青海省黑柱山地區(qū)地球化學特征及找礦潛力分析

張 偉，劉 銘

(山東省魯南地質工程勘察院 山東省地勘局第二地質大隊，山東 兗州 272100)

東昆侖地區(qū)是我國中央造山帶西側重要的組成部分，無論是基礎地質還是礦產研究，都受到國內外學者的廣泛關注。黑柱山地區(qū)位于東昆侖祁漫塔格—都蘭華力西期鐵、鈷、銅、鉛、鋅、錫、硅灰石(銻、鉍)成礦帶(Ⅲ11)—烏蘭烏珠爾華力西期銅(錫)成礦亞帶(Ⅳ15)，成礦地質條件優(yōu)越[1-5]。區(qū)域內共發(fā)現(xiàn)鐵、多金屬礦床和礦點20余處，礦種有銅、鉛、鋅、金、鈷、鉍、鎳、鐵等。其中中型礦床3處(肯德可克、野馬泉、尕林格)，小型礦床5處(五一河、冬巴、虎頭崖、烏蘭烏珠爾、景忍)，已提交鐵礦儲量近1.3億t，鉛鋅儲量30萬t，并伴生一定量銅與金[6-9]。前人對研究區(qū)礦體地質特征、成礦地質條件、區(qū)域地質背景開展了大量的研究工作[10-11]，認為礦體的形成集中在印支期，成礦溫度為中低溫成礦，礦體多受NW、NWW向斷裂構造的控制。水系沉積物地球化學勘查是通過研究礦區(qū)所在范圍內的水系沉積物中某些與成礦相關的元素分布、富集和變化規(guī)律，圈定與區(qū)域內與成礦作用相關的元素異常來進行成礦重點區(qū)域的劃分，指導區(qū)域找礦的研究工作[9]。本文通過對黑柱山地區(qū)開展1∶25 000水系沉積物測量研究，運用因子分析和R型聚類分析等數理統(tǒng)計方法，對區(qū)內成礦元素地球化學特征及異常元素特征進行分析評價，圈定成礦預測靶區(qū)，為區(qū)域找礦工作指明方向。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于華北板塊祁漫塔格山北坡—夏日哈新元古代—早古代巖漿弧帶(Ⅰ9-2)。屬秦祁昆地層區(qū)，柴達木南緣分區(qū)[11]；區(qū)內出露地層較為簡單，主要有古元古界、寒武—奧陶系、泥盆系、石炭系、古近系及第四系地層。區(qū)域內構造復雜，總體表現(xiàn)為NW-NWW向斷裂構造，控制著區(qū)內巖漿巖及地層的分布特點。區(qū)內巖漿活動頻繁，同時經歷了多期次的巖漿活動，主要為加里東期、華里西期、印支期、燕山期等構造—巖漿旋回[11]。區(qū)域內巖漿作用為侵入、噴出2種形式，巖漿巖從基性到中酸性均有出露。侵入巖主要出露于祁漫塔格一帶，主體分布于烏蘭烏珠爾侵入巖復式巖基中，展布方向呈NWW向，巖性為超基性巖—酸性巖，以酸性巖為主，分加里東期、華力西期、印支—燕山期3個巖漿旋回。巖性主要為加里東期花崗閃長巖—二長花崗巖，華力西期正長花崗巖、印支期二長花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖及燕山期正長花崗巖、正長花崗斑巖，呈巖基產出，主要分布在筆架山南緣至黑山溝一帶。噴出巖為寒武—奧陶系灘間山群主要的組成部分，以中—基性火山熔巖為主，噴出時代主要為寒武—奧陶系灘間山群和上泥盆統(tǒng)。各期活動強度及噴發(fā)延續(xù)時間不同，噴發(fā)環(huán)境各異。巖石類型較復雜，主要為玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、凝灰?guī)r等。

2 礦區(qū)地質特征

礦區(qū)主要出露上泥盆統(tǒng)黑山溝組和奧陶—志留系灘澗山群地層(圖1)。

圖1 黑柱山地區(qū)鉛鋅重晶石礦床地質Fig.1 Geological sketch of lead zinc barite deposit in Heizhushan area

