河北张宣幔枝构造尚义地区金的地球化学特征分析

杨 云, 谷振飞, 邓 佳, 燕云生

张宣(张家口—宣化) 幔枝构造区是河北省重要的金矿集中区, 其中核部的金矿成矿作用与外围银多金属矿床成矿作用是统一的金—银多金属成矿系列。幔枝构造对本区域地质找矿, 特别是金多金属矿床研究及勘查找矿起到了重要的指导作用, 取得了显著的找矿效果。 以往金银多金属矿研究勘查主要集中在张宣幔枝构造区中东部[1-5], 特别是在崇礼—赤城—宣化三区县所辖的岩浆-变质杂岩分布区, 围绕尚义—赤城—平泉深大韧性剪切(断裂) 带实现金矿找矿工作重大突破, 构成了张宣幔枝构造区金矿集中区。

张宣幔枝构造区西部, 特别是河北尚义一带, 由于受到厚层中、 新生界覆盖影响, 基本为金银多金属矿勘查空白区。 本文在前人研究基础上, 根据最新1 ∶5 万水系沉积物地球化学测量结果, 将尚义一带作为典型区域进行研究, 初步对本区幔枝构造上叠火山-沉积盆地金的地球化学特征分析, 以期为尚义—赤城—平泉深大韧性剪切(断裂) 带西部金矿研究和找矿提供新思路。

1 地质背景

1.1 大地构造

张宣幔枝构造空间上呈巨型穹状, 北起康保, 南到涿鹿, 西自尚义, 东至赤城, 出露面积近4 000 km2。 总体构成以崇礼为中心的巨大穹窿状幔枝构造, 自中心向外围依次发育3 个地质单元, 分别为核部岩浆-变质杂岩、 外围拆离滑脱层及上叠火山-沉积盆地。 尚义—赤城—平泉深大韧性剪切(断裂)带横贯其中, 在区域上横跨燕山台褶带和内蒙地轴两个二级大地构造单元, 其中, 河北尚义地区位于张宣幔枝构造西部(图1)。

图1 张宣幔枝构造图[1]Fig.1 Geotectonic situation of Zhangjiakou—Xuanhua mantle branch

大青山位于河北尚义县与内蒙兴和县交界处, 空间上在张宣幔枝构造西部边缘, 地质单元为火山-沉积盆地区。 通过近年地质找矿工作, 在大青山一带发现多个金银多金属矿化点, 空间上属于张宣幔枝构造外围成矿系列。

1.2 地层

研究区出露地层较简单, 主要为中太古界下白窑组片麻岩、 混合岩和变粒岩及斜长角闪岩, 局部地段见大理岩; 新太古界红旗营子群黑云角闪斜长变粒岩、 片麻岩; 侏罗系下统下花园组煤系地层, 中统九龙山组、 髫髻山组安山质火山岩及土城子组砂砾岩;白垩系青石砬组砂砾岩; 新生界新近系中新统汉诺坝组玄武岩及第四系松散沉积物(图2)。

幔枝构造上叠断陷火山-沉积盆地中的充填物多为火山岩系和沉积岩系, 与研究区地层岩性一致。 主要为侏罗系中统九龙山组是一套陆相火山碎屑岩沉积岩, 下部为砂砾岩, 上部为玄武安山岩、 流纹质和粗面质安山岩与砂砾岩互层; 髫髻山组是一套以粗安质熔岩、 角砾凝灰岩等火山喷发岩为主, 夹有凝灰质砂岩、 凝灰质砾岩等火山岩地层; 土城子组是一套巨厚河流相红色沉积砂砾岩地层。 研究区厚层侏罗系属于典型的幔枝构造上叠断陷火山-沉积盆地。 由于中生界及后期新生代地层覆盖面积广, 沉积厚度大, 在一定程度上影响研究区金银多金属矿找矿工作。

