甘肃北山前红泉地区水系沉积物地球化学特征及找矿方向

陈世明, 杨镇熙,, 雷自强, 康维良, 张晶, 赵青虎

（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）

(资料图)

摘    要

前人在研究区开展过1∶20万水系沉积物测量及重砂测量,但受比例尺限制,异常面积过大,查证目标不够明确,找矿效果不佳。本次通过对前红泉地区开展1∶5万水系沉积物测量工作,初步总结了该区地球化学特征,根据元素组合特征、成矿地质条件等圈定出综合异常10处;在分析综合异常特征、异常检查情况及成矿潜力的基础上划分了成矿远景区4个,分别为受断裂和韧性剪切带控制的万岁山金成矿远景区、黑山头金多金属成矿远景区、与基性岩有关的帐房山铜钴镍成矿远景区及受酸性岩体内构造裂隙控制的红柳疙瘩钨成矿远景区;在成矿远景区内优选出找矿靶区4处,并提出了下一步找矿工作的建议。

关键词

水系沉积物; 地球化学特征; 成矿远景区; 找矿靶区; 甘肃北山

0 引    言

水系沉积物为目标体,通过微观地球化学信息反映宏观地质特征[9],结合有效的异常查证工作实现找矿突破。区内以往1∶20万水系沉积物测量及重砂测量工作圈定水系沉积物综合异常4处、重砂异常6处,但异常面积过大,异常不够浓缩,查证目标不够明确等因素,导致查证难度较大,找矿效果不佳。本次工作以研究区内开展的1∶5万水系沉积物测量及异常查证工作为基础,结合区域地质背景及成矿地质条件,对区内地球化学特征进行初步总结,根据异常特征及初步查证成果对找矿远景区进行了预测,优选了找矿靶区,进一步探讨了该区找矿方向[10]。

1 地质概况

研究区大地构造位置处于塔里木陆块区的敦煌陆块的柳园裂谷和敦煌基底杂岩隆起的结合部位[11]。成矿区带位于小西弓—帐房山华力西期—印支期金钨成矿带[12],矿产资源丰富,其中,日喀则蛇绿岩是中段蛇绿岩的典型代表,由一系列包含不同洋壳比例的岩体组成,从西向东主要包括昂仁、吉定、夏鲁、群让、白朗、大竹卡和仁布等岩体[24](图1(a))。尽管不同研究得到的雅鲁藏布蛇绿岩的形成时间存在一定的差异,但主要集中于132~119 Ma[26⇓-28]。

图1   北山南带岩石构造图(a)及前红泉地区地质简图(b)

1.石炭系—二叠系浅海相碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩;2.古元古界中低级副变质岩系;3.太古宇花岗质-英云闪长质片麻岩;4.加里东期—海西期石英闪长岩和花岗岩;5.基性—超基性岩;6.韧性剪切带;7.断层;8.地质界线;9.金矿床;10.金矿点;11.第四系冲洪积物;12.长城系古硐井群一组;13.长城系古硐井群二组;14.三叠纪斑状花岗闪长岩;15.三叠纪花岗闪长岩;16.二叠纪石英二长闪长岩;17.泥盆纪英云闪长岩;18.中元古代片麻状花岗岩;19.花岗岩脉;20.辉长岩脉;21.金矿(化)点;22.铜钴矿(化)点;23.白钨矿化点。

研究区出露地层为长城系古硐井群一组及二组,地层整体展布与区域构造线方向一致,呈NW向或近EW向。一组主要分布在万岁山一带,是一套浅变质碎屑岩建造;二组大面积分布在万岁山以南,是一套浅变质碎屑岩夹碳酸盐岩建造[14]。

研究区侵入岩极为发育,可分为4个侵入期次。第1期为中元古代片麻状花岗岩,锆石U-Pb年龄为1 473 Ma(未发表数据);第2期为泥盆纪英云闪长岩、花岗闪长岩,锆石U-Pb年龄为408 Ma[15-16];第3期为二叠纪石英二长闪长岩,锆石U-Pb年龄269 Ma(未发表数据);第4期为三叠纪花岗闪长岩、斑状花岗闪长岩、二长花岗岩,锆石U-Pb年龄为235~243 Ma[17],该期侵入岩与区内金成矿关系密切。此外,少见石英脉、花岗岩脉、闪长玢岩脉、辉长岩脉等。

