冀西北怀安县一带地球化学特征及找矿潜力分析*

朱梦蕾 王占彬 曹 龙

（1.安徽省地球物理地球化学勘查技术院；2.中国地质调查局西安矿产资源调查中心）

成矿作用反映在地球化学场的变化则为区域地球化学异常与局部地球化学异常。因此，通常前期开展地球化学测量，能够快速缩小找矿范围，锁定找矿目标，从而指导找矿。本研究区位于冀西北怀安县一带，在20世纪末已完成1∶20万区域地质调查与1∶20万化探扫面工作［1］，发现该区成矿条件有利，区域异常明显，为查明该区地球化学特征，进一步缩小金多金属、铁等矿产找矿靶区，部署开展了1∶5万水系沉积物测量1 564 km2，基本查明该区元素分布特征与异常特征，为指导找矿提供了地球化学依据。

1 地质概况

研究区大地构造位于华北板块西北缘，怀安复式穹隆状褶皱隆起带内。成矿区带划分属华北板块北缘成矿省，华北板块北缘中段太古宙、元古宙、中生代金银铅锌铁硫铁矿成矿带内，成矿条件有利。本区地层较为复杂，不仅有变质的新太古代、古元古代基底地层，还有大量中元古代之后未变质的盖层地层［2-3］。

该区出露地层主要有新太古代桑干岩群马市口组，岩性为二辉斜长麻粒岩、二辉斜长片麻岩、二辉斜长变粒岩，该岩组是“鞍山式”变质铁矿的重要赋矿层位；新太古代桑干岩群右所堡组，岩性为黑云二辉斜长片麻岩、二辉角闪斜长变粒岩；古元古代集宁岩群沙渠村岩组，岩性为含石墨石榴斜长变粒岩；中元古界长城系自下而上依次为常州沟组、串岭沟组、团子山组、大红峪组，常州沟组岩性为石英岩状砂岩和砂页岩，串岭沟组岩性为砂页岩，团子山组岩性以白云岩为主，大红峪组岩性主要为长石石英细砂岩；中侏罗统九龙山组（J2j）岩性为砾岩、长石砂岩、粉砂岩、泥岩等；上侏罗统土城子组（J3tch）以砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩为主；上白垩统南天门组（K2n）以砾岩夹砂岩、粉砂岩、黏土岩、泥岩为主；古近纪—新近纪汉诺坝组（E3N1h）为一套灰色玄武岩。

区内断裂构造发育，总体呈东西向展布，控制了区内地层、岩浆岩的分布。尚义—平泉深大断裂、沽源—张北大断裂、马市口—松枝口大断裂控制了区域内成矿带的展布。该区褶皱构造发育，主要为近东西向、南北向的基底构造以及北东向的盖层构造［4］。

岩浆岩在怀安一带大面积分布，既有大面积的侵入岩发育，也有广泛发育的火山岩。侵入岩以新太古代五台期、古元古代吕梁期、中新元古代晋宁期为主，中新生代侵入岩分布较少。该区火山岩以新生代玄武岩类为主。

该区中部和南部侵入岩发育，北部零星出露。主要包括新太古代晚期中酸性变质岩，古元古代中基性和酸性侵入岩，中元古代中性侵入岩，晚三叠世中酸性侵入岩，中侏罗世酸性侵入岩，新近纪基性侵入岩。

研究区出露的火山岩面积较小，主要在西洋河幅北部下马圈到小坝子一带发育粗安岩等火山岩，呈夹层产于九龙山地层中，新生代火山岩主要为汉诺坝组玄武岩。

该区太古宙—古元古代变质作用主要为区域变质、混合岩化、接触变质、动力变质等。相关的变质岩类有区域变质岩、混合岩、接触变质岩、动力变质岩等。其中区域变质岩又可分为变质表壳岩与变质侵入岩2类。

区内主要有铁矿点和火山热液型金矿点分布［5］。沉积型铁矿点位于鹿尾沟幅骆驼山，为“宣龙式”铁矿，矿床规模小。沉积变质型铁矿点在本区较多，铁矿赋存于新太古代桑干岩群马市口岩组中，矿床规模均较小，矿体呈透镜状、扁豆状，全铁（TFe）品位一般20%～30%。金矿点位于朱家洼村，矿体产于中生代火山岩体和新太古代变质岩之中，严格受断裂构造控制。