其中上泥盆統(tǒng)黑山溝組地層主要呈NWW向帶狀展布，底部與奧陶—志留系灘澗山群呈角度不整合或斷層接觸。主要巖性為灰色—灰綠色板巖、灰紫色復成分礫巖、灰紫色火山角礫巖、灰綠色安山巖、灰褐色硅質巖等。奧陶—志留系灘澗山群地層呈NWW向帶狀展布。頂部與上泥盆統(tǒng)黑山溝組呈角度不整合或斷層接觸。由一套灰褐色厚層塊狀硅質巖和灰綠色杏仁狀安山巖，夾少量灰綠杏仁狀蝕變玄武巖、綠泥石化蝕變凝灰?guī)r夾有少量火山角礫巖組成。區(qū)內斷裂構造較發(fā)育，構造線呈NWW向展布，受區(qū)域性大斷裂祁漫塔格主脊斷裂控制。礦區(qū)內斷層構造主要為祁漫塔格主脊斷裂的兩條次級斷裂紅埡豁斷裂(F3)和黑柱山斷裂(F5)，另發(fā)育NW向斷裂F4，巖石片理化較強，裂隙發(fā)育，局部有褐鐵礦化蝕變。其中黑柱山斷裂位于祁漫塔格北坡的黑柱山一帶，呈NWW向展布。地貌上呈切割山脊的線性溝谷、對頭溝、負地形，斷帶內碎裂巖、斷層角礫巖均較發(fā)育。巖石較破碎，可見少量的石英脈體，脈體表面呈現(xiàn)強烈的氧化現(xiàn)象；斷裂寬1～25 m，出露長度大于5 km。石英脈及巖層因構造作用而發(fā)生輕微褶皺；斷帶兩側發(fā)育強劈理化帶、構造透鏡體等，為一具多期次構造活動，并且構造層次由深變淺的復合斷裂。其控制了上泥盆統(tǒng)黑山溝組的分布。推測該斷裂為區(qū)域主斷裂所延伸的次級斷裂，主斷面以南南西傾為主，傾角較陡(40°～80°)。為一南盤上升的逆斷層。F5斷裂與成礦關系密切，研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的Ⅱ號鉛鋅銀重晶石礦體的分布(走向)與該構造線基本一致，為本區(qū)主要控巖、控礦構造。

區(qū)內巖漿巖主要分布于礦區(qū)NE部，巖性主要為加里東期二長花崗巖體和華力西期閃長巖體。侵入巖(體)受紅埡豁斷裂(F3)控制，呈帶狀巖株產出，展布方向總體為北西西向。侵入體平面形態(tài)為不規(guī)則帶狀。區(qū)內火山巖發(fā)育，在奧陶—志留系灘間山群和上泥盆統(tǒng)黑山溝組中均有大面積出露。巖性為安山巖、玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖。

3 水系沉積物地球化學特征

3.1 樣品采集及測試分析

研究區(qū)主要為高寒山地地貌，海拔在+3 920～+5 035 m，相對高差大于1 000 m，地形切割劇烈，溝谷極為發(fā)育。礦區(qū)南部極為陡峭，行人進入困難。1∶2.5萬水系沉積物測量實際采樣面積為16.63 km2，采集有效樣品312件，平均采樣密度為18.76件/km2。采樣點主要分布于所有長度超過200 m的一級水系、二級水系中，三級水系不采集樣品。采樣位置按規(guī)范布設，位于有利于砂礫質沉積及各種粒級混雜堆積的現(xiàn)代河流河床底部，或活動性流水線附近、間歇性或季節(jié)性流水的河道底部或主河道上。采樣物質以細砂等顆粒物質為主，采樣點位附近20 m范圍內多點采集后組合為1個樣品。樣品粒級為-4～+20目，過篩后樣品質量不少于300 g。所有樣品經曬干、過篩后采用泡沫吸附石墨爐原子吸收法、交流電弧—發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質譜法、原子熒光光譜法等對Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Hg、Mn、Ba等元素進行定量分析。

