黑龙江通河县曙光石场地区土壤地球化学特征与成矿预测

尹志刚，周小刚，张志浩，宫兆民，姜 然，李萌萌，王春生，刘松杰

(1.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000；2.黑龙江省生态地质调查研究总院，黑龙江哈尔滨 150036)

0 引言

土壤地球化学主要研究土壤中元素的地球化学性质、分布、迁移、累积及其时空演化规律。通过分析土壤异常信息与异常特征，可以在测区内圈定找矿靶区(公维国等，2013)。近年来，随着地质勘探工作的不断深入，土壤地球化学测量在金属矿产资源勘查中的作用越来越重要(王子正等，2007；王秋印等，2007；张善明等，2011；周建波等，2012；Zhang et al.,2013；张国宾等，2017)。研究区位于松嫩地块东侧，成矿区带属伊春-延寿多金属成矿亚带的重要组成部分。该地区早中生代的岩浆活动十分强烈，为多金属成矿提供了有利的热液活动，局部地段具有多金属找矿远景(尹冰川和冉清昌，1997；Martins-Ferreira et al.,2017；仲米山等，2018)。笔者对该地区1∶2万土壤地球化学特征进行分析，了解区内成矿元素的分布特征，通过异常查证以进一步缩小找矿靶区，根据异常查证结果对研究区的找矿潜力进行初步评价，为曙光石场地区下一步地质找矿工作的开展及成矿规律分析提供一定的科学依据。

1 区域地质背景

曙光石场地区位于黑龙江省中东部，小兴安岭南段，西邻松嫩地块，东与佳木斯地块相依，大地构造位置属于小兴安岭-张广才岭岩浆弧(葛文春等，2007；Zhou et al.,2009；邵济安等，2011；唐克东等，2011；Wang et al.,2012；杨言辰等，2012；潘桂棠等，2016；Zuo et al.,2016)。研究区经历了古亚洲洋扩张、萎缩、陆缘增生演化阶段、古太平洋板块活动阶段及滨太平洋大陆边缘活动阶段三个大的构造发展阶段，多期次的构造活动是本区成矿作用的主导因素(Miao et al.,2007；Zhang et al.,2008；潘桂棠等，2009；刘恺等，2016；Dong et al.,2018；刘亚洲等，2018；Zhu et al.,2018)。

研究区内区域断裂构造发育，断裂构造为主要控矿和容矿构造，以NE、NW、EW及近SN向断裂为主，其中燕山期NE向断裂控制了成矿带的展布。研究区出露的地层主要为唐家屯组上段(C2t2)，岩石类型为灰色流纹岩、流纹质凝灰角砾岩及灰、灰白或灰紫色流纹质凝灰熔岩、流纹质凝灰岩、流纹质岩屑晶屑凝灰岩、安山质晶屑凝灰岩、安山岩和粉砂质凝灰岩等，夹薄层安山岩及其晶屑角砾凝灰熔岩。该地层被早侏罗世花岗闪长岩(γπJ1)侵入(图1)。

区内火山岩较发育，以陆相活动陆缘型钙碱性火山岩为主。侵入岩十分发育，主要成岩时期为早侏罗世。早侏罗世花岗斑岩(γπJ1)，岩性主要为花岗斑岩。早侏罗世石英正长岩(ξοJ1)，岩性主要为中粒石英正长岩、中粒正长岩。早侏罗世正长花岗岩(ξγJ1)，岩性主要为细中粒正长花岗岩和中粒-中粗粒正长花岗岩、细中粒正长花岗岩。

研究区周边矿产资源较丰富，主要发现的矿床类型有矽卡岩型铁多金属矿，如铁力市二股西山铁多金属矿；沉积变质型石墨矿，如铁力市神树石墨矿床；沉积型煤矿，如兴安、富力、南山煤矿及一些热液型铅锌多金属矿(化)点。

图1 黑龙江曙光石场地区地质图 Fig.1 Geological map of the Shuguang quarry area in Heilongjiang Provincea-研究区位置图；b-研究区地质简图；1-现代河流冲积层；2-上石炭统唐家屯组上段;3-早侏罗世花岗斑岩;4-早侏罗世石英正长岩;5-早侏罗世细粒正长花岗岩；6-地质界线；7-断层；8-槽探及编号；9-矿点a-location of study area;b-geological sketch of study area;1-modern river alluvium;2-upper member of Tangjiatun Formation of Upper Carboniferous；3-granite porphyry of Early Jurassic；4-quartz syenite of Early Jurassic；5-fine grained syenogranite of Early Jurassic;6-geological boundary;7-fault;8-prospecting trench and number;9-ore spot