2 地球化学数据采集与处理

研究区北部为坝上高原，南部为燕山山脉，地貌上北部高原为丘陵地带，地形起伏较小，南部为燕山山脉中低山区，地势起伏较大。地球化学景观主要划分为2类：中—高山景观区、黄土及冲洪积物覆盖区。在中—高山景观区开展水系沉积物测量，在黄土及冲洪积物覆盖区部署了土壤测量［6］。本次化探工作共完成采样面积1 565 km2，共采集样品7 085个，平均采样密度为4.5个/km2，采样粒级为-10～+60目。分析了Bi、Fe、Mn、Au、Zn、Cd、Ag、Sb、Pb、Hg、Mo、Cr、Be、W、Sn、Co、Cu、As、Ni共19种元素。

化探数据主要使用GeoIPAS和Excel软件进行处理分析。对19种元素原始数据集中的X±3S的离群数据进行迭代剔除处理形成背景数据集，然后统计特征参数［7］：中位数、标准离差、样品数、平均值、变化系数，作为地球化学图色阶划分、确定异常下限及区内找矿预测的依据。

3 研究区地球化学特征

3.1 元素丰度特征

以本区化探原始数据剔除离群值后，算出的19种元素的平均值作为该区背景值，与张家口幅1∶20万区域化探结果，以及冀北17个1∶20万图幅［8］随机抽样计算所得的算术平均值对比（表1），可以看到本区元素丰度特征明显，与张家口幅及冀北地区差异显著。

从表1中可以看出，与张家口幅相比，本区Au、Ag、Cu、Zn、Sn、Fe、Mn、Cr、Co、Cd丰度偏高，其余元素偏低；与冀北地区相比，本区Au、Cu、Fe、Cr、Co、Ni丰度偏高，其余偏低。这些特点是与本区的地质背景及成矿作用相关的。研究区广泛发育的汉诺坝组玄武岩、桑干岩群高级变质岩，都是具有较高的铁族元素富集。同时桑干岩群也是Au、Ag、Cu、Zn、Fe等成矿元素富集的地质体，能为成矿活动提供重要的矿质来源保障。本区As、Sb、Bi、Hg、W、Mo等元素丰度较低，因为该区总体来看，成矿作用不甚显著，热液活动不够强烈。

3.2 元素的富集离散特征

元素原始数据集和背景数据集的变化系数（Cv1、Cv2）能分别反映出各自数据集的离散程度，Cv1/Cv2可反映剔除离群数据时，对原始数据集的削平程度大小［9］。通过Cv1和Cv1/Cv2值制作元素变化系数图，见图1。

（1）Cr、Co、Ni、Mn、Cu、Pb、Sn、Be在该区含量变化小，高含量数据少，成矿概率较低，仅有少量低缓异常分布。Mn、Cu、Cr、Co、Ni虽然异常不少，但异常强度均较低，且主要分布在汉诺坝玄武岩区及新太古代桑干岩群中，桑干岩群中有大量辉绿岩脉侵入，所以铁族元素的高值区域，与这些地质体的空间分布密切相关。Pb、Sn元素异常主要集中在朱家洼一带，面积中等，强度较高，是朱家洼金矿伴生元素；除此之外，Pb在侏罗系、白垩系及汉诺坝玄武岩中亦为高背景分布，但找矿意义较小；Sn则在中侏罗统九龙山组和第四系中显著富集，成矿可能性不大。Be异常主要集中在中侏罗统九龙山组和汉诺坝玄武岩区，异常强度小，异常衬度低，主要体现九龙山组原岩及火山岩夹层的性质，以及汉诺坝玄武岩的特殊地球化学特性，不具成矿潜力。

（2）W、Zn、Ag、As、Sb含量变化幅度中等，高强数据较多，成矿可能性较大。朱家洼金矿就伴生有W、Zn、Ag、As、Sb的元素异常。As、Sb、W元素在研究区北部尚义—平泉断裂带上，也有明显异常，与此断裂的长期活动有关。Zn的高背景区分布在汉诺坝玄武岩区，这是由于Zn倾向于在基性岩中富集所决定的。

