青海省黑柱山地区地球化学特征及找矿潜力分析

张 伟，刘 铭

(山东省鲁南地质工程勘察院 山东省地勘局第二地质大队，山东 兖州 272100)

东昆仑地区是我国中央造山带西侧重要的组成部分，无论是基础地质还是矿产研究，都受到国内外学者的广泛关注。黑柱山地区位于东昆仑祁漫塔格—都兰华力西期铁、钴、铜、铅、锌、锡、硅灰石(锑、铋)成矿带(Ⅲ11)—乌兰乌珠尔华力西期铜(锡)成矿亚带(Ⅳ15)，成矿地质条件优越[1-5]。区域内共发现铁、多金属矿床和矿点20余处，矿种有铜、铅、锌、金、钴、铋、镍、铁等。其中中型矿床3处(肯德可克、野马泉、尕林格)，小型矿床5处(五一河、冬巴、虎头崖、乌兰乌珠尔、景忍)，已提交铁矿储量近1.3亿t，铅锌储量30万t，并伴生一定量铜与金[6-9]。前人对研究区矿体地质特征、成矿地质条件、区域地质背景开展了大量的研究工作[10-11]，认为矿体的形成集中在印支期，成矿温度为中低温成矿，矿体多受NW、NWW向断裂构造的控制。水系沉积物地球化学勘查是通过研究矿区所在范围内的水系沉积物中某些与成矿相关的元素分布、富集和变化规律，圈定与区域内与成矿作用相关的元素异常来进行成矿重点区域的划分，指导区域找矿的研究工作[9]。本文通过对黑柱山地区开展1∶25 000水系沉积物测量研究，运用因子分析和R型聚类分析等数理统计方法，对区内成矿元素地球化学特征及异常元素特征进行分析评价，圈定成矿预测靶区，为区域找矿工作指明方向。

1 区域地质背景

研究区位于华北板块祁漫塔格山北坡—夏日哈新元古代—早古代岩浆弧带(Ⅰ9-2)。属秦祁昆地层区，柴达木南缘分区[11]；区内出露地层较为简单，主要有古元古界、寒武—奥陶系、泥盆系、石炭系、古近系及第四系地层。区域内构造复杂，总体表现为NW-NWW向断裂构造，控制着区内岩浆岩及地层的分布特点。区内岩浆活动频繁，同时经历了多期次的岩浆活动，主要为加里东期、华里西期、印支期、燕山期等构造—岩浆旋回[11]。区域内岩浆作用为侵入、喷出2种形式，岩浆岩从基性到中酸性均有出露。侵入岩主要出露于祁漫塔格一带，主体分布于乌兰乌珠尔侵入岩复式岩基中，展布方向呈NWW向，岩性为超基性岩—酸性岩，以酸性岩为主，分加里东期、华力西期、印支—燕山期3个岩浆旋回。岩性主要为加里东期花岗闪长岩—二长花岗岩，华力西期正长花岗岩、印支期二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩及燕山期正长花岗岩、正长花岗斑岩，呈岩基产出，主要分布在笔架山南缘至黑山沟一带。喷出岩为寒武—奥陶系滩间山群主要的组成部分，以中—基性火山熔岩为主，喷出时代主要为寒武—奥陶系滩间山群和上泥盆统。各期活动强度及喷发延续时间不同，喷发环境各异。岩石类型较复杂，主要为玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、凝灰岩等。

2 矿区地质特征

矿区主要出露上泥盆统黑山沟组和奥陶—志留系滩涧山群地层(图1)。

图1 黑柱山地区铅锌重晶石矿床地质Fig.1 Geological sketch of lead zinc barite deposit in Heizhushan area

其中上泥盆统黑山沟组地层主要呈NWW向带状展布，底部与奥陶—志留系滩涧山群呈角度不整合或断层接触。主要岩性为灰色—灰绿色板岩、灰紫色复成分砾岩、灰紫色火山角砾岩、灰绿色安山岩、灰褐色硅质岩等。奥陶—志留系滩涧山群地层呈NWW向带状展布。顶部与上泥盆统黑山沟组呈角度不整合或断层接触。由一套灰褐色厚层块状硅质岩和灰绿色杏仁状安山岩，夹少量灰绿杏仁状蚀变玄武岩、绿泥石化蚀变凝灰岩夹有少量火山角砾岩组成。区内断裂构造较发育，构造线呈NWW向展布，受区域性大断裂祁漫塔格主脊断裂控制。矿区内断层构造主要为祁漫塔格主脊断裂的两条次级断裂红垭豁断裂(F3)和黑柱山断裂(F5)，另发育NW向断裂F4，岩石片理化较强，裂隙发育，局部有褐铁矿化蚀变。其中黑柱山断裂位于祁漫塔格北坡的黑柱山一带，呈NWW向展布。地貌上呈切割山脊的线性沟谷、对头沟、负地形，断带内碎裂岩、断层角砾岩均较发育。岩石较破碎，可见少量的石英脉体，脉体表面呈现强烈的氧化现象；断裂宽1～25 m，出露长度大于5 km。石英脉及岩层因构造作用而发生轻微褶皱；断带两侧发育强劈理化带、构造透镜体等，为一具多期次构造活动，并且构造层次由深变浅的复合断裂。其控制了上泥盆统黑山沟组的分布。推测该断裂为区域主断裂所延伸的次级断裂，主断面以南南西倾为主，倾角较陡(40°～80°)。为一南盘上升的逆断层。F5断裂与成矿关系密切，研究区发现的Ⅱ号铅锌银重晶石矿体的分布(走向)与该构造线基本一致，为本区主要控岩、控矿构造。

