大比例尺地球化學方法在地質(zhì)填圖中的應用

戴慧敏，金鑫，孫中任，馮雨林，宮傳東，鄭春穎

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034；

2.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院，北京 100083；3.遼陽市鏵子鎮(zhèn)政府，遼寧遼陽 111300）

大比例尺地球化學方法在地質(zhì)填圖中的應用

戴慧敏1，2，金鑫1，孫中任1，馮雨林1，宮傳東3，鄭春穎1

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034；

2.中國地質(zhì)大學地球科學與資源學院，北京 100083；3.遼陽市鏵子鎮(zhèn)政府，遼寧遼陽 111300）

利用大比例尺區(qū)域化探資料中成礦元素銅、砷地球化學場的變化規(guī)律所反映的信息，在大興安嶺查巴奇淺覆蓋區(qū)推斷19條斷裂構造帶.將推斷出的斷裂構造帶結合地球物理、遙感信息、地質(zhì)填圖等得到的斷裂構造對比研究，結果顯示：推斷的斷裂構造帶多數(shù)與地球物理、遙感信息、地質(zhì)填圖等得到的斷裂構造一致，多數(shù)地球化學場的分界線準確地反映了地層與侵入體的接觸帶，明顯的地球化學高、低背景場分別對應著地層與侵入體.說明應用成礦元素地球化學信息進行地質(zhì)單元推測、斷裂構造推斷等是有效的，可在淺覆蓋區(qū)推廣應用.同時，成礦元素地球化學圖也存在一定的局限性，從推斷結果看地球化學方法只能概略地推斷地質(zhì)體，實際工作中應注意與地質(zhì)、地球物理、遙感等方法緊密結合,對地質(zhì)填圖單元進一步區(qū)分，以使提取的信息可靠性更強.

成礦元素；地球化學圖法；斷裂構造；地質(zhì)填圖；大興安嶺

0 前言

地質(zhì)事件的直接后果是引起地質(zhì)體中物質(zhì)組分的活化、輸運，導致在其中建立起新的分配關系，造成某些元素特定的結合狀態(tài)和組織關系［1］.作為地質(zhì)事件之一的構造活動也會伴有物質(zhì)成分重新分配和組合過程［2］，這種物質(zhì)成分的重新分配和組合的直接反映之一就是表現(xiàn)在地球化學信息上，斷裂構造既是熱液運移的通道，又是元素聚集場所，對異?？臻g分布和形態(tài)有明顯控制作用［3］.在地球化學上主要表現(xiàn)為物質(zhì)組分的變化（量變和質(zhì)變），即特征元素組合地球化學背景的變化［4］.按元素的親和性質(zhì),元素在運移過程中必然是整體進行的，地球化學動力學表明元素遷移不可能以單元素方式進行［5］，這就賦予了元素空間分布組合的實際意義.孫中任等［6］在對磁異常與地球化學異常關系分析中利用分頻以后的磁異常較好地解釋了地球化學高背景不僅與地質(zhì)體的元素豐度有關，同時與地質(zhì)體接觸帶的構造環(huán)境有關.時艷香等［7］、郝立波等［8］采用水系沉積物地球化學信息判別巖性與構造及地質(zhì)填圖取得了較好的效果.劉德君等認為不同構造及其演化階段，常伴有銅元素的富集與貧化，并控制其分布，形成復雜的地球化學形跡，研究銅元素（或其他元素）地球化學場的變化規(guī)律，有可能指示區(qū)域地質(zhì)構造總體輪廓，作為地質(zhì)填圖工作的補充資料［9］.在地質(zhì)露頭少的淺覆蓋區(qū)，進行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查相對困難，充分利用區(qū)域化探資料所反映的信息為區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查提供線索，已有學者應用1∶20萬區(qū)域地球化學資料在淺覆蓋及森林沼澤區(qū)進行地質(zhì)填圖研究，并取得了良好效果［10］.