2 样品采集与分析

为了最大限度地控制各类岩石、主构造和次级构造及成矿元素的分布迁移，1∶2万土壤剖面测量采样线基本垂直于主构造线方向但又不完全垂直于主构造线，即180°方向，其网度采用200m×40m规格进行土壤样的布设和采样。样品主要在B层采集其砂质土、细砂土、粉砂土和粘土等。为保证样品的代表性，每个点都在采样点附近10 m范围内3～5点采集土壤组成混合样。样品经干燥过40目筛后重量150g左右(包括留副样重量)(彭中山和刘君，2014)。

野外共采集样品2063件，土壤地球化学元素检测单位为黑龙江省第四地质勘察院实验室。测试项目为Ag、As、Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Pb、Sn、Sb、W、Zn。其中Au利用石墨炉原子吸收分光光度法(AAS)；Cu和Zn利用火焰原子吸收分光光度法(AAS)；Ag、Pb、Sn和Mo利用发射光谱法(ES)；As、Sb、Bi和Hg利用原子荧光法(AFS)；W利用示波极谱法(POL)。

3 元素地球化学特征

3.1 元素含量特征

对研究区土壤地球化学原始数据进行统计分析，计算各元素含量的平均值、中位值、极大值、极小值、变异系数、浓集系数、异常下限等参数(表1)。

由表1可知：Au、Pb、Zn、Bi、W、Sn元素浓集系数大于1.00，具有一定的次生富集倾向，有利于成矿；Ag、As、Cu、Hg、Mo、Sb元素浓集系数小于1.00，在研究区内趋于贫化，成矿可能性较小。从表1各元素的变异系数可以看出，Bi、Sn分布极不均匀，属强分异型，元素在曙光石场地区富集成矿的可能大；Ag、Pb、Zn分布不均匀，属分异型，元素富集成矿的可能较大；而As、Mo、Au、Hg、Sb、Cu、W的含量分布较均匀，无明显分异，元素富集成矿的可能较小。因此，曙光石场地区Bi、Sn、Ag、Pb和Zn元素易富集成矿。

表1 曙光石场地区土壤地球化学元素特征参数表

3.2 元素分布特征

对曙光石场地区土壤样品进行统计，得到了各元素的丰度直方图(图2)。由图2可知，区内Ag、Pb、Zn、As、Bi、Mo、Sn元素的标准偏差分别为0.08、30.53、39.24、5.94、3.78、0.76、4.67，变异系数分别为0.86、0.81、0.86、0.64、6.14、0.57、1.06，呈非正态分布，具有较强的成矿潜力；Au、Cu、Hg元素的标准偏差分别为0.38、3.40、0.01，变异系数分别为0.38、0.23、0.31，呈近似正态分布，具有一定的成矿潜力；Sb与W元素的标准偏差为0.11、0.32，变异系数为0.24、0.15，服从正态分布，成矿潜力较弱。

3.3 元素的相关性特征

3.3.1 聚类分析

运用 SPSS 软件对区内原始数据进行相关性分析(表2)。研究区Bi、Ag、Pb、Zn、Hg元素呈正相关，相关系数大于0.3；Sb与Cu、As元素呈正相关，相关系数大于0.3。这些元素相关关系反映了主要成矿元素的次生组合特征，可以作为本区找矿指示元素。

R型聚类分析通过对变量数据的分类处理，来进一步了解不同元素之间的地球化学特征(孙社良等，2011；杨笑笑等，2018)。由R型聚类分析图(图3)可知，Zn元素与其他所有元素的相关性都比较弱，以R=0.90为界成矿元素可分四个大类。第一类为Ag、Hg、Sb、Au：主要分布在唐家屯组上段的酸性喷出岩和早侏罗世侵入岩中，为中低温成矿带元素组合；第二类为Mo、W、Bi，为高温成矿带元素组合；第三类为Sn、Cu，其富集作用主要与二叠系上统地层相关，为高温成矿带元素组合；As、Pb、Zn等跟其他元素都不相关的元素组成第四类，关联性不强，有成矿潜质。

