黑龍江五道溝地區(qū)土壤地球化學異常特征及找礦預測*

邱宏蕊 高 文 羅先熔 付立春 李 超 衣健慶 李杰偉 劉秀娟

（1.桂林理工大學地球科學學院；2.桂林理工大學隱伏礦床預測研究所；3.黑龍江自然資源調(diào)查院；4.華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊）

土壤地球化學測量法是通過測量土壤中元素的分布，根據(jù)元素的集中與分散程度圈定異常，并解釋異常的一種找礦方法［1-3］。近些年被廣泛應用于尋找有色金屬礦產(chǎn)，并取得顯著成果［4-5］。黑龍江省黑河市五道溝礦區(qū)位于小興安嶺北端，地處東烏珠穆沁旗—嫩江Cu-Mo-Pb-Zn-W-Sn-Cr 成礦帶、多寶山—黑河Cu-Mo-Au-Fe-Zn成礦亞帶之新開嶺Au成礦亞帶內(nèi)［6-7］。前人已在該地區(qū)進行了多次地質(zhì)礦產(chǎn)勘查，認為該地區(qū)是尋找金、銅礦床的有利靶區(qū)，具有較好的找礦前景，但對于五道溝地區(qū)的找礦靶區(qū)劃分仍不夠精準，一直未取得較大的找礦突破。研究區(qū)內(nèi)殘坡積覆蓋層厚［8］，土壤發(fā)育、成熟度高，有利于開展土壤地球化學工作。為進一步優(yōu)化異常的圈定，明確找礦靶區(qū)，本文基于五道溝地區(qū)1∶10 000土壤地球化學測量數(shù)據(jù)，以元素地球化學參數(shù)特征和分形分布特征為依據(jù)，采用因子分析等統(tǒng)計學方法發(fā)掘化探數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，總結(jié)研究區(qū)成礦元素地球化學異常特征及礦化成因類型，為五道溝地區(qū)進一步尋找多金屬礦資源提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

黑龍江省五道溝礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于興蒙造山帶的東部，賀根山—黑河縫合帶的西北側(cè)［9］，屬于中亞造山帶，區(qū)內(nèi)構(gòu)造背景復雜，先后經(jīng)歷了古亞洲洋活動構(gòu)造和濱太平洋活動構(gòu)造作用［10］，多期次的構(gòu)造和巖漿作用使本區(qū)具有較好的找礦前景。區(qū)內(nèi)的主要斷裂為NE向新開嶺深斷裂及眾多NW 向的次級斷裂。地層較發(fā)育，從古生界到新生界均有出露，古生界奧陶系和泥盆系以海相沉積地層為主，各地層之間呈平行不整合接觸關(guān)系。石炭系和二疊系以陸相火山沉積地層為主，與上覆地層、下伏地層均為角度不整合接觸關(guān)系。中生界以陸相火山沉積為主，與下伏地層為角度不整合接觸關(guān)系。新生界以松散沉積地層為主（圖1），其中認為該區(qū)金銅等礦產(chǎn)主要礦源來自奧陶系多寶山組和志留系、泥盆系泥鰍河組［9-10］。

區(qū)內(nèi)侵入巖巖石類型復雜，主要以中酸性巖為主，由老到新依次為加里東期侵入巖、海西期侵入巖、印支期侵入巖和燕山期侵入巖。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于小興安嶺北端，罕達氣—三道灣子成礦遠景亞區(qū)中部。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，其中F1、F2斷裂主要為NW向，F(xiàn)3、F4為NE向，F(xiàn)5為SN向（圖2）。

區(qū)內(nèi)出露地層比較單一，主要為寶力高廟組（C2P1b）地層、泥鰍河組地層（S3D2n）以及第四系沉積物。通過在該區(qū)域進行地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)泥鰍河組地層中Cu、Au 等元素含量明顯高于其他地層，推測其為Au 礦的形成提供物質(zhì)來源［11-12］。區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育，以中深成花崗巖為主，出露的早二疊世侵入巖可分為2 個序次，第一序次為正長花崗巖，第二序次為堿長花崗巖，堿長花崗巖中普遍含金［13］。

