含金构造矿化蚀变带;17.产状;18.音频大地电磁测(AMT)剖面及编号

2.2 构造

研究区位于东昆仑中部构造带,断裂构造发育,以NW向为主,近平行的F1、F2、F3断裂及其配套次级构造为区内主要构造格架(图2)。断裂以高角度逆断层为主,断裂带宽0.5～100 m,F3在其南部断裂构造面向S陡倾,F3断裂在北部大多呈N、NE向陡倾,倾角55°～85°。断裂带中构造岩分带性特征明显,内部发育强动力变质岩,如糜棱岩、强碎裂岩、断层泥、构造角砾岩等,向外发育初碎裂岩或片理化带,最外侧出露节理发育的原岩[5]。

2.3 岩浆岩

研究区南部岩浆活动强烈,出露大面积正长花岗岩,中、北部岩浆活动微弱,仅发育少量中、酸性脉岩(图2),主要有闪长岩、正长花岗岩、花岗闪长斑岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、黑云母花岗岩[3],多产于构造裂隙等应力薄弱部位。

2.4 矿体地质特征

截止2022年6月,白日其利金矿区共圈定含金矿化蚀变带4条(图2),NWW向断裂构造控矿特征明显,矿(化)体多位于构造显示张扭性特征膨大部位。区内圈定出金矿体10个,矿体长30～1080 m,单工程真厚度0.80～17.82 m,w(Au)平均=0.80×10-6～11.02×10-6。目前共估算金资源量(QZ+TD)3888 kg,其中低品位(w(Au)≥0.8×10-6)金矿体金属量为2912 kg,占比达74.90%,呈“初具规模、品位偏低”特点。

矿体形态呈透镜状、层状;赋矿岩石以糜棱岩系列为主,碎裂岩系列次之;主要矿化蚀变有强黄铁矿化、毒砂矿化、硅化、绢云母化等。金矿化强度与矿化蚀变强度、岩石变质变形程度呈正相关,与硫化物自形程度呈负相关[5]。

矿石主要呈半自形-它形结晶结构、粒间充填交代结构、裂隙充填交代结构、压碎结构等[7];矿石构造主要为细脉状构造,其次为浸染状构造、星点状构造、斑点状构造[7]。

3 研究区地球化学特征

3.1 矿区成矿地球化学背景

白日其利金矿区的金矿围岩地层、岩浆岩、赋矿构造及矿化蚀变特征与五龙沟金矿田十分相近[7]。本次以本地区20件靠近矿化带但未受矿化影响的岩石样品(地层(10件)+岩浆岩(10件))作为地球化学背景,将同批次分析Au等18种元素含量作为该区的背景含量值。表1为矿区元素地球化学特征统计结果。

表1 矿区元素地球化学特征统计结果Table 1 Statistical results of geochemical characteristics of elements of the Au deposi

从表1可以看出,白日其利金矿区近矿岩石18种元素含量特征呈如下特点:

(1)本地区综合背景(地层+岩浆岩)Au、As、Sb、B、Ag、Pb、Bi、W、Sn元素浓集克拉克值大于1,其中As、Sb、B、Pb、Bi、W元素浓集克拉克值大于2,表明本区Au以及相关中、低温元素存在富集,具有较好成矿地质背景。

