甘肃明舒井南金矿床土壤地球化学异常特征及找矿潜力

林 森, 陶超群, 刘莉晖

(甘肃省有色金属地质勘查局 张掖矿产勘查院, 甘肃 张掖 734012)

明舒井南金矿床位于甘肃省敦煌市北5°方向直线距离约120 km处。20世纪80年代张掖矿产勘查院在柳园金矿田开展了1∶50 000水系沉积物地球化学测量工作,发现了在矿区沿北西向断裂构造呈带状分布的Au-2综合异常，组合元素为Au、As、Zn、Ni、Cu[1]; 90年代该异常经查证发现了Ⅰ、Ⅱ号金矿(化)带, 确认是矿致异常。2016年，经综合研究矿区成矿地质背景及地球化学异常特征,成功立项甘肃省地质勘查基金项目, 为迅速查明矿区金矿(化)体的分布特征,在矿区开展了1∶10 000土壤地球化学测量工作,结合成矿地质背景,通过对土壤测量成果的综合研究,圈定土壤地球化学综合异常并按找矿意义排序,推断出金矿(化)体的大致范围, 为探矿工程的布置提供了依据。通过异常查证, 发现金矿(化)体多条, 新增金潜在矿产资源837 kg[2], 找矿效果明显。

1 区域地质背景

明舒井南金矿床大地构造位置位于塔里木板块(Ⅰ)—敦煌微板块(Ⅱ)—磁海-红柳园-白山堂晚古生代陆内裂谷带(Ⅱ-3)(图1a), 成矿带处于古亚洲成矿域(Ⅰ-2) —天山-北山成矿省(Ⅱ) —敦煌成矿带(Ⅲ-2) —磁海-红柳园-白山堂铁铜铅金锑钨锡成矿亚带(Ⅳ-7) —古堡泉金-钨矿集区(Ⅴ)[3], 主要金矿床有明舒井南、 明舒井、 新金厂、 老金厂、 906、 红柳沟金矿床; 金矿点有新井铅金、 钻井沟、 金沟子金矿点; 钨矿点有珍石峰。 众多研究资料表明[4-9], 这些金矿(床)点主要的控矿因素为断裂构造或构造裂隙, 区域内变质碎屑岩、 火山岩、 侵入岩与金成矿关系密切, 矿床类型为石英脉型+破碎带蚀变岩型。其中明舒井南、 红柳沟、906金矿床与金成矿有利的地层均为下石炭统红柳园组(C1h), 岩性主要为变质碎屑岩、 基性火山岩, 其成矿地质背景相似, 近年来找矿效果也较为明显。

图1 明舒井南金矿区大地构造位置略图(a)及地质略图(b)(据陶超群等[10]修改)

根据方山口幅1∶20万水系沉积物组合样分析成果(表1), 采用X±3S剔除异值后的算术平均值(c0)与天山北山成矿带(即天山-北山成矿省)水系沉积物背景值[11]的比值为元素的富集系数(f0), 在敦煌岩群中强富集的元素有W, 富集系数f0为2.08; 富集的元素有Sn、 Au、 Pb, 1.4

表1 明舒井一带古元古代敦煌岩群、 石炭系微量元素富集系数

2 矿区地质特征

2.1 地层

2.2 构造

矿区断裂构造发育, 北西向F28、 F29、 F34断裂基本贯穿整个矿区, 与近东西向断裂F31, 北北西向断裂F30、 F32、 F33构成区内主要构造体系格架, 其北凸弧形压扭性区域深大断裂构造控制了区内地层、 岩浆岩及脉岩的分布, 受构造应力作用, 次一级断裂构造较发育, 已知金矿体延伸方向基本与北西向断裂走向一致。

2.3 侵入岩

2.4 脉岩

与岩浆期后热液活动有关的脉岩发育, 与金成矿有关的脉岩有辉绿岩脉(βμ)、 花岗岩脉(γ)、 花岗斑岩脉(γπ)、 云斜煌斑岩脉(χξχ)、 石英脉(q)等, 大部分属于华力西期产物, 脉岩在矿区的分布受区域及次级断裂构造控制, 多较为破碎。矿区内As、 Sb、 Ag、 Au、 W异常与这些脉岩关系密切, 既控制了异常的分布形态, 又与异常的强度关系密切, 金矿(化)体主要赋存于石英脉及构造破碎带内, 矿化蚀变以硅化、 强褐铁矿化为特征。

