内蒙古准苏吉花铜钼矿区土壤热磁组分地球化学异常特征及意义

席明杰，马生明，胡树起，汤丽玲，郭志娟

(1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，廊坊 065000；2.中国地质科学院 研究生院，北京 100037；3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083)

0 引言

准苏吉花铜钼矿床是内蒙古中北部新近发现的重要铜钼多金属矿床之一，属典型的斑岩型铜钼矿床，形成时代为早二叠世(303.2 Ma±6.1 Ma)，成矿物质主要来源于花岗闪长岩，仅少部分来源于宝力高庙组变质粉砂岩，矿石沉淀于高温、低氧的相对还原环境[1]。与区内新发现的达来敖包、乌兰德勒等钼铜多金属矿床共同构成了内蒙古中北部重要的多金属矿产资源基地[2-5]。2010年～2011年，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所以该矿区作为野外实验基地，开展了物化探勘查技术示范研究，认为区内具有良好的勘查前景。常规土壤地球化学测量结果显示，矿区地表介质受风成沙影响较大，异常强度低、规模小、分布零散，对已知矿体外围成矿前景指示效果不明显[6]。土壤热磁组分地球化学方法最早是由前苏联地质学家A.H.波戈留波夫等人于上世纪70年代提出的一种偏提取技术，后经我国学者[7-8]引进并在覆盖区找矿中取得了良好的试验效果[9-10]，但是目前还没有面积性试验结果来验证其可行性。本研究将土壤热磁组分地球化学方法应用到准苏吉花矿区，与常规土壤地球化学测量同点位开展试验研究，同时引入“多重分形(含量-求和法)”、“地质累积指数”等指标对试验区土壤热磁组分地球化学异常特征进行评价，通过对试验区多元素组合异常特征及方法有效性进行分析，阐明了土壤热磁组分测量在风成沙覆盖区找矿中的有效性，为准苏吉花地区，乃至我国北方风成沙覆盖区地球化学勘查提供了有效的方法技术。

1 矿区地质概况

准苏吉花铜钼矿区位于内蒙古自治区苏尼特左旗境内，大地构造位置处于西伯利亚板块东南大陆边缘晚古生代宝力高庙弧增生带[2]。

矿区东部和南部大面积出露上石炭—下二叠统宝力高庙组变质粉砂岩，北部与南部低洼地带分布第四系(图1)。试验区整体产于北东向展布的单斜构造中。主体控岩构造呈北东向产出，容矿构造为一系列北西向的次级断裂，多被后期石英脉充填。区内岩浆活动频繁，主要为海西晚期花岗闪长岩体和后期酸性岩脉的侵入，花岗闪长岩呈舌状侵入变质粉砂岩地层中，使得局部地层发生角岩化和矽卡岩化，区内辉钼矿化多与后期石英脉关系密切。

图1 准苏吉花铜钼矿区地质图[12]Fig．1 Geological map of the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit[12]

矿区围岩蚀变发育，多见硅化、云英岩化、绢云母化、绿泥石化和高岭土化。矿体主要产于花岗闪长岩岩体中，少量产于变质粉砂岩地层中，多呈透镜状。矿石呈细脉浸染状、网脉状和细脉状，金属矿物以黄铁矿、黄铜矿和辉钼矿为主，伴生辉铜矿、斑铜矿和黝铜矿等；脉石矿物主要有斜长石、钾长石、石英、黑云母、绢云母、绿泥石、绿帘石和碳酸岩等。

2 试验原理与方法

土壤热磁组分测量的基本原理是，通过热磁化处理将土壤中的无磁性非晶质铁锰氧化物转化为具有磁性的组分，利用电磁分选的方法将其从土壤中提取出来，分析磁性组分中的元素含量，从而达到强化异常，指导找矿的目的。野外土壤样品采集方法与常规土壤测量样品采集方法相同[10]。样品加工过程包括粒级截取、热磁化处理和电磁分选三个环节，具体方法参见文献[13]。通过电磁分选出来的磁性组分即为本次研究所需试验样品，该组分是由土壤中肉眼不可见的非晶质铁氧化物在热磁化处理过程中转化而来的，土壤中部分非晶质锰的氧化物也参与了该过程，其显微结构显示出疏松、多孔的片状结构和微颗粒突起[14]。

本次研究中Mo、Cu等14项化学元素的分析测试由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室承担，其中As用原子荧光光谱法(AFS)分析，Mn、TFe2O3用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)分析，Ag、Bi、Cd、Cu、In、Mo、Pb、Sb、Te、W和Zn用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析。

