山东铜井、金场地区水系沉积物测量地球化学特征及找矿方向

康鹏宇，刘传朋，刘同

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006)

0 引言

区域构造和区域地球化学是控制成矿的基本要素，矿化往往形成于周围地质背景具有明显变化的地段，这种变化表现在物质成分、地球物理、地球化学等方面[1-2]。区域地质资料显示[3-7]，铜井、金场地区具有较好的金、铜找矿前景，但该区外围矿产地质调查和研究程度偏低，影响地质找矿。水系沉积物地球化学测量是区域化探的主要方法，在地质找矿方面具有较高的效率，尤其在寻找金、铜等多金属矿产方面表现突出，为我国地质找矿及勘查研究提供了大量的基础资料[8-20]。2016年在铜井、金场地区开展了1∶5万矿产地质调查，获得了各种地质、地球化学数据，圈出8个综合异常。在水系沉积物地球化学特征分析、异常圈定、综合异常研究的基础上，结合区域成矿地质条件、区内矿产地质特征，圈定出具有一定找矿潜力的远景区3处，并对远景区进行评价。

1 区域地质概况

工作区大地构造位置属华北板块(Ⅰ)一级构造单元，鲁西隆起区(Ⅱ)二级构造单元，跨越鲁中隆起(Ⅱa)和沂沭断裂带(Ⅱc)2个三级构造单元。

1—第四系；2—寒武纪地层；3—八亩地组；4—辉家庄二长花岗细晶岩；5—于山二长花岗斑岩；6—大朝阳二长闪长玢岩；7—铜汉庄石英闪长玢岩；8—靳家桥角闪闪长玢岩；9—大有角闪黑云闪长岩；10—东明生辉石闪长岩；11—地质界线；12—断层界线；13—金矿点、铜矿点；14—综合异常；15—找矿远景区图1 铜井、金场地区地质简图

工作区属于鲁西地层分区，以古生代和新生代地层为主，前寒武纪地层分布较少。分布有新太古代泰山岩群山草峪组；新元古代南华纪土门群佟家庄组；寒武纪李官组、朱砂洞组、馒头组；寒武—奥陶纪张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组；奥陶纪东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄组、八陡组；石炭纪本溪组；第四纪于泉组、大站组、黑土湖组、临沂组、沂河组、寒亭组(图1)。其中，寒武纪地层出露于工作区西南部、东北部及南部，其岩性总体变化特点为底部以浅色石英砂岩建造为主，中部以钙质碳酸盐岩建造为主，上部则主要为镁质碳酸盐岩(白云岩)建造；寒武—奥陶纪地层主要分布于工作区北部，多呈条带状展布，多被后期断裂构造切割，岩性底部以厚层灰岩为主，上部以白云岩为主，中下部夹黄绿色页岩，属清水沉积组合，其顶界与马家沟群平行不整合接触，底界以细粒长石砂岩结束，大套厚层鲕粒灰岩出现为标志，与下伏长清群整合接触。工作区第四纪地层分布广泛，面积较大，以冲积物和坡积物为主。