2 樣品采集與測試方法

采集樣品的方法及技術(shù)完全按照地球化學測量規(guī)范的要求執(zhí)行。此次采樣的土壤測量面積為13 km2，采樣的網(wǎng)度是100 m×20 m，測線方向135°，采集樣品數(shù)為5 164個。

采集的樣品為該地區(qū)土壤B層下部或C層上部的各類黏土、砂質(zhì)土及少量巖屑，采樣深度為40～50 cm，樣品原始質(zhì)量1 000 g以上。采集過程中對地質(zhì)點進行了詳細的記錄。樣品按照標準進行了加工，加工流程為干燥、揉碎、過篩、混勻（對角線法）、稱重、裝袋、裝箱。

本次采集土壤樣品分析的元素包括Au、Cu、Zn、Mo、As、Sb、Bi，其中Cu、Zn 元素由火焰原子吸收分光光度法測定；As、Sb、Bi元素由發(fā)射光譜法測定；Au元素由石墨爐原子吸收分光光度法（AAS）測定；Mo 元素由示波極譜法（POL）測定；分析精度RSD小于5%。

3 土壤地球化學異常特征

3.1 單元素地球化學參數(shù)特征

通過SPSS25 和Excel 軟件對研究區(qū)7 種微量元素原始數(shù)據(jù)的地球化學參數(shù)進行統(tǒng)計和分析，最終得出的7 種元素原始數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值、標準偏差、變異系數(shù)以及濃集系數(shù)［14］（表1）。

注：Au 元素含量單位為×10-9，其余元素為×10-6；黑龍江省豐度值參考2007年遲清華編制的《其應用地球化學元素豐度數(shù)據(jù)手冊》。

3.1.1 單元素含量特征

研究區(qū)的Au（10.15）元素的變異系數(shù)較高，呈極強分異性分布，表明該元素在該區(qū)域分布不均勻并且具有強富集。As（1.34）、Mo（1.38）的變異系數(shù)大于1，表明它們在局部呈高富集并且位于高背景場。Zn（0.29）、Bi（0.43）、Sb（0.45）的變異系數(shù)小于1，表明元素在局部富集不均勻，離散程度大，但Zn（1.52）、Sb（0.45）的變異系數(shù)小于1，表明元素在局部富集不均勻，離散程度大，但Zn（1.52）、Sb（1.29）和Bi（1.16）的濃集系數(shù)大于1，具有強富集和明顯的富集特征，表明這些元素可能形成地球化學異常，但不具有成礦的能力。本文認為Au為五道溝研究區(qū)內(nèi)最有利的成礦元素，Mo、As元素同樣具有成礦的潛力。

3.1.2 單元素地球化學數(shù)據(jù)分形特征

根據(jù)前人研究表明，與礦化有關(guān)的元素地球化學數(shù)據(jù)普遍具有多維分形特征［15-16］，其中元素背景值近似服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布，高異常值符合分形分布［17］。本文將使用含量-求和法研究Au、Cu、Zn、Mo、As、Sb、Bi7 種微量元素在五道溝地區(qū)的富集程度，建立分形模型：

式中，r為微量元素的含量值；N（r）為符合微量元素含量大于r值的全部樣品數(shù)目和；D為分形維數(shù)，通過對Excel 軟件繪制lgr-lgN(r)坐標散點圖進行線性擬合求出分形維數(shù)D的值［18］。

通過對研究區(qū)7種微量元素含量進行分形統(tǒng)計，得出元素含量的含量-求和分形圖解（圖3）和分形維數(shù)的數(shù)值。其中D1代表了未受礦化作用影響元素的背景分布，D2、D3代表了受到礦化作用影響元素的異常分布［19］。為避免人為主觀因素對所求分形維數(shù)D的影響，需要對每種微量元素的擬合進行檢驗，即滿足D的取值需使得各區(qū)間擬合的直線與原始數(shù)據(jù)點之間的剩余平方和Ei（i=1，2，3）在2 個區(qū)間總和最?。?6］。檢驗公式如下：