Cu的一個典型地球化學性質(zhì)是失去電子后成18電子（s2p6d10）型，即銅型離子.其極化能力強，傾向于與半徑大、受極化變形能力強的S、Se、Te、As、Sb、Bi等元素的陰離子形成共價鏈（帶金屬性）結合［11］.當匯水盆地內(nèi)存在富含砷的地質(zhì)體時，在地表水系底積物中會形成砷異常，砷異常還可用來圈定含礦的火山機構［12］.本文采用1∶5萬大比例尺水系沉積物測量結果，使用Cu輔以As元素地球化學圖進行地質(zhì)填圖及地質(zhì)構造的推斷，以探討大比例尺成礦元素地球化學信息在地質(zhì)填圖、構造推斷等方面的應用效果.

1 研究區(qū)地質(zhì)－構造特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)與黑龍江省接壤部分，呼倫貝爾市阿榮旗北部.地理位置在東經(jīng)123°00′，北緯48°20′，大興安嶺山地與松嫩平原過渡區(qū)，屬于大興安嶺中段森林淺覆蓋區(qū).該區(qū)構造發(fā)育，伊爾施早華力西地槽褶皺帶與東烏珠穆沁旗晚華力西地槽褶皺帶接觸部位，而被大興安嶺中生代火山巖帶切割，位于興安地槽褶皺系.大興安嶺火山噴發(fā)帶東西分別由嫩江-八里罕斷裂和烏奴耳斷裂隔開，斷裂兩側(cè)分別為嫩江斷陷盆地和海拉爾盆地.研究區(qū)位于嫩江斷裂帶的西側(cè)，發(fā)育各個時期的北東向壓性-壓扭性構造和北北西向脆性斷裂.東側(cè)為隆起帶與斷陷盆地相聯(lián)結處，為嫩江-八里罕斷裂帶，沿嫩江河谷延伸.區(qū)內(nèi)古生界、中生界及新生界地層均有分布.古生界為上二疊統(tǒng)林西組（P3l），主要為一套板巖、變質(zhì)砂巖、變火山灰凝灰?guī)r夾細礫巖.中生界為下三疊統(tǒng)老龍頭組（T1l），白堊系下統(tǒng)光華組一段（K1gn1）、光華組二段（K1gn2），白堊系下統(tǒng)甘河組（K1g）.老龍頭組為一套變安山巖夾（或互層）陸相碎屑巖組合；光華組一段主要巖性為火山碎屑沉積巖為主夾灰黑色油頁巖，光華組二段主要巖性為中酸性火山巖-火山碎屑巖.新生界主要為第四系，侵入巖主要為中生代的中酸性巖類，以中深成的花崗巖巖基為主（圖1）［13］.

2 地球化學圖推斷構造的原理及準則

在相同的大地構造單元或區(qū)域地質(zhì)條件下，成礦地球化學元素無論在成礦能量或在富集程度上都是不均衡的.空間上就造成某些地段某些元素富集，某些元素相對含量較低，即地球化學元素在時空上的疊加性.其體現(xiàn)的是親和勢相同或相近的地球化學元素整體間的關聯(lián)性，每一種分帶呈現(xiàn)相近的元素地球化學分布特征的相似性［4，14］.斷裂構造對元素背景的變化控制主要表現(xiàn)在以下幾個方面［3］：（1）沿斷裂帶大多數(shù)元素含量發(fā)生突變，形成地球化學梯度陡變帶；（2）沿斷裂帶常出現(xiàn)具熱液特征的元素異常，且呈帶狀、線狀、串珠狀分布；（3）沿大多數(shù)斷裂帶，部分元素發(fā)生局部、帶狀貧化，形成帶狀、線狀、串珠狀分布的低含量區(qū)域.葉天竺等［15］認為反映大斷裂或區(qū)域性斷裂構造的特征線，多數(shù)是地球化學異常組的界線，反映控制異常分布規(guī)律的特征線，多是地球化學富集區(qū)或異常軸線.

