內(nèi)蒙古準(zhǔn)和熱音蘇木地區(qū)巖石元素地球化學(xué)特征及成礦性分析

盧文東

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100)

準(zhǔn)和熱音蘇木地區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟蘇尼特左旗西北部，行政區(qū)劃屬洪格爾蘇木，屬于高原低山—丘陵區(qū)，海撥高度多在1000～1100m，地勢平坦，牧草叢生，基巖裸露差，多被土植被覆蓋，為半干旱荒漠草原區(qū)。研究區(qū)進(jìn)行過1∶1萬地質(zhì)填圖及1∶2.5萬土壤地球化學(xué)測量，未發(fā)現(xiàn)好的找礦線索。該區(qū)屬于大興安嶺成礦帶，受有機(jī)質(zhì)和風(fēng)成砂的影響，土壤異常找礦效果不明顯[1]。2018年，山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)在16.20km2的研究區(qū)范圍內(nèi)，采集地表巖石樣品61件，采用基巖地球化學(xué)測量方法[1]，化驗(yàn)分析了Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Bi，Hg，W，Sn，Mo，Cd，Co，Cr，Ni 16種元素，研究分析了該區(qū)巖石中元素的地球化學(xué)特征及成礦性，明確了下一步的找礦方向，進(jìn)一步指導(dǎo)準(zhǔn)和熱音蘇木地區(qū)的找礦工作。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于西伯利亞板塊、華北板塊和塔里木板塊之間的中亞造山帶東南邊緣之晚古生代陸緣增生帶，從研究區(qū)大地構(gòu)造背景圖(圖1a)可以看出，中生代以來，研究區(qū)屬濱太平洋構(gòu)造域，構(gòu)造及巖漿活動復(fù)雜[2]；研究區(qū)屬古亞洲成礦域內(nèi)蒙古-大興安嶺成礦省二連-東烏旗晚古生代-中生代成礦帶，是我國重要的銅及多金屬集中分布地區(qū)之一，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越[3-6]。

從研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(圖1b)可以看出[7]，區(qū)域出露的地層由老到新有石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖，白堊紀(jì)白音高老組一段安山巖，白堊紀(jì)下統(tǒng)大磨拐河組泥砂巖，以及新生代第四系風(fēng)成砂、黏土。巖漿巖主要為晚石炭世肉紅色中粒堿長花崗巖和灰白色斑狀花崗閃長巖。該區(qū)總體構(gòu)造線方向?yàn)镹EE向，晚石炭世巖漿侵入及火山活動構(gòu)成該區(qū)主要構(gòu)造格局。

從研究區(qū)地質(zhì)圖可以看出(圖1c)，區(qū)內(nèi)地層石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖，以頂蓋形式殘存于晚石炭世花崗巖之上；白堊紀(jì)白音高老組一段安山巖，呈火山噴發(fā)不整合上覆于晚石炭世堿長花崗巖體之上，二者之間局部呈正斷層接觸；白堊紀(jì)下統(tǒng)大磨拐河組泥砂巖，呈近EW向的長條狀不整合于白堊紀(jì)白音高老組一段之上；第四紀(jì)更新統(tǒng)及全新統(tǒng)上部沉積。晚石炭世肉紅色中粒堿長花崗巖和灰白色斑狀花崗閃長巖呈枝杈狀侵入于石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖地層中，普遍發(fā)育角巖化現(xiàn)象。脈巖主要有花崗斑巖脈、閃長玢巖脈、石英脈，充填于石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖、晚石炭世堿長花崗巖和花崗閃長巖中，規(guī)模較小。該區(qū)構(gòu)造與區(qū)域上構(gòu)造格架一致，可能有隱伏的NEE向斷裂構(gòu)造。

a—研究區(qū)大地構(gòu)造背景圖；b—研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖；c—研究區(qū)地質(zhì)圖；1—第四系；2—白堊紀(jì)下統(tǒng)大磨拐河組泥砂巖；3—白堊紀(jì)白音高老組一段安山巖；4—石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖；5—晚石炭世花崗閃長巖；6—晚石炭世堿長花崗巖；7—花崗細(xì)晶巖脈；8—花崗斑巖；9—閃長玢巖；10—石英脈；11—硅化蝕變帶；12—整合地質(zhì)界線及侵入界線；13—不整合界線；14—斷層；15—產(chǎn)狀；16—銅多金屬礦化點(diǎn)；17—銅礦化點(diǎn)；18—研究區(qū)范圍；19—巖石采樣位置圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

