新疆北山白山地区地球化学特征及找矿远景预测

李文明，刘拓，孙吉明，杨博，谢燮，尤敏鑫，杜辉，赵禹

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

北山地区横跨内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、甘肃省3个省区，位于阿尔泰山、东天山、阿尔金山3大山系的交汇区域。在漫长的地质演化历史时期中，由于经历多期地质构造演变和多时段岩浆活动，具有较好的成矿条件和成矿，发现了大量的矿产地(杨合群等，2006,2008,2012；姜寒冰等，2015)。若羌白山地区属于中坡山-红十井(裂谷系)铜-镍-金-铁-锰-铅-锌成矿带，矿带内已发现金、铜、镍、铁、锰、钨、钠硝石、石盐、芒硝等9种矿产，但以金、铜、镍、石盐、芒硝、钠硝石为主，包括坡一超大型镍矿床，是进一步找矿的良好潜力地区①。研究区位于罗布泊东北缘，属于干旱荒漠戈壁残山景观区，地势平缓开阔，水系不太发育，残坡积物、冲积物厚度较小，基岩覆盖较浅，是开展土壤地球化学测量的较理想场所(刘珊等，2016；段星星等，2019；王乔木等，2021；HE,et al.,2021)。笔者在1∶5万土壤地球化学测量的基础上，对研究区成矿元素地球化学特征、元素组合类型和异常空间分布特征进行了规律总结，优选了成矿远景区，探讨了本地区找矿潜力和找矿方向。

①李文明,孙吉明,谢燮,等.新疆若羌白山地区矿产地质调查成果报告.西安：西安地质调查中心,2019。

1 地质特征

研究区位于北山裂谷构造带，构造带界于罗布泊-疏勒河断裂带和车尔臣-星星峡断裂带之间，是发育在塔里木陆壳板块和敦煌地块之间的一个构造活动带，主要由堆积巨厚的古生代地层和支离破碎的前寒武纪微型陆块组成，构造带内构造线多呈北东东向，褶皱构造和断裂构造均较发育①。区内断裂以北东东向白山韧性大断裂为主，近东西向及南北向断裂也较为发育，褶皱样式复杂多样，以多期次构造叠加褶皱为主。研究区出露地层由老至新主要为古元古界敦煌岩群、中元古界长城系古硐井岩群、下石炭统红柳园组、上石炭统石板山组和干泉组、下二叠统红柳河组中性火山岩-火山碎屑岩-碎屑岩建造，第四系更新统山前冲洪积扇砂砾、砾石、碎石层，全新统现代冲积砂、砾石层等。区内广泛分布岩浆岩，岩浆活动以石炭—二叠纪为主，含有少量的古元古代及早古生代岩浆活动。

2 工作方法与测试分析

土壤测量工作严格按照地球化学普查规范执行(国土资源部，2015)，研究区面积为750 km2，其中基岩出露区约为730 km2,中新生代地层覆盖区约为20 km2。采集样品为土壤样品，采样时采用多点结合方式，以主采样坑为中心，采集20～30 m内多点采样混合，增强代表性，粒级为-4～+20目。按照新疆北山地区的气候和景观特点，采样物质一般多为干样，由于区内土壤样品盐碱较大(段星星等，2019)，需在野外对样品进行初步去碱加工过筛，室内进一步除碱过筛。本次工作共采集土壤样品6 276件，采样密度为8.37个/ km2，重复样153件。

样品分析测试工作在西安地质调查中心实验测试中心完成，测定Au、Ag、Cu、Ni、Cr、Co、Fe、Mn共16种元素，样品报出率、标样监控合格率、密码抽查合格率、外检样合格率等分析测试符合规范要求，满足分析质量要求。