式中，ri為分段擬合直線界線點。

根據(jù)圖3各元素的線性擬合曲線可知，元素的空間分布特征大體是一致的，全部被分為3個無標度區(qū)間，不同區(qū)間對應不同的分形維數(shù)，表明元素在空間分布上具有多層分形特征［20］。在相同的無標度區(qū)間內(nèi)，D值越小，元素在空間上分布越不均勻，叢集程度越大，元素越具有成礦潛力［21］，所以以D2=2為界限把所有微量元素分為2 類［22］：①D2＜2 的元素有Au、Mo、As，這3 種元素具有較大的成礦潛力，并且與前文的元素離散程度圖幾乎相對應，因此可視為重點找礦對象。②D＞2 的元素有Cu、Zn、Sb、Bi，這4 種元素分維數(shù)值較大，表明區(qū)域內(nèi)高含量點分布較小，元素叢集程度較小，富集成礦的可能性相對較弱。

3.2 元素的組合異常分析

為了進一步探求研究區(qū)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，運用Excel 對7 種元素數(shù)據(jù)進行了對數(shù)處理，處理后的數(shù)據(jù)通過SPSS 進行了R 型因子分析。利用Bartlett和KMO 檢驗對數(shù)據(jù)進行檢驗，KMO 度量值為0.600，等于Kaiser 給定的判別標準（0.6），Bartlett 球形度檢驗得到的相伴概率值（Sig）為0.000，遠小于顯著水平0.050，表明7 個元素之間的相關(guān)關(guān)系相對較強，數(shù)據(jù)間存在內(nèi)部聯(lián)系，可以使用R 型因子方法進行分析。以初始因子載荷矩陣特征值λ＞1 為標準，結(jié)果顯示λ＞1 時，因子主成分有3 個，它們的累計方差貢獻率是67.232%，大于60%，基本上可以反映出這7個元素的信息。以因子載荷絕對值大于0.500 為基準，可以分為3 組因子組合（表2）。F1 因子的元素組合為Cu-As-Sb，方差貢獻率為26.480%，代表了中低溫巖漿熱液侵入階段。F2因子的元素組合為Mo-Bi，方差貢獻率為21.933%，代表了高溫巖漿熱液侵入階段。F3因子組合為Zn-Au，方差貢獻率為16.814%，此組合是該地區(qū)主要成礦組合，代表著中低溫礦化階段（表2）。結(jié)合單元素含量的統(tǒng)計分析及研究區(qū)的地質(zhì)特征，認為Au具有巨大的成礦潛力。其中F1因子的貢獻率最高，代表Cu、As、Sb可以作為尋找Au找礦指示元素。

3.3 元素組合異常特征及異常圈定

本文采用累積頻率法對主成礦元素Au、Mo、As的對數(shù)數(shù)據(jù)以及F1、F2、F3因子的得分數(shù)據(jù)求取異常下限，分別以0%、2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%、100%的數(shù)值作為劃定分級間隔，確定以85%的數(shù)值為異常下限值，將單元素和因子得分數(shù)值全部導入Surfer 中得出單元素和因子得分異常圖（圖4）。

（1）Au元素異常特征。由圖4（c）可以看出，研究區(qū)Au異常發(fā)育良好，呈大規(guī)模居中分布，具有明顯的濃集中心，大部分異常分布在F1斷裂處，小部分異常呈串珠狀分布在F4斷裂處，其中2處最大異常位于研究區(qū)中部和西部的志留系、泥盆系泥鰍河組地層和早二疊世堿長花崗巖中。Au異常的濃度中心在圖中呈1 條明顯的NW 走向直線，與F4斷裂方向吻合，證明異常受構(gòu)造運動影響，根據(jù)Au 元素極易在構(gòu)造有利地段成礦的性質(zhì)，推斷其深部可能存在隱伏的Au礦體。

（2）Mo元素異常特征。由圖4（b）可以看出，研究區(qū)Mo 異常發(fā)育良好，呈大規(guī)模在研究區(qū)東南方分布，小部分呈點狀在西北方分布，異常范圍和Au元素暈相比略小，并具有明顯的濃集中心，幾處大范圍異常主要分布在F4斷層下盤，分布集中，異常主要位于研究區(qū)的上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)寶力高廟組地層和早二疊世鉀長花崗巖中。根據(jù)Mo 元素在鉀長花崗巖中含量高和中偏酸性巖中更容易富集成礦的性質(zhì)［23］，認為該區(qū)域具有形成Mo礦的潛力。