2.5 矿体

金矿体主要受断裂构造控制, 目前发现的金矿(化)体主要赋存于石炭系红柳园组火山碎屑岩构造破碎带蚀变岩及石英脉中,赋矿围岩主要为长石石英砂岩及粉砂质板岩,金的富集主要与构造应力的强弱及围岩脆韧性有关,对围岩的选择性不明显。

矿体在平面上呈舒缓波状, 膨缩现象明显, 在构造应力相同的情况下, 脆性岩破碎程度高, 热液渗透性好, 利于成矿; 矿体厚大部位构造活动强烈, 表现为碎裂岩化、 角砾岩化更加发育, 在构造转折部位或倾角变化处, 矿体厚度增大且品位变高, 断裂构造及裂隙是主要的控矿因素。

矿化蚀变有黄铁矿化、 黄钾铁钒化、 褐铁矿化; 围岩蚀变有硅化、 碳酸盐化、 绢云母化、 高岭土化。

金矿石工业类型为石英脉型+破碎带蚀变岩型。

金矿石中金属矿物主要为黄铁矿、 褐铁矿, 占金属矿物含量的90%以上, 少见纤铁矿、 银金矿及其他金属硫化物; 脉石矿物主要为石英、 长石、 绿泥石、 绢云母, 约占脉石矿物的85%, 次要矿物有方解石、 绿帘石、 粘土矿物等。

Ⅰ号金矿化带发育在灰绿色-黄褐色凝灰质砂岩层间断裂带内, 矿化带长1.7 km, 宽5～15 m, 圈定金矿体2条(Au品位≥1 g/t), 圈定2条金矿化体(0.5 g/t≤Au品位<1 g/t); Ⅱ号金矿化带发育在灰黑-黄褐色粉砂质板岩层间断裂带内, 矿化带断续长大于1.1 km, 宽2～15 m, 圈定金矿体2条, 矿化体2条(图1中金矿(化)体均放大表示)， 金潜在矿产资源164 kg[2, 10]。

3 微量元素地球化学特征

1∶10 000土壤测量测区面积32 km2, 处于甘肃北山荒漠戈壁残山丘林区, 网度100 m×40 m(Ⅰ、 Ⅱ 号金(矿)化带属前人工作成果区, 未布设样点), 采集样品7 911件, 每件样品为在采样点距1/3范围内采集3～4点组合而成, 采样物质为粒度及成分相差不大的残坡积物(岩屑), 采样粒级-4～+20目[12]。

以柳园地区1∶5万水系沉积物测量成果为依据, 选取矿区异常发育的成矿元素及指示元素[1]，分析了Au等13种元素, 分析方法： Au(泡沫塑料吸附)、 Mo、 W、 Pb用电感耦合等离子体质谱法; Ag、 Sn用泡垂直电极-发射光谱法; As、 Sb用氢化物发生-原子荧光光谱法; Mn、 Ni、 Cu、 Zn、 V用电感耦合等离子体发射光谱法。 数据分析精度符合土壤地球化学测量规范要求。

3.1 元素分异富集特征

采用X±3S剔除极值, 异常下限用Ca=C0+KS计算, 经反复比较, 最终确定置信度系数K值Au、 Ag、 As、 Sb、 Ni、 W取3, 其余元素取2, 并对计算结果取整数， 确定Ca值(表2)。

原始数据反映了元素在成岩、 成矿及其他内、 外生作用中多因素引起含量区域变异性的总和[13], 由原始数据计算的富集系数(元素含量算术均值/天山北山成矿带背景值)f1不小于2.23的元素有Sb、 As、 Ni、 Au、 V, 为强富集元素, 尤以Sb、 As元素强烈富集(f1>3.4)为特征; W、 Cu、 Zn、 Sn、 Mn、 Mo元素1.51≤f1≤1.90, 为富集元素; Ag、 Pb元素f1分别为1.22、 1.06, 属弱富集元素。元素富集特征表明矿区大部分元素在热液的迁移、 沉淀过程中都有不同程度的富集(表2上半部)。

