大比例尺地球化学方法在地质填图中的应用

戴慧敏，金鑫，孙中任，冯雨林，宫传东，郑春颖

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034；

2.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083；3.辽阳市铧子镇政府，辽宁辽阳 111300）

大比例尺地球化学方法在地质填图中的应用

戴慧敏1，2，金鑫1，孙中任1，冯雨林1，宫传东3，郑春颖1

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034；

2.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083；3.辽阳市铧子镇政府，辽宁辽阳 111300）

利用大比例尺区域化探资料中成矿元素铜、砷地球化学场的变化规律所反映的信息，在大兴安岭查巴奇浅覆盖区推断19条断裂构造带.将推断出的断裂构造带结合地球物理、遥感信息、地质填图等得到的断裂构造对比研究，结果显示：推断的断裂构造带多数与地球物理、遥感信息、地质填图等得到的断裂构造一致，多数地球化学场的分界线准确地反映了地层与侵入体的接触带，明显的地球化学高、低背景场分别对应着地层与侵入体.说明应用成矿元素地球化学信息进行地质单元推测、断裂构造推断等是有效的，可在浅覆盖区推广应用.同时，成矿元素地球化学图也存在一定的局限性，从推断结果看地球化学方法只能概略地推断地质体，实际工作中应注意与地质、地球物理、遥感等方法紧密结合,对地质填图单元进一步区分，以使提取的信息可靠性更强.

成矿元素；地球化学图法；断裂构造；地质填图；大兴安岭

0 前言

地质事件的直接后果是引起地质体中物质组分的活化、输运，导致在其中建立起新的分配关系，造成某些元素特定的结合状态和组织关系［1］.作为地质事件之一的构造活动也会伴有物质成分重新分配和组合过程［2］，这种物质成分的重新分配和组合的直接反映之一就是表现在地球化学信息上，断裂构造既是热液运移的通道，又是元素聚集场所，对异常空间分布和形态有明显控制作用［3］.在地球化学上主要表现为物质组分的变化（量变和质变），即特征元素组合地球化学背景的变化［4］.按元素的亲和性质,元素在运移过程中必然是整体进行的，地球化学动力学表明元素迁移不可能以单元素方式进行［5］，这就赋予了元素空间分布组合的实际意义.孙中任等［6］在对磁异常与地球化学异常关系分析中利用分频以后的磁异常较好地解释了地球化学高背景不仅与地质体的元素丰度有关，同时与地质体接触带的构造环境有关.时艳香等［7］、郝立波等［8］采用水系沉积物地球化学信息判别岩性与构造及地质填图取得了较好的效果.刘德君等认为不同构造及其演化阶段，常伴有铜元素的富集与贫化，并控制其分布，形成复杂的地球化学形迹，研究铜元素（或其他元素）地球化学场的变化规律，有可能指示区域地质构造总体轮廓，作为地质填图工作的补充资料［9］.在地质露头少的浅覆盖区，进行区域地质调查相对困难，充分利用区域化探资料所反映的信息为区域地质、矿产地质调查提供线索，已有学者应用1∶20万区域地球化学资料在浅覆盖及森林沼泽区进行地质填图研究，并取得了良好效果［10］.

Cu的一个典型地球化学性质是失去电子后成18电子（s2p6d10）型，即铜型离子.其极化能力强，倾向于与半径大、受极化变形能力强的S、Se、Te、As、Sb、Bi等元素的阴离子形成共价链（带金属性）结合［11］.当汇水盆地内存在富含砷的地质体时，在地表水系底积物中会形成砷异常，砷异常还可用来圈定含矿的火山机构［12］.本文采用1∶5万大比例尺水系沉积物测量结果，使用Cu辅以As元素地球化学图进行地质填图及地质构造的推断，以探讨大比例尺成矿元素地球化学信息在地质填图、构造推断等方面的应用效果.

