开库康-依西肯地区原生晕地球化学特征及找矿意义

李向文, 刘 涛, 王 冠, 赵建华, 王 键, 闫永生

(1.黑龙江科技大学 矿业工程学院, 哈尔滨 150022; 2. 中国地质调查局 哈尔滨自然资源综合调查中心, 哈尔滨 150086)

0 引 言

开库康-依西肯地区位于大兴安岭北部漠河盆地东南部,北部与俄罗斯毗邻,共涉及图内9个1∶5万标准图幅,面积为1 839 km2,属典型森林沼泽景观区。区内金矿产资源丰富,先后发现了宝兴沟、十五里桥金矿床,另有二十一站铜金矿床位于研究区外围西南部。近些年来,前人在地质、物化探找矿、成矿规律以及成因类型等方面做了大量的研究[1-6],但在原生晕地球化学特征及主要地质单元成矿元素丰度等方面还缺少一定的研究。岩石地球化学测量(原生晕)是重要的化探找矿方法之一,相对于其他化探方法,原生晕可以保留原始成矿元素信息,能够真实反映原生矿体异常特征,而各类次生异常是岩石测量异常派生产物,因此岩石地球化学特征及异常的发育特征是次生地球化学异常评价和解释的基础[7]。大兴安岭北部包括开库康-依西肯在内的地区属森林沼泽景观浅覆盖区,岩石地球化学测量样品采集难度大,而水系沉积物及土壤样品在该区较为发育,化探找矿方法多以水系沉积物测量与土壤测量为主。本文以区域地质矿产调查为基础,在开展1∶5万水系沉积物测量的同时系统采集了主要地质单元原生晕样品,旨在指导水系沉积物测量等化探异常的解释评价,分析成矿元素地球化学特征,评价主要地质单元含矿性,指出重点找矿部位,为今后找矿工作提供必要的理论依据。

1 成矿地质背景

开库康-依西肯地区位于漠河盆地东南部[8]。区域地层广泛发育(图1),主要为上侏罗统陆源碎屑岩和下白垩统火山岩地层[9]。上侏罗统地层自下而上依次为开库康组(J3k)、二十二站组(J3er)和漠河组(J3m),三者呈整合接触、分布面积大,主要为各粒级岩屑长石砂岩。下白垩统主要为龙江组(K1l)、光华组(K1gn)和甘河组(K1g),出露面积不大,主要岩性分别为中性熔岩、酸性熔岩、中基性熔岩。新生界除第四系外还有新近系中新-上新统孙吴组(N1-2s)主要分布在研究区东南部,零星出露,角度不整合于各地质体之上,主要为弱胶结(或半胶结)砂砾岩。

研究区侵入岩分布较为集中,主要为早白垩世花岗岩(ηγK1),出露于下鱼亮子和绥安站幅西尔根气河两侧—秀水山一带,总体呈北北西展布,呈岩基产出,主要为细中粒二长花岗岩。脉岩广泛发育,多呈岩脉、岩墙状侵入于各类地层中,总体呈东北向展布。区内以断裂构造为主,从早到晚依次为近东西向、北东向、北西向,其中北东向断裂控制着早白垩世火山岩与浅成侵入体分布。另外在秀水山岩体南北两侧及中间部位发育有不同程度的脆韧性剪切带。

图1 研究区区域地质Fig. 1 Regional geological of study area

研究区内矿产以金(铜)矿为主,主要有宝兴沟大型金矿床、十五里桥小型金矿床和二十一站铜金矿床。区内金铜矿化均于早白垩世浅成侵入体具有密切的生成关系[10]。宝兴沟、二十一站金矿化体赋存于二十二站组砂岩与早白垩世浅成侵入体接触部位及其内外接触带内,十五里桥金矿化体赋存于龙江组安山岩内,二十一站铜矿化体赋存于早白垩世花岗闪长斑岩体内。