研究区断裂构造发育,主要有NE向和NW向两组断裂,NW向断裂为主断裂,以压扭性为主,走向近110°,伴随韧性剪切带产出。韧性剪切带内岩石塑性变形特征明显,糜棱岩化强烈,面状、线状等宏观构造发育,据丁书宏2021年研究,多见“σ”型碎斑结构、绕晶构造、云母鱼等微观构造特征。前人研究认为,韧性剪切带是Au元素重要的富集存储空间,对区内找寻韧性剪切带控制的蚀变岩型金矿床意义重大[18]。

2 地球化学景观特征及样品采集分析

2.1 地球化学景观特征

研究区地处甘肃省北山,面积784 km2,横跨北山干旱荒漠戈壁残山区(2级)和北山剥蚀戈壁区(3级)两个地球化学景观[19-20]。区内地貌总体北高南低,海拔1 300~1 637 m,相对高差较小,植被不发育,基本无土壤层,地表多为基岩风化的残坡积物或风砂的混合物[21-22]。区内水系较发育,一级水系和部分二级水系形态多呈密集的平行状或网状,流长较短[23-24],水系密度大,上游水系汇水面积小,沉积物迁移距离短,表生地球化学异常的元素组合特征基本反映了原生矿化或原生异常的元素组合特征[25-26]。

2.2 样品采集分析

研究区水系沉积物采样粒度选取了-4~+20目,过筛后样品质量均在300 g以上,采样密度为5~8点/km2。样品分析测试由甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院实验室完成,样品加工及实验测试执行《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T 0130.1-0130.13—2006)、《地球化学普查规范(1∶50 000)》(DZ/T 0011—2015)、 《区域地球化学勘查规范》(DZ/T 0167—2006)和 《地球化学普查(比例尺1∶50 000)规范样品分析技术要求补充规定》。样品分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、As、Bi、Sb、Ni、Co、Cr、Cd、Hg、Nb共17种,分析方法见表1,分析测试后各元素报出率为99.79%~100%,重复性检验样品合格率为93.03%~100%,样品异常抽查合格率为93.94%~100%,符合相关规范要求。

表1   水系沉积物样品分析方法测试表

3 元素地球化学特征

3.1 地球化学参数特征

研究区元素数据处理采用地球化学勘查数据一体化处理系统(Geochem Studio 3.6)完成[27]。从元素特征参数可知(表2),地球化学场中Cr、Zn、W、Pb、Bi、Hg、Au元素平均含量高于北山干旱荒漠区背景值[28-29],Co、Ni、Cu、Nb、Mo、As、Sb、Sn、Ag元素贫化或接近北山干旱荒漠区背景值,Cd元素极度贫化,说明陆壳中不同地区元素平均值存在一定差异性。据元素变异程度及叠加值分析,Au、W、Bi变异系数较大,叠加值高于10,说明存在局部叠加富集成矿的可能性。元素离散程度可通过原始数据变异系数(Cv)和背景数据变异系数(Cv0)比值表示。图2显示,区内Au元素离散程度最大,次之为W、Bi元素,反映区内Au、W、Bi活化迁移程度高,成矿可能性大。

表2   前红泉地区地球化学参数统计表

图2   元素离散程度图

3.2 元素相关性分析

元素组合是元素亲和性在地质体内的具体表现,元素亲和性与地质环境有关[30]。本次通过R型聚类分析对区内水系沉积物元素进行分析研究,了解区内元素相关性,分析元素组合与地质构造背景的关系,预测找矿标志。据图3可知,以相关系数0.433为界,相关性较好的元素分两类:第一类是Co、Cu、Ni、Zn、Nb、Cd,与区内出露的辉长岩脉有关;第二类是As、Sb,为低温元素组合,呈明显的正相关性,主要分布在区内的强地质应变地段。此外,Au为区内主成矿元素,表现出独立性,与区内已发现的受韧性剪切带控制的蚀变岩型金矿床(前红泉金矿)关系密切;其他元素在全区无规律分布,且相关性较差。