(2)岩浆岩较地层富含Au、Pb、W、Sn,浓集克拉克值为2.1～2.9,表明岩浆侵入过程中伴随的热液活动为本区金矿(化)体的形成提供了主要物质来源。

(3)地层中除As、Sb、Bi元素浓集克拉克值大于2之外,其余元素浓集克拉克值均为接近或小于1,表明地层中大部分元素未发生大量迁移,地层与金成矿关系相对较小。

3.2 矿区成矿元素组合特征

(1)元素含量特征。从表2可以看出,①相对于围岩背景,在w(Au)≥1×10-6的样品中,Bi、Mo、Mn元素含量衬度值为0.92～1.12,其余元素含量衬度值为1.43～885.53,呈现异常含量特征;Ag、As、Sb、Hg、W元素含量衬度值大于4,具有较强的异常含量;As元素含量衬度值为285.94,Au元素含量衬度值为885.53,二者呈强度异常及高聚集特征,表明Au含量大小与As元素关系十分密切。②w(Au)≥3×10-6的富矿体样品中As、Sb、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、Mn、Co、Ni、V、Ti、W、Sn元素含量及衬度均呈增强趋势,Hg、B元素则呈减弱趋势。

表2 白日其利矿石样元素含量[8]Table 2 Schedule of trace element contents of ore samples of Bairiqili Au deposit

(2)元素组合特征。综合白日其利金矿石元素含量(表2)可以看出,Ag、As、Sb、Hg、B、Cu、Pb、Zn、Bi、Mo、Co、Ni、V、Ti、W、Sn等元素均出现不同强度异常,表现出与金矿存在伴生组分关系,具有指示矿体分布特征的指示意义,不同含量衬度值水平均表现出组分相近的共性规律。

以矿区w(Au)≥1×10-6的矿石样品中出现含量衬度值≥1作为划分矿床元素组合标准,白日其利金矿床元素组合为:As、Ag、Hg、Sb、W、Sn、Ni、Cu、B、Ti、Co、Pb、V、Zn、Bi、Mo;以矿区w(Au)≥1×10-6矿石样品中出现含量衬值≥2作为划分特征元素组合标准,白日其利金矿床特征元素组合为As、Ag、Hg、Sb、W、Sn、Ni、Cu、B、Ti、Co;以矿区w(Au)≥1×10-6矿石样品中出现含量衬值≥4作为划分特征元素组合标准,白日其利金矿床特征元素组合为As、Ag、Hg、Sb、W。从元素组合规律来看,矿床特征组合元素既有中-低温元素组合,又有高温元素组合,表明研究区矿体的形成与岩浆热液关系密切;Hg元素衬度值为11.08,既反映了研究区构造发育且分布广泛的特征,又反映了本区矿体剥蚀程度总体较低的特点。

3.3 矿区成矿元素相关性特征

(1)R型聚类分析

为揭示白日其利金矿区主要地质作用和主要地质环境元素聚合趋势,本次工作针对该区主要矿化带(Ⅰ矿化带)地表及深部附近的地质体采集了328件岩石样品,通过对样品18种微量元素数据进行R型聚类分析(表3),得出如下结论:

表3 白日其利岩石样微量元素相关系数矩阵Table 3 Correlation coefficient matrix of trace elements in the rock samples

1)从相关系数矩阵表可见,区内主要成矿元素Au与As、Ag、Cu、W、Co、Ti、Mn、V、Ni等元素呈正相关变化,与Bi、Mo等元素呈负相关变化。

2)在相关系数γ=0.3水平上,谱系图(图3)上显示6类元素组合。其从上至下分别为:①Au-As-Ag-W元素簇(与深大断裂相关的贵金属元素组);②Co-Ti-Ni-Mn元素簇(与基性-超基性岩活动有关的元素组);③Sb-B-Hg元素簇(与多期次构造活动有关的低温元素组;④Mo-V元素簇(与中-酸性岩浆岩活动相关的高温元素组);⑤Pb-Zn-Sn元素簇(与中-酸性岩浆岩活动相关的中-高温元素组);⑥Cu-Bi(与岩浆岩活动相关的中-高温元素组)。

图3 Ⅰ矿化带R型聚类分析谱系图Fig.3 R-Type cluster analysis spectrum chart

3)在相关系数γ=0.6水平上,谱系图(图3)上显示4类元素组合,从上至下分别为:①Au-As-Ag元素簇(与深大断裂相关的贵金属元素组);②Co-Ti-Ni-Mn元素簇(与基性-超基性岩活动有关的元素组);③Pb-Zn元素簇(与中-酸性岩浆岩活动相关的中温元素组)。