1.3 构造

研究区太古宇结晶基底褶皱发育, 区域上位于尚义—赤城—平泉东西一级深大韧性剪切(断裂) 带(I)、 商都—兴和—蔚县北西向二级断裂带(II) 与大同—尚义北东向三级断裂带(III) 交汇处。 受区域大断裂影响, 研究区范围内北西向、 北东向、 北北东向、 近东西向和近南北向断裂构造分布广泛, 其中以前二者最为发育。

上叠火山-沉积盆地属于幔枝构造的第三个地质单元, 岩浆侵位及隆升规模相对较弱。 研究区侏罗系发育近东西向的褶曲, 伴随一系列逆断层, 形成一系列断陷盆地, 陡倾断层为盆地分布边界线。 局部形成推覆构造, 推覆体地层倾角变化大, 上陡下缓。 区域上发育近似环形和放射状断裂构造, 将侏罗系火山-沉积盆地错断成块段状, 上述构造特点属于典型的幔枝构造活动特征。

1.4 岩浆岩

研究区岩浆活动较为频繁, 以吕梁期浅变质中粒花岗岩为主, 包括花岗岩、 花岗闪长岩、 闪长正长岩等。 另外, 北西向及北东向辉绿岩脉、 正长斑岩脉、石英斑岩脉较发育, 大多呈岩株状、 脉状和岩群侵入到中太古界变质岩中。 其中大青山岩体位于河北尚义县城西南12 km 处, 岩体近似矩形, 长轴近NW 走向, 地表出露面积为19 km2。 岩体围岩为中太古界下白窑组, 岩性为片麻岩、 混合岩和变粒岩及斜长角闪岩, 岩体北侧断裂构造走向近东西, 切割基底, 旁侧次级断裂构造较发育。

以往地质工作中对大青山岩体地质时代确定尚不统一, 曾被界定为太古宙、 中元古代或燕山—印支期[13,14]。 最新锆石U-Pb 测年数据显示, 大青山花岗岩成岩年龄为150 ～158 Ma, 为晚侏罗世, 是燕山早期造山阶段产物。 大青山岩体地质时代的测定, 反映在幔枝构造火山-沉积盆地内仍有小型燕山期岩浆活动, 并在断裂交汇处侵位及隆升出露地表, 为幔枝构造在上叠断陷火山-沉积盆地活动的直接证据, 可认为是小型的次级幔枝构造, 为内生金属找矿工作提供理论支撑和参考。

1.5 区域金矿(点) 特征

研究区内金矿(点) 主要位于上叠火山-沉积盆地似环形和放射状断裂构造内, 金矿(点) 多分布在老变质岩、 岩浆岩及沉积岩断裂裂隙内。 尚义大青山一带, 岩浆岩控矿主要表现为侵入控矿作用, 其中二道背、 北立图沟金矿点主要受晚侏罗世燕山期花岗岩及次级断裂控制; 银沙背、 五十家金多金属矿产主要与断裂构造活动关系紧密。 金矿矿床类型为石英脉型, 赋矿围岩为变质岩、 花岗岩或沉积岩, 含矿脉体顺层理薄弱面侵入, 延伸较远, 多组细脉组成, 局部厚度增大, 产状受围岩及构造控制, 倾角较陡。

2 样品采集与分析方法

研究区2015—2016 年地球化学测量为水系沉积物测量, 采样点主要布设在一级水系沟口、 二级水系中上游, 三级水系适当布设控制点。 采样密度5 点/km2, 采样-10 ～+60 目, 共采集样品4 939 件,分析元素16 种: Au、 Ag、 Cu、 Pb、 Zn、 As、 Sb、Bi、 Hg、 W、 Sn、 Mo、 Cd、 Co、 Cr 和Ni。 样品由河北省地矿中心实验室完成测试工作。 实验室样品分析方法及检出限均参考 《地球化学普查规范 (1 ∶50 000) 》 (DZ/T 0011-2015) 中分析方法及检出限要求, 检出限、 准确度、 精密度均满足规范及设计要求。 统计所有元素地球化学参数, 包括原始数据及剔除特异值后数据的平均值、 标准离差及变化系数, 背景值为剔除特异值后数据的平均值, 使用迭代法计算各元素异常下限。

