甘肅北山大旗山首例陸相火山—次火山熱液型鉛鋅礦的發(fā)現(xiàn)：勘查地球化學找礦成功案例

丁書宏 葉紅剛 魏萬鴻

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅酒泉735000）

大旗山中型鉛鋅礦是甘肅省“十三五”期間利用勘查地球化學找礦方法發(fā)現(xiàn)的首例陸相火山—次火山熱液型鉛鋅礦床。礦床位于甘肅省肅北縣音凹峽以西約10 km處，西距花牛山礦田約100 km［1］。大旗山鉛鋅礦床賦礦地層為中二疊統(tǒng)方山口組陸相火山巖，甘肅北山地區(qū)該套火山巖大面積出露并產(chǎn)出眾多金礦床。該礦床的發(fā)現(xiàn)突破了該套火山巖區(qū)重點產(chǎn)金的傳統(tǒng)認識［2-3］，對該區(qū)鉛鋅找礦具有重要的示范意義。

自20世紀50年代以來，甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局的相關技術人員在大旗山一帶區(qū)域上相繼開展了1∶20萬區(qū)調(diào)和1∶20萬區(qū)域化探工作［4］，通過金屬量測量和水系沉積物測量，在大旗山—金場溝一帶圈定了多處以Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Bi為主的化探異常，面積達到280 km2，經(jīng)查證發(fā)現(xiàn)了數(shù)處金礦和零星鉛鋅礦化，區(qū)域上確定了該地區(qū)找金的主方向［5-6］。

2015年，經(jīng)過梳理區(qū)域化探資料，在大旗山一帶區(qū)域化探異常區(qū)通過開展1∶5萬水系沉積物測量，圈定出以Pb、Zn、Cu為主的綜合異常，面積9.19 km2，異常強度大，濃集中心突出。在該異常區(qū)進一步開展1∶1萬巖石測量查證，將原異常解體為6個襯度大，強度高，以Zn、Pb、Cu、Sn、Ag為主的子異常，圈定了找礦靶區(qū)。工程查證主要分為兩個階段，第一階段，通過開展槽探揭露圈出了3條規(guī)模較大的鉛鋅礦體，找礦取得了重要進展；第二階段，在第一階段圈出礦體的基礎上，跟進投入槽探、鉆探、測井等工作手段開展普查評價。目前，大旗山鉛鋅礦控制Pb+Zn資源儲量10.8萬t，達到中型規(guī)模，找礦工作仍在進行，進一步找礦遠景可觀。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

甘肅北山地區(qū)自北向南劃分為北山北帶、中帶及南帶［7］。大旗山鉛鋅礦大地構(gòu)造位置屬塔里木板塊東段，北山南帶晚古生代裂谷活動帶中部［8］，處于我國16個重點礦種和成礦區(qū)帶的北山成礦帶內(nèi)［9］。區(qū)域上出露地層為太古宇—古元古界敦煌巖群（ArPtD）、薊縣系平頭山組（Jxp）、上青白口統(tǒng)大豁落山組（Qb3d）、下—中寒武統(tǒng)西雙鷹山組（?1-2x）、下—中奧陶統(tǒng)羅雅楚山組（O1-2l）、上泥盆統(tǒng)墩墩山群（D3d）、下石炭統(tǒng)紅柳園組（Ch1）、下二疊統(tǒng)雙堡塘組（P1sp）、下二疊統(tǒng)金塔組（P1j）、中二疊統(tǒng)方山口組（P2f）、中侏羅統(tǒng)頭屯河組（J2t）、上新統(tǒng)苦泉組（N2kq）及第四系全新統(tǒng)（Qh）。侵入巖為晚二疊世二長花崗巖（ηλP3）等（圖1）。

礦區(qū)空間上西距駱駝房火山口約5 km，區(qū)內(nèi)僅出露中二疊統(tǒng)方山口組陸相火山—沉積建造［10］，依據(jù)巖石組合可劃分為下部的方山口組一段（P2f1）和上部的方山口組二段（P2f2），一段主要巖性為安山質(zhì)角礫凝灰熔巖、流紋質(zhì)角礫凝灰熔巖、英安巖、安山巖，其中，安山質(zhì)角礫凝灰熔巖和安山巖是礦區(qū)主要的賦礦巖性［11］；二段主要巖性為巖屑晶屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)礫巖、集塊火山角礫巖。礦區(qū)發(fā)育近EW向、NE向、NW向3組斷裂，近EW向斷裂是鉛鋅成礦的主控構(gòu)造。沿NE向斷層斷續(xù)分布有流紋斑巖，流紋斑巖多發(fā)生鉀化、硅化、次生石英巖化、褐鐵礦化。