依據(jù)上述特征，在利用地球化學圖推斷構造時遵循以下準則：（1）不同地球化學場的分界線；（2）地球化學等量線寬窄突變；（3）地球化學等量線發(fā)生同步扭曲；（4）地球化學等量線沿一定方向有規(guī)律地出現(xiàn)密集帶；（5）串珠狀排列的局部正、負地球化學場；（6）正、負異常軸、帶發(fā)生有規(guī)律的錯斷.

根據(jù)上述原理在研究區(qū)推斷出斷裂構造19條.對研究區(qū)銅和砷不同地球化學場分布可以看出，這兩個元素的正、負地球化學場分界線明顯為地層與侵入巖巖性界線.再對同一地球化學場內(nèi)的微觀地球化學場分布進行研究劃分，對本區(qū)進行地質(zhì)體或地球化學分區(qū)（圖2）.

3 各推斷構造帶及地質(zhì)體地球化學特征

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1Geological sketch map of the study area

F1斷裂位于研究區(qū)北西端，呈北東向，為銅的低背景區(qū).F2斷裂帶呈北西向，斷裂分別穿越銅的高背景和低背景，在斷裂帶北西端銅低背景區(qū)形成地球化學梯度陡變帶，南東端銅的高背景區(qū)沿著斷裂出現(xiàn)明顯錯斷，沿著斷裂總體上表現(xiàn)為串珠狀的背景含量分布.F3斷裂帶沿查巴奇-七一溝里一帶呈北東向延伸，南西端止于阿倫河河谷，北東端止于晚侏羅世粗中粒二長花崗巖，斷裂帶被F2斷裂截斷，反映了斷裂帶之間的新老關系.南西端為不同地球化學場的分界線，北東端分布于地球化學梯度陡變帶，該特征尤以砷元素表現(xiàn)明顯.F4斷裂帶北西向分布，由銅的串珠狀低背景場組成，砷元素表現(xiàn)為地球化學等量線發(fā)生同步扭曲.F5、F6斷裂帶北東向分布，均由銅的串珠狀較高背景組成.F7斷裂帶由串珠狀排列的局部正、負地球化學場組成，分布于阿倫河河谷與巖體接觸部位，該斷裂帶應歸屬于阿倫河大斷裂.F8斷裂帶北西向分布，地球化學特征與F4斷裂帶地球化學特征極為相似.F9斷裂帶北東向分布，由銅和砷的串珠狀高背景組成.F10、F11斷裂帶為銅的串珠狀較高背景組成，分別呈北東向和北北東向分布.F12斷裂帶由一北西突出的弧形帶，該弧形帶兩側(cè)銅和砷元素均為高背景與低背景及較低背景分界線.F13斷裂帶由銅的串珠狀高背景場組成，緊鄰斷裂帶南西側(cè)為銅和砷的不同地球化學場的分界線，且地球化學等量線發(fā)生同步扭曲，推測該斷裂帶應為花崗巖侵入界線.F14—F18斷裂帶由銅的串珠狀低背景場組成，斷裂帶展布方向不同.F19斷裂帶由帶狀的銅和砷的地球化學高背景場組成，斷裂帶呈北東向分布.劃分圈定的地球化學區(qū)即地質(zhì)單元，與結合野外地質(zhì)調(diào)查得到的地質(zhì)概況一致，銅和砷地球化學低背景區(qū)推測為侵入巖區(qū)，地球化學低背景和較低背景對應著不同的侵入體.銅和砷地球化學高背景區(qū)推測為研究區(qū)古生界上二疊統(tǒng)林西組板巖、變質(zhì)砂巖、變火山灰凝灰?guī)r夾細礫巖和中生界下三疊統(tǒng)老龍頭組變安山巖夾（或互層）陸相碎屑巖組合，根據(jù)野外調(diào)查及變質(zhì)作用特征，為區(qū)域動力熱流變質(zhì)巖和接觸熱變質(zhì)巖.地球化學背景區(qū)推測為光華組一段火山碎屑沉積巖為主夾灰黑色油頁巖及光華組二段中酸性火山巖-火山碎屑巖.

