黑龙江五道沟地区土壤地球化学异常特征及找矿预测*

邱宏蕊 高 文 罗先熔 付立春 李 超 衣健庆 李杰伟 刘秀娟

（1.桂林理工大学地球科学学院；2.桂林理工大学隐伏矿床预测研究所；3.黑龙江自然资源调查院；4.华北地质勘查局五一四地质大队）

土壤地球化学测量法是通过测量土壤中元素的分布，根据元素的集中与分散程度圈定异常，并解释异常的一种找矿方法［1-3］。近些年被广泛应用于寻找有色金属矿产，并取得显著成果［4-5］。黑龙江省黑河市五道沟矿区位于小兴安岭北端，地处东乌珠穆沁旗—嫩江Cu-Mo-Pb-Zn-W-Sn-Cr 成矿带、多宝山—黑河Cu-Mo-Au-Fe-Zn成矿亚带之新开岭Au成矿亚带内［6-7］。前人已在该地区进行了多次地质矿产勘查，认为该地区是寻找金、铜矿床的有利靶区，具有较好的找矿前景，但对于五道沟地区的找矿靶区划分仍不够精准，一直未取得较大的找矿突破。研究区内残坡积覆盖层厚［8］，土壤发育、成熟度高，有利于开展土壤地球化学工作。为进一步优化异常的圈定，明确找矿靶区，本文基于五道沟地区1∶10 000土壤地球化学测量数据，以元素地球化学参数特征和分形分布特征为依据，采用因子分析等统计学方法发掘化探数据间的联系，总结研究区成矿元素地球化学异常特征及矿化成因类型，为五道沟地区进一步寻找多金属矿资源提供依据。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

黑龙江省五道沟矿区大地构造位置处于兴蒙造山带的东部，贺根山—黑河缝合带的西北侧［9］，属于中亚造山带，区内构造背景复杂，先后经历了古亚洲洋活动构造和滨太平洋活动构造作用［10］，多期次的构造和岩浆作用使本区具有较好的找矿前景。区内的主要断裂为NE向新开岭深断裂及众多NW 向的次级断裂。地层较发育，从古生界到新生界均有出露，古生界奥陶系和泥盆系以海相沉积地层为主，各地层之间呈平行不整合接触关系。石炭系和二叠系以陆相火山沉积地层为主，与上覆地层、下伏地层均为角度不整合接触关系。中生界以陆相火山沉积为主，与下伏地层为角度不整合接触关系。新生界以松散沉积地层为主（图1），其中认为该区金铜等矿产主要矿源来自奥陶系多宝山组和志留系、泥盆系泥鳅河组［9-10］。

区内侵入岩岩石类型复杂，主要以中酸性岩为主，由老到新依次为加里东期侵入岩、海西期侵入岩、印支期侵入岩和燕山期侵入岩。

1.2 研究区地质概况

研究区位于小兴安岭北端，罕达气—三道湾子成矿远景亚区中部。区内构造发育，其中F1、F2断裂主要为NW向，F3、F4为NE向，F5为SN向（图2）。

区内出露地层比较单一，主要为宝力高庙组（C2P1b）地层、泥鳅河组地层（S3D2n）以及第四系沉积物。通过在该区域进行地质调查发现泥鳅河组地层中Cu、Au 等元素含量明显高于其他地层，推测其为Au 矿的形成提供物质来源［11-12］。区内侵入岩较发育，以中深成花岗岩为主，出露的早二叠世侵入岩可分为2 个序次，第一序次为正长花岗岩，第二序次为碱长花岗岩，碱长花岗岩中普遍含金［13］。

2 样品采集与测试方法

采集样品的方法及技术完全按照地球化学测量规范的要求执行。此次采样的土壤测量面积为13 km2，采样的网度是100 m×20 m，测线方向135°，采集样品数为5 164个。

采集的样品为该地区土壤B层下部或C层上部的各类黏土、砂质土及少量岩屑，采样深度为40～50 cm，样品原始质量1 000 g以上。采集过程中对地质点进行了详细的记录。样品按照标准进行了加工，加工流程为干燥、揉碎、过筛、混匀（对角线法）、称重、装袋、装箱。

本次采集土壤样品分析的元素包括Au、Cu、Zn、Mo、As、Sb、Bi，其中Cu、Zn 元素由火焰原子吸收分光光度法测定；As、Sb、Bi元素由发射光谱法测定；Au元素由石墨炉原子吸收分光光度法（AAS）测定；Mo 元素由示波极谱法（POL）测定；分析精度RSD小于5%。