3 地球化学特征

3.1 元素地球化学参数

笔者对区内6 123件样品(去除重复样)的测试数据进行了分析研究，利用元素平均值(X)、最大值(Xmax)、标准离差(S)、变化系数(Cv)、浓集卡拉克值(K)等参数讨论土壤地球化学特征和规律(表1)。从表1可以看出，指示元素相对背景含量与地壳(岩石)丰度比较，其浓集克拉克值大于1的有As、Sb、Bi、Cr、Mn，表明研究区大多指示元素浓集克拉值(K)小于1。因研究区位于罗布泊东北缘的新疆北山，土壤中含碱量较大，加之地球化学景观环境为荒漠干旱区，物理风化占优势，所采样品以岩屑为主，所以K值小于1，表明指示元素背景平均值接近基岩的背景平均值。

变化系数反映元素变异程度，其值越大说明元素在地质体中不均匀分配越强，找矿潜力越高。根据元素在不同地质单元中的分配特征，按变化系数(Cv)分为很不均匀元素(Cv>1.5)、不均匀元素(1≤Cv≤1.5)和均匀元素(Cv<1)；按浓度克拉克值(K)分为富集元素(K>1)、稳定元素(0.9≤K≤1)和贫化元素(K<0.9)。

根据上述分析，区内元素的分布特征为：①研究区元素的变化系数为0.38～2.41，元素变化系数最大为Bi，变化系数大于1的有Ni、Au、As、Sb、Bi、W、Mo，表明这些元素分散、富集程度较高，具有富集成矿的潜力；部分元素变化系数小于0.5，为弱分异或不具分异元素，相对而言在研究区内不利于元素富集。②对比研究区主要地质单元元素的分布特征如下：古元古代敦煌岩群分布于工区中西部，其变化系数Cv>1.5的元素有As、Bi、W、Mo，该组地层中富集元素为：Bi(2.10)、Sb(1.26)、Cr(1.38)、Mn(1.20)、Ag(1.01)，应该注意在不整合接触带、侵入于地层中的各类岩脉、岩体及地层和岩体的接触带附近寻找找矿线索；晚石炭世干泉组分布于工区北部，少量见于中西部的北山断裂附近，该地层中变化系数Cv>1.5的元素有Au、Sb、Hg，富集元素为As(3.48)、Sb(1.32)，在该地层中注意As、Sb等低温热液元素成矿可能；晚石炭橄榄辉长岩主要分布于工区中东部，部分以脉体形式出露，橄榄辉长岩中变化系数Cv>1.5的元素仅有Ni(1.94)，富集元素为Bi(1.21)、Cu(1.0)、Co(1.07)、Cr(2.62)、Ni(1.57)，该岩体着重注意寻找基性-超基性相关的岩浆铜镍硫化物矿床。③Cu和Ni的异常最大值分别为1 473×10-6和1 434×10-6，Cu和Ni在研究区有矿化显示，已发现矿化线索。综合以上特征，结合区域地质背景、物探特征、成矿条件等，可见Cu、Ni、Au、W、Mn等元素为研究区主要成矿元素。

表1 白山地区元素地球化学参数表Tab.1 Geochemical parameters of soil in Baishan area

3.2 元素聚类分析

采用R型聚类分析对区内土壤中的元素进行研究，得到元素之间相关程度，所获谱系见图1。图1清晰地反映出测区指示元素分类组合的基本规律，在0.1的相似水平上，指示元素分3大类。

图1 R型聚类分析谱系图Fig.1 R Cluster analysis pedigree

第一类：Au、As、Sb。反映了测区的与中低温热液或热水沉积有关的成矿元素组合，组合为较典型的成金成晕组合。

第二类：Cr、Co、Ni、Cu。与区内分布的基性-超基性岩之专属性有关，岩性控制了这些铁族元素的密切组合关系，在0.7相似水平上的Cr、Co、Ni组合及0.5相似水平上的Cu、Zn、Mo基本与基性-超基岩之特征有关，但已有高温热液因素的影响。

第三类：Ag、Sn、Pb、W、Bi等。比较复杂，但多与岩浆作用有关，表现出中-高温热液组合的特征。

3.3 单元素异常特征

根据选定的主成矿元素及各元素的地球化学特征，共圈定单元素异常611个，圈定综合地球化学异常12处，其中甲类异常2处，乙类异常3处。Cu、Ni元素异常具有三级浓度分带，规模较大，成矿地质条件有利。

