吉林省敦化尔站矿区地球化学异常与钼矿体的相关性分析

张海洪,王福亮,李存直,薛昊日,姜雪飞,付 涛,李 阳

(1.长春工程学院，吉林长春 130021；2.吉林省地质调查院，吉林长春 130061)

0 引言

吉黑东部成矿带行政区划属于吉林和黑龙江两省的东部，是东北地区重要的多金属成矿带，按成矿构造环境、区域成矿地质特征被进一步划分为小兴安岭-张广才岭、佳木斯-兴凯成矿带和完达山成矿带三个次级成矿带(张兴洲等，2006；李立兴等，2009；谭成印，2009)。近年来，在小兴安岭-张广才岭成矿带陆续发现了大量多金属矿床，尤其是霍吉河、鹿鸣、大黑山、季德屯、大石河、五道岭钼矿等一系列与斑岩体有关的(超)大型钼矿床的发现，取得了重大的找矿突破，此成矿带也受到地质工作者的高度关注(王成辉等,2009；杨言辰等，2012；陈衍景等,2012；谭红艳等,2012；孙庆龙等,2015；Zhou et al.,2018)。水系沉积物和土壤地球化学测量在进行包括钼矿在内的有色金属勘查时，能够直接高效地确定有利区域，并有效确定找矿范围和异常源头，找矿效果显著(韩振哲等，2009；侯朝勇等，2011；赵荣军等，2013；郭玉乾等，2020)，在吉林省大中型钼矿发现中也显示突出找矿效果(史致元等，2008；王玉增等，2014)。自20世纪80年代开始，吉林省第五地质调查所等在尔站地区开展了1:20万的地球化学测量和区域地质调查工作，圈定了水系沉积物综合异常，但尚未发现矿化线索和含矿蚀变带。本次研究在系统收集以往资料的基础上，在尔站矿区开展了1:5万水系沉积物测量，并对异常进行排序、筛选，优选出1处水系异常进行重点查证，在此基础上进行1:1万土壤测量和路线地质测量，经工程验证在晚古生代侵入岩中发现钼矿体。在尔站矿区开展钼矿地质地球化学特征及其与矿体相关性研究，可为晚古生代钼等有色金属勘查与成矿研究提供依据。

1 区域地质背景

矿区大地构造位于天山-兴蒙造山系(Ⅰ-1)小兴安岭-张广才岭弧盆系(Ⅱ-2)的三级构造单位东风山-尔站地块(Ⅲ-7)和张广才岭花岗岩带(Ⅲ-13，黑龙江地质矿产局，1993；谭印成，2009)。矿区所处由牡丹江断裂、敦化-密山断裂、伊通-依兰断裂三条断裂控制的楔形区域内，距离敦化-密山断裂较近(图1a)。区域内出露地层以古生代和中生代地层为主，岩浆岩主要以古生代-中生代中酸性侵入岩为主(图1b)。成矿区带属于吉黑成矿省(Ⅱ级)东部的小兴安岭-张广才岭(Ⅲ级)多金属成矿带(李立兴等，2009)，有学者将其划归到吉中-延边(活动陆缘型)Mo-Au-As-Cu-Zn-Fe-Ni-W成矿带中的吉中成矿亚带(葛文春等，2007)。

图1 吉林敦化尔站矿区大地构造位置图(a,据Wu et al.,2007修改)和区域地质图(b,含水系综合异常)

