黑龍江省草帽山—基座山地區(qū)地球化學(xué)特征及成礦遠(yuǎn)景預(yù)測

付忠才

(黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇六隊，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

0 引言

在黑龍江省大興安嶺北部森林沼澤中低山亞景觀區(qū)[1]，1∶5萬水系沉積物測量是開展1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查的必備手段。大量的樣品分析數(shù)據(jù)往往讓人難以洞察元素間的真正關(guān)系，給組合異常圈定及解釋評價帶來困難。利用多元統(tǒng)計方法，不僅可以劃分地球化學(xué)背景與異常，還可以描述元素的共生組合規(guī)律[2-3]，地球化學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征可以刻畫元素的地球化學(xué)分布規(guī)律[4]，從而指明找礦方向[5-6]。黑龍江省草帽山—基座山地區(qū)位于呼瑪縣興隆砂金礦區(qū)的南部[7]，區(qū)內(nèi)分布有3處砂金礦床(已停采)及西南溝巖金礦點。該文利用相關(guān)性分析、因子分析、聚類分析等多元統(tǒng)計方法及組合異常特征的研究，對呼瑪縣草帽山-基座山地區(qū)成礦地球化學(xué)特征進(jìn)行了總結(jié)，為開展礦產(chǎn)勘查工作提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)位于大興安嶺山脈北東端與小興安嶺山脈的北西端接壤處，伊勒呼里山嶺的東端。大地構(gòu)造位置屬于大興安嶺褶皺造山系大興安嶺早古生代陸緣增生構(gòu)造帶[8]，處于大興安嶺中段華力西、燕山期鐵、鎢、銀、金、鉬、銅成礦帶的北東端[9]。研究區(qū)自寒武紀(jì)以來經(jīng)歷了漫長的沉積地層發(fā)育及多期次的強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動，特別是中生代巖漿活動更為強(qiáng)烈，對成礦起到了決定性作用。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有寒武紀(jì)焦布勒石河組、志留紀(jì)—泥盆紀(jì)泥鰍河組、二疊紀(jì)林西組、白堊紀(jì)龍江組和光華組，焦布勒石河組地層出露面積較少，分布在研究區(qū)的西北角，巖性為灰綠色粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖；泥鰍河組地層分布在中北部，主要為粉砂巖、砂巖、板巖及凝灰砂巖；林西組地層分布在中北部及東北部，巖性主要為雜色泥質(zhì)頁巖或泥質(zhì)板巖、粉砂巖、中細(xì)粒砂巖和砂礫巖；龍江組地層出露在草帽山以北，巖性為安山巖及安山質(zhì)凝灰?guī)r；光華組地層呈大面積出露，巖性為灰白色、灰綠色流紋質(zhì)凝灰?guī)r、英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰熔巖、英安質(zhì)凝灰熔巖。侵入巖主要有分布在中北部的三疊紀(jì)二長花崗巖，望云山一帶的侏羅紀(jì)二長花崗巖，西部、西南部的白堊紀(jì)二長花崗巖、正長花崗巖。

1—第四系；2—光華組；3—龍江組；4—林西組；5—泥鰍河組；6—焦布勒石河組；7—白堊紀(jì)二長花崗巖；8—白堊紀(jì)正長花崗巖；9—侏羅紀(jì)二長花崗巖；10—三疊紀(jì)二長花崗巖；11—地質(zhì)界線；12—火山機(jī)構(gòu)；13—斷裂構(gòu)造；14—金礦點圖1 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖

2 地球化學(xué)特征

2.1 樣品的采集、分析

水系沉積物樣品主要采自一級水系溝口、干溝底部及二級水系上游，當(dāng)一級水系較長時，在水系上游再布置采樣點進(jìn)行控制，基本使得每個采樣點控制的匯水面積為0.125～0.25km2。為了提高樣品的代表性，每個樣品在采樣點附近(20～30m范圍內(nèi))多點采集合成一個樣品，樣品采自水系沉積物分選性差的部位。采樣介質(zhì)為-10目～+60目的巖屑物質(zhì)，重量大于250g。樣品總數(shù)為2908件，化驗分析工作由黑龍江省地礦局測試中心完成，分析元素為Au，Ag，As，Sb，Bi，W，Mo，Hg，Cu，Pb，Zn 11種。

2.2 元素地球化學(xué)參數(shù)特征

與全省水系平均值相比：區(qū)內(nèi)Au，As，Sb，Pb元素含量略高于全省平均值；Au元素豐度高于全省平均值，As，Sb，Pb元素略高于全省豐度；其他元素低于全省豐度，在該區(qū)有貧化的趨勢。Au元素除在正長花崗巖子區(qū)低于全省平均值、林西組子區(qū)與全省平均值相近外，其他子區(qū)都高于全省平均值。其中焦布勒石河組子區(qū)、泥鰍河組子區(qū)、二長花崗巖子區(qū)分別為全省平均值的2.5，3.5，1.5倍。

與全域平均值相比Au在焦布勒石河組子區(qū)、泥鰍河組子區(qū)比較富集，其他子區(qū)接近或低于全域平均值；其他元素在各子區(qū)平均含量與全域差別不大。