4 地球化學推斷斷裂的可靠性分析

圖2 研究區(qū)成礦元素地球化學圖法推斷地質(zhì)單元及構造圖Fig.2Geology and structure inferred by geochemical mapping of metallogenic elements

圖3 地質(zhì)、地球物理、遙感等綜合推斷地質(zhì)圖Fig.3Inferred geological map by geology,geophysics and remote sensing

斷裂構造對地球化學元素異?？臻g分布和形態(tài)具有明顯的控制作用，綜合地質(zhì)、地球物理、遙感信息等對研究區(qū)推斷的19條斷裂帶進行對比研究表明，多條斷裂帶與野外地質(zhì)調(diào)查實測或推測斷裂、地球物理方法推測、遙感信息解譯得到的斷裂一致（見圖3）.F1斷裂帶與地質(zhì)推測F1斷裂、遙感解譯北東向斷裂一致，野外地質(zhì)觀察地表可見明顯的斷層三角面.F2為研究區(qū)較大的一條斷裂帶，是本區(qū)較晚的斷裂，切割研究區(qū)F3、F5、F6斷裂帶.F3斷裂帶被F2斷裂帶切割，與地質(zhì)推測斷裂F11（查巴奇-柳毛溝韌性剪切帶）及遙感解譯得到的斷裂帶吻合.野外地質(zhì)調(diào)查采集石英變形特征表明，該斷裂帶為右旋推覆剪切性質(zhì)，即由北西向南東方向推覆，同時還有斜向逆沖特點.F5、F6斷裂帶北東向平行分布，可能為一條斷裂帶被北西向F2斷裂帶切割形成，與地質(zhì)調(diào)查推測F13斷裂一致，野外觀察顯示為一碎裂巖化石英閃長巖帶，寬度達數(shù)百米，可見該主斷裂具有近于水平的階步，性質(zhì)為右行走滑斷裂.F7斷裂位于地質(zhì)推測斷裂F10、地球物理方法推測斷裂F1西側(cè)，并與二者同向分布，該斷裂帶可能為阿倫河斷裂帶.F8斷裂帶與地質(zhì)調(diào)查推測斷裂F15及遙感解譯斷裂一致，根據(jù)野外觀察該斷層性質(zhì)為右行斷層，斷層切割光華組火山巖.F9斷裂帶與地質(zhì)推測斷裂帶立新六隊－黎明村斷裂吻合.F10、F11斷裂帶與地質(zhì)推測尉家點和黎明村處的兩條斷裂帶一致，與地球物理推測F3深斷裂一致.地球物理特征顯示斷裂傾角較陡，是一條較寬的斷裂帶，沿斷裂帶有多處不同時期的巖體侵入，次級斷裂和脈巖也較發(fā)育.F12弧形斷裂帶推測為右側(cè)區(qū)域為光華組火山盆地界線.F13斷裂帶位于團結屯，與地質(zhì)推測斷裂重疊.在F14斷裂帶處地質(zhì)調(diào)查及遙感解譯結果顯示均存在同向及規(guī)模相近的斷裂，與地球物理方法推測深斷裂F3一致.F15、F18斷裂帶北西向分布，地質(zhì)調(diào)查及遙感解譯結果顯示均存在同向及規(guī)模相近的斷裂.F16、F17斷裂帶北東向展布，與地質(zhì)調(diào)查推測及遙感解譯斷裂極為吻合.F19斷裂帶位于研究區(qū)東南端新興屯處，遙感解譯顯示該處存在環(huán)形構造，地質(zhì)調(diào)查推測該斷裂處存在規(guī)模相對較小的斷裂帶.從劃分圈定的地球化學區(qū)看，多數(shù)地球化學場的分界線準確地反映了地層與侵入體的接觸帶，明顯的地球化學高、低背景場分別對應著地層與侵入體.該方法難以解決部分同成分的侵入巖、火山巖和變質(zhì)巖的進一步識別問題，如研究區(qū)火山巖為光華組一段及光華組二段火山巖-火山碎屑巖需進一步填圖.