3.2 地球化學參數特征

根據研究區(qū)地球化學參數特征(表1)可知：①根據區(qū)內元素分布特征，按富集系數≥2.5為強富集，2.5～1.2為富集元素，1.2～0.8為背景元素，<0.8為貧化元素，Mn、Cu、Zn、Ag、Ba、Pb為富集元素，Hg為背景元素，Au為貧化元素。②疊加系數(初始平均值與剔除了異常點后平均值相比)顯示，Ag很高，疊加系數達2.54，Hg疊加系數達2.4，Pb較高，疊加系數達1.78，Cu疊加系數達1.24，Ba疊加系數達1.21，說明Ag、Hg、Pb、Cu、Ba存在后期疊加作用，成礦可能性大。③元素變異系數反映元素含量的離散程度，變異系數越大，則元素分布越不均勻，異常越明顯，對成礦越有利[12]。區(qū)內水系沉積物中Hg、Ag、Pb變異系數大，表明Hg、Ag、Pb元素含量分布極不均勻。其他元素變化系數較小，表明這些元素含量分布較均勻。

表1 元素地球化學特征Tab.1 Geochemical characteristics of elements

3.3 元素組合分析

(1)因子分析方法。因子分析方法可以將具錯綜復雜關系元素的原始變量歸結為少數幾個綜合因子[14]。為研究各元素間相關性特征、確定主成礦元素組合[15]，對測試的8種元素開展因子分析研究。根據研究區(qū)水系沉積物測試數據因子分析特征參數統(tǒng)計(表2)可知：區(qū)中F1主因子元素為Pb、Ag、Hg、Zn、Ba，為主礦化因子，反映工作區(qū)存在鉛鋅銀重晶石礦化；F2主因子元素為Cu、Mn，為次礦化因子，反映工作區(qū)存在銅礦化作用。

表2 因子分析特征參數統(tǒng)計Tab.2 Statistics of characteristic parameters of factor analysis

(2)R型聚類分析方法。因元素之間的相關性存在錯綜復雜的關系，無法對劃分元素組合提供科學依據。因此文章通過R型聚類分析對樣品數據進行分析，研究水系沉積物中不同元素之間的地球化學特征。地質體內的元素組合特征直接反映了元素親和性，不同的元素組合指示了不同的地球化學信息，且與對應的地質環(huán)境及成礦作用相關[16]。從地球化學譜系圖(圖2)中可以看出，截取距離系數為0.5時，全區(qū)元素可以分為4個組合：①Ag、Hg、Pb、Zn、Ba；②Cu；③Mn；④Au。其中，Ag、Hg、Pb、Zn、Ba組合特征明顯，為中低溫元素組合族群[17]，這與研究區(qū)的斷裂構造及中基性巖漿活動關系密切，反映了研究區(qū)內鉛鋅銀鋇多金屬成礦作用及中基性巖漿活動。其余3組均表現(xiàn)為單元素組合特征，這與研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的Cu、Mn、Au礦化點相吻合。

圖2 R型聚類分析樹狀Fig.2 R-type cluster analysis tree

4 地球化學綜合異常

4.1 綜合異常的圈定

通過求取的單元素異常下限值繪制單元素異常圖，將各元素異常疊合于地質礦產圖中，將具有一定面積和強度，空間上密切相伴、具有同種地質背景的所有元素的異常劃分為一個綜合異常區(qū)，異常區(qū)內所有異常元素的集合稱為該異常的元素組合[18]。勾繪時選擇性剔除了成礦地質條件差、異常元素組合差的單點異常，根據成礦地質條件對個別分布面積較大的綜合異常薄弱連接處進行人工分割處理。據此最終圈出主成礦元素7個綜合異常(圖3)，其中AS2、AS4綜合異常區(qū)最具找礦潛力。

圖3 黑柱山地區(qū)水系沉積物綜合異常分布Fig.3 Comprehensive anomaly distribution map of stream sediment in Heizhushan area

4.2 AS2、AS4綜合異常特征

(1)AS2綜合異常。異常位于工作區(qū)西部邊緣奧陶—志留系灘間山群地層中。異常主要呈面狀分布，面積0.5 km2，西部未封閉(圖4)。異常元素組合簡單，主要元素Ba、Zn，次要元素Mn，異常特征參數見表3。Ba元素異常面積大、強度高，連續(xù)出現(xiàn)4個大于2 000×10-6的高值點，Zn、Mn元素異常面積較小、強度不高，均為一級濃度帶，異常特征參數見表3。該異常面積較大，Ba、Zn元素異常吻合較好，Ba元素異常面積大、強度高，具有較好的找重晶石礦前景。該異常區(qū)通過進一步開展1∶5 000巖石地化剖面測量及地質測量，發(fā)現(xiàn)石英重晶石脈，礦體賦存于奧陶—志留系灘澗山群b巖性段火山角礫巖中。礦體局部出露于地表，第四系覆蓋嚴重，經取樣分析，BaSO4品位可達59.92%。結合該異常區(qū)地質特征，推測該異常區(qū)具有尋找微裂隙中低溫熱液型石英重晶石礦體[19]的前景。