2 原生晕地球化学特征

本次研究共采集原生晕样品120件,分布于研究区6个主要地质单元,样品总体分布较均匀;样品采集相对新鲜、代表性较强的岩石,多点组合;野外采集样品重量均大于500 g。分析元素为Au、Ag、Cu等17种元素,原武警黄金第三支队中心实验室分析测试。

2.1 参数统计特征

图2 成矿元素离散程度Fig. 2 Dispersion degree of metallogenic elements

表1 研究区原生晕地球化学成矿元素参数统计

3.2 元素相关性分析

R型聚类相关性分析(表2)结果表明,元素间相关性差异较大,Cu与Ti相关系数为0.97,表现为区内相关性最好的一组元素,其次Cu与Mn元素,两者相关系数为0.94。Au与其他元素相关性差,与Sb、As元素相关性相对较好,Au元素与其相关系数仅为0.42、0.36;与Pb、Bi、Be等元素呈弱负相关,即表现为在Au元素富集的同时有Pb、Bi、Be等元素的“带出”。在距离系数为11的相似水平上可将元素组合划分为3大簇群和2个独立元素(图3),即I簇为Cu-Ti-Mn-Nb-Cd-Zn-Mo-W等亲铜元素组合,Ⅲ簇为Au-As-Sb中低温元素组合,Ⅴ簇Be-Pb-Bi-Sn为中高温元素组合,Ⅱ、Ⅳ簇均呈独立状态。I簇主要为中高温元素,可能与区内早白垩世岩浆活动密切相关。Ⅱ、Ⅳ簇均呈独立状态,Ⅱ簇为Ag元素,为宝兴沟、十五里桥矿床重要的有益组分;Ⅳ簇为Hg元素,表现较为分散,可能与元素本身性质有关。当距离系数为15时,可将Ⅱ、Ⅳ簇归并为Ⅲ簇。Ⅲ簇元素组合呈低度相关,宝兴沟金矿床、十五里桥金矿床成矿作用均属该簇,主成矿元素为Au,其他元素可作为指示元素,属与早白垩世浅成侵入体密切相关的中低温热液成矿作用。Ⅴ簇为中高温元素组合,秀水山岩体表现更为明显富集特征,但调查结果显示,矿化较弱。综上分析,初步认为区内成矿作用以中低温热液成矿作用为主,找寻Au矿化或矿床希望较大,As、Sb等元素可作为其指示元素。

图3 R型聚类分析谱系Fig. 3 R-type cluster analysis pedigree

表2 研究区成矿元素R聚类分析相关系数

3 主要地质单元含矿性评价

研究区内主要为甘河组(K1g)、龙江组(K1l)等6个主要地质单元,对于出露面积较小、分布零星的地质单元本次不做统计。各地质单元成矿元素统计参数结果见表3、4。其中,K1g、K1l、J3m、J3er、J3k、ηγK1地质单元的样品数量分别为15、11、27、20、7和40。

表3 K1g、K1l、J3m地质单元岩石地球化学成矿元素参数统计

表4 J3er、J3k、ηγK1主要地质单元岩石地球化学成矿元素参数统计

3.1 下白垩统甘河组

下白垩统甘河组(K1g)主要分布于研究区的东南部,出露面积约30.6 km2,约占研究区总面积的1.7%,主要岩性为玄武安山岩。甘河组元素富集程度普通较高,其中Mo、Ti 、Cu等11种元素富集系数C大于1.0,Mo元素最高为2.37,Au元素富集程度较差,富集系数仅为0.30;变异程度普遍较弱,除As元素(Cv为1.22)之外,其他元素变异系数Cv介于0.12～0.67;成矿有利度Ma均在0.07～0.86之间,最高的为Mn元素(0.86)。结合区内矿化信息及成矿地质条件,初步认为该地质单元热液成矿作用较弱,其找矿潜力有待于进一步评价。但从野外调查过程中,该地质单元偶见质地较好的玛瑙,因此要注意该地质单元中非金属矿产的找寻。