2 分析方法

巖石化探樣品在山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品加工及測試。首先，將巖石樣品洗凈，在烘箱中<60℃烘干，用無污染的行星球磨機(jī)全部細(xì)碎至小于0.074mm(200目)，制成分析樣用于分析[8-9]。Au元素采用石墨爐原子吸收光譜法；Ag，Mo，Sn采用發(fā)射光譜法；Cu，Pb，Zn，W，Cd，Co，Cr，Ni元素采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；As，Sb，Bi，Hg元素采用氫化物發(fā)生-原子熒光法。對質(zhì)量監(jiān)控樣品進(jìn)行了準(zhǔn)確率和合格率的統(tǒng)計(jì)，均為100%，分析樣品質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)[10]。

3 分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表1為研究區(qū)巖石元素地球化學(xué)參數(shù)原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。表2為研究區(qū)剔除特異值后的巖石元素地球化學(xué)參數(shù)原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，顯示剔除均值加減3倍離差后的巖石元素含量變化均較小，剔除特異值后統(tǒng)計(jì)的地球化學(xué)參數(shù)反映的是研究區(qū)巖石元素背景值特征。表3為各巖石分區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

4 討論

4.1 研究區(qū)巖石元素含量特征及成礦性分析

通過分析研究區(qū)巖石元素的含量特征，初步了解元素的成礦性。從表1可知，研究區(qū)巖石元素的總體特征為：Cu，Pb，As，Sb，Bi，Cd，Co元素的含量變化較大，變異系數(shù)均大于1，說明這7種元素含量在研究區(qū)內(nèi)變異程度較大，數(shù)據(jù)離散，有利于元素的局部富集、成礦；其中Pb元素的變異系數(shù)最大，為3.189，說明Pb元素含量數(shù)據(jù)在本區(qū)最離散，富集成礦潛力最大；Cu，Sb元素的變異系數(shù)較大，均大于2，說明Cu，Sb元素在該區(qū)數(shù)據(jù)較離散，較有利于局部富集成礦；Pb最大值956.3×10-6，Cu最大值1141.1×10-6，顯示了較好的Pb，Cu礦化；Cd最大值1001.9×10-6，目前世界上發(fā)現(xiàn)的最高鎘礦床——貴州牛角塘鎘鋅礦床，鎘品位一般為(1000～8000)×10-6，最高達(dá)1.43%，平均為4262×10-6[11-12]，說明該區(qū)Cd具備富集成礦的可能性；Co最大值86.5×10-6，據(jù)新疆銅花山鈷-多金屬礦床，賦存于磁鐵礦中的Co含量為166×10-6[13]，該區(qū)為1∶5萬正負(fù)磁異常與正負(fù)剩余重力異常接觸帶[6]，有望尋找含鈷磁鐵礦；其他元素Au，Ag，Zn，Hg，W，Sn，Mo，Cr，Ni含量在工作區(qū)變化不大，成礦性較差。

表1 巖石元素地球化學(xué)參數(shù)(未剔特異值)

注：Au,Ag,Hg的單位為10-9;Mo,Sn,Co,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Ti,V,W,Zn,As,Sb,Bi的單位為10-6。

表2 巖石元素地球化學(xué)參數(shù)表(剔特異值)

注：Au,Ag,Hg的單位為10-9;Mo,Sn,Co,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Ti,V,W,Zn,As,Sb,Bi的單位為10-6。

表3 各巖石分區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)

表3 各巖石分區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)(續(xù)1)

表3 各巖石分區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)(續(xù)2)