圖4 AS2綜合異常剖析Fig.4 AS2 comprehensive anomaly analysis chart

表3 AS2異常特征參數Tab.3 AS2 abnormal characteristic parameters

(2)AS4綜合異常。異常位于工作區(qū)中部，F(xiàn)5斷裂以北上泥盆統(tǒng)黑山溝組地層中，異常面積0.7 km2。異常區(qū)內有已知鉛鋅銀重晶石礦體(Ⅱ-1)，異常與礦體重合較好。異常元素組合復雜，主要元素Hg、Ag、Pb，次要元素Zn、Ba、Cu、Au，異常特征參數見表4。異常強度極高，分帶明顯，Hg、Ag、Pb、Zn、Ba、Cu元素均有3級濃度帶，Ba有6個含量大于2 000×10-6的異常點出現(xiàn)；Pb、Zn有5個含量大于500×10-6的異常點出現(xiàn)，Ag襯值20.61，有3個含量大于5×10-6的異常點出現(xiàn)，Hg襯值22.27，最高值1.52×10-6。通過以往地質工作發(fā)現(xiàn)鉛鋅銀重晶石礦體，位于礦區(qū)中部AS4水系沉積物異常區(qū)(圖1、圖3)，編號為Ⅱ-1號礦體，礦體由多個探槽和鉆孔控制，Ⅱ號礦體礦區(qū)控制長度為500 m，礦體沿走向地表斷續(xù)出現(xiàn)，礦體真厚度0.72～28.57 m，平均真厚度12.79 m，礦體厚度變化系數85.83%，礦體出露標高+4 265～+4 168 m，傾向198°～203°，傾角51°～73°。礦體平均品位BaSO4為57.93%，Pb為1.97%，Zn為1.70%，Ag為43.67×10-6(圖5)；鉛品位變化系數為39.86%，鋅品位變化系數為38.87%。

圖5 AS4綜合異常剖析Fig.5 AS4 comprehensive anomaly analysis chart

表4 AS4異常特征參數Tab.4 AS4 abnormal characteristic parameters

綜合分析認為，該異常元素組合復雜，強度極高、總體呈錘形分布，其南部呈NWW向分布，與已知鉛鋅銀重晶石礦體吻合，由已知礦體引起；北部異常沿水系呈NNE向分布，推測除去受其已知鉛鋅銀重晶石礦體影響外，可能找到新的鉛鋅銀重晶石礦體或可擴大遠景儲量。

5 成礦條件及找礦遠景

5.1 構造背景

地質構造演化背景與區(qū)域成礦具有極為密切的關系，特殊的構造背景下產出特定的礦床類型，因此需要在礦區(qū)所在區(qū)域大的背景下來認識礦床的成因特點。黑柱山地區(qū)大地構造位置位于華北板塊祁漫塔格山北坡—夏日哈新遠古代—早古生代巖漿弧帶。在漫長的地質演化過程中，該區(qū)經歷了早元古代古陸形成、中元古代古陸裂解及拼合、早古生代(加里東期)裂解及造山、晚古生代—早中生代(晚華力西—印支期)裂解造山和晚中生代—新生代疊復造山5個構造旋回[20]。在加里東運動之前，柴達木地塊南緣昆北、昆中帶的位置尚未分化成現(xiàn)今的南北構造格局，兩者同屬柴達木地塊南緣[21]。其經歷前寒武系地臺的形成、古陸裂解—聚合(圖6(a))。加里東期柴達木盆地南緣大洋進入原特提斯洋階段，整個構造演化進入重要的轉折期，此時柴達木南緣已經演化成活動陸緣，形成了相應的構造和巖漿活動(圖6(b))。

圖6 早元古代—早古生代東昆侖構造演化模式Fig.6 Early proterozoic early paleozoic tectonic evolution model map of East Kunlun