2 研究区地质特征

尔站矿区位于吉林省敦化市以北约70 km处的黑龙江和吉林两省交界处。区内以中元古代变质岩系为基底，与拼接造山作用伴生的侵入岩呈带状分布，而且具多期次活动特点，形成了复杂的构造岩浆岩带，构成区内主体部分。区域上出露地层主要为前寒武系代表了微陆块，包括中元古代青龙村群的尔站组(Pt2er)和苇芦河组(Pt2w)，新元古代一面坡群固安屯组(Pt3g)。尔站组地层零星出露，部分呈残片状于二叠纪和中生代岩浆岩中，岩性为灰黑色黑云石英片岩、灰绿色微晶片岩。苇芦河组仅在矿区北部出露，岩性为黄褐色黑云二长变粒岩、斜长变粒岩、含红柱石二云母斜长片岩夹灰绿色微晶片岩和大理岩透镜体，与下伏尔站组地层整合接触。固安组在区内西北出路，岩性为灰黑色粉砂质板岩夹片理化粉砂岩。石炭系杨木岗组(C2y)，区内老爷岭附近零星出露，岩性为绢云母板岩、绢云母千枚岩、绢云绿泥板岩，片理化粉砂岩夹片理化角砾凝灰岩。二叠系杨家沟组(P2y)在区内小北沟南部有出露，岩性为灰黄色-灰绿色二云母长英质角岩、灰黑色角岩化粉砂岩夹酸性角砾凝灰岩。第四系主要分布于区内沟谷之中，由亚粘土、砂、砾石组成。

矿区距敦化-密山断裂较近，区内断裂构造以北东向为主，近东西向的天北-尔站断裂次之，北西向断裂局部发育，它们的发生与发育控制了区内地层和岩体的产状和边界(图1b)。其中，光秃山北东向的断裂及其次级构造，控制了尔站矿区晚二叠世酸性岩体和中元古界尔站组古老地块残片的方向，也为含矿热液提供了通道(图1b)。

区域内广泛发育古生代至中生代岩浆岩，主要有晚二叠世、三叠纪、侏罗纪花岗岩三期。出露面积最大的是位于秃顶子附近的晚二叠世似斑状二长花岗岩、二长花岗岩和少量花岗闪长岩。前人1:20万地质填图中将其定为武陵期以及加里东期的侵入岩(黑龙江省地质矿产局，1990)。最新采集新鲜岩石进行锆石U-Pb年龄测定(采样点位见图1b)，结果显示原定为武陵期、加里东期的侵入岩的年龄介于272±2～257±1Ma，属于晚二叠世(Long et al.,2019)。此外矿区内零星出露的岩浆岩有侏罗纪正长花岗岩、花岗闪长岩，三叠纪石英闪长岩和辉长岩岩株零星分布，以及大面积出露于老爷岭附近的古生代花岗岩(图1b)。

3 矿区地球化学特征

3.1 水系沉积物地球化学特征

本次对沙兰站地区1:5万水系沉积物测量结果显示，HS-21号水系沉积物综合异常较好。该异常呈北东向展布，面积为37.33 km2，异常元素主要由W(7个单元素异常)、Mo(6个)、Sn(7个)、Bi(10个)等元素异常组成。该异常中心位于尔站小北沟林场北东2.5 km处的光秃山一带，并与20世纪80年代开展的沙兰站幅1:20万水系沉积物测量圈定的敦沙-88-HS-21号(Mo-Cu-Zn-Bi-Au)异常位置吻合较好，重叠面积大(图1b)。在HS-21号水系沉积物综合异常中，Mo元素异常强度大、衬度高，浓集中心明显，具有内-中-外的浓度分带，Bi元素具有中-外带，Sn和W元素具有外带，元素分带不明显，浓集中心较分散。HS-21号水系沉积物综合异常中，各异常呈北东向展布，与北东向构造方向具有一致性，特别是与侵入构造关系密切(图1b)，元素异常强度较大，峰值较高，Mo极值16.50×10-6；Sn极值5.20×10-6；Bi极值1.07×10-6；W极值3.40×10-6。