（3）As元素異常特征。由圖4（a）可以看出，研究區(qū)As 異常發(fā)育最好，在研究區(qū)的西北方呈大規(guī)模分布，中部分布較小，具有明顯的濃集中心且與Au元素暈套和良好，異常展布方向與F3斷層延伸方向一致，并受F1斷裂影響向南部遷移，推斷異常的形成主要受到斷層活動影響。As元素常作為尋找金礦床的指示元素和礦體前緣暈，為隱伏Au 礦床的存在提供了有利依據(jù)。

（4）F1（Cu-As-Sb）因子得分特征。由圖4（d）可以看出，區(qū)內(nèi)因子異常發(fā)育良好，在研究區(qū)西北方呈大規(guī)模分布且具有明顯的濃集中心。異常分布于F3斷裂兩側(cè)，且受F1斷裂影響向南部遷移，推測異常的形成主要與構(gòu)造活動有關(guān)，異常主要位于研究區(qū)中部和西部的志留系、泥盆系泥鰍河組賦礦地層和早二疊世堿長花崗巖中，與Au異常形成范圍有重疊，三者作為金礦形成的伴生元素，間接證明了F1和F3斷裂處可能存在隱伏金礦床。

（5）F2（Mo-Bi）因子得分特征。由圖4（e）可以看出，區(qū)內(nèi)異常發(fā)育良好，呈大規(guī)模分布在研究區(qū)東南方，具有明顯的濃集中心。異常主要在F4斷層下盤的早二疊世堿長花崗巖中，分布集中，推測該異常的形成與中部高溫巖漿活動和變質(zhì)作用密切相關(guān)，為Mo礦床的形成提供物質(zhì)來源。

（6）F3（Zn-Au）因子得分特征。由圖4（f）可以看出，區(qū)內(nèi)因子異常發(fā)育良好，呈大規(guī)模居中分布，小部分位于西北部，并具有明顯的濃集中心。區(qū)內(nèi)異常分布方向與F1斷裂和F4斷裂延伸方向西相吻合，主要位于研究區(qū)中部和西部的志留系、泥盆系泥鰍河組地層和早二疊世堿長花崗巖中。推測異常的形成與古亞洲洋閉合時期發(fā)生的多期次巖漿構(gòu)造活動有關(guān)，強烈的巖漿-構(gòu)造活動使得志留系、泥鰍河組地層中的成礦元素進入了新形成的含礦熱液中，元素隨著熱液在斷裂帶中遷移和沉淀，由此推斷在F1和F4斷裂處的異常具有較好的找礦前景。

4 找礦靶區(qū)及工程驗證

4.1 成礦靶區(qū)圈定

根據(jù)研究區(qū)成礦地質(zhì)條件和土壤地球化學異常特征分析，結(jié)合主成礦元素異常與因子得分異常之間的套和關(guān)系，于區(qū)內(nèi)異常部位共圈定出3個找礦靶區(qū)，編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（圖5）。

Ⅰ號靶區(qū)位于黑龍江五道溝研究區(qū)中部，靶區(qū)的面積為0.59 km2，靶區(qū)內(nèi)F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au 元素異常套和良好、呈大規(guī)模分布。靶區(qū)主要出露石炭系—二疊系寶力高廟組地層和志留系—泥盆系泥鰍河組地層，地層周圍可見早二疊世鉀長花崗巖侵入。區(qū)內(nèi)發(fā)育一條斷裂，斷裂的方向主要為NW向，證明研究區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用和巖漿活動強烈，強烈的中酸性巖漿作用和賦礦地層為成礦提供了良好的物質(zhì)來源和元素遷移所需的能量，且該處Au 元素異常面積最大，異常套和度最高，具有較大的Au 成礦潛力，推斷靶區(qū)內(nèi)具有較大以Au、Mo 為主的多金屬礦成礦條件。