工作区内脆性断裂十分发育，其中NW向和NE向断裂规模较大，其次为近EW向和近SN向。从形成时代看，NW向和NE向两组时代较早，且具有多期活动的特点，其余两组时代较晚。其中NW向孙祖断裂为主要的区域构造控制断裂，局部发育近SN和近EW向断裂(图1)。孙祖断裂，走向310°～340°，倾向SW，倾角65°～80°，平面上呈向NE凸出的具波状弯曲的弧形。垂直断距大于500m。在两侧与其平行的和与其相交的分支断裂及小褶皱发育。马牧池-金场断裂，断裂走向310°，倾向SW，倾角70°～75°，呈波状弯曲，可见长度13km，在金场南东方向被第四系覆盖。断裂上盘为上寒武统崮山组、炒米店组地层，下盘为下寒武统馒头组地层，为一正断层，在南段由3条平行断裂组成宽400～500m的断裂带，单条断裂宽10～50m，其特征早期为张性，晚期以压扭性右行扭动为主，在压扭过程中，与其南西侧形成有平行和与之斜交的EW向小褶皱。在该断裂内的局部地段尤其是该断裂在金场村附近与EW向、NNE—NE向断裂的反接复合部位，导致了酸性岩浆的侵入活动并形成了二长花岗斑岩、二长花岗岩岩体，在岩体的边部具硅化、绿泥石化、绢云母化、高岭土化等蚀变现象，或在岩体的内外接触带形成的矽卡岩型铜、金矿床。杜山庄-南匣石断裂，断裂大部分被第四系覆盖，区内出露长度15km左右，沿走向及倾向均呈波状弯曲，总体走向30°，倾向NW，倾角70°～80°，在夏庄以北走向转为近SN，根据两侧地层产状判断，在断裂西侧的地层相对向北错动了750m左右；在断裂南端南匣石一带左行错断李官组、朱砂洞组和馒头组地层，水平断距达1km，总体表现为正断层，既有左行扭动，又有右行扭动，以左行为主，西盘有与之呈“入”字形相交的分支断裂发育。新王沟-东升断裂，该断裂大部分被第四系覆盖，仅在区内展布方向上的NE、SW地段见有零星露头，长约16km。断裂走向5°～20°左右，倾向E—SE，倾角47°～60°。两盘地层产状突然变陡，倾角45°左右，个别达60°，断裂以西地层走向NW，靠近断裂走向为NNE，与断裂走向一致，在北东部切割了铜井杂岩体。

区内岩浆活动强烈，岩浆作用有多期次、多类型的特点，以侵入作用为主，形成于新太古代早期、新太古代晚期、中元古代以及中生代早白垩世。主要分布于工作区西部及北部，以中性到酸性岩为主(图1)，主要有望府山单元条带状中细粒黑云英云闪长岩、蒋峪单元细粒二长花岗岩、牛岚单元辉绿(长)岩脉、靳家桥单元角闪闪长玢岩、铜汉庄单元石英闪长玢岩、大朝阳单元中细斑二长闪长玢岩、于山单元二长花岗斑岩、辉家庄单元二长花岗细晶岩。

2 水系沉积物测量

铜井、金场地区水系沉积物测量面积415km2，采样点主要布置在一级水系和二级水系口，该次共采集水系沉积物样品1666件，采样点密度4件/km2。样品分析由山东省第七地质矿产勘查院实验室承担，共分析18种元素，即Au，As，Sb，Hg，Ag，Cu，Pb，Zn，W，Sn，Mo，Bi，Cr，Ni，Co，Ti，Mn，V。分析方法及检出限见表1，精密度控制一级标样参数见表2，重复样合格率见表3。

表1 分析方法及检出限

3 水系沉积物地球化学特征

3.1 特征值及异常下限

3.2 元素富集特征

区内各元素原始数据集的变化系数(CV1)和背景数据变化系数(CV2)分别反映两类数据集的离散程度；用CV1/CV2反映背景拟合处理时对离散值(特高值、特低值)削平程度。利用CV1和CV1/CV2(主要反映特高值削平程度)制作变化系数解释图，从图2中看出，18个元素可分成较明显的3个小组。

表2 精密度控制一级标样参数

表3 重复样合格率

表4 铜井、金场地区水系沉积物地球化学参数

注：Hg，Au，Ag含量单位为10-9；其他为10-6。

注：CV1，CV2无量纲图2 各元素变异系数散点

(1)右上角元素组，为含量变化幅度大、高强数据多、富集成矿可能性大的元素组，仅有Hg一个元素。仅从数据上看，这种元素含量变化幅度大，测区很有可能存在规模未知的Hg矿化。

(2)中间元素组，为含量变化幅度中等、高强数据较多、富集成矿可能性较大的元素组，有Au，W，Ag，Mo，Cu五个元素。仅从数据上看，这5种元素含量变化幅度较大，测区有可能存在规模未知的Au，W，Ag，Mo，Cu矿化。

(3)左下角元素组，为含量变化幅度小，高强数据少，成矿可能性小。该组元素计有12种：Sb，Sn，Zn，As，Pb，Mn，Ti，Cr，Ni，Co，V，Bi。

3.3 元素因子分析

成矿元素的因子分析结果表明(表5)，铜井、金场地区成矿元素来源主要为中酸性岩浆岩、高温热液。根据因子载荷大小，F5因子控制Au，Mo，W，Bi，形成矿化或矿床的希望较大；F4因子控制Sb，Cu，所占分数及特征值均较大，形成中高温热液型矿床希望较大。所以，在铜井、金场地区找寻Au，Cu矿(化)体或矿床的希望较大。