3.3.1 Cu异常

研究区Cu异常主要沿北东向的白山断裂呈带状分布，其中具Cu找矿远景的异常5处(表2)。①Cu异常集中区主要分布于研究区中部基性-超基性岩出露的区域，与磁异常套合较好，Cu元素异常强度较高、规模较大。如Cu48异常，面积为1.7 km2，几何均值为107.7×10-6，衬度为2.5，是清晰度比较高的Cu异常，最高Cu含量达1 473.0×10-6，地表见有孔雀石化现象，通过进一步工作圈定了铜镍矿化体。②Cu部分地球化学异常分布于研究区东北部，其Cu异常可能与石炭系火山岩引起，其分布较为分散，规模较小。

表2 Cu异常的主要特征表Tab.2 Main features of Cu anomaly

3.3.2 Ni异常

Ni异常主要集中在研究区中部，具有Ni找矿远景的异常4处(表3)。研究区的Ni地球化学异常均分布于磁异常带，中部指示元素异常也是规模最大，强度最高，主要与出露地表的基性-超基性岩相关，地表岩体分异较好地段Ni元素异常强度高、规模大。如Ni21异常，面积达15.3 km2，几何均值为202.86×10-6，衬度为2.76，异常清晰度比较高，最高Ni含量达1 434.0×10-6。地表见有镍化，通过槽探工程圈定了镍矿体。Ni33异常面积为0.89 km2，几何均值为389.67×10-6，衬度为5.29，Ni最高含量为1 120.0×10-6。

表3 Ni异常的主要特征表Tab.3 Main features of Ni anomaly

4 找矿远景区的划分

在1∶5万土壤地球化学测量成果的基础上，结合研究区已知矿产及其分布规律、成(控)矿地质条件、成矿规律和找矿标志，划分出白山断裂南铜镍找矿远景区、白山断裂东铜镍找矿远景区、淤泥河南金多金属成矿远景区和小独山南金多金属矿找矿远景区，并进一步圈定白山断裂南铜镍找矿靶区和白山断裂东铜镍找矿靶区。根据找矿成果，本次优选白山断裂南和白山断裂东铜镍找矿远景区进行介绍。

4.1 白山断裂南铜镍找矿远景区

远景区位于研究区西南部，面积约为9 km2。区内见有基性-超基性岩体露头，露头较小，零星分布，主要岩相有辉长岩相、橄榄辉长岩相及辉石岩相。区内地层主要为敦煌岩群第一岩性段和第二岩性段。主要岩石组合为黑云斜长片麻岩、黑云石英片岩、斜长角闪片岩和斜长角闪岩，局部见有石英岩出露。

远景区主要由Hy-11(甲)综合异常组成，Cu、Ni、Co元素形态较为规则，且异常套合较好，异常面积约为1.1 km2。Cu、 Ni元素均具内中外带，Ni异常极值为1 120.0×106,Cu异常极值为1 473.0×106。

进行异常检查时，在地表高值点采样坑中发现褐铁矿化、孔雀石化和黄钾铁矾化，其位于一蚀变破碎带中。经工程验证，在辉石岩、长英质角岩层理面及构造破碎带中圈定隐伏铜镍矿体1条，呈似层状产出；矿体视厚度为32.95 m，Ni品位为0.20%～10.99%，平均品位为1.84%；Cu品位为0.21%～4.19%，平均品位为0.93%；矿石为浸染状、贯入型脉状和块状矿石，矿石中主要金属硫化物以黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿等为主，矿体顶、底板围岩均为长英质角岩。

远景区内经槽探工程控制圈定1处镁铁-超镁铁岩体，呈透镜状，长为500 m，宽为20～70 m。岩石组合有：橄榄岩、辉石岩、辉长岩及苏长岩。杂岩体套合有负磁或低磁物探异常，航磁异常显示深部有高磁性体存在，并往北有较好的延伸，具有进一步找矿的潜力(图2、表4)。