表2 明舒井南矿区土壤测量元素地球化学参数

将X±3S剔除极值处理后数据的平均值当作背景值的估计值, 矿区除Pb、 Ag元素富集系数f2<1, 显示略有“亏损”外, 其余元素均为富集, 暗示矿区元素在成岩时期已有富集(表2下半部)。

f2>2的元素有Sb、 Ni、 V, 为强烈富集元素; Cu、 Zn元素f2值分别为1.63、 1.58, 属富集元素, 这与矿区玄武岩及早期北西向区域性深断裂活动密切相关, 能形成高背景异常;f2值在1.30～1.48间变化的元素有Mn、 As、 Sn、 Mo、 W、 Au, 为弱富集元素, 以亲氧元素为主, 多在酸性岩中相对富集, 与矿区发育的中酸性岩及脉岩有关, 也与北西向区域性深断裂有关。

原始数据变异系数(Cv1)和背景数据的变异系数(Cv2)反映两组数据集的离散程度, 而Cv1/Cv2的值则反映了背景拟合处理时对特高值、 特低值的削平程度, 离散程度大, 背景值高, 成矿潜力大[14-15]。矿区各元素Cv1/Cv2值均>1, 说明矿区各元素均有不同程度的热液叠加, 叠加程度较高的元素局部能形成强度高的异常或直接富集成矿, 其中Au、 W元素Cv1/Cv2≥5.24, 变异系数大, 高值数据多, 分异程度极强, 成矿可能性大; Pb、 As、 Sn、 Sb元素Cv1/Cv2值在2.74～3.20, 变异系数较大, 高值数据较多, 分异程度较强, 有可能形成高值异常或局部成矿; 其余元素Cv1/Cv2值在1.05～1.96, 分异程度较弱, 高强数据少, 有形成高背景异常的可能性。

3.2 R型因子分析

在IBM SPSS Statistics 19软件的“文件”菜单中打开数据, 在“分析→降维→因子分析”菜单下进行因子分析, 并在“描述统计”菜单栏勾选“KMO和Bartlett的球形度检验”, “抽取”菜单栏“方法”选“主成分”, “旋转”选“最大方差法”, 对输出结果观察, 未发现离群数据, 不进行元素剔除。经KMO和Bartlett方法对数据的相关性检验,KMO检验值为0.70, 按Kaiser给定的标准属适合, 概率P值为0(即p<0.05), 数据适合进行R型因子分析,F1～F4因子分别表达了矿区成岩成矿及构造地球化学场特征(表3)。

表3 R型因子分析旋转后成分矩阵

F1因子: Mn、 V、 Ni、 Cu、 Zn1, 由亲氧元素Mn、 V及亲铜元素Ni、 Cu、 Zn1组成, 这些元素一般在基性岩中较富集, 反映了下石炭统红柳园组上亚组一岩段海相基性火山喷溢相玄武岩有关的成岩地球化学场特征。

F2因子: Sb、 As、 Ag, 主要由低温亲铜元素组成, 该因子与矿区内断裂构造(区域性深断裂及次一级断裂)有关, 属热液活动中的前缘晕因子。

F3: Pb、 Zn、 Mo属中温、 高温元素组合, Pb、 Zn属中温亲铜元素, Mo属高温亲氧元素, 又具有一定的亲铜性, 属深源物质, 该因子即与矿区广泛分布的玄武岩有关, 也与矿区域性深大断裂有关。

F4: W、 Au、 Sn, W、 Sn属高温亲氧元素, 具有相似的地球化学性质, 与矿区内发育的酸性脉岩关系密切, Au属亲硫成矿元素, 与高温亲氧元素同属一个因子, 可能代表Au的成矿处于较高温或较深部的矿床中。

4 土壤地球化学异常特征

矿区内地球化学异常受控于地质背景, 亲铜元素Cu、 Pb、 Zn、 Ni异常主要发育在矿区的玄武岩中, 且Au异常在玄武岩中也很发育; 与构造、 岩脉有关的As、 Sb、 Ag、 Au、 W、 Mo异常主要分布于F29、 F34深断裂西南侧, 异常明显受区域性深大断裂及次一级断裂控制, 表现在北西向北凸弧形断裂带的东、 西两端异常的规模、 元素组合、 异常强度明显不同: ①西段以As、 Ag为主、 东段以W、 Au为主, 元素组合复杂; ②中段以Au、 Ag为主, 元素组合较简单; ③Sb异常贯穿于断裂带, 且以西段强度略高为特征; ④异常总体受北西向北凸弧形断裂控制, 沿北西向延伸, 局部受北北西向、 南北向次一级断裂影响, 异常浓集中心延伸方向多为北北西、 近南北向, 其特征和断裂与断裂复合构造地球化学异常形态[16-18]基本一致。