5 結論與討論

依據(jù)成礦元素地球化學圖推斷斷裂構造顯示結果較為可靠，推斷出的斷裂基本與野外地質(zhì)觀察及地球物理、遙感解譯得到的斷裂一致.成礦元素含量空間分布及組合含有豐富的地球化學信息，地球化學場的分界線往往是地質(zhì)體的接觸帶，地球化學明顯的高低背景場對應著不同的地質(zhì)單元.本區(qū)成礦元素銅、砷明顯的地球化學高背景場與研究區(qū)古生界和中生界變質(zhì)巖具有良好的對應關系.區(qū)域動力熱流變質(zhì)和接觸熱變質(zhì)作用為成礦元素富集提供了必要條件.在研究區(qū)東南部火山機構區(qū)，銅和砷地球化學圖表現(xiàn)為明顯的弧形地球化學背景.從本研究區(qū)地球化學分區(qū)與實際地質(zhì)單元對應關系看，存在一個地球化學區(qū)對應數(shù)個地質(zhì)單元，同時也存在一個地質(zhì)單元包括了數(shù)個地球化學分區(qū)的情況，但是可以看出在本地區(qū)地層與侵入巖對應著明顯不同的銅和砷的地球化學場，以砷尤為明顯.水系沉積物成礦元素地球化學信息可以概略地推斷地質(zhì)體，銅和砷元素相對其他元素更具有優(yōu)勢.因此，在其他地區(qū)地質(zhì)填圖工中可嘗試應用銅和砷地球化學提供的信息.在實際應用中依靠地球化學信息推斷構造、地質(zhì)填圖等應注意與地質(zhì)、地球物理、遙感等方法緊密結合，以使其更可靠地為構造推斷、地質(zhì)填圖等提供輔助信息，合理地引入地球化學信息可增加地質(zhì)填圖、礦產(chǎn)調(diào)查研究的信息量.

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THE APPLICATION OF LARGE SCALE GEOCHEMICAL MAPPING METHOD

DAI Hui-min1,2,JIN Xin1,SUN Zhong-ren1,Feng Yu-lin1,GONG Chuan-dong3,ZHENG Chun-ying1
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.Huazi Town Government of Liaoyang City,Liaoyang 111300,Liaoning Province,China）

Based on the regional geochemical data,which reflect the regularity and distribution of geochemical fields of metallogenic elements of copper and arsenic in the typical forest-swamp overburden area,19 fault belts are inferred.With comparison of these faults to those obtained from geophysical data,geological mapping and remote sensing information,the result shows that most of the inferred fault zones coincide with the latter.Most boundaries of geochemical background accurately reflect the contact zone between strata and intrusive rocks.The obvious high and low geochemical backgrounds respectively correspond to the strata and intrusive rocks.It is proved that the metallogenic element geochemical mapping method is effective in fault deducing in forest-swamp overburden area.Meanwhile,this method also has certain limitations. The result from this study shows that the geochemical method can only roughly infer geologic bodies.It should be closely integrated with geological,geophysical and remote sensing methods to further differentiate the geological mapping units so as to make the extracted information more reliable.

metallogenic element;geochemical map;fault structure;geological mapping;Daxinganling

1671-1947（2015）01-0033-06

P632；P595

A

2014－03－19；

2014-07-18.編輯：張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“內(nèi)蒙古查巴奇地區(qū)礦產(chǎn)遠景調(diào)查”（礦調(diào)［2004］10－2號）資助.

戴慧敏，（1979—），女，中國地質(zhì)大學在讀博士研究生，高級工程師，地球化學專業(yè)，主要從事應用地球化學的研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//daihuimin78@126.com