3 土壤地球化学异常特征

3.1 单元素地球化学参数特征

通过SPSS25 和Excel 软件对研究区7 种微量元素原始数据的地球化学参数进行统计和分析，最终得出的7 种元素原始数据的算术平均值、标准偏差、变异系数以及浓集系数［14］（表1）。

注：Au 元素含量单位为×10-9，其余元素为×10-6；黑龙江省丰度值参考2007年迟清华编制的《其应用地球化学元素丰度数据手册》。

3.1.1 单元素含量特征

研究区的Au（10.15）元素的变异系数较高，呈极强分异性分布，表明该元素在该区域分布不均匀并且具有强富集。As（1.34）、Mo（1.38）的变异系数大于1，表明它们在局部呈高富集并且位于高背景场。Zn（0.29）、Bi（0.43）、Sb（0.45）的变异系数小于1，表明元素在局部富集不均匀，离散程度大，但Zn（1.52）、Sb（0.45）的变异系数小于1，表明元素在局部富集不均匀，离散程度大，但Zn（1.52）、Sb（1.29）和Bi（1.16）的浓集系数大于1，具有强富集和明显的富集特征，表明这些元素可能形成地球化学异常，但不具有成矿的能力。本文认为Au为五道沟研究区内最有利的成矿元素，Mo、As元素同样具有成矿的潜力。

3.1.2 单元素地球化学数据分形特征

根据前人研究表明，与矿化有关的元素地球化学数据普遍具有多维分形特征［15-16］，其中元素背景值近似服从正态或对数正态分布，高异常值符合分形分布［17］。本文将使用含量-求和法研究Au、Cu、Zn、Mo、As、Sb、Bi7 种微量元素在五道沟地区的富集程度，建立分形模型：

式中，r为微量元素的含量值；N（r）为符合微量元素含量大于r值的全部样品数目和；D为分形维数，通过对Excel 软件绘制lgr-lgN(r)坐标散点图进行线性拟合求出分形维数D的值［18］。

通过对研究区7种微量元素含量进行分形统计，得出元素含量的含量-求和分形图解（图3）和分形维数的数值。其中D1代表了未受矿化作用影响元素的背景分布，D2、D3代表了受到矿化作用影响元素的异常分布［19］。为避免人为主观因素对所求分形维数D的影响，需要对每种微量元素的拟合进行检验，即满足D的取值需使得各区间拟合的直线与原始数据点之间的剩余平方和Ei（i=1，2，3）在2 个区间总和最小［16］。检验公式如下：

式中，ri为分段拟合直线界线点。

根据图3各元素的线性拟合曲线可知，元素的空间分布特征大体是一致的，全部被分为3个无标度区间，不同区间对应不同的分形维数，表明元素在空间分布上具有多层分形特征［20］。在相同的无标度区间内，D值越小，元素在空间上分布越不均匀，丛集程度越大，元素越具有成矿潜力［21］，所以以D2=2为界限把所有微量元素分为2 类［22］：①D2＜2 的元素有Au、Mo、As，这3 种元素具有较大的成矿潜力，并且与前文的元素离散程度图几乎相对应，因此可视为重点找矿对象。②D＞2 的元素有Cu、Zn、Sb、Bi，这4 种元素分维数值较大，表明区域内高含量点分布较小，元素丛集程度较小，富集成矿的可能性相对较弱。

3.2 元素的组合异常分析

为了进一步探求研究区元素之间的内在联系，运用Excel 对7 种元素数据进行了对数处理，处理后的数据通过SPSS 进行了R 型因子分析。利用Bartlett和KMO 检验对数据进行检验，KMO 度量值为0.600，等于Kaiser 给定的判别标准（0.6），Bartlett 球形度检验得到的相伴概率值（Sig）为0.000，远小于显著水平0.050，表明7 个元素之间的相关关系相对较强，数据间存在内部联系，可以使用R 型因子方法进行分析。以初始因子载荷矩阵特征值λ＞1 为标准，结果显示λ＞1 时，因子主成分有3 个，它们的累计方差贡献率是67.232%，大于60%，基本上可以反映出这7个元素的信息。以因子载荷绝对值大于0.500 为基准，可以分为3 组因子组合（表2）。F1 因子的元素组合为Cu-As-Sb，方差贡献率为26.480%，代表了中低温岩浆热液侵入阶段。F2因子的元素组合为Mo-Bi，方差贡献率为21.933%，代表了高温岩浆热液侵入阶段。F3因子组合为Zn-Au，方差贡献率为16.814%，此组合是该地区主要成矿组合，代表着中低温矿化阶段（表2）。结合单元素含量的统计分析及研究区的地质特征，认为Au具有巨大的成矿潜力。其中F1因子的贡献率最高，代表Cu、As、Sb可以作为寻找Au找矿指示元素。