图3   元素R型聚类分析谱系图

4 元素异常特征

4.1 单元素异常特征

单元素异常是开展面积性地球化学研究的基础,而合理确定具有置信度的异常下限是圈定单元素异常的先决条件。本次利用Geochem Studio软件,将X±3S外的数据经过多次迭代剔除,基本符合正态分布后所得平均值作为背景值,用公式T=X+K×S(T为异常下限,X为背景值,K为置信系数,取值2,S为标准离差)求得理论异常下限[31-32],在此基础上为了避免机械性夸大或遗漏有意义的异常,将地质背景、成矿地质条件、矿化信息等因素综合考虑在内,最终数据中将Cd、Bi、Sb元素保留一位小数、其他元素取整后得到异常下限(表3)。

表3   元素异常及下限统计表

据各元素异常下限,按T、2T、4T为外带、中带、内带圈定各类单元素异常255个(表3),其中Au、As、Sb异常强度高、面积大、分布集中,元素异常在空间上重叠度较高,Au元素极大值909.2×10-9、As元素极大值909.2×10-6、Sb元素极大值2.97×10-6,异常主要受断裂和韧性剪切带控制,具有良好的成矿条件;Cu、Co、Ni异常与基性岩脉关系密切,元素异常极大值点多数分布在辉长岩脉中,其中Cu元素极大值193.9×10-6、Co元素极大值34.5×10-6、Ni元素极大值174.8×10-6;W元素异常分布相对分散,元素极大值621.5×10-6,从W元素异常分布的空间位置可知,具有三级浓度分带的异常多数分布在三叠纪花岗闪长岩或斑状花岗闪长岩中(图4)。

图4   元素异常剖析图(Au、As、Sb、Cu、Co、Ni、W)

第四系冲洪积物;2.长城系古硐井群一组;3.长城系古硐井群二组;4.三叠纪斑状花岗闪长岩;5.三叠纪花岗闪长岩;6.二叠纪石英二长闪长岩;7.泥盆纪英云闪长岩;8.中元古代片麻状花岗岩;9.花岗岩脉;10.辉长岩脉;11.逆断层和性质不明断层;12.韧性剪切带;13.金矿(化)点;14.铜钴矿(化)点;15.白钨矿化点。

4.2 综合异常特征

根据研究区各单元素异常在空间上的重叠性、成群性等特征,结合区内地质背景、成矿地质条件圈定综合异常10个(图5),据异常规模、强度及查证结果划分出乙1类异常1个、乙2类异常2个、乙3类异常5个、丙2类异常2个(表4),其中排序靠前的AS-2、AS-3、AS-6、AS-9综合异常找矿前景较好,作为重点进行解释评价。

图5   综合异常图

1.第四系冲洪积物;2.长城系古硐井群一组;3.长城系古硐井群二组;4.三叠纪斑状花岗闪长岩;5.三叠纪花岗闪长岩;6.二叠纪石英二长闪长岩;7.泥盆纪英云闪长岩;8.中元古代片麻状花岗岩;9.花岗岩脉;10.辉长岩脉;11.逆断层;12.性质不明断层;13.韧性剪切带;14.金矿(化)点;15.铜钴矿(化)点;16.白钨矿化点 ;17.Cr元素异常;18.Co元素异常;19.Ni元素异常;20.Cu元素异常;21.Zn元素异常;22.Nb元素异常;23.Mo元素异常;24.Cd元素异常;25.W元素异常;26.Pb元素异常;27.Bi元素异常;28.As元素异常;29.Sb元素异常;30.Sn元素异常;31.Ag元素异常;32.Hg元素异常;33.Au元素异常;34.综合异常及编号;35.异常重点查证区。