4.1 综合异常特征

依据综合异常分类原则[19], 结合矿区成矿地质背景, 圈定寻找Au矿有关甲1类综合异常2处, 乙1类综合异常1处。

据表4, 自西向东, 3个综合异常AuNADmax由0.26→2.59→5.38,NAPmax由0.22→2.22→4.96; WNADmax由0.31→0.34→2.13,NAPmax由0.16→0.31→1.68; AsNADmax由12.40→0.83→0.23,NAPmax由8.97→0.76→0.16; SbNADmax由2.24→0.51→1.64,NAPmax由1.56→0.23→0.94;NAD、NAP值变化W和Au变化趋势呈低→中→高, 其变化可能受控于后期热液活动中温度的影响, 也受控于酸性脉岩的发育程度; As呈现超高→中→低, As的变化偏向于受围岩中石英脉发育程度影响; Sb变化趋势呈高→中→高,其变化偏向于围岩中构造及裂隙发育程度影响。

表4 明舒井南金矿床HT1、 HT2、 HT3综合异常参数

据Au的NADmax、NAPmax值及3个综合异常的找矿意义由大到小排序依次为: HT3、 HT2、 HT1, 经异常查证, HT2、 HT3综合异常中均发现新的金矿(化)体。

据图2, HT1综合异常组合元素为Au、 Ag、 As、 Sb、 W。 其中： As异常受控于北西向流纹岩(λ)、 近东西向和北西向分布的石英脉; Sb异常既与流纹岩有关, 也与北北西向压扭性断裂有关, 异常总体延伸与流纹岩延伸方向一致, 异常内带延伸则与北北西向断裂方向基本一致, 构造叠加作用明显; Au、 W异常发育较弱, W与酸性岩脉有关, Au-1、 Au-5异常则与区内近东西向平行分布的石英脉(脉长约40 m)有关。

HT2综合异常组合元素为Au、 Ag、 Sb、 As、 W。 其中, Au、 Ag、 Sb异常走向近南北向, 异常发育在北凸形区域断裂的转折端, 矿区玄武岩向西南凹进, 与屑碎岩接触带平直呈近南北向分布, 推断此处发育有北北东向隐伏断裂, 异常浓集部位在北西向、 北北西向断裂的交汇部位, 部分石英脉呈“八”字形分布。

HT3综合异常组合元素是Au、 W、 As、 Sb、 Mo。 Sb异常主要与北西向断裂有关, 延伸方向与断裂走向一致; Mo异常只是一些点异常或高背景异常; W、 Au异常套合性较好, 异常延伸方向与花岗岩脉、 花岗斑岩脉延伸方向一致。

4.2 矿床剥蚀程度

矿床及区域上类似金矿床剥蚀程度研究尚属空白, 而矿床剥蚀深度的分析, 对深部找矿前景评价具有重要的意义, 对于以成矿元素作指示元素而圈定的地化异常是一种直接的找矿标志, 其不同级别的地化异常反映了成矿元素逐步的富集趋势, 在异常分带、 有关元素的比值变化等方面具有一定程度的反映[21], 利用矿区1∶10 000土壤测量成果, 采用Au/Ag、 (W+Mo)/(As+Sb)值指标研究矿床的剥蚀程度, 其理论依据是:

(1)各类岩屑地球化学采样介质中, 非指定岩性岩屑可以较好地反映基岩矿化, 异常与基岩矿化的对应关系较为稳定[22], 矿区地理地貌特征表明土壤测量采集样品基本为原地物理风化残坡积岩屑样品, 大致能代表原生晕样品性质, 可进行热液矿床剥蚀程度研究。

(2)矿物或岩石的Ag/Au值在指示矿物或岩石形成温度、 矿化富集地段和矿床剥蚀程度等方面具有独特的标型和标志意义[23]; 高Au/Ag值主要出现在较高温和较深部的矿床中, 低Au/Ag值则多出现在中深或地表附近形成的低温矿床中[24], 显然Au/Ag值的大小能作为矿床剥蚀程度的一个指标。