與中國東部巖石元素背景值相比[14-15]，研究區(qū)巖石中Au，Cu，Zn，As，Bi，W，Sn，Mo，Cd元素含量平均值高于中國東部巖石元素背景值，說明以上元素在該區(qū)相對富集，顯示較高的背景；其他元素Ag，Pb，Sb，Hg，Co，Cr，Ni元素含量平均值低于中國東部巖石元素背景值，體現(xiàn)出了不同地區(qū)巖石元素分布的差異性特征(表2)。

4.2 各巖石分區(qū)元素含量特征及成礦性分析

通過分析研究各巖石分區(qū)元素的含量特征，進(jìn)一步了解元素在巖石分區(qū)中的成礦性。利用表3數(shù)據(jù)制作了16元素含量相對研究區(qū)(未剔特異值)均值比值巖石分區(qū)變化曲線圖(圖2)，16元素含量相對研究區(qū)(剔特異值)均值比值巖石分區(qū)變化曲線圖(圖3)。

圖2 巖石分區(qū)相對研究區(qū)元素含量(未剔特異值)均值比值變化曲線圖

從圖2可以看出，該區(qū)巖石分區(qū)的成礦性，白音高老組一段安山巖、硅化蝕變帶、晚石炭世花崗閃長巖和堿長花崗巖中有明顯的元素富集現(xiàn)象，成礦可能性較大。安山巖中具備成礦潛力的元素為Co，Cd，Mo，其濃集比率均大于2；硅化蝕變帶中最具成礦潛力的元素為Pb，Cu，其濃集比率分別為6.22和5.94；其次為Bi元素，濃集比率為2.88。晚石炭世花崗閃長巖體中Sb濃集比率最高為3.94，顯示了較好的濃集特征，Bi，As，Cd元素也有富集，濃集比率均大于2；晚石炭世堿長花崗巖中Ag，Sn有明顯富集，其濃集比率分別為2.28和2.14，體現(xiàn)元素分區(qū)的高背景特征。

安山巖屬于早白堊世火山巖，花崗閃長巖和堿長花崗巖屬于晚石炭世侵入巖，根據(jù)元素的成礦性分析其成礦期，說明該地區(qū)存在早白堊世和晚石炭世2個成礦期。區(qū)域上白堊紀(jì)白音高老組一段安山巖，呈火山噴發(fā)不整合于晚石炭世堿長花崗巖體之上，局部二者之間呈正斷層接觸，存在較好的容礦空間，為Co，Cd，Mo的富集成礦提供了條件。晚石炭世花崗閃長巖株與圍巖寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖接觸部位，由于熱變質(zhì)作用，普遍發(fā)育不同程度的黑云母化、絹云母化、硅化等蝕變現(xiàn)象，充填于石炭紀(jì)寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖中的硅化蝕變帶正是該期熱液活動的產(chǎn)物，連同花崗閃長巖株與圍巖寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖的接觸帶，二者可能是尋找Pb，Cu礦有利的地質(zhì)體，為找礦指明了方向。

圖3 巖石分區(qū)相對研究區(qū)元素含量(剔特異值)均值比值變化曲線圖

通過圖3與圖2的對比分析可知，元素之間的濃集幅度發(fā)生變化。濃集幅度明顯變大的為Bi，Cu，Pb，Sb元素，說明這4種元素更離散，成礦潛力大，與圖2反映的元素富集趨勢基本一致，其中變化最大的為Bi元素；變化較大的為As，Co，Cd，Mo元素；Co，Cd，Mo元素在白音高老組一段安山巖中的濃集幅度變化不大。而As，Sb元素在大磨拐河組泥、砂巖和寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖中濃集幅度變大，作為前緣指示元素，較活潑，分散性大，這可能與元素的性質(zhì)有關(guān)。