3.3.2 因子分析

因子分析时以特征值大于0.5和累计方差大于65%为标准，提取前五个主要因子，结果见表3。

图2 曙光石场地区元素丰度直方图Fig.2 Histograms of element abundance in Shuguang quarry area

表2 土壤地球化学元素相关系数矩阵

图3 土壤地球化学元素聚类分析谱系图Fig.3 Pedigree of soil geochemical element clustering analysis

由表3可知：F1因子方差贡献率为23.85%，元素组合为Cu-Hg，Cu为亲硫元素，Hg是低温元素，迁移能力较强，多与构造活动有关；F2因子方差贡献率为13.40%，元素组合为Ag-Bi，是亲硫元素，为中高温成矿带元素组合；F3因子方差贡献率为11.60%，元素组合为Pb-Zn，为中温成矿带元素组合；F4因子方差贡献率为9.87%，元素组合为As-Sb-Mo-Sn，As-Sb共生与浅成低温热液矿化作用有关，是寻找金矿床的重要指示标志；F5因子方差贡献率为8.27%，元素组合为Au-W。

表3 研究区因子分析正交旋转因子载荷矩阵

4 地球化学异常分析

4.1 单元素异常特征

本文异常下限是分别剔除高值后的算术平均值加2倍标准差之和，实际取值结合矿区地球化学特征和地质矿产特征。圈定异常分别按T、2T、4T做单元素异常等值线(表4)。由图4可知研究区各元素异常的分布特征。

曙光石场地区共圈出Au元素异常区8处，Au-1、Au-5和Au-8为多点中带异常，异常面积中等、衬度中等，具有一定的找矿意义。

Ag元素异常区15处，其中，Ag-1、Ag-8为多点内带异常，异常面积分别为0.07 km2和0.1 km2，浓集中心最大值分别为1.35×10-6和2.76×10-6，可以作为Ag找矿靶区。Ag-3、Ag-6、Ag-7、Ag-10和Ag-14多点中带异常，异常面积相对较大，可作为找矿远景区。

Cu元素异均为外带异常，异常面积小，形成矿床的可能性较小。

Pb元素异常区13处，Pb-7为多点内带异常，异常面积约为0.29 km2，衬度为1.99(异常平均含量与异常下限之比)，异常内具有2个浓集中心，2个浓集中心最高值点分别为716.20×10-6、649.30×10-6；Pb-6、Pb-13为多点内带异常，异常面积较大，异常内最高值点的Pb含量分别为333.00×10-6和449.00×10-6，是Pb的重要找矿靶区。Pb-3、Pb-4、Pb-9、Pb-10和Pb-11为多点中带异常，异常面积相对较大，异常内最高值点的Pb含量分别为173.20×10-6、194.50×10-6、142.40×10-6、272.50×10-6和139.90×10-6，具有较好的找矿指示意义。

Zn元素异常区11处，Zn-5为多点内带异常，异常面积约为0.16 km2，衬度为1.95，异常内最高值点的Zn含量为1021.21×10-6，具有重要找矿指示意义。Zn-6、Zn-9为多点中带异常，异常面积约为0.03 km2和0.14 km2，衬度值高，异常高值的Zn含量分别为524.00×10-6和509.00×10-6。Zn-1、Zn-4、Zn-6为多点中带异常，异常面积中等，异常内最高值的Zn含量分别为320.00×10-6、315.00×10-6和259.00×10-6，该异常区具有较好的成矿潜力。

表4 土壤异常下限、异常强度分级及单元素异常数统计表

As元素异常区6处，As-4多点内带异常，衬度为1.54，面积约为0.05 km2，浓集中心最大值为77.90×10-6，具有一定的找矿前景，与Au异常套合少，不能作为寻找Au矿床的指示元素。

Sb和W元素异常区主要位于研究区东侧，异常面积中等、规模较小，无中带和内带异常，形成矿床的可能性不大。

Mo元素异常区10处，Mo-3和Mo-8为多点中带异常，异常面积分别为0.03 km2和0.15 km2，浓集中心最大值分别为5.48×10-6和9.51×10-6。具有一定的成矿潜力。

Bi元素异常区8处，Bi-3、Bi-5、Bi-7为多点内带异常，其中Bi-5异常面积为0.41 km2，有2个浓集中心，浓集中心最大值为161.07×10-6。Bi-1、Bi-2、Bi-4、Bi-6和Bi-8为多点中带异常，异常面积相对较大，可作为找矿远景区。