1 研究区地质－构造特征

研究区位于内蒙古自治区与黑龙江省接壤部分，呼伦贝尔市阿荣旗北部.地理位置在东经123°00′，北纬48°20′，大兴安岭山地与松嫩平原过渡区，属于大兴安岭中段森林浅覆盖区.该区构造发育，伊尔施早华力西地槽褶皱带与东乌珠穆沁旗晚华力西地槽褶皱带接触部位，而被大兴安岭中生代火山岩带切割，位于兴安地槽褶皱系.大兴安岭火山喷发带东西分别由嫩江-八里罕断裂和乌奴耳断裂隔开，断裂两侧分别为嫩江断陷盆地和海拉尔盆地.研究区位于嫩江断裂带的西侧，发育各个时期的北东向压性-压扭性构造和北北西向脆性断裂.东侧为隆起带与断陷盆地相联结处，为嫩江-八里罕断裂带，沿嫩江河谷延伸.区内古生界、中生界及新生界地层均有分布.古生界为上二叠统林西组（P3l），主要为一套板岩、变质砂岩、变火山灰凝灰岩夹细砾岩.中生界为下三叠统老龙头组（T1l），白垩系下统光华组一段（K1gn1）、光华组二段（K1gn2），白垩系下统甘河组（K1g）.老龙头组为一套变安山岩夹（或互层）陆相碎屑岩组合；光华组一段主要岩性为火山碎屑沉积岩为主夹灰黑色油页岩，光华组二段主要岩性为中酸性火山岩-火山碎屑岩.新生界主要为第四系，侵入岩主要为中生代的中酸性岩类，以中深成的花岗岩岩基为主（图1）［13］.

2 地球化学图推断构造的原理及准则

在相同的大地构造单元或区域地质条件下，成矿地球化学元素无论在成矿能量或在富集程度上都是不均衡的.空间上就造成某些地段某些元素富集，某些元素相对含量较低，即地球化学元素在时空上的叠加性.其体现的是亲和势相同或相近的地球化学元素整体间的关联性，每一种分带呈现相近的元素地球化学分布特征的相似性［4，14］.断裂构造对元素背景的变化控制主要表现在以下几个方面［3］：（1）沿断裂带大多数元素含量发生突变，形成地球化学梯度陡变带；（2）沿断裂带常出现具热液特征的元素异常，且呈带状、线状、串珠状分布；（3）沿大多数断裂带，部分元素发生局部、带状贫化，形成带状、线状、串珠状分布的低含量区域.叶天竺等［15］认为反映大断裂或区域性断裂构造的特征线，多数是地球化学异常组的界线，反映控制异常分布规律的特征线，多是地球化学富集区或异常轴线.

依据上述特征，在利用地球化学图推断构造时遵循以下准则：（1）不同地球化学场的分界线；（2）地球化学等量线宽窄突变；（3）地球化学等量线发生同步扭曲；（4）地球化学等量线沿一定方向有规律地出现密集带；（5）串珠状排列的局部正、负地球化学场；（6）正、负异常轴、带发生有规律的错断.

根据上述原理在研究区推断出断裂构造19条.对研究区铜和砷不同地球化学场分布可以看出，这两个元素的正、负地球化学场分界线明显为地层与侵入岩岩性界线.再对同一地球化学场内的微观地球化学场分布进行研究划分，对本区进行地质体或地球化学分区（图2）.