区内岩浆岩主要分布于矿区NE部，岩性主要为加里东期二长花岗岩体和华力西期闪长岩体。侵入岩(体)受红垭豁断裂(F3)控制，呈带状岩株产出，展布方向总体为北西西向。侵入体平面形态为不规则带状。区内火山岩发育，在奥陶—志留系滩间山群和上泥盆统黑山沟组中均有大面积出露。岩性为安山岩、玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩。

3 水系沉积物地球化学特征

3.1 样品采集及测试分析

研究区主要为高寒山地地貌，海拔在+3 920～+5 035 m，相对高差大于1 000 m，地形切割剧烈，沟谷极为发育。矿区南部极为陡峭，行人进入困难。1∶2.5万水系沉积物测量实际采样面积为16.63 km2，采集有效样品312件，平均采样密度为18.76件/km2。采样点主要分布于所有长度超过200 m的一级水系、二级水系中，三级水系不采集样品。采样位置按规范布设，位于有利于砂砾质沉积及各种粒级混杂堆积的现代河流河床底部，或活动性流水线附近、间歇性或季节性流水的河道底部或主河道上。采样物质以细砂等颗粒物质为主，采样点位附近20 m范围内多点采集后组合为1个样品。样品粒级为-4～+20目，过筛后样品质量不少于300 g。所有样品经晒干、过筛后采用泡沫吸附石墨炉原子吸收法、交流电弧—发射光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光光谱法等对Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Hg、Mn、Ba等元素进行定量分析。

3.2 地球化学参数特征

根据研究区地球化学参数特征(表1)可知：①根据区内元素分布特征，按富集系数≥2.5为强富集，2.5～1.2为富集元素，1.2～0.8为背景元素，<0.8为贫化元素，Mn、Cu、Zn、Ag、Ba、Pb为富集元素，Hg为背景元素，Au为贫化元素。②叠加系数(初始平均值与剔除了异常点后平均值相比)显示，Ag很高，叠加系数达2.54，Hg叠加系数达2.4，Pb较高，叠加系数达1.78，Cu叠加系数达1.24，Ba叠加系数达1.21，说明Ag、Hg、Pb、Cu、Ba存在后期叠加作用，成矿可能性大。③元素变异系数反映元素含量的离散程度，变异系数越大，则元素分布越不均匀，异常越明显，对成矿越有利[12]。区内水系沉积物中Hg、Ag、Pb变异系数大，表明Hg、Ag、Pb元素含量分布极不均匀。其他元素变化系数较小，表明这些元素含量分布较均匀。

表1 元素地球化学特征Tab.1 Geochemical characteristics of elements

3.3 元素组合分析

(1)因子分析方法。因子分析方法可以将具错综复杂关系元素的原始变量归结为少数几个综合因子[14]。为研究各元素间相关性特征、确定主成矿元素组合[15]，对测试的8种元素开展因子分析研究。根据研究区水系沉积物测试数据因子分析特征参数统计(表2)可知：区中F1主因子元素为Pb、Ag、Hg、Zn、Ba，为主矿化因子，反映工作区存在铅锌银重晶石矿化；F2主因子元素为Cu、Mn，为次矿化因子，反映工作区存在铜矿化作用。

表2 因子分析特征参数统计Tab.2 Statistics of characteristic parameters of factor analysis

(2)R型聚类分析方法。因元素之间的相关性存在错综复杂的关系，无法对划分元素组合提供科学依据。因此文章通过R型聚类分析对样品数据进行分析，研究水系沉积物中不同元素之间的地球化学特征。地质体内的元素组合特征直接反映了元素亲和性，不同的元素组合指示了不同的地球化学信息，且与对应的地质环境及成矿作用相关[16]。从地球化学谱系图(图2)中可以看出，截取距离系数为0.5时，全区元素可以分为4个组合：①Ag、Hg、Pb、Zn、Ba；②Cu；③Mn；④Au。其中，Ag、Hg、Pb、Zn、Ba组合特征明显，为中低温元素组合族群[17]，这与研究区的断裂构造及中基性岩浆活动关系密切，反映了研究区内铅锌银钡多金属成矿作用及中基性岩浆活动。其余3组均表现为单元素组合特征，这与研究区发现的Cu、Mn、Au矿化点相吻合。