3 金地球化学特征

3.1 金元素分布特征

Au 为研究区主要成矿元素, 主要沿尚义—赤城大断裂及其次级断裂, 呈近东西和北东向展布。 Au元素高背景区分布大体受太古宇变质岩以及断裂构造控制。 深部岩浆活动为Au 矿化提供了物源层, 断裂构造为其提供了迁移通道。 特别是在二道背—银砂背一带, 与已知矿点空间关系密切。 Ag、 As 和Sb 元素空间分布与Au 元素类似, 都是岩浆构造活动的结果,与区域岩浆构造带位置空间展布叠合较好。 Hg 元素空间特征不是很明显, 与已知的岩体、 矿点、 构造有一定的关系。

根据研究区元素的R 型相关性分析、 地球化学特征组合关系以及地质背景, 根据各个地质单元岩石地球化学参数统计结果以及地球化学数据空间相似性,与Au 密切相关的元素分别为Ag、 As、 Sb、 Hg。 研究区内Au 为低温元素, 化探数据统计结果显示为: 右偏, 峰度值较高, Au 元素平均值均大于众数, 呈正偏态分布, 变异系数较大。 反映Au 异常与地质体没有直接相关性, 主要跟地表矿化石英脉体有关。

中太古界下白窑组Au 元素相对富集, 变异起伏较大, 且Au、 Bi、 W、 Mo 元素相关性明显, 认为与燕山期花岗岩侵入有关。 新太古界红旗营子群Au 元素相对富集, 元素变异起伏较大变异系数达5.17, 明显富集, 该套地层主要分布于尚义—赤城—平泉东西一级深大韧性剪切(断裂) 带两侧, 是Au 元素沿断裂构造向上迁移的有力佐证。 侏罗系断陷火山-沉积盆地局部Au 元素富集, 总体变异起伏较大, 反映了厚层陆相火山碎屑岩沉积盆地构造裂隙发育, 且有深部岩浆热液活动。 新生界新近系中新统汉诺坝组Au元素较富集, 在玄武岩区呈大面积高背景区, 是地质体地球化学背景的一个反映。 相对吕梁期及海西期岩浆岩, 燕山期花岗岩Au 元素明显富集, 反映该阶段为Au 主要成矿期。

3.2 岩石地球化学参数特征

为了解地球化学背景及异常解释, 对研究区主要地质单元分别进行岩石地球化学参数特征进行分析,岩石地球化学参数特征见表1。

表1 金元素参数统计表Table 1 The parameter statistics of gold element

中太古界下白窑组以变粒岩、 片麻岩为主, 原岩由酸性岩、 长石砂岩变质而成[13,14], 在本组地层内圈定了多个金化探异常, 空间分布主要受断裂构造控制; 异常元素组合为Au、 Ag、 As、 Sb 和Hg, 元素含量相对偏高, 为后期岩浆构造活动引起异常。 厚层侏罗系盖层内有小规模、 零星Mo、 Cd、 Hg、 Au、 As 元素异常, 无明显规律性, 推测由火山岩或后期构造活动引起。 汉诺坝玄武岩中Cr、 Co、 Ni 本身含量偏高,但并不富集, 为背景值反映; Co、 Ni、 Cu 元素化学参数相近, 相互置换, 导致Cu 元素含量偏高。 对比吕梁期、 海西期和燕山期Au、 Ag 元素相对含量, 可发现元素含量相对偏高, 反映燕山期岩浆岩Au、 Ag元素相对富集, Au、 Ag 元素主要源于地核, 燕山期深源岩浆岩为金矿找矿潜力区。

3.3 金异常分布特征

通过异常圈定可知, Au 元素异常受构造及岩体控制明显, 主要沿尚义—赤城深大断裂及北东向次级断裂带分布, 局部受岩浆岩控制, 特别是燕山期花岗岩影响最为明显。 在银沙背—二道背一带, Au 异常多分布于北东向次级断裂与近东西向尚义—赤城深大断裂带的交汇处, 空间上呈带状。 在大青山以及尚义—赤城深大断裂带两侧, 有花岗岩体出露, 部分岩体赋金性明显, Au 异常空间上呈带状、 串珠状。