3 各推断构造带及地质体地球化学特征

图1 研究区地质略图Fig.1Geological sketch map of the study area

F1断裂位于研究区北西端，呈北东向，为铜的低背景区.F2断裂带呈北西向，断裂分别穿越铜的高背景和低背景，在断裂带北西端铜低背景区形成地球化学梯度陡变带，南东端铜的高背景区沿着断裂出现明显错断，沿着断裂总体上表现为串珠状的背景含量分布.F3断裂带沿查巴奇-七一沟里一带呈北东向延伸，南西端止于阿伦河河谷，北东端止于晚侏罗世粗中粒二长花岗岩，断裂带被F2断裂截断，反映了断裂带之间的新老关系.南西端为不同地球化学场的分界线，北东端分布于地球化学梯度陡变带，该特征尤以砷元素表现明显.F4断裂带北西向分布，由铜的串珠状低背景场组成，砷元素表现为地球化学等量线发生同步扭曲.F5、F6断裂带北东向分布，均由铜的串珠状较高背景组成.F7断裂带由串珠状排列的局部正、负地球化学场组成，分布于阿伦河河谷与岩体接触部位，该断裂带应归属于阿伦河大断裂.F8断裂带北西向分布，地球化学特征与F4断裂带地球化学特征极为相似.F9断裂带北东向分布，由铜和砷的串珠状高背景组成.F10、F11断裂带为铜的串珠状较高背景组成，分别呈北东向和北北东向分布.F12断裂带由一北西突出的弧形带，该弧形带两侧铜和砷元素均为高背景与低背景及较低背景分界线.F13断裂带由铜的串珠状高背景场组成，紧邻断裂带南西侧为铜和砷的不同地球化学场的分界线，且地球化学等量线发生同步扭曲，推测该断裂带应为花岗岩侵入界线.F14—F18断裂带由铜的串珠状低背景场组成，断裂带展布方向不同.F19断裂带由带状的铜和砷的地球化学高背景场组成，断裂带呈北东向分布.划分圈定的地球化学区即地质单元，与结合野外地质调查得到的地质概况一致，铜和砷地球化学低背景区推测为侵入岩区，地球化学低背景和较低背景对应着不同的侵入体.铜和砷地球化学高背景区推测为研究区古生界上二叠统林西组板岩、变质砂岩、变火山灰凝灰岩夹细砾岩和中生界下三叠统老龙头组变安山岩夹（或互层）陆相碎屑岩组合，根据野外调查及变质作用特征，为区域动力热流变质岩和接触热变质岩.地球化学背景区推测为光华组一段火山碎屑沉积岩为主夹灰黑色油页岩及光华组二段中酸性火山岩-火山碎屑岩.

4 地球化学推断断裂的可靠性分析

图2 研究区成矿元素地球化学图法推断地质单元及构造图Fig.2Geology and structure inferred by geochemical mapping of metallogenic elements

图3 地质、地球物理、遥感等综合推断地质图Fig.3Inferred geological map by geology,geophysics and remote sensing

断裂构造对地球化学元素异常空间分布和形态具有明显的控制作用，综合地质、地球物理、遥感信息等对研究区推断的19条断裂带进行对比研究表明，多条断裂带与野外地质调查实测或推测断裂、地球物理方法推测、遥感信息解译得到的断裂一致（见图3）.F1断裂带与地质推测F1断裂、遥感解译北东向断裂一致，野外地质观察地表可见明显的断层三角面.F2为研究区较大的一条断裂带，是本区较晚的断裂，切割研究区F3、F5、F6断裂带.F3断裂带被F2断裂带切割，与地质推测断裂F11（查巴奇-柳毛沟韧性剪切带）及遥感解译得到的断裂带吻合.野外地质调查采集石英变形特征表明，该断裂带为右旋推覆剪切性质，即由北西向南东方向推覆，同时还有斜向逆冲特点.F5、F6断裂带北东向平行分布，可能为一条断裂带被北西向F2断裂带切割形成，与地质调查推测F13断裂一致，野外观察显示为一碎裂岩化石英闪长岩带，宽度达数百米，可见该主断裂具有近于水平的阶步，性质为右行走滑断裂.F7断裂位于地质推测断裂F10、地球物理方法推测断裂F1西侧，并与二者同向分布，该断裂带可能为阿伦河断裂带.F8断裂带与地质调查推测断裂F15及遥感解译断裂一致，根据野外观察该断层性质为右行断层，断层切割光华组火山岩.F9断裂带与地质推测断裂带立新六队－黎明村断裂吻合.F10、F11断裂带与地质推测尉家点和黎明村处的两条断裂带一致，与地球物理推测F3深断裂一致.地球物理特征显示断裂倾角较陡，是一条较宽的断裂带，沿断裂带有多处不同时期的岩体侵入，次级断裂和脉岩也较发育.F12弧形断裂带推测为右侧区域为光华组火山盆地界线.F13断裂带位于团结屯，与地质推测断裂重叠.在F14断裂带处地质调查及遥感解译结果显示均存在同向及规模相近的断裂，与地球物理方法推测深断裂F3一致.F15、F18断裂带北西向分布，地质调查及遥感解译结果显示均存在同向及规模相近的断裂.F16、F17断裂带北东向展布，与地质调查推测及遥感解译断裂极为吻合.F19断裂带位于研究区东南端新兴屯处，遥感解译显示该处存在环形构造，地质调查推测该断裂处存在规模相对较小的断裂带.从划分圈定的地球化学区看，多数地球化学场的分界线准确地反映了地层与侵入体的接触带，明显的地球化学高、低背景场分别对应着地层与侵入体.该方法难以解决部分同成分的侵入岩、火山岩和变质岩的进一步识别问题，如研究区火山岩为光华组一段及光华组二段火山岩-火山碎屑岩需进一步填图.