3.3 元素组合异常特征及异常圈定

本文采用累积频率法对主成矿元素Au、Mo、As的对数数据以及F1、F2、F3因子的得分数据求取异常下限，分别以0%、2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%、100%的数值作为划定分级间隔，确定以85%的数值为异常下限值，将单元素和因子得分数值全部导入Surfer 中得出单元素和因子得分异常图（图4）。

（1）Au元素异常特征。由图4（c）可以看出，研究区Au异常发育良好，呈大规模居中分布，具有明显的浓集中心，大部分异常分布在F1断裂处，小部分异常呈串珠状分布在F4断裂处，其中2处最大异常位于研究区中部和西部的志留系、泥盆系泥鳅河组地层和早二叠世碱长花岗岩中。Au异常的浓度中心在图中呈1 条明显的NW 走向直线，与F4断裂方向吻合，证明异常受构造运动影响，根据Au 元素极易在构造有利地段成矿的性质，推断其深部可能存在隐伏的Au矿体。

（2）Mo元素异常特征。由图4（b）可以看出，研究区Mo 异常发育良好，呈大规模在研究区东南方分布，小部分呈点状在西北方分布，异常范围和Au元素晕相比略小，并具有明显的浓集中心，几处大范围异常主要分布在F4断层下盘，分布集中，异常主要位于研究区的上石炭统—下二叠统宝力高庙组地层和早二叠世钾长花岗岩中。根据Mo 元素在钾长花岗岩中含量高和中偏酸性岩中更容易富集成矿的性质［23］，认为该区域具有形成Mo矿的潜力。

（3）As元素异常特征。由图4（a）可以看出，研究区As 异常发育最好，在研究区的西北方呈大规模分布，中部分布较小，具有明显的浓集中心且与Au元素晕套和良好，异常展布方向与F3断层延伸方向一致，并受F1断裂影响向南部迁移，推断异常的形成主要受到断层活动影响。As元素常作为寻找金矿床的指示元素和矿体前缘晕，为隐伏Au 矿床的存在提供了有利依据。

（4）F1（Cu-As-Sb）因子得分特征。由图4（d）可以看出，区内因子异常发育良好，在研究区西北方呈大规模分布且具有明显的浓集中心。异常分布于F3断裂两侧，且受F1断裂影响向南部迁移，推测异常的形成主要与构造活动有关，异常主要位于研究区中部和西部的志留系、泥盆系泥鳅河组赋矿地层和早二叠世碱长花岗岩中，与Au异常形成范围有重叠，三者作为金矿形成的伴生元素，间接证明了F1和F3断裂处可能存在隐伏金矿床。

（5）F2（Mo-Bi）因子得分特征。由图4（e）可以看出，区内异常发育良好，呈大规模分布在研究区东南方，具有明显的浓集中心。异常主要在F4断层下盘的早二叠世碱长花岗岩中，分布集中，推测该异常的形成与中部高温岩浆活动和变质作用密切相关，为Mo矿床的形成提供物质来源。

（6）F3（Zn-Au）因子得分特征。由图4（f）可以看出，区内因子异常发育良好，呈大规模居中分布，小部分位于西北部，并具有明显的浓集中心。区内异常分布方向与F1断裂和F4断裂延伸方向西相吻合，主要位于研究区中部和西部的志留系、泥盆系泥鳅河组地层和早二叠世碱长花岗岩中。推测异常的形成与古亚洲洋闭合时期发生的多期次岩浆构造活动有关，强烈的岩浆-构造活动使得志留系、泥鳅河组地层中的成矿元素进入了新形成的含矿热液中，元素随着热液在断裂带中迁移和沉淀，由此推断在F1和F4断裂处的异常具有较好的找矿前景。

4 找矿靶区及工程验证

4.1 成矿靶区圈定

根据研究区成矿地质条件和土壤地球化学异常特征分析，结合主成矿元素异常与因子得分异常之间的套和关系，于区内异常部位共圈定出3个找矿靶区，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（图5）。