（3）Au、Hg、Bi、Cd含量变化幅度大，高强数据多，其中Au在朱家洼已经成矿，其他元素也有成矿的可能。Hg在洗马林镇附近农田中极高值可达640×10-9，可能为人为因素引起的Hg异常，找矿意义可能不大。Hg在怀安县城附近也小面积高强度异常，极值达1 300×10-9，经检查，未见明显成矿作用痕迹。在研究区北部尚义—平泉断裂带上，Hg元素呈较好的东西向条带状异常展布，异常浓集中心与断裂带位置比较吻合。Cd元素除朱家洼异常显著外，主要富集在研究区中部第四系中，异常形状不规整，异常强度中等，这是由于在表生环境下，Cd倾向于在细粒黏土质物质中富集所决定的，本区Cd成矿可能性很小。Bi元素在朱家洼有较好异常显示，极高值为14.4×10-6，为重要的伴生元素，在其他地方Bi多呈背景分布，高背景区集中在第四系，与表生富集有关。

（4）Mo元素在工作区高强数据多，变化幅度最大，在朱家洼地区水系沉积物中极值为230×10-6，经查证发现钼矿化体，基本分析样品钼品位最高值达0.03%。在朱家洼金多金属矿区找矿表明，Mo是该区重要的成矿元素之一，在深部还有很大的找矿潜力。

3.3 元素的组合特征

地质地球化学作用过程中，各元素总是有着千丝万缕的联系，R型聚类分析可用来探究元素间的亲疏关系，揭示其地质意义［10］。用全区7 085件化探样品的原始数据进行R型聚类分析，取相关系数0.5时，可将19种元素分为10簇，见图2。

第Ⅰ簇是典型铁族元素的综合反映，其含量分布与地质单元是高度吻合的，相关元素高背景区主要为汉诺坝玄武岩及新太古代变质岩，在老变质岩（桑干岩群）中，已发现多处沉积变质型铁矿（点），说明该地层是本区“鞍山式”铁矿的重要赋矿地层，其低背景区主要为中生代地层和古元古代集宁岩群沙渠村岩组变质岩，表明这2个地质单元铁族元素丰度较低，与沉积物质来源、沉积环境以及构造演化经历有关。该簇元素可作为判断该区各地质单元界线的依据，对于特殊地质体来源及成因研究也有参考意义。

第Ⅸ簇对应是Mo、Sn高温元素组合，异常主要分布在朱家洼矿区，但面积较小。该矿就地表露头来看，以中低温热液成矿作用为主，但也存在高温成矿热液活动，有多期成矿可能。Mo、Sn在水闸屯幅西部花山村西南也有高值分布，与此地侵入至桑干岩群中的古元古代正长花岗岩体关系密切，有形成Mo、Sn矿化的可能。

第Ⅷ簇元素高值区主要集中在朱家洼一带和工作区北部坝上地区，与岩浆活动及热液活动相关。在朱家洼中生代火山岩体及附近围岩中的断裂内，有热液活动遗迹，有数条破碎蚀变带，硅化、高岭土化、褐铁矿化发育，As、Sb、Be等低温元素、指示元素富集。在朱家洼西南部有很好的前缘晕元素异常，表明该地还有进一步工作的价值。

第Ⅱ簇、Ⅲ簇、Ⅳ簇、Ⅴ簇、Ⅵ簇、Ⅶ簇、Ⅹ簇均为1个元素，与其他元素相关性较差，这些元素除在朱家洼矿区有较好异常显示外，在其他地方则含量高低各异，与不同地质单元中元素丰度差异有关，零星出现的个别规模较小的异常，也无太大找矿意义。