表1 研究區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)元素

注：ω(Au)/10-9；ω(B)/10-6

分析元素的變異系數(shù)W，Mo，Cu，Pb，Zn元素小于1，離散度較小，含量較集中，富集成礦的可能性較??；Au，Ag，As，Sb，Bi，Hg元素變異系數(shù)大于1，離散度大，含量分散。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景看，在該區(qū)Au元素可能在局部發(fā)生富集，特別是在焦布勒石河組、泥鰍河組、龍江組和光華組地層出露部位富集成礦的可能性最大。

2.3 相關(guān)性分析

由元素相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果可以看出(表2)，Ag與Cu，Pb，Cu與Pb，Zn，Pb與Zn具有中等的正相關(guān)關(guān)系，與其他元素相關(guān)性較小，表明Ag，Cu，Pb，Zn元素可能來自同一個巖體或同一成礦階段[10]；W，Mo，Bi間具中等的正相關(guān)關(guān)系，說明它們具有一定的成因聯(lián)系；As，Sb，Hg亦具有較好的相關(guān)性，只有Au與其他元素相關(guān)性差，趨于獨立分布，說明Au成礦作用的發(fā)生可能來自某一巖體或形成于某一獨立的成礦階段[11-12]。

2.4 因子分析與聚類分析

為進(jìn)一步在大量的數(shù)據(jù)中研究各元素之間相關(guān)性及元素空間分布特征，對研究區(qū)內(nèi)所測定元素進(jìn)行了R型因子分析及聚類分析。

2.4.1 因子分析

通過計算得到了元素因子分析相關(guān)結(jié)果(表3)，由計算結(jié)果可知，前4個因子特征值大于1，方差貢獻(xiàn)率亦大，累計方差貢獻(xiàn)率57.35%，基本可以代表各元素在該區(qū)的地球化學(xué)信息。因此，把特征值大于1的作為主因子開展研究。

主因子的初始因子模型見表4，由于初始因子模型不符合簡單結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，中等負(fù)荷載的較多出現(xiàn)不利于對因子進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋[13-14]，正交旋轉(zhuǎn)因子負(fù)載矩陣比初始因子負(fù)載矩陣所反映的元素組合更具合理性和可解釋性[15]。因此使用主成分方法提取因子后，對其進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，得到的正交旋轉(zhuǎn)因子模型見表4。

表2 各元素相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計

表3 元素因子分析相關(guān)結(jié)果

表4 元素初始因子與正交旋轉(zhuǎn)因子模型

由表3和表4可以看出：F1因子的方差貢獻(xiàn)率為22.516%，為研究區(qū)占主導(dǎo)地位的因子，元素組合為Ag，Cu，Pb，Zn，在地球化學(xué)親和性上看，它們表現(xiàn)為親硫性[16-17]，主要與中酸性巖漿活動及熱液有關(guān)，在原生礦床中Ag，Cu，Pb，Zn常常密切共生或伴生。在研究區(qū)內(nèi)Ag，Cu，Pb，Zn主要富集在光華組及林西組地層中，在三疊紀(jì)二長花崗巖內(nèi)也有少量富集。

F2因子代表As，Sb，Hg組合，As，Sb為親硫元素、屬低溫半金屬兩性元素，具有相似的地球化學(xué)行為，其與鹵族元素可以直接作用，二者遷移能力強(qiáng)[16]。Hg為低熔點金屬元素，具有很強(qiáng)的遷移能力，擴(kuò)散能力大，多與構(gòu)造活動有關(guān)[18]。區(qū)內(nèi)As，Sb，Hg主要富集在NE，NW及SN向斷裂附近及灣嶺山北三疊紀(jì)二長花崗巖、侏羅紀(jì)二長花崗巖外接觸帶附近。

F3因子代表Au元素，Au元素為0價態(tài)(原子態(tài))時具親鐵性，以單質(zhì)金或金屬互化物形式存在；當(dāng)以正價態(tài)陽離子形式存在時，具有親硫性，形成硫化物。Au元素主要富集在光華組、焦布勒石河組、泥鰍河組地層中及侏羅紀(jì)二長花崗巖體內(nèi)，在研究區(qū)南部見有砂金及巖金礦體，應(yīng)為該區(qū)的主成礦元素。

F4因子為高溫元素W，Bi，Mo組合，3種元素具有相近的地球化學(xué)行為，在中酸性巖漿巖中含量較高[19]，是一組與中酸性巖體或巖漿熱液有關(guān)的元素組合類型。在研究區(qū)內(nèi)主要富集在中生代花崗巖體及火山機(jī)構(gòu)中心附近。

2.4.2 聚類分析

根據(jù)區(qū)內(nèi)元素R型聚類分析譜系圖可以看出(圖2)，在0.25相似水平上，11種元素可以分成Ag，Pb，Cu，Zn；As，Sb；W，Mo，Bi；Hg，Au等5種元素組合。

