乌拉特中旗包尔呼舒地区土壤次生晕异常特征及找矿前景

那木吉拉,剡鹏兵,雒德利,李天瑜,杨胜富,杜鹏飞

(核工业二○八大队,内蒙古包头 014010)

0 引言

包尔呼舒地区属于内蒙古自治区乌拉特中旗管辖，是处于内蒙古中部地球化学省、狼山-白云鄂博裂谷带地球化学块体中的金异常集中区(兰强等，2012；王学求等，2013；周建等，2020)。该异常集中区陆续发现了多处铜矿、金多金属矿和金矿(化)点。其中，查干此老金矿、巴音杭盖金矿、图古日格金矿均已具小型以上规模(胡鸿飞等，2008；廖蕾，2010等；赵广明等，2012；邵国玉等，2015)。内蒙古自治区进行的1:20万水系沉积物测量在该地区圈出多处金、铜、银、锑、铅、锌综合异常。同时在该地区进行区域地质调查工作也发现多处金、铜、铅、钼等矿化线索，说明该地区具有良好的贵金属、有色金属成矿条件。因此，通过研究主成矿元素及其富集规律，查明矿(化)体赋存条件，总结控矿因素，预测找矿靶区和找矿前景，对该地区今后找矿勘探工作和扩大资源规模具有指导意义。

1 地质背景

该地区位于华北板块北部宝音图-锡林郭勒火山型被动陆缘(图1a)(李俊建等，2015；丁新科等，2021)带中。根据内蒙古自治区和有关学者等划分方案，该地区处于查干此老-巴音杭盖金成矿带(内蒙古自治区地质矿产局，1991，1996；邵和明和张履桥，2001；许立权等，2016)。区内以元古界及新生界为主(图1b)。其中，下元古界宝音图群(Pt1BY)出露最为广泛，也是该区及邻区最主要的含矿建造。该地层为一套低绿片岩相-片岩相中、浅变质岩系。宝音图群第一岩组(Pt1BY1)主要以石英岩、石英片岩、云母石英片岩为主；第二岩组(Pt1BY2)以白云质大理岩为主，局部夹石英岩和二云石英片岩。区内岩浆活动频繁，表现为多期次侵入特征，活动时代贯穿中元古代至中生代，其中出露规模较大者依次为中元古代石英闪长岩(Pt2δο)和新元古代斜长花岗岩(Pt3γο)，其他出露面积较少，依次为晚石炭世斜长花岗岩(C2γο)、中元古代二长花岗岩(Pt2ηγ)、中三叠世二长花岗岩(T2ηγ)、新元古代闪长岩(Pt3δ)。岩体内部和沿构造破碎带发育花岗斑岩脉、石英脉等酸性岩脉。闪长岩脉主要发育在宝音图岩群中。该地区构造活动强烈，断裂构造较为发育，以NW向和NE向为主，局部地段发育NWW向和NEE向，从断裂构造的穿切关系来看，NW向、NWW向和NEE相对较早于NE向断裂构造，另外在多期次构造的局部地区形成了褶皱构造。

图1 研究区大地构造位置(a)，地质概况(b)和成矿带位置图(c)(据注释①和邵和明和张履桥，2001修改)

2 采样方法及样品分析

该地区属内蒙古中西部荒漠戈壁残山地球化学景观区，植被稀疏，岩石风化程度高。除了局部地段覆盖风成沙之外，腐殖层、冲洪积物等覆盖层极薄，故采用土壤地球化学测量方法。本次采集样品介质为残积层或坡积层岩屑，过-4～20目筛，避免了风积物干扰(席明杰等，2013；程新彬等，2015)，所采集样品重量均≥200 g。本次共采集样品1257件，其中重复采样45件，平均采样密度达到4.85个/km2。根据区域已知矿点和典型矿床的成矿规律，选取了Au、As、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Mo等8个元素，在内蒙古矿产实验研究所采用原子荧光光谱法、X荧光光谱法、发射光谱法、极谱法、原子吸收光谱法等方法进行了分析测试。其各元素标准物质合格率为100%，总报出率99.97%，重复分析合格率97.49%，重复采样总合格率92.85%，表明野外样品采集和室内分析质量均优质可靠。

3 元素含量分布特征及异常提取

3.1 元素含量特征

由于在不同地质历史时期、不同大地构造环境中的各个地层、岩体的形成机制、物质组分和演化过程不同，其矿物成分和化学成分是局部不均匀、不相同的。因此其中的矿物和地球化学元素含量分布形式也不尽相同。再者由于岩石、地层的抗风化能力的差异而进一步影响近地表浅层和残积层、坡积层中的次生晕元素分布模式。