Hg元素异常区异常均为外带异常，异常面积小，无找矿潜力。

Sn元素异常区12处，Sn-3、Sn-9、Sn-11为多点内带异常，可以作为Sn找矿靶区；Sn-1、Sn-4、Sn-5、Sn-8、Sn-10、和Sn-12为多点中带异常，异常面积较大，可以作为Sn找矿远景区。Sn-3位于研究区西北边界，异常面积约0.16 km2，有2个浓集中心，浓集中心最大值为103.80×10-6；Sn-9呈不规则状，异常面积约0.39 km2，有3个浓集中心，浓集中心最大值为48.90×10-6；Sn-9呈椭圆形，有1个浓集中心，浓集中心最大值为101.70×10-6。该异常区具有一定的成矿潜力。

图4 土壤地球化学单元素异常图Fig.4 Anomaly diagrams of single elements in soil geochemistry

4.2 组合元素异常特征

为了更好地评价异常信息，笔者根据单元素异常的套合情况及元素共生组合规律，绘制出多元素综合异常图，分析其综合异常特征(王建等，2019)。在圈定综合异常图时，遵循各元素综合异常齐全，异常强度高，单元素异常套合好，存在多点的中带或内带异常等原则(彭中山和刘君，2014；袁和等，2017；董一博等，2019)，共圈出6处组合异常(图5)，其特征描述如下：

Ht-1号组合异常位于曙光石场地区北部，为Ag-Au-Pb-W元素组合异常。该组合元素异常套和中等，异常强度相对较高，呈北北西向展布，面积约为0.16 km2，主要以Ag、Au为主。Au为多点中带异常，面积约为0.059 km2，浓集中心最大值为5.10×10-9。Ag为多点内带异常，面积约为0.059 km2，浓集中心最大值为1.35×10-6。

Ht-2号组合异常位于曙光石场地区东北部，为Ag-As-Au-Cu-Pb-W-Zn元素组合异常。该组合元素异常套和一般，异常强度中等，呈NW向展布，面积约为0.72 km2。异常较好的元素分别为Pb、Zn。Zn有多点中带异常，面积约0.28 km2，浓集中心最大值为320.00×10-6。Pb为多点内带异常，面积约为0.41 km2，浓集中心最大值为194.00×10-6。

图5 研究区组合异常剖析图Fig.5 Analysis diagram of combined anomalies in the study area1-W异常；2-Sn异常；3-Bi异常；4-Mo异常；5-Cu异常；6-Pb异常；7-Zn异常；8-Ag异常；9-Au异常；10-As异常；11-Sb异常；12-Hg异常；13-研究区范围；14-组合异常及编号1-W anomaly;2-Sn anomaly;3-Bi anomaly;4-Mo anomaly;5-Cu anomaly;6-Pb anomaly;7-Zn anomaly;8-Ag anomaly;9-Au anomaly;10-As anomaly;11-Sb anomaly;12-Hg anomaly;13-scope of study area;14-combined anomaly and number

Ht-3号组合异常位于曙光石场地区西部，为Ag-As-Bi-Cu-Mo-Pb-Sn-Zn元素组合异常。该组合元素异常套和较好，异常强度较强，呈北西向展布，面积约为1.65 km2。其中，Mo、Pb为多点中带异常，异常面积大，衬度值中等，具有一定的找矿前景。As、Bi、Sn为多点内带异常，As异常面积约为0.69 km2，有1个浓集中心，浓集中心最大值为83.00×10-6；Bi异常面积约为0.71 km2，有2个浓集中心，浓集中心最大值为49.53×10-6；Sn异常面积约为0.83 km2，有5个浓集中心，浓集中心最大值为103.80×10-6。

Ht-4号组合异常位于曙光石场地区的东部，为Ag-Pb-Sb-Zn元素组合异常，该组合元素异常套和极好，异常强度较强，呈北北西向展布，异常面积约为0.36 km2。异常较好的元素分别为Ag、Pb、Zn。其中，Ag为多点中带异常，异常面积约为0.05 km2，浓集中心最高值为0.47×10-6，具有一定的找矿前景；Pb为多点内带异常，异常面积约为0.28 km2，异常内具有2个浓集中心，2个浓集中心最高值点的Pb含量分别为716.20×10-6、649.30×10-6；Zn为多点内带异常，异常面积约为0.16 km2、衬度高，异常内最高值点的Zn含量为1021.21×10-6，具有重要找矿指示意义，是Zn的重要找矿靶区。