图2 R型聚类分析树状Fig.2 R-type cluster analysis tree

4 地球化学综合异常

4.1 综合异常的圈定

通过求取的单元素异常下限值绘制单元素异常图，将各元素异常叠合于地质矿产图中，将具有一定面积和强度，空间上密切相伴、具有同种地质背景的所有元素的异常划分为一个综合异常区，异常区内所有异常元素的集合称为该异常的元素组合[18]。勾绘时选择性剔除了成矿地质条件差、异常元素组合差的单点异常，根据成矿地质条件对个别分布面积较大的综合异常薄弱连接处进行人工分割处理。据此最终圈出主成矿元素7个综合异常(图3)，其中AS2、AS4综合异常区最具找矿潜力。

图3 黑柱山地区水系沉积物综合异常分布Fig.3 Comprehensive anomaly distribution map of stream sediment in Heizhushan area

4.2 AS2、AS4综合异常特征

(1)AS2综合异常。异常位于工作区西部边缘奥陶—志留系滩间山群地层中。异常主要呈面状分布，面积0.5 km2，西部未封闭(图4)。异常元素组合简单，主要元素Ba、Zn，次要元素Mn，异常特征参数见表3。Ba元素异常面积大、强度高，连续出现4个大于2 000×10-6的高值点，Zn、Mn元素异常面积较小、强度不高，均为一级浓度带，异常特征参数见表3。该异常面积较大，Ba、Zn元素异常吻合较好，Ba元素异常面积大、强度高，具有较好的找重晶石矿前景。该异常区通过进一步开展1∶5 000岩石地化剖面测量及地质测量，发现石英重晶石脉，矿体赋存于奥陶—志留系滩涧山群b岩性段火山角砾岩中。矿体局部出露于地表，第四系覆盖严重，经取样分析，BaSO4品位可达59.92%。结合该异常区地质特征，推测该异常区具有寻找微裂隙中低温热液型石英重晶石矿体[19]的前景。

图4 AS2综合异常剖析Fig.4 AS2 comprehensive anomaly analysis chart

表3 AS2异常特征参数Tab.3 AS2 abnormal characteristic parameters

(2)AS4综合异常。异常位于工作区中部，F5断裂以北上泥盆统黑山沟组地层中，异常面积0.7 km2。异常区内有已知铅锌银重晶石矿体(Ⅱ-1)，异常与矿体重合较好。异常元素组合复杂，主要元素Hg、Ag、Pb，次要元素Zn、Ba、Cu、Au，异常特征参数见表4。异常强度极高，分带明显，Hg、Ag、Pb、Zn、Ba、Cu元素均有3级浓度带，Ba有6个含量大于2 000×10-6的异常点出现；Pb、Zn有5个含量大于500×10-6的异常点出现，Ag衬值20.61，有3个含量大于5×10-6的异常点出现，Hg衬值22.27，最高值1.52×10-6。通过以往地质工作发现铅锌银重晶石矿体，位于矿区中部AS4水系沉积物异常区(图1、图3)，编号为Ⅱ-1号矿体，矿体由多个探槽和钻孔控制，Ⅱ号矿体矿区控制长度为500 m，矿体沿走向地表断续出现，矿体真厚度0.72～28.57 m，平均真厚度12.79 m，矿体厚度变化系数85.83%，矿体出露标高+4 265～+4 168 m，倾向198°～203°，倾角51°～73°。矿体平均品位BaSO4为57.93%，Pb为1.97%，Zn为1.70%，Ag为43.67×10-6(图5)；铅品位变化系数为39.86%，锌品位变化系数为38.87%。

图5 AS4综合异常剖析Fig.5 AS4 comprehensive anomaly analysis chart

表4 AS4异常特征参数Tab.4 AS4 abnormal characteristic parameters

综合分析认为，该异常元素组合复杂，强度极高、总体呈锤形分布，其南部呈NWW向分布，与已知铅锌银重晶石矿体吻合，由已知矿体引起；北部异常沿水系呈NNE向分布，推测除去受其已知铅锌银重晶石矿体影响外，可能找到新的铅锌银重晶石矿体或可扩大远景储量。