4)谱系图(图3)上反映,在相关系数γ=0.3水平时,与断裂构造关系密切的Hg元素和研究区主要矿化元素Au与其它元素均出现一定的相关性,表明研究区内主要金矿带经历了不同期次构造及岩浆岩活动叠加影响,Au元素主要受断裂构造控制,矿化物质来源既与深部基性-超基性岩体活动关系密切,又受到了深部中-酸性岩浆热液活动后期叠加改造。

(2)因子分析

通过因子分析,能够归纳和提炼元素组合,并可以通过元素组合特征推算、解释成矿过程、成矿元素推移、富集规律、划分成矿阶段,可以确定研究区物质来源[9]。本次以白日其利金矿区主要矿带附近不同地质体岩石样品分析数据为基础,通过因子计量分析,截取各因子特征根较大、累计贡献率达85%的前9个因子作为主因子,对其作方差极大正交旋转,得到旋转后把因子载荷绝对值r>0.5的元素看作该因子主要载荷元素,给出各因子的特征组合(表4)。

表4 主要因子特征根及结构式Table 4 Characteristic root and structural formula of main factors

1)通过因子分析结果,并结合研究区目前找矿事实,综合分析认为F3为Au-Ag矿化因子,反映了区内浅地表最主要的矿化热液活动;以F1、F2为代表的其它因子反映了研究区深部多期岩浆活动导致的热液迁移,在其深部也有成矿可能。

2)从表4可以看出,前3个因子累计方差贡献比达到了52.62%,表明区内元素信息相对集中。区内最主要的热液活动有3类:F1因子反映了与基性-超基性岩相关的热液活动;F2因子反映了中酸性岩浆岩相关的中-高温热液活动;F3因子反映了深大断裂剧烈活动相关的中-低温热液活动。

3)从表4因子结构式可以看出,负载荷为Au、As、W等低温元素,正载荷以Bi、Mo、Pb、Zn、Sn、Co等中-高温元素为主,这表明区内成矿温度、成矿时间及空间存在较大差异,各元素的空间分布存在分带特征。

4 找矿意义

(1)白日其利金矿区老变质岩系基底分布广泛,区域上太古代—中生代不同期次岩浆侵入活动强烈而频繁,断裂构造发育。区内As、Sb、B、Pb、Bi、W元素浓集克拉克值大于2,表明本区Au以及相关中、低温元素存在富集,具有形成较大规模构造蚀变岩型金矿的优越地质背景。

(2)白日其利金矿特征元素组合以As、Ag、Hg、Sb、W为主,伴有Sn、Ni、Cu、B、Ti、Co等,反映了本区构造控矿特征明显,同时矿化热液的来源与深部多期次岩浆活动密切相关。高衬度值Hg元素既揭示了研究区构造发育且分布广泛的特征,又反映了本区矿体剥蚀程度总体较低的特点,表明了区内深部具有较好找矿前景。

(3)矿区元素R型聚类相关性特征反映,热液活动主要有3类:①与基性-超基性岩相关的热液活动;②与中酸性岩浆岩相关的中-高温热液活动;③与深大断裂剧烈活动相关的中-低温热液活动。成矿热液来源于深部。

(4)矿区主要含矿空间为断裂构造,不同期次的岩浆活动为Au元素的沉淀不仅提供了丰富的物质来源,也提供了充足的动力条件。通过因子分析,表明Au、As、W等低温元素为负载荷,Bi、Mo、Pb、Zn、Sn、Co等中-高温元素以正载荷为主,表明在开放式构造空间中,岩浆热液各元素在成矿温度、成矿时间及空间存在较大差异,各元素的空间分布存在分带特征。综合分析认为本地区找矿前景广阔,有必要开展深部找矿工作。