图2为研究区各地质单元元素含量箱线图，Au、As、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo等元素在不同地质单元中的平均值和中位数(表示元素含量的集中趋势)以及极差和四分位极差(IQR，表示元素含量的离散程度)均有较大的差别。这表明各个地质单元中地球化学元素背景和异常元素含量的分布具有明显的差别。其中，尤其Au、As、Cu、Pb、W、Mo等元素极差和IQR较大，表明这些元素在各地质单元中局部富集(或贫化)程度较大。从各地质单元中元素含量的极端值的分布来看，下元古界宝音图群第一岩组(Pt1BY1)中较为突出，其次新元古代斜长花岗岩(Pt3γο)、中三叠世二长花岗岩(T2ηγ)、晚石炭世斜长花岗岩等(C2γο)。这些特征不仅说明了不同地质单元中元素富集成矿的地球化学条件的差异，从另一方面也说明了地球化学异常提取应考虑不同地球化学元素背景水平在不同地质单元中的差异，以免在低背景中遗漏有用的弱缓异常。

图2 研究区各地质单元元素含量箱线图(纵坐标为取对数后的元素含量)

3.2 次生晕异常提取

以往，地质学家们基于经典统计学思想研究地球化学元素在地质体中的分布，即认为地球化学元素在地质体中的分布形式服从正态分布或近似正态分布(Ahrens，1953，1954，1957；史长义，1993；蒋敬业等，2006；罗先熔等，2007)，而基于正态或近似正态分布估计的经典统计学的异常提取方法(如平均值±N倍标准差提取法)极容易受极端值的影响(左仁广，2019)，故出现了剔除极端值的迭代剔除法和稳健统计学法(周蒂和陈汉宗，1991)。这些方法在一定程度上削弱了极端值对平均值和标准差等低阶矩统计量的影响，从而能给出一个清晰的数据门限作为异常下限和背景的分割点。另外，很多学者也相继发现地质单元中元素含量的分布形式并不服从正态分布或近似正态分布(Cheng et al.，1994)。有关专家提出的分形/多重分形的浓度-面积模型方法更有效地克服了极端值的影响，因为它具有不依靠低阶统计量、不局限于数据分布形式的优点，同时又融合了在相对较大的时空范围内缓慢富集(或贫化)成背景和在相对较小的时空范围内迅速富集(或贫化)成异常的地质内涵，是近年来得到广泛应用的勘查地球化学异常提取方法(左仁广等，2021)。

勘查地球化学异常提取的另一个问题是元素地球化学背景的空间变异问题。比如，在复杂多样的地质环境中采用统一标准作为背景和异常的分割点，忽略了地质体物质组成的多样性和演化过程的多期次性。简单的说，地质背景在它的物质或元素组成方面表现为成分和含量频繁变化的曲面，加之后期构造作用和热液改造以及风化作用，更加加剧这样的变化，因此在多种地质背景下利用统一的异常下限提取异常往往会遗漏低背景中的弱缓异常。针对这些问题学者们提出了分区背景校正、子区中位数衬值滤波、自适应衬值滤波、奇异性指数等方法、因子计量图异常提取方法(周蒂，1986；史长义等，1999；刘大文，2004；Cheng，2007；金俊杰和陈建国，2011；安朝等，2020)，并取得了较好的效果。这些方法考虑到了不同地质单元的物质组分和被改造程度的不同引起的地球化学背景变化，从而一定程度上克服了高异常增大、弱异常遗漏的问题。近几年，奇异性指数法和衬值滤波法继续得到了改进和发展，并在西天山(刘岳，2019)，以及青海、四川等地(汤国栋等，2020；赵志飞等，2020)的找矿实践中得到了很好的效果。

笔者根据地质填图成果将1:5万土壤地球化学样品按照各个地质单元进行分类，再通过探索性数据分析方法(EDA)分析研究区各个地质单元中的Au、As、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Mo等元素的平均值、中位数、四分位数和四分位极差(IQR)等参数，以各个地质单元的每一种元素含量的第四分位数+1.5倍四分位极差作为异常下限，再以每一个样品的每一种元素含量相对于该地质单元的异常下限的衬度作为变量，提取了变量值≥1的区域为该元素单元素异常区，其中变量值2≥x>1为异常外带，4≥x>2为异常中带，x>4为异常内带。这样既削弱了极端值的对异常提取的影响，也兼顾了不同地质背景区的地球化学背景值的分区计算，另外也能够在整个研究区统一进行异常提取，也更便于比较不同地质背景中的各个元素异常的浓集程度。通过上述方法计算提取的研究区各个地质单元中的Au、As、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo元素异常下限如表1。