3.2 下白垩统龙江组

下白垩统龙江组(K1l)位于研究区南西部,出露面积约103.8 km2,约占研究区总面积的5.6%,以中性火山熔岩为主,主要岩性为安山岩,十五里桥金矿床位于该组地层内。各元素总体丰度值较高,大部分元素丰度值远高于其他地质单元,17种元素中有13种元素的富集系数C大于1.0,其中Au元素最高,为4.67,远大于其他元素。Au、Ag、As、Sb等元素表现为强分异,变异系数Cv介于0.74～2.01,Au元素变异系数远大于其他元素。成矿有利度方面,Au、As、Ag、W、Cd等元素成矿有利度系数Ma较大,有利于成矿,其中最大Au可达9.37,远大于其他元素,次为Ag元素。综合已有勘察结果,Au元素为本地质单元中最为有利成矿元素,Ag元素为有益伴生元素,区内找寻十五里桥式金矿床潜力较大;W、Cd等元素找矿潜力有待于进一步评价。

3.3 上侏罗统漠河组

上侏罗统漠河组(J3m)为区内大面积分布,出露面积347.7 km2,占研究区总面积的18.9%,主要为细粒级陆源碎屑岩。成矿元素结果显示,富集元素系数C总体介于0.40～1.34之间,总体表现为变化不大,其中Cu、Mn、Ti、Hg、Nb、Cd大于1.0;变异程度也较弱,变异系数Cv介于0.15～0.80之间,反映相对较为均匀,最大的为Hg元素。成矿有利度Ma计算结果显示,Ma值较低,最高为Hg元素(Ma值为1.03),其次为W元素(Ma值为0.69)。Hg元素可能与本身性质有关,不具成矿意义;其他元素富集程度低、变异程度弱,地球化学特征上显示成矿可能性低。从区域上在该组地层发现有金矿床点[14],因此对于漠河组地层应综合考虑成矿地质条件以确定其是否成矿。

3.4 上侏罗统二十二站组

上侏罗统二十二站组(J3er)大面积分布,为本区最大的地质单元,出露面积632.3 km2,占总面积的34.4%,宝兴沟金矿床位于其内。统计结果显示,各元素总体表现为丰度值较高,富集系数C大于1.0的有14种元素,其中Sb元素最高,富集系数为2.83,Au元素为1.09。分异程度亦表现较为明显,Hg、As、Sb、Bi、W、Au等元素分异较强,其中Hg元素为本区最大,变异系数Cv为2.00,而Au元素为1.01;成矿有利度Ma显示,Hg、Sb、As、W、Bi、Au元素Ma较大,有利于成矿,其中Hg元素Ma为5.15,W、Bi、Au元素分别为2.23、1.44、1.10。Hg元素特征与漠河组相似,可能与本身性质有关,不具成矿特征;W、Bi元素一般为高温元素,可能与物源是花岗岩有关;Au元素富集、分异程度虽不是本区最高的,但调查结果显示Au元素是研究区的主成矿元素。结合已有勘察结果,综合认为二十二站组中Au元素为有利成矿元素,找矿潜力大,Hg、Sb、As可作为指示元素,有望发现宝兴沟式金矿床;W、Bi等元素找矿潜力有待于进一步评价。

3.5 上侏罗统开库康组

上侏罗统开库康组(J3k)分布于研究区北部,沿黑龙江右岸一侧分布,出露面积245.1 km2,占总面积的13.4%,主要为粗碎屑岩。统计结果显示,富集系数C总体介于0.46～1.91之间,总体表现为变化不大,其中Mo、Cd、Ti、Hg、Cu、Mn、Zn、Nb大于1.0;变异程度较弱,Hg变异系数最高仅为0.64。成矿有利度Ma显示,Ma值较低,最高为Mo元素,Ma值为0.93。该组地层在包含本区在内的漠河盆地内也没有发现矿床或矿化点,总体成矿作用不明显,其成矿远景还有待于进一步调查。