Ⅱ號靶區(qū)位于黑龍江省五道溝研究區(qū)西北部，靶區(qū)的面積為0.60 km2，靶區(qū)內(nèi)F1（Cu-As-Sb）、F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au元素異常套和良好、呈大規(guī)模分布。靶區(qū)主要出露志留系—泥盆系泥鰍河組地層，巖體被早二疊世鉀長花崗巖侵入，區(qū)內(nèi)發(fā)育多條斷裂，斷裂的方向主要為NW、NE 向，異常沿NE 向斷裂延伸。F1（Cu-As-Sb）、F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）異常全部出現(xiàn)且套和良好，表明靶區(qū)具有重大成礦潛力，推測靶區(qū)內(nèi)具有較大Au金屬礦成礦條件。

Ⅲ號靶區(qū)位于黑龍江省五道溝研究區(qū)中東部，面積較小，靶區(qū)的面積為0.19 km2，靶區(qū)內(nèi)F2（Mo-Bi）、F3（Zn-Au）、Au 元素異常套和良好、呈大規(guī)模分布。靶區(qū)出露的地層為石炭系—二疊系寶力高廟組，巖體同樣被早二疊世正鉀花崗巖侵入，區(qū)內(nèi)可見一條NE 向斷裂，異常沿斷裂分布，表明成礦作用受斷裂控制。推測靶區(qū)內(nèi)具有較大Au、Mo 金屬礦成礦潛力。

4.2 工程驗證

根據(jù)土壤地球化學測量數(shù)據(jù)，研究區(qū)地質(zhì)概況及礦點出露情況，對研究區(qū)Ⅰ號靶區(qū)內(nèi)展開了槽探和鉆探工程對異常進行驗證（圖6）。經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)，Ⅰ號靶區(qū)的TC28-1、ZK28-1 號鉆孔見低品位金礦體（表3），其中Ⅰ號礦體的走向呈北東向，礦體形狀呈條帶狀，Au 品位為1.36 g/t（＞0.8 g/t）。礦體產(chǎn)于早二疊世堿長花崗巖巖體的石英脈中，偶見鉀化、絹云母化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、碳酸鹽化，推斷成因為蝕變巖型金礦床。Ⅱ號礦體的走向呈北東向，礦體形狀呈條帶狀，Au 品位為2.05 g/t（＞0.8 g/t）。礦體產(chǎn)于早二疊世堿長花崗巖巖體的石英脈中，石英脈寬40～50 cm，偶見鉀化、絹云母化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、碳酸鹽化，推斷礦床成因為蝕變巖型金礦床。Ⅲ號礦體為隱伏礦體，穿越厚度1 m，Au 品位為1.33 g/t（＞0.8 g/t）。該礦體主要賦存于強硅化的矽卡巖中，見有鉀化、黃鐵礦化、螢石化，推斷礦床成因為蝕變巖型金礦床。

綜上分析，Ⅰ號靶區(qū)具有較好的找礦前景，Ⅱ號、Ⅲ號靶區(qū)內(nèi)Au元素異常強度高，與其他因子組合異常套和良好，所以推測Ⅱ號、Ⅲ號靶區(qū)也同樣具有金礦找礦潛力，是日后開展工作的有利地段。

5 結(jié)論

（1）通過土壤地球化學測量及統(tǒng)計對比和元素分形特征分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)Au、Mo、As 元素含量值相對較高，且變異系數(shù)大，分維數(shù)值D2較小，形成的異常較大，認為Au、Mo、As 3 種元素具有較大的成礦潛力。成礦元素異常明顯受研究區(qū)斷裂控制，大部分異常整體沿NW、NE 向斷裂構(gòu)造帶展布。成礦元素異常與研究區(qū)地層有密切聯(lián)系，異常主要分布于志留系、泥盆系泥鰍河組地層和上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)寶力高廟組地層不整合接觸附近。

（2）研究區(qū)內(nèi)共圈定3 個找礦靶區(qū)，通過Ⅰ號靶區(qū)內(nèi)布設(shè)的槽探和鉆探驗證工作，發(fā)現(xiàn)了3 條Au 礦體且全部達到邊界品位，為本區(qū)尋找隱伏金礦體提供了可靠依據(jù)。經(jīng)過以上綜合分析，認為黑龍江黑河市五道溝地區(qū)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，是尋找金鉬等多金屬礦的有利地段。