表1 研究区各地质单元元素异常下限Table 1 Anomaly threshold of geochemical elements of each mapping unit in study area

从表1可以看出，研究区各个地球化学元素在每一个地质单元中的异常下限差别均较大，尤其Pb、As、Au等元素异常下限的差别比较明显。即便是在同一个地质时期不同的地质单元中这样的差别也是比较明显的。这是不同地质历史时期因不同地质作用产生的物质组分、化学组分的差异导致的，也进一步论证了地球化学异常提取应根据地质背景的差异分区进行。根据上述方法获得的单元素异常，结合地质背景和异常浓集程度、规模、套合情况，共圈定出12处综合异常(图3)。

图3 研究区综合异常图

4 异常检查

为了进一步研究元素富集和矿(化)赋存规律，预测找矿靶区和前景，从所提取的综合异常中挑选了元素浓集程度较高、单元素异常套合较强、总规格化面金属量(ΣNAP)大，以及通过踏勘检查发现具有较好的地层、岩体、构造和矿化蚀变等成矿有利条件的6处综合异常(Ht04、Ht05、Ht06、Ht10、Ht11、Ht12)，采用捡块样分析、地质-地球化学综合剖面和槽探等手段进行了异常检查。

4.1 Ht04综合异常

Ht04综合异常位于包尔呼舒西约3.5 km，主成矿元素有Au、As、Cu、Mo，其中Au元素浓集程度最高，各元素套合性较强，异常面积约6.38 km2，总规格化面金属量82.69。经过BZP23号1:10000地质-土壤地球化学综合剖面查证发现，在综合剖面前段(250～550 m)和中段(2000 m)北东向石英脉周围发现了Au、Mo元素异常，并伴有较高的Cu元素富集(图4a)。经过进一步地表追索，发现该组北东向石英脉中发育强烈的褐铁矿化、硅化等矿化蚀变，故初步判断该处异常为蚀变脉岩所致。

后切穿该组石英脉分别部署了TC100、TC103、TC104、TC107、TC108和TC112等探槽，其中TC103、TC104、TC108探槽中发现了矿化线索(图4b、c、d)。在上述探槽中分别以Au≥0.2g/t和Mo≥0.015%圈出3条Au矿化体和1条Au-Mo矿化体。Au矿化体发育在褐铁矿化石英脉(走向24°～65°，倾角62°～79°)及蚀变围岩(斜长花岗岩)和破碎带中(发育褐铁矿化、硅化，走向基本与石英脉一致)，分别由H58～59、H61及H69、H64、H65号样品控制，矿化体平均品位0.20～0.46 g/t，矿化体厚度0.52～1.56 m；Mo矿化体形成于褐铁矿化石英脉中，由H61样品控制，品位0.02%，控制厚度0.52 m。

图4 Ht04综合异常查证成果图

4.2 Ht12综合异常

Ht12综合异常位于哈布特盖南约0.4 km处，其中Au、Ag、Cu、Pb、W等元素异常浓集程度较高，分带明显。该异常形成多个浓集中心，南部浓集中心以Au、As、Cu、W元素为主，套合性不强，呈南东向串珠状排列；北部浓集中心以Ag、Pb、W、As元素为主，套合性较强，异常面积约13.19 km2，总规格化面金属量330.24。南部异常中心经HZP83号地质-地球化学综合剖面检查，在其前段(80～200 m)、中段(1220 m)和末段(2500～2660 m)分别发现了Au、As、W组合元素异常、Au异常和W异常(图5a)。其后在该综合剖面3处异常浓集中心部署3条探槽，分别为TC83-1、TC83-2和TC83-3(图5b、c、d)，旨在揭露异常地质背景，分析异常起因和发现矿化线索。

图5 Ht12综合异常南部中心查证成果图

其中，TC83-1探槽发现Au矿化体1条(以Au≥0.2 g/t圈出)，矿化体产出于强烈褐铁矿化、高岭土化蚀变的破碎带、石英脉中及蚀变围岩(石英片岩)中，破碎带走向北东向，宽度2.4～3.3 m，原岩为石英片岩，由H02～05和H74号样品控制，矿化体平均品位0.24 g/t，厚度3.02 m。