(3)李惠等[25]统计分析了中国58个典型金矿床后得出中国金矿床原生晕综合轴向分带序列为: B-I-As-Hg-F-Sb-Ba(矿体前缘晕及上部)-Pb-Ag-Au-Zn-Cu(矿体中部)-W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-V-Ti(矿体下部及尾晕), As、 Sb属矿体前缘晕, W、 Mo属矿体尾晕, (W+Mo)/(As+Sb)值也能反映矿床的剥蚀程度。

(4)经IBM SPSS Statistics 19双变量(Au/Ag、 (W+Mo)/(As+Sb))Pearson相关性分析, 在95%置信区, 相关系数为0.173, 显著性(单侧)为0.039, 在 0.05 水平(单侧)上显著相关, 说明两个变量代表的地球化学意义具有相似性, 能相互印证。

基于上述分析, 利用Au/Ag、 (W+Mo)/(As+Sb)值能大致定性判断矿区剥蚀程度, 其值越大, 表示剥蚀程度越高, 反之则剥蚀程度低。

矿区土壤地球化学异常在矿区的两端及中部其组分、 浓度分带明显不同, 显然与矿区剥蚀程度不同有关。异常浓集中心为热液活动强烈地段, 为此沿Ag-5、 Ag-6(西段)→Au-3(中段)→Au-29(东段)浓集中心位置沿线图切土壤采样点位置信手剖面A—A′(图1b), 采集样品数104个, 分别计算Au/Ag、 (W+Mo)/(As+Sb)值; 利用MapGIS作图功能, 将采样点位投影到合适位置105°方位直线上, 用投影点导出点位坐标, 计算出每个点在直线上的距离, 再投影绘制元素比值折线图(图3)。

据图3折线的起伏特征结合计算(W+Mo)/(As+Sb)、 Au/Ag算术均值分别为0.2、 0.023(按X±3S剔除异值), 大致在平均值1/2即0.14、 0.014位置(a线位置)为低剥蚀区(以头晕异常As、 Sb为主); 平均值(b线位置)为中剥蚀区(体现头晕的As异常强度减弱, 尾晕的W异常出现较弱异常);c线(平均值2倍)以上为高剥蚀区(体现尾晕的W异常强度较高), HT1综合异常区处于低剥蚀区, HT2、 HT3为中等剥蚀区, 未开展土壤测量工作范围推断为低剥蚀区向中剥蚀区的过渡区, 可大致确定矿区相对剥蚀程度, 但其结果作为剥蚀程度的定性-半定量评价[26], 对后续的找矿工作仍有一定的参考意义。

图3 矿床剥蚀程度示意图

4.3 异常查证

异常查证在HT2、 HT3综合异常区进行, 查证手段有岩石地球化学综合剖面、 探槽揭露和钻探工程深部验证。

表5 明舒井南金矿床各地层及其中的脉岩、 石英脉Au元素地球化学参数

原生晕分异富集特征表明, 矿区下石炭统红柳园组碎屑岩、 玄武岩为Au的富集提供了部分物质来源; 地层中受深大断裂控制的酸性脉岩、 火山岩提供了部分Au的物质来源, 也提供了热液运移的能量, Au成矿具有明显的多源多期热液叠加特征。

玄武岩(β)中石英脉的Au平均含量为95.1, 最高达374×10-9, 且这种石英脉赋存于玄武岩中侵入的花岗岩脉中, 当花岗岩脉中石英脉不发育时, 其金含量则在0.x×10-9变化, 地表玄武岩中石英脉及花岗岩脉不甚发育, 采集的数据少, 但也能说明玄武岩中的含金石英脉中Au的富集与后期酸性岩浆热液关系密切, 找金的最佳位置为裂隙发育、 硅化较强的地段, 推断深部酸性脉岩发育地段具一定的找金潜力。

HT3综合异常产于玄武岩中的Au-28异常, 碎屑岩中的Au-29异常, 均位于Au强烈富集、 变异程度高的地质背景中, Au的富集与热液活动密切相关, 异常内断裂发育、 脉岩出露地段为找Au的主要地段。