礦區(qū)產(chǎn)出礦（化）帶3條，長約4 km，寬50～300 m，已圈出鉛鋅礦等各類礦體39條。其中，鉛鋅礦體長120～2 500 m，厚度1.01～23.65 m，Pb品位0.303%～3.160%，Zn品位0.503%～13.021%。主礦體長2 500 m，厚度1.01～5.40 m，Pb品位0.303%～3.160%，Pb平均品位0.404%，Zn品位0.516%～1.116%，Zn平均品位0.753%，礦體呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，形態(tài)規(guī)則，厚度變化較小，傾向170°～220°，傾角53°～75°。經(jīng)鉆孔控制，單孔累計見礦最大厚度101 m，礦體延深大于600 m。礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦、菱鋅礦、黃銅礦，少量銅藍、孔雀石、自然銀、褐鐵礦、黃鐵礦等，脈石礦物主要為石英、長石、角閃石等。礦石中主要有用組分為鋅和鉛，一般ω（Zn）＞ω（Pb），局部共生銅、錫、銀。

1.2 自然地理景觀

礦區(qū)位于甘肅北山南帶，地理景觀屬北山干旱荒漠、半荒漠景觀類型［12］，總體地形北高南低，海拔1 600～2 300 m，相對高差一般為100～300 m。區(qū)內(nèi)山體走向近EW向或NEE向，南側(cè)地勢低緩，地形破碎，呈垅崗地貌，平均海拔約1 700 m。風化作用整體以物理風化為主，化學風化和生物風化次之［13］。區(qū)內(nèi)植被稀少，以礫漠植被類型為主，生長十分稀疏的膜果麻黃、沙拐棗、木壩王等沙生矮半灌木類植物。區(qū)內(nèi)氣候干燥，多風少雨，干溝較發(fā)育，一、二級水系短小，延伸不足1 km即進入三級較大水系［14］。

2 采樣及樣品分析

勘查地球化學方法是找礦的重要手段，其中，以水系沉積物作為主要采樣介質(zhì)的1∶20萬區(qū)域化探掃面工作，覆蓋了我國基巖裸露的山區(qū)和丘陵地區(qū)等大部分區(qū)域，取得了較好的找礦效果［15］。由于元素的地球化學特征及區(qū)域化探異常特征受景觀條件制約，野外工作中需要根據(jù)地理景觀采取最佳的化探找礦方法［16］。1∶20萬區(qū)域化探采用水系沉積物測量方法，采樣粒級為-4～+20目［4］。本研究1∶5萬水系沉積物測量采集了-4～+20目樣品［17-19］，采樣密度6～8點/km2。1∶1萬巖石測量采樣網(wǎng)度為100 m×40 m，對礦化帶、蝕變帶等成礦有利地段加密至100 m×20 m。1∶5萬水系沉積物測量分析 Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Hg、W、Sn、Bi、Mo、Ni、Co、Cr、Nb 16 種元素。1∶1萬巖石測量分析Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Sn、W、Mo、Bi 11種元素。樣品由甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院進行分析，通過中國地質(zhì)調(diào)查局對樣品分析質(zhì)量進行驗收，各元素的分析精度符合檢出限要求。

3 地球化學特征

3.1 區(qū)域化探異常特征

相關研究表明：采用數(shù)學方法處理地球化學數(shù)據(jù)，確定的元素組合異常在找礦勘探中起到良好的指導作用，進而產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益［20］。依據(jù)數(shù)學方法中的聚類分析［21-22］、元素套合關系和聚合趨勢，本研究將1∶20萬區(qū)域化探異常元素劃分為4組（表1、圖1），異常面積約280 km2，異常分布受區(qū)域斷裂和火山機構(gòu)雙重控制，異常組合為：

（1）Pb-Zn-Cu-Ag組合。一般與中溫和中—低溫熱液礦化作用有關，是尋找熱液賤金屬礦化的標志［23］。異常中，Zn包含2個異常，元素強度高、規(guī)模大，異常具有內(nèi)、中、外分帶特征，Pb、Cu、Ag異常雖然具有內(nèi)、中、外分帶，但是強異常區(qū)面積較小。

（2）Au-As-Sb組合。由多個相鄰的獨立的Au、As、Sb異常組成，異常分帶好，但各元素出現(xiàn)各自濃集中心，異常受區(qū)內(nèi)二疊紀巖體及構(gòu)造帶控制。

（3）W-Bi-Sn組合。Sn異常面積最大，具有明顯的濃集中心和內(nèi)、中、外分帶，W、Bi僅出現(xiàn)零星異常，僅有外帶，異?？臻g上與二疊紀酸性巖體密切相關。