Bi元素通過圖3更清晰地反映了元素的富集變化趨勢，Cu，Pb元素也基本具備相同的趨勢。Bi，Cu，Pb元素在晚石炭世明顯富集，佐證了晚石炭世時代為成礦期，體現(xiàn)了元素的富集規(guī)律受時代的約束。硅化蝕變帶中的Bi元素濃集比率最高為49.20，且伴隨了Cu，Pb元素的富集，而硅化蝕變帶充填于寶力高廟組一段變質(zhì)砂巖中，由此可判定晚石炭世花崗閃長巖漿在侵位的同時與圍巖寶力高廟組變質(zhì)砂巖發(fā)生巖熔反應(yīng)蝕變，導(dǎo)致Bi元素的濃集，體現(xiàn)了元素的富集規(guī)律受巖熔反應(yīng)和空間的約束。石英脈、花崗斑巖脈、閃長玢巖脈規(guī)模均較小，結(jié)合Bi元素的變化趨勢，推斷脈巖系由晚石炭世巖漿分異作用產(chǎn)生的，Bi元素的熔點(diǎn)范圍為47～262℃，跨度范圍大，而花崗斑巖脈、閃長玢巖脈屬于淺成巖，相較于花崗閃長巖，巖漿冷卻溫度較快，相對不利于Bi元素的富集(圖3)，體現(xiàn)了元素的富集規(guī)律受溫度、結(jié)晶速度的約束。

4.3 巖石元素富集離散特征及成礦性分析

通過分析研究巖石元素富集離散特征，按照富集成礦潛力大、一般和不具備成礦潛力，對該區(qū)元素的成礦性進(jìn)行分析。利用CV1表示區(qū)內(nèi)各元素原始數(shù)據(jù)集的變化系數(shù)，利用CV2表示背景數(shù)據(jù)變化系數(shù)，利用CV1和CV1/CV2(反映特高值削平程度)制作了各元素變化系數(shù)解釋圖(圖4)。據(jù)圖4可知，巖石中元素含量變化大、離散程度高、數(shù)據(jù)值高的是Pb，Cu，Bi，Sb，富集成礦潛力大。元素含量變化相對大、離散程度相對高，數(shù)據(jù)值一般的元素是Cd，Co，As，富集成礦潛力一般。元素含量變化小、離散程度小、但數(shù)據(jù)值相對高的元素是Ag，富集成礦潛力一般。Au，Zn，Ni，Cr，Hg，Sn，W，Mo元素含量低且離散程度低，這些元素的含量均勻，故基本不具備獨(dú)立成礦的可能性。

圖4 各元素變化系數(shù)解釋圖

4.4 因子分析、聚類分析及成礦性分析

利用因子分析和聚類分析，分析研究巖石元素的組合特征，對元素組合的物質(zhì)屬性進(jìn)行判定[16-19]，對不同元素組合的成礦性進(jìn)行深入的分析研究，指明找礦方向。

利用SPSS軟件，對巖石元素的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，根據(jù)相關(guān)矩陣求得因子結(jié)構(gòu)式及特征根值，對各元素組合的物質(zhì)屬性進(jìn)行了判定(表4)。

利用GeoIPAS軟件，將巖石元素的原始數(shù)據(jù)制作了各元素聚類分析譜系圖(圖5)，截距系數(shù)在0.4水平上，主要可以分為兩大類元素組合。

圖5 各元素聚類分析譜系圖

第一聚類As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr對應(yīng)因子分析F1和F2。據(jù)表3數(shù)據(jù)，白音高老組安山巖中Co，Cd，Mo元素的濃集比率(K1)分別為4.46，2.78，2.23，均大于2，其他巖石單元分區(qū)的濃集比率均小于2，因此，Co，Cd，Mo元素在白音高老組安山巖中更易于富集；Co，Cd，Mo元素含量最大值86.5×10-6，1001.9×10-6，7.7×10-6均出現(xiàn)在白音高老組安山巖中，類比已知礦床；Co，Cd元素含量接近或已達(dá)到邊界品位；Mo元素含量稍低。Co，Cd，Mo元素的變異系數(shù)分別為0.729，0.922，0.62；Co，Cd元素含量變化更快、更離散；Mo元素含量較穩(wěn)定。故Co，Cd元素更易于成礦；Mo指示高溫成礦環(huán)境。Ni元素在白音高老組安山巖中的濃集比率(K1)達(dá)到最高，為1.61，證明了Ni元素在白音高老組安山巖中也較易于富集。Cr元素在白音高老祖安山巖中的濃集比率(K1)為0.86，元素含量較低，僅體現(xiàn)聚類特征。As，Sb，Hg元素含量普遍低，作為前緣指示性元素，指示不同的富集程度。故As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr元素聚類，顯示了白音高老組安山巖中的元素聚類特征。