研究區(qū)所在的祁漫塔格地區(qū)在加里東期后形成溝—弧—弧后盆地的構造格局[22](圖7)。這種獨特的溝—弧—盆構造格局為成礦提供了良好的成礦環(huán)境，古老地塊邊緣處殼幔作用最活躍，能量交換積極頻繁，成礦流體廣泛交換頻繁活動，Pb、Zn、Ag、Cu、Ba成礦物質活化、遷移和富集，為研究區(qū)鉛鋅鋇礦床的形成提供有利的條件。

圖7 志留系東昆侖地區(qū)溝—弧—盆體系模式Fig.7 Model map of trench arc basin system in Silurian East Kunlun area

5.2 成礦條件

(1)巖漿活動。受加里東期昆侖洋向北部俯沖的作用，巖漿活動強烈，在早古生代形成一套灰褐色厚層塊狀硅質巖和灰綠色中基性火山碎屑巖，夾少量杏仁狀玄武巖和灰、灰綠色板狀凝灰?guī)r的火山—沉積建造，即灘間山群。泥盆紀該區(qū)主要以島弧和弧后盆地的構造環(huán)境為主，晚泥盆世在島弧火山作用下形成了一套中基性火山碎屑巖、蝕變安山巖、夾凝灰質板巖、火山角礫巖的噴溢—正常沉積建造。加里東期巖漿活動為成礦流體提供了主要物質來源。

(2)構造條件。由于該期仍受到南部昆侖洋的俯沖擠壓，研究區(qū)內斷裂構造及裂隙發(fā)育，區(qū)內石英脈普遍發(fā)育，表明這些斷裂構造及裂隙為含礦熱液的運移和沉淀提供有利的通道，可以作為含礦及導礦構造。

5.3 找礦遠景

地球化學數據在圈定靶區(qū)和尋找礦床方面一直發(fā)揮著重要作用[23]。水系沉積物作為一種重要的地球化學數據，被廣泛用于揭示與金屬礦化有關的地質與地球化學信息[24-26]。實踐表明，1∶2.5萬水系沉積物測量與異常查證是快速圈定找礦靶區(qū)和實現(xiàn)找礦突破的重要手段。根據區(qū)內1∶2.5萬水系沉積物測量，研究區(qū)內共圈定主成礦元素7個綜合異常(圖3)，通過礦產檢查，在AS2發(fā)現(xiàn)石英重晶石脈，礦體賦存于奧陶—志留系灘澗山群b巖性段火山角礫巖中，BaSO4品位可達59.92%。結合該異常區(qū)地質特征，推測該異常區(qū)具有進一步尋找微裂隙中低溫熱液型石英重晶石礦體的前景。AS4異常強度極高，分帶明顯，Hg、Ag、Pb、Zn、Ba、Cu元素均有3級濃度帶，Ba有6個含量大于2 000×10-6的異常點出現(xiàn)；Pb、Zn有5個含量大于500×10-6的異常點出現(xiàn)。通過工程控制發(fā)現(xiàn)了Ⅱ-1鉛鋅銀重晶石礦體，證實該異常為礦致異常，并且北部異常沿水系呈北北東向分布，推測除去受其已知鉛鋅銀重晶石礦體影響外，仍可能找到新的鉛鋅銀重晶石礦體或可擴大遠景儲量。結合區(qū)域構造背景、成礦條件、資源潛力大小等因素，認為水系沉積物測量圈定的AS2、AS4異常區(qū)具有較好的找礦前景。其中AS2異常區(qū)石英重晶石脈的發(fā)現(xiàn)，為研究區(qū)尋找微裂隙中低溫熱液型石英重晶石礦床提供了新的找礦方向。

6 結論

(1)對研究區(qū)8種元素測試數據開展因子分析及R型聚類分析研究，將區(qū)內元素分為4個組合，其中Ag、Hg、Pb、Zn、Ba組合特征明顯，顯示為中低溫熱液元素組合特征，為區(qū)內尋找鉛鋅銀重晶石礦床指明了方向。

(2)研究區(qū)AS2異常區(qū)發(fā)現(xiàn)了石英重晶石脈，為研究區(qū)尋找微裂隙中低溫熱液型石英重晶石礦床提供了新的找礦方向。

(3)根據區(qū)內的元素異常特征及分布規(guī)律，結合已知礦產分布和成礦地質特征，圈定找礦靶區(qū)2處，為下一步找礦工作指明了方向。