Ⅰ号靶区位于黑龙江五道沟研究区中部，靶区的面积为0.59 km2，靶区内F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au 元素异常套和良好、呈大规模分布。靶区主要出露石炭系—二叠系宝力高庙组地层和志留系—泥盆系泥鳅河组地层，地层周围可见早二叠世钾长花岗岩侵入。区内发育一条断裂，断裂的方向主要为NW向，证明研究区内变质作用和岩浆活动强烈，强烈的中酸性岩浆作用和赋矿地层为成矿提供了良好的物质来源和元素迁移所需的能量，且该处Au 元素异常面积最大，异常套和度最高，具有较大的Au 成矿潜力，推断靶区内具有较大以Au、Mo 为主的多金属矿成矿条件。

Ⅱ号靶区位于黑龙江省五道沟研究区西北部，靶区的面积为0.60 km2，靶区内F1（Cu-As-Sb）、F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au元素异常套和良好、呈大规模分布。靶区主要出露志留系—泥盆系泥鳅河组地层，岩体被早二叠世钾长花岗岩侵入，区内发育多条断裂，断裂的方向主要为NW、NE 向，异常沿NE 向断裂延伸。F1（Cu-As-Sb）、F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）异常全部出现且套和良好，表明靶区具有重大成矿潜力，推测靶区内具有较大Au金属矿成矿条件。

Ⅲ号靶区位于黑龙江省五道沟研究区中东部，面积较小，靶区的面积为0.19 km2，靶区内F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au 元素异常套和良好、呈大规模分布。靶区出露的地层为石炭系—二叠系宝力高庙组，岩体同样被早二叠世正钾花岗岩侵入，区内可见一条NE 向断裂，异常沿断裂分布，表明成矿作用受断裂控制。推测靶区内具有较大Au、Mo 金属矿成矿潜力。

4.2 工程验证

根据土壤地球化学测量数据，研究区地质概况及矿点出露情况，对研究区Ⅰ号靶区内展开了槽探和钻探工程对异常进行验证（图6）。经验证发现，Ⅰ号靶区的TC28-1、ZK28-1 号钻孔见低品位金矿体（表3），其中Ⅰ号矿体的走向呈北东向，矿体形状呈条带状，Au 品位为1.36 g/t（＞0.8 g/t）。矿体产于早二叠世碱长花岗岩岩体的石英脉中，偶见钾化、绢云母化、黄铁矿化、褐铁矿化、碳酸盐化，推断成因为蚀变岩型金矿床。Ⅱ号矿体的走向呈北东向，矿体形状呈条带状，Au 品位为2.05 g/t（＞0.8 g/t）。矿体产于早二叠世碱长花岗岩岩体的石英脉中，石英脉宽40～50 cm，偶见钾化、绢云母化、黄铁矿化、褐铁矿化、碳酸盐化，推断矿床成因为蚀变岩型金矿床。Ⅲ号矿体为隐伏矿体，穿越厚度1 m，Au 品位为1.33 g/t（＞0.8 g/t）。该矿体主要赋存于强硅化的矽卡岩中，见有钾化、黄铁矿化、萤石化，推断矿床成因为蚀变岩型金矿床。

综上分析，Ⅰ号靶区具有较好的找矿前景，Ⅱ号、Ⅲ号靶区内Au元素异常强度高，与其他因子组合异常套和良好，所以推测Ⅱ号、Ⅲ号靶区也同样具有金矿找矿潜力，是日后开展工作的有利地段。

5 结论

（1）通过土壤地球化学测量及统计对比和元素分形特征分析，发现研究区内Au、Mo、As 元素含量值相对较高，且变异系数大，分维数值D2较小，形成的异常较大，认为Au、Mo、As 3 种元素具有较大的成矿潜力。成矿元素异常明显受研究区断裂控制，大部分异常整体沿NW、NE 向断裂构造带展布。成矿元素异常与研究区地层有密切联系，异常主要分布于志留系、泥盆系泥鳅河组地层和上石炭统—下二叠统宝力高庙组地层不整合接触附近。

（2）研究区内共圈定3 个找矿靶区，通过Ⅰ号靶区内布设的槽探和钻探验证工作，发现了3 条Au 矿体且全部达到边界品位，为本区寻找隐伏金矿体提供了可靠依据。经过以上综合分析，认为黑龙江黑河市五道沟地区成矿地质条件优越，是寻找金钼等多金属矿的有利地段。