Ht-5号组合异常位于曙光石场地区的中南部，为Ag-Bi-Pb-Sn-W-Zn元素组合异常。该组合元素异常套和极好，异常强度较高，呈NNW向展布，面积约为0.54 km2。异常较好的元素分别为Ag、Bi、Pb、Sn、W、Zn。其中，Pb、Sn、W、Zn为多点中带异常，异常面积大，衬度值中等，具有一定的找矿前景。Ag、Bi为多点内带异常，Ag异常面积约为0.31 km2，有1个浓集中心，浓集中心最大值为2.76×10-6；Bi异常面积约为0.16 km2，有2个浓集中心，浓集中心最大值为13.03×10-6。

Ht-6号组合异常位于曙光石场地区的中南部，为Bi-Cu-Sb元素组合异常，该组合元素异常套和极好，异常强度偏低，呈NNE向展布，面积约为0.11 km2。异常较好的元素分别为Bi。Bi为多点内带异常，异常面积0.06 km2，有一个浓集中心，浓集中心最大值为22.27×10-6，具有重要的找矿意义。

5 异常查证

5.1 槽探工程验证

异常查证主要查证铅、锌、银异常。异常查证区共施工探槽6个(图1)，主要岩性为流纹质凝灰岩，根据化学样分析结果共圈出1个银铅锌矿点。本矿点位于双合屯409高地西南坡，处于组合异常Ht-4内。矿体位于单元素异常Pb和Zn内带中，由探槽TC2控制(图6)；矿点内出露岩石主要为上石炭统唐家屯组流纹质凝灰岩和流纹岩，周围侵入岩主要发育早侏罗世正长花岗岩和石英正长岩。槽探工程验证结果显示在TC2中发现矿(化)体7条，其中Ag-Pb矿化体1条，Ag-Pb-Zn矿化体1条，Pb-Zn矿化体2条，Zn矿化体2条，Pb矿化体1条，均为近南北走向，矿化体岩性为流纹质凝灰岩，岩石较为破碎，伴随褐铁矿化，绿泥石化，表面有淋虑的孔洞结构。

从地质构造背景、蚀变矿化情况和异常查证结果方面综合分析，该矿点应属岩浆晚期热液型Ag-Pb-Zn矿床，矿体的形成与早侏罗世岩浆活动关系密切相关，成矿物质来源于岩浆热液，并通过断裂构造对先存地层中的有用组分进行活化、迁移，最后在有利部位富集成矿。

图6 TC2内Pb-Zn矿体素描图(部分)Fig.6 Sketch of Pb-Zn ore bodies in trench TC2(part)1-腐殖土层；2-残坡积层；3-流纹质熔结凝灰岩；4-化学样编号；5-原岩光谱编号；6-标本编号；7-矿体1-humus soil;2-diluvial layer;3-rhyolitic fused tuff;4-chemical sample number;5-original rock spectrum number;6-specimen number;7-ore body

5.2 找矿潜力评价

研究区内的Pb、Zn、Sn、Bi元素异常套合紧密，主成矿元素Pb、Zn异常规模大，强度高，异常主要分布在上石炭统唐家屯组(C2t)火山岩和早侏罗世正长花岗岩(ξγJ1)和石英正长岩(ξοJ1)接触带，该接触带为成矿的有利部位。区内层间脆弱，断裂构造极为发育，为矿液的运移和赋存提供了空间。地层和岩体之间接触带较多、岩浆活动和构造叠加作用强烈，对成矿作用十分有利。

6 结论

(1)研究区内Ag、Pb、Zn、Bi、Sn 单元素异常个数多，变异系数值较高，地质及地球化学条件优越，具有较强的成矿潜力。

(2)根据元素组合特征，在工作区内圈定6处组合异常，其中Ag-Pb-Zn元素组合异常套和极好，规模中等，异常强度较强与岩浆热液型成矿作用相关，具有较好的找矿前景。

(3)异常查证过程中，在Ht-4组合异常处发现一铅锌银矿点，矿体、矿化体产于上石炭统唐家屯组流纹质凝灰岩中，显示该区具有进一步找矿工作潜力。

[附中文参考文献]

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