表4   综合异常评价分类表

4.2.1 AS-2综合异常

该异常为乙1类异常(图5),位于万岁山一带,形态呈不规则状,向北西未圈闭,面积为57.3 km2,组成异常元素有Au、As、W、Mo、Sb、Bi、Zn、Cd、Nb、Hg、Sn,其中Au为主成矿元素,异常强度最强,浓集中心多数处于韧性剪切带内,极大值117.1×10-9,高于北山地区背景值90倍以上,成矿潜力较大。异常区出露地层为长城系古硐井群,岩性有板岩、千枚状板岩、片岩、大理岩,三叠纪斑状花岗闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩侵入其中,近NW向断裂和韧性剪切带穿过异常中心。经1∶1万地质填图及土壤(岩屑)测量、槽探揭露等工作进行重点查证,在异常区内圈定以Au为主的1∶1万土壤(岩屑)综合异常5处,圈定金矿体26条(图6),矿体赋存在长城系古硐井群千枚状板岩、千枚岩、长英质糜棱岩中,严格受韧性剪切带控制。矿体形态呈似层状、透镜状、脉状,长35~1 240 m,厚0.82~7.56 m,金品位一般为1.09~5.54 g/t,最高28.37 g/t,矿床类型初步确定为受韧性剪切带控制的蚀变岩型金矿床。

图6   万岁山一带前红泉金矿地质简图

1.第四系冲洪积物;2.长城系古硐井群一组千枚状板岩;3.长城系古硐井群一组片岩;4.长城系古硐井群二组大理岩;5.中元古代片麻状花岗岩;6.三叠纪花岗闪长岩;7.花岗闪长岩脉;8.石英闪长岩脉;9.石英闪长玢岩脉;10.辉长岩脉;11.金矿体及编号;12.性质不明断层和平移断层;13.逆断层;14.韧性剪切带;15.1∶1万土壤(岩屑)测量综合异常;16.槽探工程。

4.2.2 AS-3综合异常

该异常为乙2类异常(图5),位于帐房山一带,形态呈椭圆状,面积5.9 km2,组成异常元素有Cu、Co、Ni、Sb、As、Mo,其中Cu、Co、Ni为主成矿元素,Cu元素极大值104.1×10-6、Co元素极大值34.5×10-6、Ni元素极大值178.4×10-6,元素浓集中心位于辉长岩脉内及其附近。异常区大面积出露中元古代片麻状花岗岩,辉长岩多呈脉状侵入其中;NW向断层自AS-3异常南部穿过。经路线调查和槽探揭露进行重点查证,异常区内初步圈定了铜、钴共生矿体1条(图7),长160 m,厚1.5 m,铜品位0.43%,钴品位0.11%,容矿岩石为蚀变辉长岩,具备形成铜镍硫化物矿床的潜力。

图7   帐房山一带铜钴矿地质简图

1.长城系古硐井群一组下段片岩;2.中元古代片麻状花岗岩;3.中二叠世花岗闪长岩;4.花岗岩脉;5.花岗闪长岩脉;6.石英脉;7.辉长岩脉;8.铜钴共生矿体;9.逆断层;10.槽探工程。

4.2.3 AS-6综合异常

该异常为乙3类异常(图5),位于红柳疙瘩一带,形态呈葫芦状,面积28.9 km2,组成异常元素有W、Bi、Mo、Sn、Pb,其中W为主成矿元素,离散程度最高,W元素极大值129.77×10-6。异常区出露少量长城系古硐井群二组地层,岩性有片岩、石英岩;在中部及南部三叠纪斑状花岗闪长岩和花岗闪长岩大面积分布;此外,花岗岩脉侵入三叠纪岩体内,初步推断为活化和萃取元素的主要热源。经概略检查,发现白钨矿化由三叠纪花岗闪长岩内发育的节理、裂隙控制(图8),矿化带延伸约200 m,捡块样显示WO3品位0.32%~9.67%。由此,认为该异常区具有形成高温热液充填型白钨矿的潜力,控矿构造特征类似前红泉萤石矿[33]。