HS-21水系异常区范围的地质体主要由晚二叠世似斑状二长花岗岩、二长花岗岩、少量花岗闪长岩以及中元古界青龙村群尔站组黑云石英片岩的透镜体残片组成(图1b)。

3.2 土壤地球化学异常特征

在1:5万尔站Hs-21号水系沉积物综合异常圈定基础上，选择异常值较高、成矿地质条件较好的地段开展了1:1万土壤测量和查证工作(图1b)。共采集样品1017件，包含重复样50件。重复样品合格率为92. 6%，分析结果可靠。分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Mo、Sn、Bi等11个种元素，测量结果表明，水系沉积物异常与土壤异常吻合程度很好，圈出6个土壤综合异常。其中Ht-1、Ht-2异常面积较大，基本呈北东及东西走向带状分布，异常强度高，各元素异常套合较好，土壤沉积物中以Mo、W、Bi、Cu、Zn、Ag、As等元素异常为主，浓度分带明显，异常中心主要围绕晚二叠世似斑状二长花岗岩体及与尔站组围岩接触带分布，Mo和As元素呈大面积片状分布，其他元素小面积分布其中(图1b和图2；表1)。

图2 尔站矿区1:1万土壤元素异常剖析图

表1 尔站矿区土壤地球化学异常特征表

Ht-1号异常元素多且浓集中心明显，异常规模大(∑NAP值为13.86)，其中Mo和As元素具有内、中、外带，Ag、Cu、Zn具中、外带，W具外带，同时元素分布具分带性，由中心向四周元素分布规律为Mo-As-Ag(Cu)-Zn-W(图2，表1)。Mo元素以5.25×10-6为异常下限圈定异常面积3.95 km2,并具有11处浓集中心，Mo元素峰值为106.3×10-6,异常规模最大(NAP值为8.69)。As元素异常面积2.65 km2，具有4处浓集中心，As元素峰值为72.98×10-6。Mo和As元素的浓集中心具有一致性(图2)。Ht-2号异常中Bi元素具内、中、外带，As、Zn元素具中、外带，异常面积和规模较小。Ht-1号异常主体位于晚二叠世似斑状二长花岗岩和前寒武纪尔站组地层的接触部位，局部位于三叠纪期粗粒花岗岩。Ht-2中Bi元素异常面积0.41 km2,并具有内、中、外带，异常分布于晚二叠世粗粒花岗闪长岩与似斑状二长花岗岩接触部位(图2)。

3.3 元素组合特征

R型聚类分析是通过多个变量间的相关系数大小定量研究各元素间聚集和分离，对单变量组合之间的亲疏关系数据化(郑济林等,1987；张再天等，2013；韩荣文等，2016；王占彬等，2020；李超等，2020)。该方法是厘清测区内沉积物中各元素相关性和元素组合特征的有效途径，广泛应用到地质找矿中，可确定成矿地质过程中各成矿元素亲疏关系，判断成矿期次、矿床的类型和成因以及成矿元素的迁移，进而为地球化学找矿模型建立和指导找矿提供依据(张科等，2004；孙华山等，2005；李明等，2011；于俊博等，2014；张娜等，2015；雷源保等，2020)。根据研究区土壤地球化学数据结果，对分析的11种元素进行R型聚类分析(图3)，发现在相关系数0.4相似水平时，可将11种元素划分成3组:①Mo、As、W；②Cu、Pb、Sb、Bi、Sn、Zn、③Au、Ag。通过R型聚类分析得出的主要结论:主成矿元素Mo与W、As的相关性较好。

图3 尔站矿区土壤样品元素相关度R型聚类分析谱系图

4 异常查证结果

在土壤异常区布置了3条综合剖面(Pm 01～03)，综合剖面方位90°，总长6. 20 km(图4)。通过综合剖面Pm 01～03测量，显示在晚二叠世似斑状二长花岗岩及其与中元古代尔站组的接触带位置土壤Mo元素地球化学异常最为显著，局部露头裂隙发育处见有绢云母化和星点状黄铁矿化，在三叠纪花岗闪长岩异常较弱，W元素异常整体不显著。同时，激电剖面显示蚀变和矿化的似斑状二长花岗岩具有比较显著的低阻和高极化特征(图4和图5)，低阻和高极化区域平面上呈北东向带状分布(图4)。