5 成矿条件及找矿远景

5.1 构造背景

地质构造演化背景与区域成矿具有极为密切的关系，特殊的构造背景下产出特定的矿床类型，因此需要在矿区所在区域大的背景下来认识矿床的成因特点。黑柱山地区大地构造位置位于华北板块祁漫塔格山北坡—夏日哈新远古代—早古生代岩浆弧带。在漫长的地质演化过程中，该区经历了早元古代古陆形成、中元古代古陆裂解及拼合、早古生代(加里东期)裂解及造山、晚古生代—早中生代(晚华力西—印支期)裂解造山和晚中生代—新生代叠复造山5个构造旋回[20]。在加里东运动之前，柴达木地块南缘昆北、昆中带的位置尚未分化成现今的南北构造格局，两者同属柴达木地块南缘[21]。其经历前寒武系地台的形成、古陆裂解—聚合(图6(a))。加里东期柴达木盆地南缘大洋进入原特提斯洋阶段，整个构造演化进入重要的转折期，此时柴达木南缘已经演化成活动陆缘，形成了相应的构造和岩浆活动(图6(b))。

图6 早元古代—早古生代东昆仑构造演化模式Fig.6 Early proterozoic early paleozoic tectonic evolution model map of East Kunlun

研究区所在的祁漫塔格地区在加里东期后形成沟—弧—弧后盆地的构造格局[22](图7)。这种独特的沟—弧—盆构造格局为成矿提供了良好的成矿环境，古老地块边缘处壳幔作用最活跃，能量交换积极频繁，成矿流体广泛交换频繁活动，Pb、Zn、Ag、Cu、Ba成矿物质活化、迁移和富集，为研究区铅锌钡矿床的形成提供有利的条件。

图7 志留系东昆仑地区沟—弧—盆体系模式Fig.7 Model map of trench arc basin system in Silurian East Kunlun area

5.2 成矿条件

(1)岩浆活动。受加里东期昆仑洋向北部俯冲的作用，岩浆活动强烈，在早古生代形成一套灰褐色厚层块状硅质岩和灰绿色中基性火山碎屑岩，夹少量杏仁状玄武岩和灰、灰绿色板状凝灰岩的火山—沉积建造，即滩间山群。泥盆纪该区主要以岛弧和弧后盆地的构造环境为主，晚泥盆世在岛弧火山作用下形成了一套中基性火山碎屑岩、蚀变安山岩、夹凝灰质板岩、火山角砾岩的喷溢—正常沉积建造。加里东期岩浆活动为成矿流体提供了主要物质来源。

(2)构造条件。由于该期仍受到南部昆仑洋的俯冲挤压，研究区内断裂构造及裂隙发育，区内石英脉普遍发育，表明这些断裂构造及裂隙为含矿热液的运移和沉淀提供有利的通道，可以作为含矿及导矿构造。

5.3 找矿远景

地球化学数据在圈定靶区和寻找矿床方面一直发挥着重要作用[23]。水系沉积物作为一种重要的地球化学数据，被广泛用于揭示与金属矿化有关的地质与地球化学信息[24-26]。实践表明，1∶2.5万水系沉积物测量与异常查证是快速圈定找矿靶区和实现找矿突破的重要手段。根据区内1∶2.5万水系沉积物测量，研究区内共圈定主成矿元素7个综合异常(图3)，通过矿产检查，在AS2发现石英重晶石脉，矿体赋存于奥陶—志留系滩涧山群b岩性段火山角砾岩中，BaSO4品位可达59.92%。结合该异常区地质特征，推测该异常区具有进一步寻找微裂隙中低温热液型石英重晶石矿体的前景。AS4异常强度极高，分带明显，Hg、Ag、Pb、Zn、Ba、Cu元素均有3级浓度带，Ba有6个含量大于2 000×10-6的异常点出现；Pb、Zn有5个含量大于500×10-6的异常点出现。通过工程控制发现了Ⅱ-1铅锌银重晶石矿体，证实该异常为矿致异常，并且北部异常沿水系呈北北东向分布，推测除去受其已知铅锌银重晶石矿体影响外，仍可能找到新的铅锌银重晶石矿体或可扩大远景储量。结合区域构造背景、成矿条件、资源潜力大小等因素，认为水系沉积物测量圈定的AS2、AS4异常区具有较好的找矿前景。其中AS2异常区石英重晶石脉的发现，为研究区寻找微裂隙中低温热液型石英重晶石矿床提供了新的找矿方向。

6 结论

(1)对研究区8种元素测试数据开展因子分析及R型聚类分析研究，将区内元素分为4个组合，其中Ag、Hg、Pb、Zn、Ba组合特征明显，显示为中低温热液元素组合特征，为区内寻找铅锌银重晶石矿床指明了方向。

(2)研究区AS2异常区发现了石英重晶石脉，为研究区寻找微裂隙中低温热液型石英重晶石矿床提供了新的找矿方向。

(3)根据区内的元素异常特征及分布规律，结合已知矿产分布和成矿地质特征，圈定找矿靶区2处，为下一步找矿工作指明了方向。