图8   红柳疙瘩白钨矿化点钨矿石荧光灯下特征

4.2.4 AS-9综合异常

该异常为乙2类异常(图5),位于黑山头一带,形态呈不规则状,面积24.6 km2,组成异常元素有Au、W、Cu、Nb、Cd、As、Cr、Zn,其中Au元素异常强度最强,Au元素极大值386.4×10-9,成矿潜力最大。异常区出露地层为长城系古硐井群二组,岩性有片岩、变砂岩、石英岩、大理岩等,北部有三叠纪斑状花岗闪长岩和花岗闪长岩侵入,南部有泥盆纪英云闪长岩和志留纪石英二长闪长岩侵入。此外,有少量花岗闪长岩脉、闪长玢岩脉穿插侵入,NW向断裂和韧性剪切带贯穿其中。经1∶1万地质填图及土壤(岩屑)测量、槽探揭露等工作进行重点查证,在异常区内圈定以Au、Cu为主的1∶1万土壤(岩屑)综合异常5处,圈定金矿体4条,金铜共生矿体1条(图9),其中金矿体长75~185 m,厚0.45~1.1 m,金品位1.09~15.6 g/t,金铜共生矿体编号为Au4,长145 m,厚0.45 m,金品位1.74 g/t,铜品位0.32%,而W、Zn伴生出现,以上矿体明显受韧性剪切带控制,容矿岩石均为韧性剪切带内发育的石英脉。矿床类型初步确定为受韧性剪切带控制的石英脉型金矿床。

图9   黑山头一带金矿地质简图

1.第四系冲洪积物;2.长城系古硐井群二组含砾砂岩;3.长城系古硐井群二组糜棱岩化粗粒砂岩;4.长城系古硐井群二组变粒岩;5.长城系古硐井群二组斜长角闪岩夹变砂岩;6.长城系古硐井群二组石英岩;7.中三叠世糜棱岩化二长花岗岩;8.中二叠世石英二长闪长岩;9.花岗岩脉;10.花岗闪长岩脉;11.石英脉;12.金矿体及编号;13.韧性剪切带;14. 综合异常及编号;15.槽探工程。

5 成矿远景区划分及找矿靶区优选

本次成矿远景区是根据研究区地球化学异常的特征及成群性,结合地质构造背景、所属成矿区带特征、分布的矿点以及相应的查证结果进行圈定的,经过逐级筛选[34-35],共划分4个具有良好成矿潜力的远景区,其中A类2个、B类1个、C类1个,在此基础上优选出找矿靶区4个(图10)。

图10   成矿远景区划分及找矿靶区优选图

1.第四系冲洪积物;2.长城系古硐井群一组;3.长城系古硐井群二组;4.三叠纪斑状花岗闪长岩;5.三叠纪花岗闪长岩;6.二叠纪石英二长闪长岩;7.泥盆纪英云闪长岩;8.中元古代片麻状花岗岩;9.花岗岩脉;10.辉长岩脉;11.地质界线;12性质不明断层;13.逆断层;14.韧性剪切带;15.金矿(化)点;16.铜钴矿(化)点;17.白钨矿化点;18.综合异常及编号;19.成矿远景区;20.找矿靶区。

5.1 万岁山金成矿远景区

该成矿远景区为A类,位于万岁山一带,面积98.7 km2,包含AS-1、AS-2两个综合异常,AS-2为主异常。出露地层为长城系古硐井群一组及二组,其中一组岩性有砂质板岩、粉砂质板岩、千枚状板岩、石英岩、片岩、变砂岩等,二组岩性有片岩、变粒岩、石英岩、大理岩、角岩等,三叠纪斑状花岗闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩侵入其中,提供了元素运移的热源,近NW向断裂和韧性剪切带穿过成矿远景区中心,提供了元素富集的通道和空间。经查证工作,AS-2异常区内圈定金矿体26条,矿体赋存在长城系古硐井群千枚状板岩、千枚岩、长英质糜棱岩中,严格受韧性剪切带控制。由此,证明该远景区金成矿潜力较大,优选出具大、中型以上金矿找矿前景的Ⅰ号找矿靶区,建议对地表矿体进行系统的槽探揭露控制,对主要矿体进行深部验证,对部分查证不彻底的异常进行详细查证,条件成熟时可进行详查,力争在北山地区新发现一处中型规模以上的蚀变岩型金矿床。

