冀北圍場(chǎng)縣龍頭山地區(qū)銀多金屬礦地球化學(xué)異常特征及找礦模型

郭俊昌，王 茜，王 丹，高文娟

(河北省地礦局第七地質(zhì)大隊(duì)，廊坊 065201)

0 引言

大興安嶺南段晚古生代-中生代鐵、錫、銅、金、銀、鉛、鋅等礦床成礦帶,是內(nèi)蒙-大興安嶺成礦省中的重要成礦帶。目前，河北省境內(nèi)在該成礦帶只勘查到義興號(hào)-三家金礦床和滿漢土-小扣花營(yíng)銀多金屬礦床。龍頭山地區(qū)位于河北省承德市圍場(chǎng)滿族蒙古族自治縣縣城北約18 km，位于上述成礦帶南端[1]。地球化學(xué)勘查以礦產(chǎn)元素信息為研究對(duì)象，特別是我國(guó)開展以礦產(chǎn)勘查為主要目的的中大比例尺地球化學(xué)勘查和區(qū)域性地球化學(xué)勘查工作，為我國(guó)礦產(chǎn)勘查以及基礎(chǔ)地質(zhì)研究有著重要作用[2]。自2013年以來(lái)，河北省地礦局第七地質(zhì)大隊(duì)在龍頭山地區(qū)開展了1︰50 000水系沉積物測(cè)量工作，圈定了多個(gè)地球化學(xué)異常，經(jīng)槽探工程驗(yàn)證顯示該區(qū)具有較好的銀及多金屬資源潛力，因此對(duì)該區(qū)銀及多金屬地球化學(xué)異常進(jìn)行評(píng)價(jià)、研究具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

龍頭山地區(qū)位于康保-圍場(chǎng)大斷裂北側(cè)，正好處于Ⅰ級(jí)大地構(gòu)造單元華北地臺(tái)與內(nèi)蒙-大興安嶺褶皺系的分界位置(圖1)，屬于內(nèi)蒙華力西晚期褶皺帶多倫復(fù)背斜棋盤山中凹陷，研究區(qū)(圖2)出露地層主要有：侏羅系晚侏羅統(tǒng)張家口組(J3z3)、晚侏羅統(tǒng)凝灰?guī)r(J3z4)、第三系中新統(tǒng)漢諾壩組(N1h)及第四系(Q4)地層。晚侏羅統(tǒng)火山碎屑凝灰?guī)r(J3zW)為產(chǎn)于火山活動(dòng)鼎盛時(shí)期的一套碎屑凝灰?guī)r，是火山間歇期的沉積產(chǎn)物。第三系中新統(tǒng)漢諾壩組玄武巖(N1h)為裂隙式溢流型玄武巖，呈熔巖臺(tái)地不整合于二疊系、侏羅系及其燕山期侵入巖體之上。第四系(Q4)地層構(gòu)成主要是風(fēng)成砂、砂土、亞粘土、黃土等[3- 4]。

圖2 龍頭山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geology map of Longtoushan area

研究區(qū)的基本構(gòu)造格架在燕山運(yùn)動(dòng)之后已基本確定，康保-圍場(chǎng)深大斷裂貫穿該區(qū)，內(nèi)蒙-興安華力西褶皺帶多倫復(fù)背斜東南翼位于大斷裂北側(cè)，中朝準(zhǔn)地臺(tái)冀北凹斷帶位于大斷裂南側(cè)；由于近東西向的Ⅰ級(jí)大斷裂影響，Ⅱ、Ⅲ級(jí)構(gòu)造在區(qū)內(nèi)發(fā)育廣泛，主要有北北東向的磨盤溝—白砬溝斷裂帶、北東東向的窟窿山斷裂和北東向的中四號(hào)—順下頭號(hào)斷層[3-5]。

2 地球化學(xué)異常

2.1 樣品采集及加工測(cè)試方法

2013年在龍頭山地區(qū)開展了1︰50 000水系沉積物測(cè)量，面積為74.78 km2，采樣密度為5點(diǎn)/km2，共采集水系沉積物樣品378件，對(duì)Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Bi、As、Hg等11種元素進(jìn)行分析。采樣點(diǎn)布設(shè)以1︰25 000地形圖作為底圖，在研究區(qū)內(nèi)根據(jù)水系分布形態(tài)、地理地貌特點(diǎn)科學(xué)、合理布設(shè)，采樣部位盡量選擇在水流變緩地段各種粒級(jí)的水系沉積物匯集處；采樣物質(zhì)為代表匯水域基巖的中細(xì)粒物質(zhì)，以測(cè)點(diǎn)為中心15 m～30 m范圍內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)采集，合并為一個(gè)樣品，樣品質(zhì)量一般大于500 g。樣品過(guò)60目篩后，篩下物(>100 g)送河北省區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室分析，并采用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)按樣品總數(shù)的5%進(jìn)行密碼抽查。通過(guò)計(jì)算單件密碼樣測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的對(duì)數(shù)差(△lgC)，達(dá)到控制分析準(zhǔn)確度的目的。針對(duì)異常結(jié)果樣品以Au 10%，其他元素2%～3%左右的抽查比例進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，符合一次抽查合格率大于90%(Au大于80%)的要求。