5 结论与讨论

依据成矿元素地球化学图推断断裂构造显示结果较为可靠，推断出的断裂基本与野外地质观察及地球物理、遥感解译得到的断裂一致.成矿元素含量空间分布及组合含有丰富的地球化学信息，地球化学场的分界线往往是地质体的接触带，地球化学明显的高低背景场对应着不同的地质单元.本区成矿元素铜、砷明显的地球化学高背景场与研究区古生界和中生界变质岩具有良好的对应关系.区域动力热流变质和接触热变质作用为成矿元素富集提供了必要条件.在研究区东南部火山机构区，铜和砷地球化学图表现为明显的弧形地球化学背景.从本研究区地球化学分区与实际地质单元对应关系看，存在一个地球化学区对应数个地质单元，同时也存在一个地质单元包括了数个地球化学分区的情况，但是可以看出在本地区地层与侵入岩对应着明显不同的铜和砷的地球化学场，以砷尤为明显.水系沉积物成矿元素地球化学信息可以概略地推断地质体，铜和砷元素相对其他元素更具有优势.因此，在其他地区地质填图工中可尝试应用铜和砷地球化学提供的信息.在实际应用中依靠地球化学信息推断构造、地质填图等应注意与地质、地球物理、遥感等方法紧密结合，以使其更可靠地为构造推断、地质填图等提供辅助信息，合理地引入地球化学信息可增加地质填图、矿产调查研究的信息量.

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THE APPLICATION OF LARGE SCALE GEOCHEMICAL MAPPING METHOD

DAI Hui-min1,2,JIN Xin1,SUN Zhong-ren1,Feng Yu-lin1,GONG Chuan-dong3,ZHENG Chun-ying1
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.Huazi Town Government of Liaoyang City,Liaoyang 111300,Liaoning Province,China）

Based on the regional geochemical data,which reflect the regularity and distribution of geochemical fields of metallogenic elements of copper and arsenic in the typical forest-swamp overburden area,19 fault belts are inferred.With comparison of these faults to those obtained from geophysical data,geological mapping and remote sensing information,the result shows that most of the inferred fault zones coincide with the latter.Most boundaries of geochemical background accurately reflect the contact zone between strata and intrusive rocks.The obvious high and low geochemical backgrounds respectively correspond to the strata and intrusive rocks.It is proved that the metallogenic element geochemical mapping method is effective in fault deducing in forest-swamp overburden area.Meanwhile,this method also has certain limitations. The result from this study shows that the geochemical method can only roughly infer geologic bodies.It should be closely integrated with geological,geophysical and remote sensing methods to further differentiate the geological mapping units so as to make the extracted information more reliable.

metallogenic element;geochemical map;fault structure;geological mapping;Daxinganling

1671-1947（2015）01-0033-06

P632；P595

A

2014－03－19；

2014-07-18.编辑：张哲．

中国地质调查局项目“内蒙古查巴奇地区矿产远景调查”（矿调［2004］10－2号）资助.

戴慧敏，（1979—），女，中国地质大学在读博士研究生，高级工程师，地球化学专业，主要从事应用地球化学的研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//daihuimin78@126.com