3.4 元素聚类分析

因子分析提取了各元素对区内地球化学变差的贡献，但各元素间的亲疏关系不明，利用原始数据做聚类分析反映各元素之间的亲疏关系(图3)，研究各因子分配情况，以发现其他的地质信息。

R型聚类分析在α=0.01、γ=0.5的相似水平上，可分为7大簇。

第1簇Cr，Ni，Co，V，Mn，Ti，对应因子F2，F6，反映了区内寒武纪碎屑岩的分布。

表5 因子结构式及特征根

第2簇Au，Ag，Mo，Cu，Bi，W；对应因子F5，F1，F4；反应高温热液活动及可能的Au，Ag，Mo，Cu，Bi，W矿化。

第3簇Sb，对应因子F1，反映高温热液作用伴随的Sb矿化。

第4簇As，对映因子F2，反映高温热液作用伴随的As矿化。

第5簇Hg，对应因子F7，反映高温热液作用伴随的Hg矿化。

第6簇Sn，对应因子F4，反映高温热液作用伴随的Sn矿化。

第7簇Pb，Zn，对应因子F3，反映构造热液作用伴随的Pb，Zn矿化。

图3 工作区18种元素R型聚类分析谱系图

4 化探异常圈定及评序

4.1 化探异常圈定

使用新疆金维软件GeoIPAS3.2获得离散网格化数据，再用该软件中的“离散网格绘制等量线图”操作处理绘制区内金、铜等18种元素的单元素地球化学异常图，共圈定18种元素浓度高低不一、规模大小不等的单元素异常348个，各单元素异常特征见表6。其中，铜单元素异常24个，异常面积36.04km2，∑NAP值140.93，异常最大面积14.24km2；金单元素异常9个，异常面积37.33km2，∑NAP值337.13，异常最大面积18.50km2，大多数异常显示出三级浓度分带。各元素异常的地球化学分布规律受地层、构造、热液等某几个因素联合控制，因而在研究水系沉积物地球化学特征、圈定综合异常时，需综合考虑相关因素。综合考虑区内各元素富集特征，主成矿元素Au，Cu与伴生元素的相关性，元素R型聚类特征，单元素异常特征等因素后，结合区内成矿地质条件对综合异常进行分析，借助MapGIS软件进行综合异常圈定，该次共圈出8个综合异常，各综合异常特征见图1。

4.2 综合异常评序

根据区域地质条件、区内矿产地质特征，工作区主要是寻找接触交代矽卡岩型金铜矿，早白垩世中酸性岩浆岩中多种元素有明显富集，金、汞、铜等元素尤为明显，是重要成矿母岩，也是成矿的物质基础。古生代灰岩、新元古代砂质页岩和灰岩是成矿最有利的围岩，是矿体生成的外部条件；接触带构造是矿体赋存的最有利空间。对各异常区相关因素综合分析后，得出各异常区成矿地质条件类别(表7)。根据综合异常面积、主成矿元素异常面积、主成矿元素浓度分带特征、伴生元素发育情况、成矿地质条件以及∑NAP值，并结合地质成矿理论对各综合异常进行评序、筛选(表8)。区内Y7，Y6，Y5，Y2号异常得分较高；其中Y7，Y6为已知小型金矿床；Y5异常最具找矿前景。

表6 铜井、金场地区水系沉积物单元素异常特征

5 Y5综合异常特征及查证

5.1 Y5综合异常特征

Y5综合异常区位于工作区中北部，异常区大面积处于第四系，附近出露寒武纪张夏组、固山组碎屑岩地层。区内NW向、SW向断层构造发育，构造破碎带内孔雀石化、褐铁矿化、绿帘石化发育。侵入岩主要为白垩纪铜汉庄单元石英闪长岩、于山单元二长花岗斑岩，呈NE向带状产出(图4)。异常为乙2类异常，呈不规则椭圆状，走向NE—SW向，长约1.5km，宽约1.0km，面积约1.2km2。异常主元素为金、铜，异常特征组合为银、钼、钨。异常元素组分较复杂，包括中温热液元素，高温热液元素，各元素异常相互套合较好，具有明显的浓集中心和3个浓度分带，异常规模、强度中等。其中主元素金元素峰值达97.58×10-9，均值49.45×10-9,衬度值7.17，面积0.67km2，3个浓度分带；第二主元素铜元素峰值达848.10×10-6，均值277.04×10-6,衬度值6.6，面积0.78km2，3个浓度分带(图4)。其余元素特征见表9。