2.2 地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

根據(jù)數(shù)學(xué)地質(zhì)已定義的統(tǒng)計(jì)公式對(duì)樣品化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[6](表1、表2)。首先累頻列出元素絕對(duì)含量最小值、2.5%、7.5%、15%、25%、50%、75%、85%、92.5%、97.5%和最大值的值，觀察各元素含量變化情況。由算術(shù)平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)離差的計(jì)算方法求出均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)離差(s)，剔去特高含量(含量>X+3s)后計(jì)算算數(shù)平均求得背景值(C0)和剔去特高含量后的標(biāo)準(zhǔn)離差(s0)，然后由T(Ca)=C0+2.5s0求得元素的異常下限(T(Ca))；根據(jù)公式：變異系數(shù)(CV)=標(biāo)準(zhǔn)離差(s)/背景值(C0)，富集系數(shù)(KK)=背景值(C0)/陸殼含量(克拉克值)[7]，分別求得研究區(qū)水系沉積物地球化學(xué)元素統(tǒng)計(jì)參數(shù)。圈定地球化學(xué)異常外帶、中帶和內(nèi)帶的依據(jù)是各分析元素異常下限的1倍、2倍、4倍分帶值。

表1 龍頭山地區(qū)水系沉積物測(cè)量元素絕對(duì)含量累頻統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of cumulative frequency of absolute content of elements measured in river sediment in Longtoushan area

表2 龍頭山地區(qū)水系沉積物測(cè)量元素統(tǒng)計(jì)參數(shù)Tab.2 Statistical parameters of elements in stream sediment survey in Longtoushan area

2.3 元素地球化學(xué)特征

根據(jù)水系沉積物測(cè)量元素統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)較大的元素有Au、Ag、Pb、Zn、Mo等，表示元素分布不均勻，更有利于成礦[8]，其余元素變異系數(shù)較小，在區(qū)內(nèi)分布較均勻，不利于成礦。其中，背景值與克拉克值基本相當(dāng)?shù)脑厥茿g、Sn、Pb、Zn、W，背景值低于克拉克值的元素是Au、Cu、Mo、Hg，背景值是克拉克值三倍及三倍以上的元素是Bi、As，說(shuō)明Bi、As區(qū)域背景值較高。

龍頭山地區(qū)位于東西向構(gòu)造帶和北東向構(gòu)造帶交匯部位的小錐子山—朝陽(yáng)灣斷裂帶上，研究區(qū)內(nèi)銀多金屬地球化學(xué)異常的分布受斷裂構(gòu)造、巖漿活動(dòng)等因素控制。異常區(qū)地處次級(jí)斷裂帶內(nèi)，微細(xì)斷裂發(fā)育，為成礦物質(zhì)賦存提供了有利條件。

2.3.1 地球化學(xué)異常平面分析

此次水系沉積物測(cè)量共圈定乙類異常10個(gè)，丙類異常4個(gè)。其中以研究區(qū)西部、窟窿山以南編號(hào)為H-6-乙的Ag、Pb、Zn、Mo、Au、Hg、As、W異常面積較大，各元素分帶特征較為明顯，因此以H-6-乙(圖2)異常為例進(jìn)行分析。

H-6-乙異常呈條帶狀北東東向展布，面積約2.41 km2，異常整體分布于次級(jí)斷裂帶(F3)內(nèi)及其兩側(cè)。其中Ag異常呈串珠狀展布，元素含量平均值為0.42×10-6，極大值為1.06×10-6，異常襯度為2.1，具有連續(xù)分布的高值點(diǎn)，濃集中心較明顯，可見三級(jí)分帶特征(圖3)；Pb異常面積較大，元含量平均值為88.3×10-6，極大值為280×10-6，異常襯度為2.21。Ag與Pb、Zn等元素套合較好。銀異常高值點(diǎn)受斷裂帶(F1、F3)控制，高值點(diǎn)附近廣泛發(fā)育硅化、錳礦化、高嶺土化，巖性主要為燕山期安山巖和古元古代花崗閃長(zhǎng)巖。

圖3 龍頭山地區(qū)H-6-乙異常綜合剖析圖Fig.3 Comprehensively analytical map of the H-6-B anomaly in Longtoushan area