4 研究区异常特征及找矿潜力分析

4.1 综合异常圈定与分类

根据1∶5万化探测量成果［11］，本区共圈定各类单元素异常1 349个，确定综合异常20处，其中甲1类异常1处，甲2类异常1处，乙2类异常1处，乙3类异常6处，丙1类异常2处，丙2类异常5处，丙3类异常4处。综合异常主要以金为主，有9处，铜、钼类综合异常各3处，锌综合异常2处，银、汞、铁综合异常各1处。综合异常的分布与该区成矿活动及地质构造活动紧密相关，主要在该区中部新太古代变质岩之中分布较多，南部地区以朱家洼地区异常最为集中和显著。筛选查证了7处综合异常：Hs-18（朱家洼）异常、Hs-10（柳沟）异常、Hs-15（双落沟北）异常、Hs-17（王家坪）异常、Hs-13（双山）异常、Hs-7（席家窑）异常、Hs-12（桃沟）异常。

4.2 重要异常解释评价

4.2.1 Hs-18（朱家洼）异常

位于怀安县头百户镇朱家洼村，异常区山势较陡，中部为骆驼山主峰。异常区出露新太古代桑干岩群右所堡岩组变粒岩，新太古代奥长花岗质片麻岩，上元古界长城系含铁碎屑岩、白云岩、白云质灰岩，中生界酸性火山岩，还有部第四系。局部有二长花岗岩脉侵入。火山岩体以骆驼山为中心组成1个古火山机构，由内向外分3个岩相：中心流纹质集块角砾岩相、过渡为含角砾石英斑岩相、边缘为薄片状流纹斑岩相。构造以断裂为主，以北西向为主，次为北东向，北西向断裂带宽10 m左右，产状45°∠70°，该断裂控制着脉岩及含金蚀变带的产出。

异常元素组合齐全，面积较大，是本区异常元素最多，综合强度最高，套合最好的综合异常。异常主元素为Au、Mo，特征组合为Sn、Zn、Cd、Bi、Sb、Cr、Ag、W、Pb、As、等。主成矿元素异常特征：单元素异常Mo84号，异常点数19个，峰值为230×10-6，已接近矿体边界品位；单元素异常Au85号，异常点数30个，峰值44.4×10-9。主元素异常强度大，衬度高，以骆驼山为中心，具显著浓集中心。特征组合元素与主元素套合好，也具有明显浓度分带，见图3。

此异常查证布设1∶2.5万土壤测量14.8 km2，1∶1万地质物化探综合剖面3条共4.96 km。圈定土壤Ht-1、Ht-2综合异常2处，Ht-1号土壤异常Au为主异常元素，特征组合有Zn、W、Ag、Pb、Sn、Bi、Mn、Mo、等。W、Sn、Bi异常面积小，以骆驼山岩体为中心分布；Pb、Zn、Mn、Cd、As异常主要位于岩体边部及外围，面积较大；Au、Ag、Mo异常主要位于火山机构西侧的围岩中。在此土壤异常浓集中心采集基本分析样品十多件，Au最高品位为10.9×10-6，Mo最高品位为0.03%，Pb最高品位为0.655%。Ht-2号异常面积较小，异常强度稍低，在此土壤异常浓集中心采集基本分析样品数据，Zn最高品位0.57%，Pb最高品位0.3%，Au最高品位0.17×10-6。

朱家洼矿点为火山热液型矿床，燕山期火山活动带来的成矿热液，主要沿围岩构造裂隙填充成矿。朱家洼异常为本区成矿元素最为富集地区，异常元素组合齐全，套合紧密，强度高，面积大，异常区有中生代火山岩体出露，断裂构造亦发育，与马市口—松枝口区域大断裂紧邻，地质成矿条件较好。通过查证可知，矿化主要发育在岩体内外接触带及岩体西南侧围岩中，Au、Mo、Pb等多种元素都已达到边界品位，下步应加强成矿规律研究和深部找矿探索，有望在该区找到更多的Au、Mo矿体［12］。

4.2.2 Hs-10（柳沟）异常

位于万全县旧堡乡柳沟村西北。异常区除西部紧邻古长城，山势险峻外，其他地方较为平缓。异常区地层主要为新太古代奥长花岗质片麻岩和新太古代桑干岩群马市口岩组黑云紫苏斜长变粒岩、二辉斜长变粒岩。岩浆岩有小面积正长花岗岩、辉绿岩脉、二长花岗岩脉。发育NNE向和近EW向两组断裂构造。