HT2综合异常区通过槽探揭露, 获得金矿化体6条, 走向延伸37～210 m, 平均品位0.57～0.91 g/t, 最大为1.61 g/t, 平均真厚0.63～2.31 m, 矿化体呈单脉状、 透镜状。

HT3综合异常区通过槽探揭露, 钻孔深部验证, 获得金矿体5条, 金矿化体8条, 金矿体走向延伸80～590 m, 平均品位1.01～1.48 g/t, 平均真厚0.96～2.79 m, 矿体呈复脉状或单脉状; 金矿化体8条, 走向延伸40～430 m, 平均品位0.56～0.90 g/t, 最大为1.13 g/t(平均真厚为0.50 m), 平均真厚0.66～1.12 m。

矿体形态呈单脉状、 复脉状, 围岩为粉砂质板岩, 矿化蚀变主要为褐铁矿化、 硅化、 碳酸盐化, 矿化分布较均匀, 连续性较好。

经异常查证, 采用最低边界品位1 g/t圈定Au矿体, 新增金潜在矿产资源837 kg[2], 累计估算金潜在矿产资源1 001 kg, 找矿效果明显。

5 找矿潜力

(1)矿区在区域上属于磁海-红柳园-白山堂铁铜铅金锑钨锡成矿亚带(Ⅳ-7) —古堡泉金钨矿集区(Ⅴ), 具有形成金矿的良好地质背景条件。

(2)矿区下石炭统红柳园组在区域上是Au高背景地层, 1∶10 000土壤测量成果Au富集系数f1达2.40, 变异系数Cv达4.71; 原生晕剖面Au富集系数f>2.5, 变异系数Cv>3.22, Au具有强富集强分异的地球化学特征。 赋矿围岩主要为长石石英砂岩及粉砂质板岩, 金的富集主要与构造应力的强弱及围岩脆韧性有关, 金富集在断裂构造、 脆性构造发育地段, 在构造转折部位或倾角变化处, 构造活动强烈、 频繁, 是寻找金矿的有利位置。

(3)土壤地球化学综合异常HT2、 HT3经异常查证属矿致异常, Au异常浓集中心明显, 浓度梯度高, 组合元素套合性好, 异常标准化规模及面金属量值高, 经异常查证, 矿床金潜在矿产资源大幅提高。

(4)Au/Ag、 (W+Mo)/(As+Sb)值及异常分布特征分析, 矿区处于低-中剥蚀区, 主矿体极有可能在深部, 找矿前景良好。

(5)已发现的金矿体控制程度低, 多数金矿化体未进行深部工程验证, 具有深部找矿的潜力; 位于低剥蚀地段的HT1综合异常区Au异常标准化规模、 面金属量均不大于0.26, 但As、 Sb、 Ag指示元素异常套合性好, 浓集中心明显, 异常形态与地质背景吻合好, 推断为矿致异常, 具有进一步开展异常查证的潜力。

6 结 论

(1)矿区金成矿主要与断裂构造发育程度有关, 对围岩的选择性不明显(与围岩的脆韧性有关, 表现在矿化强度上有所不同), 金矿类型为石英脉型+破碎带蚀变岩型, 成矿物质Au即来源于地层又来源于深部(构造及热液活动, 矿区表现为脉岩或破碎蚀变带), 金富集成矿具多源多期特征。

(2)与构造、 脉岩有关的Au、 As、 Sb、 Ag、 W、 Mo异常特征和断裂与断裂复合构造地球化学异常形态基本一致, 表明异常主要与断裂构造有关, 也与围岩中裂隙的发育程度有关, 构造应力强则裂隙发育, 利于热液的运移和富集成矿。

(3)通过研究1∶10 000土壤地球化学测量成果元素的富集变异特征及R型因子分析组合元素的地球化学意义, 对圈定的单元素异常和综合异常统计地球化学参数, 结合地质背景对化探异常快速评价, 总结其找矿意义; 对评价的综合异常采用地化综合剖面, 地表及深部工程验证, 新发现金矿(化)体多条, 实现了找矿突破, 充分证实土壤地球化学测量在甘肃北山干旱荒漠戈壁残山区进行地质找矿是一种快速、 经济、 有效的找矿方法, 也说明化探找矿效果越来越显著。