3 结果与讨论

3.1 土壤热磁组分中元素含量特征

在样品分析测试数据基础上，对准苏吉花铜钼试验区560件土壤热磁组分中元素的平均值(X)、标准离差(б)、衬值和变异系数进行了统计(衬值=平均值/土壤丰度、变异系数=标准偏差/平均值)，并利用多重分析模型(含量-求和法)方法计算了各元素的异常下限。统计结果显示(表1)，元素Ag、Cd、Cu、Mn、Mo、Pb和Zn的标准离差较大， Bi、Cu、In、Mo、Te、W和Cd的衬值较大，Bi、In、Mo、Sb和Te的变化系数较大，说明在试验区地表土壤热磁组分中，Mo、Cu、W、Bi、Cd、Ag、In、Te等元素可能发生了较强的次生富集，局部形成异常。

元素相关关系研究结果显示(表2)，主成矿元素Mo与Mn、Pb成负相关，与其他元素均呈正相关，其中Mo与Te的相关系数最大，与Pb的相关系数最小。

表1 土壤热磁组分中元素含量特征参数

注：w(Ag、Cd)/10-9；w(其他元素)/10-6；土壤丰度引自参考文献[15]。

表2 土壤热磁组分中14元素相关系数矩阵

区内土壤热磁组分中14种元素的R型聚类分析结果显示(图2)，依据元素聚类次序可将其分为4个组合：①Ag、Cu、Fe、Mo、Te元素组合，反映了与Mo、Cu等高温成矿过程有关的元素组合；②As、Mn、Pb元素组合；③Cd、In、Zn、W、Bi元素组合，第①、③组合为与中低温元素(如Pb、Zn)成矿过程有关的元素组合；④单元素Sb，与区内成矿关系不大。

图2 土壤热磁组分中14元素R型聚类分析谱系图Fig．2 Pedigree chart of R-type clustering analysis of 14 elements in soil therommagnetic components

3.2 元素异常特征

3.2.1 异常下限

由于准苏吉花地区地表土壤受风成沙影响较大，土壤热磁组分样品分析数据多呈偏态分布，应用常规异常下限计算方法(T=X+nδ)导致异常下限值相对偏高，难以圈定多元素组合异常。因此，文章引入“多重分析(含量-求和法)”的方法统计区内土壤热磁组分测量元素的异常下限。具体方法见文献[16-17]。

文中应用多重分形(含量-求和法)方法计算出区内土壤热磁组分中14元素的异常下限值(表1)，其中Mo、Co元素的log(r)-log[N(r)]散点图如图3所示，临界值分别为Mo(io)=1.18，Cu(io)=1.83。

3.2.2 元素异常特征

由图4可以看出，试验区内土壤热磁组分测量元素异常以Mo、Cu为主，伴生Ag、W、Te、In、Zn、Cd和Fe2O3，局部叠加As和Bi元素的异常，其中Mo、Cu、Fe2O3、W、Te、Bi、In、Zn、Cd异常形态规则，浓度分带清晰，具多个浓集中心，异常多分布于二叠纪花岗闪长岩边缘及其与围岩的接触带附近，浓集中心多与花岗闪长岩内石英脉、花岗细晶岩脉的产出位置相吻合；In、Zn、Cd三元素异常除在二叠纪花岗闪长岩中分布外，在上石炭统—下二叠统宝力高庙组围岩中也有大面积产出，且异常浓度分带清晰，浓集中心明显。Ag、As、Pb、Mn、Sb等元素异常规模小，分布零散；除Ag外，As、Pb、Mn和Sb元素异常主要集中于变质粉砂岩地层中，距Mo、Cu异常较远，与变质粉砂岩地层关系密切。Fe2O3异常规模最大，浓度分带清晰，异常浓集中心与钼矿化脉产出范围一致。

对比分析后发现，区内Mo、Cu、W、Te、Bi等元素异常套合好，与深部1 080 m标高揭示的矿体群产出范围一致，有效反映了深部矿体的产出位置。同时，在已知矿体群外围，亦有较大规模的主成矿元素及其伴生元素异常分布，暗示已知矿体群外围仍具有广阔的找矿前景。

另外，区内主成矿元素及其伴生元素异常在平面上呈现明显的分带性，以Mo、Cu异常为核心，由内向外依次为Mo-Cu-W-Te带、Ag-Bi-In-Zn-Cd带和As-Pb-Mn-Sb带，所有异常均包含在Fe2O3异常范围之内，充分突显了铁锰氧化物的载体作用。

3.3 多元素组合异常特征

为了探讨土壤热磁组分测量综合异常特征及规律，文中引入了地质累积指数(Index of geoaccumulation)指标。该指数亦称为Muller指数，以往研究中通常用来评价环境污染异常等级[18-20]，近年来有研究者将其引入到矿产勘查中，用来圈定多元素综合异常、提供有利找矿靶区[6,21-24]。