通过对综合剖面的结果分析和异常中心路线地质调查，在Ht-1异常区内发现有钼矿化转石，见有辉钼矿细脉状分布于晚二叠世似斑状花岗岩裂隙中，脉宽1～2 mm。取化学样测试结果Mo为0.158%。经异常区施工2条探槽进行检查，发现有绢云母化、浸染状黄铁矿化、辉钼矿化，取样分析结果Mo 0.011%；WO3为0.054%，但蚀变带宽度尚未控制。因此，为探索物化探异常中心深部是否存在钼矿体，实施了1口深度为353.3 m的钻孔,岩心主要岩性为黑云石英片岩和蚀变的似斑状二长花岗岩(图6a～d)，揭露矿体6条，见矿深度最浅为9 m，最深为273.4 m，其中③和⑤层矿体厚度大、品位高。③号矿体厚11.20 m，品位0.187%～0.222%，平均品位0.210%，⑤号矿体厚18.50 m，品位0.011%～0.443%，平均品位0.115%。辉钼矿主要以细脉状、浸染状于裂隙发育的似斑状二长花岗岩(图6b、e)和黑云石英片岩中(图6a)，少量呈星散状分布，黄铁矿化较为普遍，染状和星点状黄铁矿分布于蚀变岩中，偶见毒砂，蚀变类型主要为绢云母化、绿泥石化和硅化(图6b、e、f)。异常检查和现有工程初步揭露出矿化蚀变带约1000 m，矿化体长约400 m，走向北东，倾向南东，矿体较陡，倾角产状约45°～50°，推测矿体向东南部深部延伸(图4)。从异常规模及钻探工程验证结果来看，尔站矿区地球化学异常与钼矿体关系密切，有找矿潜力。

图5 Pm01综合地质剖面图

5 勘探思路及找矿分析

5.1 成矿背景

东北地区在古生代期间受古亚洲洋闭合及额尔古纳、兴安、松嫩-张广才岭等多个陆块的碰撞拼合，中生代期间古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲作用叠加，形成了巨量古生代-中生代花岗岩(Wu et al.,2004,2007,2011;Xu et al.,2013;李锦轶,2009;Liu et al.,2019,Wang et al.,2019;图1b)。以往研究表明东北地区钼(铜)多金属矿床的形成时代多为中生代，与花岗岩分布范围基本一致，几乎都与中酸性中浅成侵入岩或次火山岩有关(168～190 Ma，白令安等,2012;孙景贵等,2012;陈衍景等,2012;松权衡等,2016;孙海瑞等,2016;Zhou et al.,2018;Hu et al.,2019;Guo et al.,2018)。在小兴安岭-张广才岭多金属成矿带之上，同样分布大量中-晚二叠世的花岗岩分布(图1b，Long et al.,2019)，多期断裂叠加和岩浆活动可能为斑岩型钼矿床形成提供了热源、物源和赋矿空间。尔站地区位于多条区域性深大断裂交汇带上，区内晚古生代至中生代岩浆侵入活动强烈，具有多期岩浆活动特点，热液活动迹象明显，具备较好的地质条件。

5.2 成矿条件分析

(1)地球化学与地球物理条件：根据工程验证结果，尔站地区的地球化学异常是钼矿体发现的重要条件，异常区域与成矿岩体的分布具有一致性。区域内水系与土壤沉积物各元素异常的套合程度高，异常Mo为主要和优势成矿元素，具有较大成矿潜力，As、W、Sn、Bi等元素与Mo矿化关系密切，是研究区重要的找矿指示元素。Mo元素异常主要来自成矿岩体中的辉钼矿，而As元素异常则应与钻井岩心揭示的浸染状和星点状黄铁矿(含毒砂)有关。综合剖面中物探剖面低阻和高极化是成矿的有利区域，并与地球化学异常中心具有一致性，二者均在晚二叠世似斑状二长花岗岩体以及与中元古界尔站组变质岩残片接触带异常显著，与赋辉钼矿和黄铁矿关系密切。由于该位置矿化体埋藏较浅(最浅9 m)，更容易进入水系和土壤沉积物中富集形成元素异常。

图6 尔站矿区代表性岩心及显微照片(正交偏光)