5.2 Y5综合异常查证

Y5综合异常为区内重点异常，具有较好的找矿前景。为验证水系异常的有效性和准确性，该次主要通过岩石地球化学剖面测量以及矿产地质调查，初步查明引起Y5异常的地质原因。异常发育的地质体主要为张夏组灰岩，主异常元素表现出明显的异常值，地化剖面上金丰度值可高达200×10-9，铜丰度值可高达576.8×10-6，金远超相应元素1/2浓幅值，铜达到相应元素1/2浓幅值的2倍。总之，地化剖面分析结果表明，多种元素主要富集于张夏组灰岩，但该套地层各种元素并不富集，推测亦是由于寒武纪碎屑岩地层与白垩纪中酸性岩浆岩接触交代型矿化的表征。矿产地质调查中，在Y5综合异常区发现铜矿化点2处、金矿化点1处。

表7 铜井、金场地区各异常区成矿地质条件

表8 综合异常评序

1—第四系；2—张夏组盘车沟段；3—张夏组上灰岩段；4—固山组；5—于山单元二长花岗斑岩；6—铜汉庄单元石英闪长玢岩；7—断层；8—地质界线；9—Y5综合异常图4 Y5综合异常剖析

单元素异常号异常下限面积异常平均值峰值标准离差衬度异常规模NAP值浓度分带综合异常NAP值Ag14650.361395.001395.000.0021.46474.877.663 Mo81.10.5911.7731.2916.9110.706.326.343W32.30.3534.7634.760.0015.1111.315.273Cu6420.78277.04848.10383.636.60183.325.143Au16.90.6749.4597.5844.907.1728.624.823Sn73.50.3323.3023.300.006.666.482.183Hg10760.56290.02620.64286.513.82120.032.143Mn912100.401777.562166.75338.881.47224.240.581Sb31.40.232.423.361.331.730.230.402Mn812100.191626.451953.96463.171.3479.690.26134.80

注：Hg，Au，Ag含量单位为10-9；其他为10-6。

6 找矿远景区

在对水系沉积物地球化学异常圈定、综合异常解释和查证的基础上，结合区域成矿地质条件、区内矿产地质特征，圈定出具有一定找矿潜力的远景区3处：金场—铜井一带金、铜、铁、汞、银找矿远景区、金佛院铬、铜找矿远景区和青杨行—孔家湖一带铜、铅、锌找矿远景区(图1)。

6.1 金场—铜井一带金、铜、铁、汞、银找矿远景区

远景区位于工作区的中东部，面积81.3km2，大致呈EW向展布，区内出露地层为馒头组、张夏组、固山组、炒米店组等碎屑岩地层。区内NW向断层、NNE向断层发育，断层构造为含矿热液运移提供了良好的运移通道和有利的储存空间，已发现的金、铜矿点位于2组方向断层交会处。侵入岩主要为铜汉庄单元石英闪长玢岩、于山单元二长花岗斑岩、大有单元角闪黑云闪长岩。

远景区内，该次1∶5万化探所圈异常较密集分布，并圈出Y4，Y5，Y6，Y7共4处综合异常；异常主元素为Au，Cu，Mn，Cr；特征组合异常元素有Hg，Ag，Mo，Bi，Sb等。元素套合较好，异常形态规则，强度高、规模大，多数具外、中、内完全的3个浓度分带。远景区分布M6，M7，M8，M9，M10五处地磁异常，重力异常主要分布于远景区东南部，远景区西北部存在4号遥感异常。