圖2 R型聚類分析譜系圖

Ag，Pb，Cu，Zn組合，為中高溫成礦元素，與區(qū)內(nèi)光華組、林西組及三疊紀(jì)二長花崗巖關(guān)系密切。

As，Sb組合，為低溫成礦元素，常常作為熱液礦床的前暈元素。在區(qū)內(nèi)與斷裂構(gòu)造及三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)侵入巖關(guān)系密切。

W，Mo，Bi組合，為高溫成礦元素，在研究區(qū)內(nèi)與中生代花崗巖及火山噴發(fā)關(guān)系較為密切。

Hg為低溫元素，地球化學(xué)性質(zhì)活潑，在區(qū)內(nèi)主要富集分布在草帽山附近NE向溝谷斷裂的北側(cè)。其與As，Sb地球化學(xué)性質(zhì)相近，且在因子分析中屬同一元素組合，在下文的組合異常特征中將3種元素放在同組內(nèi)論述。

Au元素在區(qū)內(nèi)與光華組、焦布勒石河組、泥鰍河組及侏羅紀(jì)二長花崗巖有關(guān)。在研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的金礦體賦存在花崗斑巖脈中，說明區(qū)內(nèi)Au成礦與花崗斑巖極為密切。

3 元素組合異常特征及解釋評價

3.1 Ag，Pb，Cu，Zn組合異常

由圖3可以看出：在研究區(qū)北部為以Pb為主的Pb，Cu，Zn組合異常，各元素異常面積較大、套和較好、具中帶、濃集中心較為突出，分布在光華組(K1gn)與林西組(P3ln)接觸部位；在草帽山西部為Cu，Ag元素組合，具中帶、異常面積較小；灣嶺山南、金礦點附近異常為以Ag為主Ag，Pb，Zn組合異常，異常呈北西向帶狀展布，異常面積較大、各元素套和較好，其東南部發(fā)現(xiàn)有金礦體，異常形成可能與巖漿熱液有關(guān)。

1—Ag異常；2—Cu異常；3—Pb異常；4—Zn異常；5—金礦點 圖3 研究區(qū)Ag-Pb-Cu-Zn水系沉積物測量組合異常

3.2 W，Mo，Bi組合異常

該組合異常多以Mo元素為主(圖4)，北部組合異常呈NE向帶狀分布，主要為Mo，W組合異常，Mo元素異常面積大，單元素異常具中帶，元素間套和中等；南部異常多呈點狀分布在基座山、妙美山等地，多為Mo，Bi元素組合。該組合異常主要見于中生代侵入巖周圍及火山機(jī)構(gòu)中心附近，推測其形成與巖漿熱液活動有關(guān)。

1—Mo異常；2—W異常；3—Bi異常；4—金礦點圖4 研究區(qū)W-Mo-Bi水系沉積物測量組合異常

3.3 As，Sb，Hg組合異常

該類組合異常在區(qū)內(nèi)呈大面積分布，As，Sb元素套和好、分帶清楚，具多個濃集中心。Hg異常多分布在As，Sb異常邊部或呈小面積分布在As，Sb異常內(nèi)(圖5)。在金礦體出露部位發(fā)育有As，Sb，Hg組合異常，在該區(qū)可以作為尋找Au礦體的指示元素。

3.4 Au元素異常

Au元素異常多具中帶，濃度分帶清晰、濃集中心突出。NE向、NW向帶狀分布在研究區(qū)的西部(圖6)，其次分布在研究區(qū)西北角焦布勒石河組。在南部的異常中發(fā)育有金礦體，是研究區(qū)內(nèi)主要成礦元素。巖金礦體圍巖為光華組英安巖，推測礦源層為焦布勒石河組、泥鰍河組地層，巖漿熱液活動為金的富集提供了熱源條件[20-23]。

1—As異常；2—Sb異常；3—Hg異常；4—金礦點圖5 研究區(qū)As，Sb，Hg水系沉積物測量組合異常

1—Au異常；2—金礦點圖6 研究區(qū)Au水系沉積物測量異常

4 結(jié)論

(1)通過分析研究區(qū)內(nèi)Au元素豐度高于全省平均值，其他元素略高或低于全省平均值；Au，Ag，As，Sb，Bi，Hg元素變異系數(shù)大于1，特別是Au的變異系數(shù)為5.886，在區(qū)內(nèi)富集成礦的可能性最大。

(2)通過對區(qū)內(nèi)元素的相關(guān)性分析、因子分析及聚類分析，可以將11種元素劃分成4種元素組合：Ag，Pb，Cu，Zn組合與巖漿熱液活動有關(guān)；W，Mo，Bi組合與中生代酸性巖漿侵入、噴發(fā)關(guān)系密切；As，Sb，Hg組合與構(gòu)造及熱液活動密切相關(guān)，是區(qū)內(nèi)尋找金礦體的前暈元素；Au與其他元素相關(guān)性差，趨于獨立分布。

(3)Au為該區(qū)的主要成礦元素，異常強(qiáng)度較高、濃度分帶明顯，具有Au異常的酸性脈巖發(fā)育地段是尋找金礦體的有利部位。