TC83-2探槽发现了1条Cu矿体(以Cu≥0.2%圈出)和Au矿化体，Cu矿体形成于孔雀石化蚀变带中，由H22～H23号样品控制，矿体平均品位0.25%，控制厚度1.24 m；Au矿化体由H23样品控制，品位0.21 g/t，控制厚度0.60 m。

TC83-3探槽中发现W矿化体1条(以WO3≥0.4%圈定)，形成于褐铁矿化蚀变的石英脉及蚀变围岩中(石英片岩)，矿化体由H40和H78控制，WO3平均品位0.37%，厚度0.72 m。

为查证该综合异常北部异常浓集中心，经过该浓集中心部署了另一条剖面，编号HZP49，并在其前段(420 m处)发现W异常，并伴随Ag增高(图6a)。经过TC49揭露(图6b)，其中发现1条W矿体(以WO3≥0.08%圈定)和1条W矿化体(以WO3≥0.04%圈定)，W矿体由H48、H80号样品控制，平均品位0.86%，厚度1.04 m；W矿化体由H50控制，品位0.04%，厚度0.52 m。矿(化)体均产于石英脉和蚀变围岩(石英片岩)中。

图6 Ht12综合异常北部中心查证成果图

4.3 Ht10综合异常

Ht10综合异常位于哈布特盖以北东1.7 km处，异常内的主成矿元素有Au、As、Cu、Mo等，其中Au元素异常浓集程度最高，Au、As、Mo等元素异常套合性强且浓集程度也相对较高，Cu元素异常浓集程度较弱，异常区总面积约10.20 km2，总规格化面金属量129.35。经过HZP0综合剖面检查，在其中段(380～410 m)发现了Ag元素异常，并伴有较高的Cu、Pb增高现象(图7a)。后经TC0号探槽揭露(图7b)，在异常浓集中心发现1条Ag矿化体。矿化体形成于褐铁矿化蚀变的破碎带中，其原岩为石英片岩，破碎带走向23°，宽约5 m，该破碎带中发育一条宽约0.6 m石英脉。矿化体由H55(石英脉)和H84(蚀变破碎带)号样品控制。矿化体平均品位31.48 g/t，控制厚度1.04 m。

图7 Ht10综合异常查证成果图

5 元素富集和矿(化)体赋存规律及异常成因

5.1 元素富集规律

以异常下限值作为截止点，剔除异常点后，计算每个地质单元的平均值作为研究区各地质单元元素丰度。与华北地台上陆壳元素丰度相比(表2)：研究区Zn元素背景相对较低；Mo、Ag元素背景略高于华北地台上陆壳元素丰度；As元素背景远高于华北地台上陆壳；Cu元素在下元古界宝音图群第一岩组、晚石炭世斜长花岗岩、新元古代闪长岩中、中元古代二长花岗岩中略高；Pb元素在下元古界宝音图岩群第二岩组、中三叠世二长花岗岩和中元古代二长花岗岩中较高；W元素除了下元古界宝音图岩群第二岩组以外均高于华北地台上陆壳；Au元素在下元古界宝音图岩群、新元古代斜长花岗岩、闪长岩和石英闪长岩以及中元古代二长花岗岩中高于华北地台上陆壳。这些特征表明该地区具有Au、As、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo等元素在高背景中局部富集成矿的有利地球化学条件。

表2 研究区各地质单元元素丰度与华北地台地壳元素丰度对比表Table 2 Abundance of elements in the crust of North China Platform and each unit in study area

通过土壤地球化学测量和大比例尺综合剖面发现，该地区发育多处Au、As、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo等元素异常。结合槽探工程发现的矿(化)体可知，Au、Cu、W、Mo、Ag为该地区主成矿元素，有利于局部地段富集成矿。Pb、As等元素的增高与主成矿元素的富集有着密切的关系，如As等元素异常往往与Cu、Mo、Au异常有着极密切的空间联系；Pb元素异常与Cu、Ag异常具有较密切的空间联系，可作为该地区找矿指示元素。

5.2 矿(化)体赋存规律

在研究区发现多处Au、Mo、Cu、W和Ag矿(化)体。Au矿化体和Ag矿化体形成于NE向破碎带和与之相伴形成的石英脉中，且一般高岭土化和褐铁矿化极为发育，围岩为下元古界宝音图群石英片岩，局部地段Au矿化体与Mo矿化体共生。Cu矿(化)体形成于碎裂化二长花岗岩中的孔雀石化蚀变带中，与之伴生Au矿化。W矿(化)体赋存于北东东向石英脉及其强蚀变围岩(石英片岩)中。