3.6 早白垩世花岗岩

早白垩世花岗岩(ηγK1)主要分布在秀水山一带,出露面积141.5 km2,占总面积的7.7%,主要岩性为二长花岗岩。各元素富集程度一般,其中Pb、Bi、Be、Sn等Ⅴ簇元素表现为较为富集,富集系数C大于1.0;但变异程度较低,最大值为Bi元素,变异系数Cv为0.94。元素变异程度差异大,As、Au、W、Bi变异程度高,最大为As元素,系数为3.35,但富集程度偏低;成矿有利度Ma显示,Ma值大于1.0的有As、Bi、Au元素。但从野外调查情况看,早白垩世花岗岩整体蚀变较弱,基本样品分析未见金属矿化显示,其找矿潜力远不及其他地质单元。但花岗岩中Bi元素成矿潜力需进一步调查评价。

综上所述,开库康-依西肯地区成矿有利地质单元为上侏罗统二十二站组、下白垩统龙江组,二者主成矿元素均为Au元素,Ag为伴生元素,As、Sb、Hg为指示元素。另外Cd元素在下白垩统火山岩地层内、Bi元素在早白垩世花岗岩中普遍富集、变异程度亦偏高,应进一步调查与评价其找矿潜力。

4 找矿工作的指示意义

原生晕保留原始成矿元素信息能够真实反映原生矿体异常特征,而各类次生异常是岩石测量异常派生产物,因此利用两者进行比较,可以分析次生条件下水系各元素含量变化情况,对异常圈定与评价具有一定的指导作用。本区开展了1∶5万水系沉积物测量工作,共采集水系样品6 924件,采样介质主要为细砂。统计前应将数据中各元素明显高值(平均值+3倍标准离差)剔除,然后求取各类样品平均值、次生富集系数等。其中,N1为水系样品数量,N2为原生晕样品数量,A为水系平均值,B为原生晕均值,K为次生富集系数,K=A/B。统计结果见表5。

表5 研究区水系沉积物、原生晕成矿元素含量对比

(1)As、Sb、Mn、Mo等4种元素次生富集系数K≥1.2,表明岩石在表生地球化学环境条件下风化、迁移向水系沉积物转化过程中,使这些元素发生了明显的次生富集。(2)Zn、Cu、Ti等3种元素次生富集系数K<0.7,说明在转化过程中发生流失而贫化。(3)Au、Ag等其他10种元素富集系数K介于0.7～1.2之间,水系与岩石中含量大致相当,可较客观地反映这些元素地球化学分布特征。(3)对比结果显示,As、Sb、Mn、Mo等4种元素表现为明显富集,Zn、Cu、Ti等3种元素表现为明显贫化,因此在水系沉积物异常圈定时前者异常下限应适当提高,后者异常下限应适当降低。

土壤地球化学测量亦可以按上述方法进行对比分析,当比例尺介于1∶1万～1∶2.5万或更大比例尺时,因比例尺较大而面积一般不大,建议在对比时按不同地质单元原生晕含量进行对比。

5 结 论

(1)原生晕地球化学特征表明,区内以中低温热液成矿作用为主,找寻Au矿化或矿床希望较大。

(2)主要地质单元含矿性评价结果显示,研究区成矿有利地质单元为二十二站组、龙江组,主要成矿元素为Au,伴生元素为Ag。下白垩统火山岩地层中Cd元素、早白垩世花岗岩中Bi元素需进一步调查评价确定其找矿潜力。

(3)水系与原生晕样品对比分析结果表明,水系As、Sb、Mn、Mo 4种成矿元素发生明显次生富集,Zn、Cu、Ti 3种元素发生明显贫化,在水系异常圈定时应适当提高与降低异常下限。