第二聚類Cu，Bi，Pb對應(yīng)因子分析F3。據(jù)表3數(shù)據(jù)，硅化蝕變帶中Pb，Cu，Bi元素的濃集比率(K1)達(dá)到最大值，分別為6.22，5.94，2.88；且有Pb，Cu礦化出現(xiàn)。晚石炭世花崗閃長巖體中Bi元素雖有濃集(濃集比率為2.67)，但晚石炭世花崗閃長巖與硅化蝕變帶密切相關(guān)；故Pb，Cu，Bi元素聚類，顯示了硅化蝕變帶中的元素聚類特征。野外調(diào)查對應(yīng)該區(qū)發(fā)現(xiàn)的一條硅化蝕變帶，取樣發(fā)現(xiàn)有褐鐵礦化與孔雀石化(圖6)；Cu，Pb元素是親硫元素，其中褐鐵礦呈立方體晶型，為黃鐵礦氧化而成，硫的富集是成礦的必要條件[20]，顯示較有利的成礦(化)信息。

其他元素Au，Ag，W，Zn，Sn相互不聚類，獨(dú)立成礦的可能性較小。

因子分析與聚類分析的結(jié)果一致，結(jié)合表3數(shù)據(jù)分析結(jié)果，相互驗(yàn)證，說明分析方法可靠，總結(jié)的規(guī)律具有代表性。

a—塊狀褐鐵礦化與星點(diǎn)狀孔雀石化；b—脈狀褐鐵礦化與孔雀石化圖6 硅化蝕變帶中褐鐵礦化與孔雀石化

表4 因子結(jié)構(gòu)式及特征根

5 結(jié)論

(1)通過分析研究區(qū)巖石元素的含量特征，認(rèn)為Pb元素富集成礦潛力最大；Cu，Sb元素局部富集成礦潛力次之。Pb最大值956.3×10-6，Cu最大值1141.1×10-6，顯示了較好的Pb，Cu礦化。Cd最大值1001.9×10-6，Co最大值86.5×10-6，類比已知礦床，Cd，Co具備富集成礦的可能性，有望尋找鎘礦、含鈷磁鐵礦。

(2)通過分析各巖石分區(qū)元素的含量特征，認(rèn)為安山巖中具備成礦潛力的元素為Co，Cd，Mo；硅化蝕變帶中最具成礦潛力的元素為Pb，Cu；其次為Bi元素。Sb在晚石炭世花崗閃長巖體中濃集，局部富集Bi，As，Cd；Ag，Sn在晚石炭世堿長花崗巖中呈現(xiàn)高背景特征。該區(qū)存在早白堊世和晚石炭世兩期的成礦期。

(3)通過分析研究巖石元素富集離散特征，得出Pb，Cu，Bi，Sb元素富集成礦潛力大；Cd，Co，As，Ag元素富集成礦潛力一般；Au，Zn，Ni，Cr，Hg，Sn，W，Mo元素不具備成礦潛力。

(4)通過因子分析和聚類分析，判定元素組合物質(zhì)屬性。最具找礦意義的元素組合為Cu，Bi，Pb，對應(yīng)硅化蝕變帶，并發(fā)育褐鐵礦化與孔雀石化，硫顯示富集，有利于尋找晚石炭紀(jì)硫化物型的有色金屬礦產(chǎn)。As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr元素聚類，對應(yīng)白音高老組安山巖，Cd，Co元素與安山巖密切相關(guān)，具備成礦潛力，有利于尋找早白堊紀(jì)Cd，Co礦。