区内寒武纪地层与白垩纪中酸性岩浆岩构造接触带内局部可见零星孔雀石化、褐铁矿化、高岭土化等特征，该区分布中型金矿床2处，小型金矿床1处，金矿点1处，新发现金矿化点1处；中型、小型铜矿床各1处。非金属矿产灰岩矿4处，页岩矿1处，金刚石矿化线索1处，地热矿点1处。

异常查证发现，寒武纪碎屑岩地层与白垩纪中酸性岩浆岩构造接触带内形成矽卡岩化Au，Cu等元素富集；金场、铜井矿区亦在该远景区中。

该区主攻矿种应是接触交代矽卡岩型Au，Cu多金属类矿产。可沿已知铜井、金场矿区外围扩大范围勘查。

6.2 金佛院铬、铜找矿远景区

远景区位于工作区的南东部，面积12km2，大致呈NW向展布，区内出露地层为张夏组、固山组等碎屑岩地层。区内NW向断层、NNE向断层发育，断层构造为含矿热液运移提供了良好的运移通道和有利的储存空间。侵入岩主要为铜汉庄单元石英闪长玢岩、于山单元二长花岗斑岩。

远景区内，该次1∶5万化探有Y10综合异常，异常主元素为Cr；特征组合异常元素有Ni，Mn，As，Cu等。元素套合较好，异常形态规则，强度高、规模大，多数具外、中、内完全的2个浓度分带。远景区分布M13地磁异常。

异常查证发现，地表未见明显元素富集特征，但由于地质背景与铜井、金场相似，所以深部仍有Au，Cu找矿潜力。该区主攻矿种应是接触交代矽卡岩型Au，Cu多金属类矿产。

6.3 青杨行—孔家湖一带铜、铅、锌找矿远景区

远景区位于工作区的北东部，面积67km2，大致呈EW向展布，区内出露地层为李官组、馒头组、朱砂洞组等碎屑岩地层。区内NWW向断层、NE向断层发育，断层构造为含矿热液运移提供了良好的运移通道和有利的储存空间。侵入岩主要为铜铁沟单元斑状二长花岗岩、于山单元二长花岗斑岩、靳家桥单元角闪闪长玢岩、水牛山单元中粒二长花岗岩。

远景区内，该次1∶5万化探所圈异常较密集分布，并圈出Y1，Y3综合异常，异常主元素为Cu，Pb，Zn，Mn，Cr，Ti；特征组合异常元素有Sn，Co，Ni，Bi，Ag，As等。元素套合较好，异常形态规则，强度相对较高，规模相对较大，多数具外、中、内完全的3个浓度分带。

远景区分布M1，M2，M3，M4，M5五处地磁异常，重力异常主要分布于远景区西边部、东边部，远景区东部存在5号遥感异常。

区内局部断裂带内多见高岭土化、褐铁矿化等特征，该区分布磁铁矿化点1处，新发现磁铁矿化线索1处，新发现铅矿化线索1处。非金属矿产石英砂岩矿2处、灰岩矿1处，页岩矿1处，大型陶土矿1处，新发现小型石英矿1处，矿点1处。

异常查证发现，该区的综合异常致异常因素主要为断裂构造破碎带内高岭土化、褐铁矿化，并伴随Pb，Zn等中温热液元素富集；局部具寻找构造热液型Pb，Zn等矿化体的可能性。

该区主攻矿种应是构造热液型Pb，Zn多金属类矿产，可沿已发现成矿界面扩大范围勘查。

7 结论

(1)水系沉积物地球化学测量可以缩小找矿范围，快速确定找矿方向。该次水系沉积物测量共圈出8个综合异常，为工作区地质找矿奠定了基础。

(2)结合地质成矿理论对综合异常进行评序、筛选，确定Y5为最具找矿前景的综合异常。对Y5综合异常进行查证，发现铜矿化点2处、金矿化点1处，表明水系沉积物地球化学测量在该区具有较好的找矿效果。

(3)在综合异常分析和查证的基础上，结合区域成矿地质条件、区内矿产地质特征，圈定出3处找矿远景区：金场—铜井一带金、铜、铁、汞、银找矿远景区，金佛院铬、铜找矿远景区和青杨行—孔家湖一带铜、铅、锌找矿远景区。前两者是寻找构接触交代矽卡岩型金铜矿的有利地段，第三者具有较好的寻找构造热液型铜铅锌多金属矿的前景。