邵躍[9]提出以各元素的工業(yè)邊界品位為基準(zhǔn)，以下推一個(gè)含量級(jí)次作為該元素的最高異常值，并以大于最高異常值者為內(nèi)帶含量；然后，依次以其含量的1/2定為亞內(nèi)帶、中帶、外帶和亞外帶5個(gè)級(jí)次。由表3可見H-6-乙異常元素峰值ω(Pb)為280×10-6，其異常強(qiáng)度達(dá)到亞內(nèi)帶級(jí)；ω(Ag)為1.06×10-6，其異常強(qiáng)度達(dá)到外帶級(jí)；ω(Zn)為218×10-6，其異常強(qiáng)度達(dá)到外帶級(jí)。由此可見，該異常具有尋找的Ag-Pb-Zn多金屬礦的潛力。

表3 H-6-乙異常部分元素異常強(qiáng)度五級(jí)分帶表Tab.3 Table of five grades of abnormal intensity of h-6-b abnormal elements

2.3.2 地球化學(xué)剖面特征

在H-6-乙異常內(nèi)進(jìn)行巖石地球化學(xué)剖面測(cè)量，以P155巖石剖面為例進(jìn)行分析，研究巖石剖面各元素含量變化趨勢(shì)特征，從而達(dá)到確定各元素相互間關(guān)系的目的。

P155剖面位于H-6-乙異常東北部，呈南北走向，沿途出露安山巖，點(diǎn)號(hào)298-305之間發(fā)育青磐巖化。對(duì)P155線地質(zhì)剖面各元素變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比(圖4)：Ag與Pb、Zn在298號(hào)點(diǎn)均出現(xiàn)峰值，而且在298-302號(hào)點(diǎn)之間有連續(xù)高值出現(xiàn)，元素變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明Ag與Pb、Zn基本共生；同時(shí)與Au、Bi、Cu、Hg異?；疽恢?，但是局部略有偏移，說(shuō)明Ag與Au、Bi、Cu、Hg有一定伴生關(guān)系。在298-302號(hào)點(diǎn)之間Ag、Pb、Zn和Au、Bi、Cu、Hg均出現(xiàn)正異常，說(shuō)明Ag、Pb、Zn與Au、Bi、Cu、Hg之間呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 龍頭山地區(qū)巖石地球化學(xué)P155剖面元素變化Fig.4 Element content change of P155 section of lithogeochemistry in Longtoushan area

2.4 元素組合特征

2.4.1 元素聚類分析

對(duì)龍頭山地區(qū)水系沉積物測(cè)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將其中Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Bi、As、Hg等11種元素利用Geochem Studio、Excel軟件進(jìn)行處理，分析其相關(guān)性。從相關(guān)系數(shù)可以看出Ag、Pb、Zn及Cu、Mo、Au、Bi有明顯的相關(guān)性(表4)。

表4 龍頭山地區(qū)元素相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation matrices of elements in Longtoushan area

對(duì)各元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析，并繪制分析結(jié)果[10-11](圖5)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)取0.277時(shí)，結(jié)合元素成礦規(guī)律，可將11種元素大致分成三類：Au、Cu、Mo、Bi歸并為第一類，顯示與金礦有關(guān)的元素組合；Ag、Pb、Zn歸并為第二類，顯示與銀多金屬成礦作用直接相關(guān)的元素組合；As、Hg、Sn、W為第三類。

圖5 龍頭山地區(qū)元素R型聚類分析圖Fig.5 R-type cluster analysis dendrogram of elements in Longtoushan area

2.4.2 因子分析

利用Geochem Studio軟件對(duì)研究區(qū)的水系沉積物樣品測(cè)試結(jié)果進(jìn)行主成分變量的R型因子分析[12]，由表5中數(shù)據(jù)可見：當(dāng)提取4個(gè)因子時(shí)，方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到66.868%，已容納原始變量的大多數(shù)信息。其中F1因子的方差貢獻(xiàn)率接近30%，代表Ag-Pb-Zn元素組合，反映了與銀等多金屬成礦作用直接相關(guān)的元素組合關(guān)系；F2因子的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到15%，代表Au-Cu-Mo-Bi組合，反映與金成礦作用有關(guān)的元素組合關(guān)系；F3和F4因子方差貢獻(xiàn)率較低，分別代表As-Hg元素組合和Sn-W元素組合。根據(jù)上述主成分的組成可以看出，因子分析組成分類驗(yàn)證了R型聚類分析結(jié)果的正確性。

表5 龍頭山地區(qū)元素因子分析結(jié)果Tab.5 Factoring analysis results of elements in Longtoushan area