4.2 白山断裂东铜镍找矿远景区

远景区位于研究区中部，面积约为61 km2。区内出露主要地质体为新发现的白山镁铁-超镁铁杂岩体(谢燮等，2018)，岩带呈带状展布，岩带走向严格受白山深断裂的控制，平面上呈相互联通的岩盆状，长轴方向与白山断裂带方向一致；围岩主体为元古代的敦煌岩群，主要岩石组合为黑云斜长片麻岩、黑云石英片岩、斜长角闪岩，杂岩体外围见有顶垂体及残留老地层，内部未见有残留老地层。镁铁-超镁铁岩体与地层呈侵入接触东部接触带呈弧形展布，西部接触带呈不规则的波状；该基性-超基性岩体岩相较齐全，基性岩和超基性岩均有出露，见有辉(苏)长岩、橄榄辉长岩、橄榄苏长岩、橄长岩、辉橄岩、纯橄岩，在橄榄辉(苏)长岩和超基性中见有星点状磁黄铁矿和黄铜矿，矿体主要产于橄榄岩相中。

图2 白山断裂南Hy-11综合异常剖析图Fig.2 Hy-11 comprehensive anomaly profile

表4 Hy-11综合异常特征表Tab.4 Hy-11 features of comprehensive anomaly

远景区主要由Hy-6(甲)综合异常组成，Cu、Ni、Co元素形态较为规则，且异常套合较好，其受到工作区西侧北东向白山断裂的控制，异常面积约为48.5 km2；元素中只有Ni具内中外带，Ni异常极值为1 473.0×10-6；Cu异常极值为270.0×106(表5、图3)。

表5 Hy-6综合异常特征表Tab.5 Hy-6 features of comprehensive anomaly

图3 Hy-6号综合异常剖析图Fig.3 Hy-6 comprehensive anomaly profile

对远景区开展了1∶1万重力和磁测工作，覆盖面积约为40 km2。根据物探工作对2个杂岩体进行了工程揭露，杂岩体出露岩石以辉长岩为主，橄辉岩、纯橄岩次之。1号杂岩体呈不规则状，长为1.5 km，宽为1.3 km，其中圈定Ni1号矿体，走向为115°，倾向为35°，倾角为49°。矿体长为300 m，视厚度为1.9～2.5 m；矿体以黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿为主要矿石矿物，Ni品位为0.21%～0.79%，平均品位为0.34%。2号杂岩体呈不规则状，长为1 km，宽为0.9 km，其中圈定Ni2号矿体，走向为53°，倾向为155°，倾角为56°，矿体长为400 m，视厚度为3.7～6.0 m；矿体以黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿为主要矿石矿物，Ni品位为0.21%～0.57%，平均品位为0.35%。

矿(化)体具有较大规模，矿化蚀变带有一定延伸，具备良好成矿地质条件，找矿标志明显，物化探异常显示较好，显示该区找矿前景优越，铜镍资源潜力较大，有望扩大和找到新的矿体。

5 结论

(1)通过土壤地球化学特征、R型聚类分析划分了元素组合类型，反映了各元素间共生组合和成因关系，解释了元素富集特征及原因，为远景区优选提供了依据。

(2)研究区内元素相关性较好，具有找寻与晚石炭世—早二叠世镁铁-超镁铁岩有关的铜镍矿和与石炭纪—早二叠世构造-岩浆作用有关的金矿矿体或矿化体的潜力。

(3)Cu、Ni元素异常强度高、规模大、异常套合较好，综合了地质、矿产等信息，圈定出了白山断裂东铜镍找矿远景区和白山断裂铜镍找矿远景区，并在进一步的工作中圈定了铜镍矿(化)体。

(4)发现铜镍矿化的白山岩体位于北山裂谷南带，岩体地质、岩相学、岩石地球化学特征，以及成岩时代均与区域内及东天山地区含矿岩体具有较强的相似性(谢燮等，2018)，且发现有块状富矿石，表明具有较好的铜镍成矿潜力，证明新疆北山地区具有较大的铜镍找矿空间。