地质累积指数表达公式为：

式中：Igeo为地质累积指数；Cn为样品中元素n的含量；BEn为研究区内元素n的地球化学背景值；1.5为常数，用于消除由于成岩作用引起地球化学背景值的变动[25]。

根据试验区土壤热磁组分测量元素含量变化特征、元素间相关性、R型聚类以及元素异常分布等特征，文中选择Mo、Cu、Ag、Te和W 等5个元素进行多元素综合异常研究，采用“综合地质累积指数(IGEO)”对区内土壤热磁组分测量Mo、Cu、Ag、Te和W多元素综合异常进行评价[6]，经计算统计，区内土壤热磁组分测量综合地质累积指数(IGEO)最大值为-2.49，最小值为-29.9，平均值为-15.6。利用多重分型(含量-求和法)确定以综合地质累积指数IGEO=-15为异常下限，当IGEO>-15时即为异常，圈定区内综合地质累积指数异常如图5所示。

结合图1、图5所示试验结果可以看出，土壤热磁组分测量多元素综合地质累计指数异常(IGEO)主要产于花岗闪长岩内部及其外接触带，主体异常近北东向和东西向展布，在变质粉砂岩中也有少量分布，但异常强度、规模差异较大。这反映出区内土壤热磁组分中Mo、Cu等5元素综合异常的产出与花岗闪长岩体分布密切相关。

图3 土壤热磁组分中Mo、Cu元素logr-log[N(r)]散点图及一元线性拟合结果

图4 土壤热磁组分地球化学异常图Fig．4 Geochemical anomaly maps of soil thermomagnetic components

图5 准苏吉花矿区土壤热磁组分综合地质累积指数(IGEO)异常图Fig．5 Anomaly map of aggregative IGEO from soil thermo-magnetic in the Zhunsujihua copper-molybdenum deposit

准苏吉花铜钼矿床为一典型的斑岩型钼(铜)矿床，钼矿体主要产于花岗闪长岩体内部北西向和北北西向断裂部位，以及其与围岩变质粉砂岩的接触带部位，岩体内部其他次级断裂亦为成矿提供了有利空间。深部钼矿体产出范围(1 080 m中段矿体投影范围)与Mo、Cu多元素组合异常(IGEO)产出位置基本一致，表明土壤热磁组分测量多元素综合异常为有效的地质异常。

综合考虑区内地质、地球化学特征，共圈出7个多元素组合异常(图5)，其中TM-1、TM-2、TM-3和TM-4异常与常规土壤测量组合异常[10]基本一致，且TM-1、TM-2异常已被实际勘探工程验证。TM-5、TM-6和TM-7为新发现的三个组合异常，其中TM-5异常强度高，规模大，结合区内地质特征分析，初步确定其为有利的找矿地段。

3.4 方法有效性分析

与常规土壤测量相比，土壤热磁组分测量起到了消除风成沙干扰、强化异常的作用。相对土壤地球化学异常[6]而言，土壤热磁组分异常规模更大，强度更高，浓度分带清晰，除在已知矿(化)体位置发育强异常外，在已知矿体群外围未知区也有明显异常显示，异常产出位置与已知矿体产出位置吻合，地表异常检查过程中发现，多元素组合异常区内存在不同规模矿化或矿化迹象，这表明土壤热磁组分测量所圈定的多元素综合异常为有效的地质异常，同时也表明，土壤热磁组分测量方法可以应用到风成沙覆盖区地质找矿工作中，成为解决风成砂覆盖区地球化学勘查找矿难题的有效手段。结合多重分形(含量-求和法)、“地质累积指数(IGEO)”等统计方法，可快速、有效的确定异常下限，圈定多元素综合异常，提供有利找矿靶区。

4 结论

1)准苏吉花铜钼矿区土壤热磁组分测量元素异常在平面上呈现明显的分带性，以地表矿化露头为核心，由内向外依次为Mo-Cu-W-Te带、Ag-Bi-In-Zn-Cd带和As-Pb-Mn-Sb带，所有元素异常均包含在Fe2O3异常之内。

2)通过土壤热磁组分测量，共圈出7个多元素组合异常，经与已知矿体产出部位地质特征的对比分析，初步确定TM-5异常为找矿有利地段，建议对其进行工程验证，以期发现新的矿化体，在查明土壤热磁组分地球化学为有效的地质异常的同时，验证了土壤热磁组分测量的有效性和实用性。

3)土壤热磁组分测量元素异常为有效的地质异常，在风成沙覆盖区通过土壤热磁组分测量，配合多重分形(含量-求和法)和“地质累积指数(IGEO)”等统计方法，可最大限度消除风成沙的干扰，快速、有效的确定异常下限，圈定多元素综合异常，提供有利找矿靶区。

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