3 賦礦地層槽探工程驗(yàn)證

對(duì)龍頭山地區(qū)異常峰值區(qū)進(jìn)行槽探工程驗(yàn)證，在晚侏羅世安山巖地層、康?！獓鷪?chǎng)大斷裂南部的次級(jí)斷裂F3附近布設(shè)探槽TC155。對(duì)探槽底部布樣點(diǎn)1 m范圍內(nèi)的基巖進(jìn)行連續(xù)采樣，樣品質(zhì)量一般>4 kg，共采集基本分析樣24件，基本分析元素為Au、Ag、Cu、Pb、Zn和Mo6種，并對(duì)Ag、Pb元素達(dá)到邊界品位的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表6)。結(jié)果顯示，銀、鉛礦化體圍巖為燕山期安山巖，礦化體與次級(jí)斷裂F3有關(guān)。

表6 TC155基本分析結(jié)果(部分)統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Statistical table of TC155 basic analysis results (partial)

對(duì)龍頭山地區(qū)多個(gè)Ag、Pb元素達(dá)到邊界品位的槽探工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，銀、鉛礦化體集中分布于預(yù)查區(qū)內(nèi)康保—圍場(chǎng)大斷裂南側(cè)受北西向次級(jí)斷裂帶F3內(nèi)，斷裂帶內(nèi)發(fā)育硅化、高嶺土化、綠簾石化、綠泥石化、局部可見角礫巖化。兩側(cè)圍巖為老基底的花崗閃長(zhǎng)巖和燕山期安山巖，礦體不受圍巖控制。礦體賦存于安山巖和花崗閃長(zhǎng)巖的構(gòu)造破碎帶中，并與同走向的硅化帶密切共生，礦體形態(tài)復(fù)雜，膨脹、收縮相間出現(xiàn)，以連續(xù)或斷續(xù)透鏡狀體呈現(xiàn)，從整體來(lái)看呈較規(guī)則的脈狀體產(chǎn)出。

4 礦床特征及找礦模型構(gòu)建

熱液脈型銀-鉛-鋅礦出現(xiàn)最多的部位是地臺(tái)邊緣的凹陷斷裂帶[13]，控礦構(gòu)造是斷裂帶，礦體主要產(chǎn)于斷裂帶內(nèi)，銀多金屬礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模受斷裂帶控制。

對(duì)H-6-乙異常內(nèi)的多個(gè)槽探工程驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，礦(化)體位于康?！獓鷪?chǎng)大斷裂南側(cè)受北西向次級(jí)斷裂帶內(nèi)，近礦酸性脈巖發(fā)育；圍巖蝕變主要為硅化、褐鐵礦化、鐵錳礦化、螢石化、青磐巖化蝕變等；礦石礦物主要為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、輝銀礦、輝鉬礦等；非金屬礦物主要為石英、方解石、綠泥石和螢石。

在地質(zhì)勘查過(guò)程中構(gòu)建地質(zhì)—地球化學(xué)找礦模型，需要提取地質(zhì)礦產(chǎn)和地球化學(xué)資料中的有用信息，確定與礦床有關(guān)的地球化學(xué)異常和地層、構(gòu)造、巖漿巖等控礦因素，研究其與成礦的關(guān)系及規(guī)律，快速、高效圈定有利找礦靶區(qū)，以指導(dǎo)下一步勘查找礦工作[14]。筆者通過(guò)綜合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)、地球化學(xué)特征，建立龍頭山地區(qū)熱液脈型銀及多金屬地質(zhì)—地球化學(xué)找礦模型(表7)。

表7 龍頭山地區(qū)地質(zhì)—地球化學(xué)找礦模型Tab.7 The ore-prospecting model based on the geological,mineral resources and geochemical information in Longtoushan area

5 結(jié)論

1)龍頭山地區(qū)Ag及多金屬地球化學(xué)異常與晚侏羅世巖漿活動(dòng)產(chǎn)生的酸性脈巖關(guān)系密切，并且受康保—圍場(chǎng)大斷裂南側(cè)次級(jí)斷裂帶控制。區(qū)內(nèi)與銀成礦關(guān)系密切的Au、Pb、Zn、Mo等變異系數(shù)較大，分布較集中，有利于成礦。

2)異常區(qū)濃集中心明顯，高值點(diǎn)連續(xù)分布，Ag與Pb、Zn等套和較好，具有熱液脈型銀多金屬礦異常組合特征，成礦潛力大。

3)區(qū)內(nèi)元素組合可以確定為Ag-Pb-Zn、Au-Cu-Mo-Bi，可以元素組合為參照，快速、高效預(yù)測(cè)研究區(qū)內(nèi)其他多個(gè)多金屬地球化學(xué)異常，指導(dǎo)下一步的勘查找礦工作。

4)綜合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)礦產(chǎn)信息和地球化學(xué)信息，構(gòu)建了龍頭山地區(qū)熱液脈型找礦模型。