异常主元素为Au、Cu，特征组合元素有Cr、Ni、Fe、Mo、Cd、W、Sb、Co、As。Au异常有4处，其中Au24异常点数较多，面积0.66 km2，极高值为9×10-9，浓集中心明显。Cu异常面积较大，但衬度小，为低缓异常。Fe、Mo、Ni、Cr、Co异常套合较好，主要集中于综合异常的西南，其中Fe极高值为23.8%。

此异常查证共投入1∶2.5万土壤测量10.2 km2，采集样品875件。共圈定土壤综合异常2处。土壤异常以Au、Pb为主，特征组合有Cu、W、Bi、Ag、As、Sb、Hg、Cd、Fe、Ni等。土壤极高值Au为69.4×10-9、Cu为341×10-6、Pb为256×10-6、Zn为661×10-6。实地检查采集基本分析样品15件，Au品位大于0.1×10-6有4件，最高品位为0.32×10-6，Zn最高品位为0.184%，Cu最高品位为0.15%。

该综合异常经查证重现性较好，主要为Au、Pb、Zn异常，面积均不大。实地检查发现有数条小断裂，有热液活动痕迹，发育褐铁矿化，取基本分析样品，见Au、Zn、Cu矿化。综合研究认为，此异常是由区域变质作用引起的构造热液，萃取新太古代围岩中成矿元素，形成含矿热液，填充于构造裂隙所致。下步注重破碎带中热液型Au、Zn多金属矿的寻找。

4.3 找矿分析预测

根据该区地质成矿规律和化探扫面认识，结合异常查证结果，划分出4处成矿远景区：Ⅰ级远景区1处，即朱家洼金、钼多金属成矿远景区；Ⅱ级远景区2处，即柳沟金多金属成矿远景区、双山铁成矿远景区；Ⅲ级1处，即双落沟北金成矿远景区。

朱家洼金钼多金属成矿远景区面积18.7 km2，成矿条件有利，该区出露中生代酸性火山岩体，围绕火山机构，四周放射状断裂发育，酸性岩枝、岩脉发育，矿化蚀变痕迹明显。化探普查及查证发现，该区以Au、Mo、Pb、Zn为主的成矿元素异常发育，各元素异常组合齐全，套合紧密，查证发现了金、钼矿化体。总之，该远景区成矿元素异常集中，规模较大，成矿地质条件优越，找矿标志显著，是研究区内最为重要的找矿远景地段，建议在现有工作基础上进一步开展勘查工作，尤其是重视深部成矿研究，有望找到小型金、钼多金属矿床。

柳沟金多金属成矿远景区面积14.4 km2，异常以Au、Cu为主，异常套合良好，但面积都不大。经查证异常重现性较好，在异常集中区发现几厘米至数米不等的破碎蚀变带数条，见Au、Zn、Cu矿化。此区大面积为新太古代高级变质岩，局部有基性、中酸性脉岩出露，断裂构造以SN向、NW向为主，断裂中往往有热液活动痕迹，局部褐铁矿化发育，查证中可见金多金属矿化。下步应查明成矿热液来源，加强断裂构造与成矿关系研究，有望找到热液型金多金属矿。

双山铁成矿远景区位于兴和县三道沟村南双山附近，面积3.9 km2。异常主元素为Fe，特征组合元素有Cd、Cr、Mo、Co、Zn，异常规模中等，浓度分带一般。经查证发现该区中部NW向辉绿岩含铁较高，为14%左右，且局部已被开采。该远景区出露地层为新太古代高级变质岩，局部脉岩发育，尤其是辉绿岩脉，由于含铁较高，规模较大，延伸较远，且出露良好，便于开采，有很大经济价值。下一步应注重该辉绿岩脉含铁及其他金属的系统研究，评估其开采经济价值，同时也要注重古老变质岩中铁矿的找矿分析研究。

5 结论

（1）通过1∶5万化探普查在该区圈定了综合异常20处，划分找矿远景区4处，为指导该区找矿工作部署提供了最新的化探资料和依据。

（2）Hs-18（朱家洼）异常突出，成矿地质条件优越，查证发现该区金、钼找矿潜力良好，下一步应重视该区找矿工作。