5.3 异常成因

从1:50000综合异常的分布来看，该地区的异常，尤其是那些元素套合性较好、其中发现矿化线索的矿致异常大部分分布于下元古界宝音图岩群中(如Ht04、Ht10、Ht12)；个别分布于不同时期的斜长花岗岩和二长花岗岩中(Ht03、Ht05)；而这些异常发育地段也是研究区断裂构造和脉岩密集发育地段(如Ht03、Ht04、Ht10、Ht12)。从地质-土壤地球化学综合剖面和槽探工程揭露的情况来看，这些异常基本与石英脉和构造破碎带密切联系；而这些石英脉和构造破碎带之间也有着高度共性特点，即均为北东向或北北东向且倾角较大，与矿化有关的石英脉和构造破碎带倾角均大于60°，且一般都发育褐铁矿化，个别发育高岭土化、硅化。

总结这些特征可知，异常主要由元古界宝音图岩群和不同时期的花岗闪长岩、二长花岗岩中NE向和NNE向蚀变(或矿化)石英脉及蚀变(或矿化)破碎带引起。

6 找矿前景

脉状金矿(如石英脉型金矿和构造蚀变岩型金矿)具有一些典型特征：(1)成矿时代集中于古元古代、新元古代和中生代；(2)大多产于绿片岩相变质地质体；(3)受控于同一构造体系中不同性质的断裂构造；(4)元素组合以Au、Ag、W、Mo为主，Cu、Pb、Zn含量整体较低。如非洲、美洲和我国胶东金矿均有此特点(宋明春等，2020；王焰等，2021)，这与研究区Au矿(化)体在矿源层及时代、容矿构造、异常元素组合等方面具有极高的一致性。另外，黄铁矿与辉钼矿是重要的载金矿物(李生栋等，2021；孙豪等，2021)，这也揭示了Au、Mo共伴生和金矿(化)褐铁矿化蚀变带有密切联系的原因。元古代是我国的重要钨成矿时期，且前寒武纪钨矿多以石英脉型钨矿为主，受断裂构造控制，多产于花岗岩体内外接触带附近且常发育硅化蚀变(夏庆林等，2018；刘向冲等，2019；杨细浩等，2019)，本次在TC49中发现的W矿(化)体就形成于中三叠世二长花岗岩外接触带附近古元古代宝音图岩群中发育的石英脉中。热液交代型铜矿是我国华北地区最主要铜矿成因类型(唐文龙等，2021)；元古界是仅次于泥盆系的银矿赋矿地层，变质岩是仅次于碳酸盐岩的银矿赋矿岩性(江彪等，2020)。这些规律与本次发现的Au、Ag、Cu、Mo、W矿(化)体地质条件极为相似，说明该地区具有与上述构造蚀变岩型、石英脉型金、银、钨、钼多金属矿和热液交代型铜矿的成矿条件。

从此次成果来看，研究区中部包尔呼舒和南部哈布特盖一带具有较好的找矿前景，这一带分布大面积下元古界宝音图群、中三叠世二长花岗岩等成矿有利因素，这些地层和岩体中主成矿元素相对富集，为区域主要矿源层和含矿母岩，具备在改造作用下再进一步富集成矿的潜力。同时这些地段构造破碎带较为发育，为热液运移和聚集提供了有利的通道和容矿空间。热液沿这些构造破碎带运移，途径矿源层或成矿母岩的过程中萃取成矿物质，并在浅部容矿空间中聚集成矿。另外研究区多期次岩浆活动也有利于对成矿提供源源不断的地球化学和温、压条件，使得含成矿热液的残浆沿构造破碎带贯入，在向浅部运移过程中边萃取边冷却形成石英脉型、构造蚀变岩型Au、Cu、W、Mo、Ag多金属矿。

7 结论

基于地质单元分区、探索性数据分析和异常衬度的异常提取方法能够有效克服地球化学背景在不同地质单元中的差异，同时也便于对整个研究区内多个元素异常浓集程度的对比分析，丰富了异常提取和评价方法。在该方法基础上提取的综合异常具有较好的指向性。

此次，在该方法基础上提取和经过综合剖面和槽探查证的Ht04、Ht12、Ht10综合异常为研究区最具潜力的找矿靶区，其内初步发现的矿(化)体品位和厚度较为可观，尤其Cu、W品位以达到边界品位，厚度达到相应矿床最小可采厚度，Au矿化体多处发育，且Ag、Mo等多个矿种共伴生，应进行进一步深部勘查工作。

[注 释]

① 核工业二○八大队.2009.乌拉特中旗图古日格金矿详查报告[R].