(2)岩浆岩与围岩条件：尔站矿区成矿作用与晚二叠世似斑状二长花岗岩体及其边缘和岩体中存在前寒武纪尔站组黑云石英片岩的残片关系密切。矿化主要发育在似斑状二长花岗岩、二长花岗岩以及尔站组围岩或残片接触带附近，表现为岩体和围岩接触带含矿、破碎带富矿的特点。晚二叠世浅成的酸性岩浆活动不仅为成矿作用提供了部分物质来源，还提供了热量和成矿热液。

(3)构造条件：尔站地区距敦化-密山断裂较近，区内北东向断裂控制了区内地质体产状和边界，也控制了尔站矿区晚二叠世酸性岩体和中元古界尔站组古老地块残片的方向(图1a和b)。该断裂与叠加的北西向构造的交汇复合部位，为岩浆和含矿热液提供了通道，并发育蚀变破碎带，进而控制了矿体和矿化蚀变带，其产状具有北东-南西走向和倾向南东的特点(图4和图5)。

(4)矿体特征与矿化蚀变条件：工程揭露钼矿(化)体6条，长约400 m，矿化蚀变带约100 m，矿体产状倾向南东，倾角约50°。在前寒武尔站组与似斑状二长花岗岩接触带矿体埋藏较浅(9 m处揭示钼矿体Mo①)。结合矿体产状和成矿元素异常分布特征推测Mo①～⑥的走向上延伸的浅部和南东向延伸的深部具备较大成矿可能。与成矿关系密切的蚀变标志为似斑状二长花岗岩及围岩发育绿泥石化、绢云母化和硅化，矿化标志为发育浸染状、细脉状的辉钼矿化和黄铁矿化。

5.3 找矿分析与工程布置优选

综合以上含矿岩体与围岩产状、矿体产状、地球化学和地球物理异常特征，依据验证工程的成矿有利部位，一方面在位于矿体倾向延伸的南东方向的异常浓集中心处靶区1的优选区域进行钻探为主工程布置(图4)，有望在深部揭露现有矿体Mo①～⑥向南东向延伸的深部矿体，查明矿体的形态、厚度和规模。另一方面，由于1:5万水系沉积物和1:1万土壤地球化学异常与断裂和成矿岩体北东向展布，具有一致性，目前发现的矿体位置与三条综合地质剖面的显著Mo地球化学高值区、地球物理剖面显示的低阻和高极化区域重叠，整体呈北东向展布，因此在该区域北东向延伸的靶区2内进行槽探浅部为主的工程布置(图4)，如确定了钼矿体在北东方向上的延伸，则可在靶区2内开展钻探工程，预期可揭露矿体类似靶区1的矿体。在更大范围的水系异常区内，建议在沿北东向延伸方向，特别是在区域上残存中元古代地层残片的中-晚二叠世花岗岩区域开展找矿工作，是下一步工作方向重点找矿地段，有望在小兴安岭-张广才岭地区古生代钼矿实现找矿突破。

6 结论

(1)水系、土壤地球化学测量与异常查证结果表明，Mo、As等元素地球化学异常与钼矿体及其中辉钼矿、黄铁矿金属矿物具有密切的相关性，Mo为研究区的优势成矿元素，具有较大成矿潜力，As、W、Sn、Bi、等元素与Mo矿化关系密切，是研究区重要的找矿指示元素。

(2)尔站矿区是与斑岩体有关的钼矿床，其北东向断裂构造和晚二叠世似斑状二长花岗岩共同控制区内矿脉的分布，蚀变标志为绿泥石化、绢云母化和硅化，矿化标志为发育浸染状、细脉状的辉钼矿化和黄铁矿化。

(3)圈定靶区2处，靶区1位于已揭露矿体倾向南东延伸的异常浓集中心处，优先实施钻探工程，有望揭露深部矿体。靶区2位于已揭露矿体北东向延伸区域，优先实施槽探工程，揭露相同产状矿体则可继续开展钻探工程，预期可揭露深部矿体。区域上残存前寒武系(如尔站组地层)残片的晚二叠世花岗岩区域是研究区重点找矿地段。