研究区已发现二道背、 北立图沟、 银沙背、 五十家等多个金矿床或矿化点, Au 元素异常与已知矿点空间紧密叠合。 通过异常查证, 在AS-24 异常东部查证过程中, 新发现北立图沟金矿点, 该矿点控制该处Au 异常的空间形态。 另外中太古界下白窑组、 新太古界红旗营子群本身Au 元素平均含量较高, 在区域空间上形成大面积高背景值区, 局部受岩浆构造活动影响, 形成多个Au 元素异常。

3.4 金远景区分析

通过地球化学测量, 在研究区内圈定二道背—银沙背金成矿远景区MP1, 成矿远景区近北东向展布,面积100.23 km2。 MP1 远景区由AS-15、 AS-24、 AS-16、 AS-22、 AS-25、 AS-26、 AS-28 和AS-21 等异常组成, 该成矿远景区呈北东向展布, 异常以Au、 Ag、Mo、 As、 Bi、 Cd、 W 元素为主, 均达到有三级浓度分带, 异常范围大, 元素组合有统一的浓集中心, 元素具典型分带性, 内带为Mo、 Bi、 W 异常, 外带为Au、Ag、 As、 Cd 异常, 区域展布特征受幔枝构造上叠火山-沉积盆地似环形和放射状断裂构造控制。

表2 岩石地球化学参数统计表Table 2 Lithogeochemistry parameter statistics of geological unit

图3 研究区金地球化学异常图Fig.3 The distribution of gold anomalies in Shangyi County, Hebei Province

4 讨论

尚义一带位于张宣幔枝构造区西部, 基本属于幔枝构造上叠火山-沉积盆地, 火山-沉积地层分布广泛且厚度巨大, 成矿条件相对较差, 基本为金、 银多金属矿勘查空白区。 2015—2016 年1 ∶5万水系沉积物地球化学测量结果显示, Au 为研究区主要成矿元素,Au 地球化学异常主要沿似环形和放射状断裂构造展布, 相关异常在空间上呈近等距平行排列, 推测异常与隐伏断裂构造有关。

作为受岩体构造控制的Au 元素异常, AS-24 异常与其它异常相比, 异常元素含量高, 异常面积大,浓集中心统一, 分带性明显。 为了查明异常原因, 采用锆石U-Pb 法对大青山花岗岩样品进行了地质年代分析, 确定了大青山岩体属燕山早期造山阶段产物。大青山岩体类似小型的次级幔枝构造, 在构造叠加部分侵位隆升, 把深源成矿元素(金等) 带到地表, 温压条件随之降低, 多组断裂构造交汇处是良好的容矿空间, 进而形成了金矿床或矿化点。

5 结论

(1) 尚义地区张宣幔枝构造上叠火山-沉积盆地主要成矿元素为Au, 环形和放射状断裂构造为深源成矿元素Au 提供了上升通道; 侏罗系厚层陆相火山碎屑岩地层Au 元素仍有聚集成矿的可能, 深入研究幔枝构造特点可以进一步掌握金矿赋存规律。

(2) 通过1 ∶5万水系沉积物测量, 尚义一带金地球化学异常呈北东向展布, 受北东向构造、 岩浆岩带控制, 地球化学异常规模大、 强度高, 浓集中心集中, 分带性明显, 空间范围与区内次级断裂构造吻合较好, 系列北东向异常带为今后金矿勘查潜力区。

(3) 根据尚义地区地球化学特征研究和分析, 圈定了二道背—银沙背金成矿远景区。 研究区金地球化学异常、 成矿远景区、 金矿床及金矿点均为幔枝构造活动的结果。 幔枝构造成矿理论的研究, 为尚义地区厚层火山-沉积盆地区金矿勘查提供了理论支撑, 具有重要的实践意义。