5.2 帐房山铜钴镍成矿远景区

该成矿远景区为B类,位于帐房山一带,面积21.8 km2,包含AS-3、AS-4两个综合异常,AS-3为主异常。出露地层为长城系古硐井群一组,岩性有片岩、变砂岩、石英岩,中元古代片麻状花岗岩大面积侵入,晚期集中侵入的辉长岩脉与Cu、Co、Ni异常关系密切,NW向断层自南部和北部穿过。经查证工作,AS-3异常区内圈定了铜钴共生矿体1条,矿体赋存在辉长岩脉中,容矿岩石为蚀变辉长岩,岩石中矿物具明显的定向排列特征,说明存在构造叠加改造的现象,使成矿元素进一步富集。综上,该远景区内辉长岩脉成群成带分布,具有寻找与基性岩脉有关的铜钴镍矿的前景,优选出具中、小型以上铜钴镍共生矿找矿前景的Ⅱ号找矿靶区。建议系统开展1∶1万土壤(岩屑)测量及大比例尺地质填图工作,查明辉长岩脉的空间展布及含矿性。

5.3 黑山头金多金属成矿远景区

该成矿远景区为A类,位于万岁山一带,面积112.6 km2,包含AS-5、AS-8、AS-9、AS-10共4个综合异常,AS-9为主异常。出露地层为长城系古硐井群二组,岩性有片岩、变砂岩、石英岩、大理岩等,北部有三叠纪斑状花岗闪长岩和花岗闪长岩侵入,南部有泥盆纪英云闪长岩和二叠纪石英二长闪长岩侵入。此外,有少量花岗闪长岩脉、闪长玢岩脉穿插侵入,NW向断裂和韧性剪切带贯穿其中。远景区内成矿元素活化运移的热源和富集存储空间充裕,成矿条件较好。经查证工作,AS-9异常区内圈定了金矿体4条,金铜共生矿体1条,容矿岩石为石英脉,控矿构造为韧性剪切带。综上,该区具有寻找与韧性剪切带相关的石英脉型金多金属矿的前景,优选出具中、小型以上的金多金属矿找矿前景的Ⅲ号找矿靶区。建议下一步在靶区内开展大比例尺地质填图,查明石英脉数量和展布特征,利用槽探工程进行揭露控制,详细评价该区的找矿潜力。

5.4 红柳疙瘩钨成矿远景区

该成矿远景区为C类,位于红柳疙瘩一带,面积59.4 km2,包含AS-6、AS-7两个综合异常,AS-6为主异常。出露少量长城系古硐井群二组地层,岩性有片岩、石英岩,在中部及南部三叠纪斑状花岗闪长岩和花岗闪长岩大面积分布。此外,后期花岗岩脉侵入三叠纪岩体内,提供了活化和萃取元素的主要热源,并在节理、裂隙发育的三叠纪花岗闪长岩中富集,形成了具有较好找矿前景的区域。经概略检查,AS-6异常区内发现了钨矿化线索,矿化带严格受花岗闪长岩内发育的节理、裂隙控制。综上,该区具有寻找高温热液充填型白钨矿的前景,优选出具小型以上白钨矿找矿前景的Ⅳ号找矿靶区。建议在靶区内开展1∶1万土壤(岩屑)测量和地质填图工作,较系统地统计分析酸性岩体内的构造裂隙与异常的关系,通过槽探工程进行揭露控制,进一步了解构造裂隙的含矿性,发现具工业价值的白钨矿矿体。

6 结 论

(1)前红泉地区地形低缓,水系沉积物迁移距离短,1∶5万水系沉积物测量工作在区内有效性较高,其地球化学特征基本反映了研究区的矿化信息,对区内找矿工作有良好的指导意义。

(2)研究区地球化学异常对地质特征的专属性强,Au异常严格受断裂及韧性剪切带控制,Cu、Co、Ni异常与基性岩脉有关,W异常与中酸性岩体内发育的构造裂隙关系密切,且具有异常集中、成带性明显的特点。

(3)根据元素异常分布特征,结合成矿地质条件及异常查证成果,圈定4个成矿远景区,分别为万岁山金成矿远景区、帐房山铜钴镍成矿远景区、黑山头金多金属成矿远景区、红柳疙瘩钨成矿远景区,并进一步优选出找矿靶区4处,提出了下一步工作部署的具体建议。

致 谢

一起参加野外工作的还有郭峰、魏万疆、杜红伟、张增馨、成锐等技术人员,审稿人提出了中肯的修改意见和建议,在此一并表示感谢。

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