（4）Ti-V-Co-Cr-Ni組合。以親鐵元素為主，整體出現(xiàn)負異常，元素含量變化幅度強度小，濃度分帶不明顯。

學術界對區(qū)域、礦床和礦體不同尺度的正負異常模式研究中發(fā)現(xiàn)，一般正異常為成礦元素的帶入組合，負異常是親鐵、親石元素等非成礦元素的帶出組合［24-27］。澳大利亞相關學者在研究礦床地球化學模式時發(fā)現(xiàn)，礦床在空間上處于成礦元素的正異常與鐵族元素負異常重合的中心部位，具有找礦意義的異常標準是基于負異常（暈）的面積以及成礦元素異常（暈）間面積的線性關系，注意在大的負異常（暈）體系內(nèi)尋找大的礦體［24］。1∶20萬區(qū)域化探異常顯示，大旗山一帶具有良好的找礦前景。

注：Ag、Au含量單位為（×10-9）；X0為元素含量算術平均值；Cmax為元素含量極大值；S為元素含量標準離差；Cv為變異系數(shù)=標準離差/算術平均值；K為襯度值；NAP為規(guī)格化面金屬量=異常面積×襯度K。

3.2 地球化學背景

地球化學元素的豐度、元素的頻率和空間分布規(guī)律是研究地球化學背景（場）及有效圈定地球化學異常的基礎。大旗山鉛鋅礦床賦存于中二疊統(tǒng)方山口組陸相火山巖中，與北山地球化學背景值相比［2，8］，該套地層中Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、W、Bi、Cr、Co、Ni等元素含量較高，Cu、Pb極大值達到了礦床邊界品位的1/10，Zn極大值大于礦床邊界品位的1/4，其中又以Au、Cu、Pb、Zn、Ag、Cr、Co、Ni離散程度較大，Au、W、Bi、As、Sb分異程度較高，尤其以Au最為明顯（表2），為成礦提供了良好的條件。另外，該套火山巖的安山質(zhì)角礫凝灰熔巖和安山巖中Cu、Pb、Zn、Bi、Ag、As明顯富集［11］，說明安山質(zhì)角礫凝灰熔巖和安山巖可能是主要的礦源層。本研究分析認為，Au、Cu、Pb、Zn富集程度高，具有一定的成礦能力，Ag、As、Sb、W多以伴生元素出現(xiàn)。

注：Ag、Au、Hg含量單位為（×10-9）；X0為元素含量算術平均值；Cmax為元素含量極大值；S為元素含量標準離差；Cv為變異系數(shù)=標準離差/算術平均值；BS為甘肅北山地區(qū)水系沉積物測量元素平均值［4，19］；統(tǒng)計樣品：方山口組一段（P2f1）水系沉積物樣品數(shù)N=1 912件，方山口組二段（P2f2）水系沉積物樣品N=1 162件。

3.3 礦區(qū)中大比例尺化探異常特征

大旗山一帶經(jīng)過1∶5萬水系沉積物測量（化探普查）和1∶1萬巖石測量（化探詳查），化探異常重現(xiàn)性好，異常強度明顯變高，異常規(guī)模、形態(tài)及組合關系也發(fā)生變化。1∶5萬水系沉積物測量圈定的AS-13異常，呈長軸沿NW—SE向延伸的橢圓狀分布，長度約5 km，寬1～2 km，異常面積約9.19 km2，主要異常元素為Pb、Zn、Cu、Co（表3、圖2），屬于典型的中溫元素組合特征。該異常襯度高、套合好、組分簡單，Pb、Zn異常具有內(nèi)、中、外帶，Cu異常具有中、外帶，各異常中，Zn異常均值為462.8×10-6，Zn峰值為1 381×10-6，Pb異常均值為103×10-6，Pb峰值為138×10-6，Cu峰值為57.78×10-6。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，巖石蝕變強烈，主要蝕變有硅化、綠泥石化、次生石英巖化、鉀化。

注：X0為元素含量算術平均值；Cmax為元素含量極大值；K為襯度值；NAP為規(guī)格化面金屬量=異常面積×襯度K。

1∶1萬巖石測量將原AS-13異常進一步解體，Cu圈出21個子異常，Pb圈出16個子異常、Zn圈出12個子異常、Ag圈出14個子異常，此外，還有Bi、Mo、Au、As等異常，整體劃歸出6個綜合異常，都具有套合好、襯度大、強度高特征，異常走向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。上述異常中，以AR4綜合異常規(guī)模最大、強度最高。AR4異常元素組合為Zn、Pb、Cu、Sn、Ag、Bi、Mo、Au、As（圖3），面積約1.52 km2，Zn異常強度為（350～2 300）×10-6，峰值為5 581×10-6，達到Zn邊界品位。Pb異常強度為（160～1 100）×10-6，峰值達8 991×10-6，超過Pb工業(yè)品位，Cu異常強度為（320～900）×10-6，峰值大于10 000×10-6，超過Cu工業(yè)品位，此外，Sn峰值大于50×10-6，Ag峰值大于5 000×10-9。

4 討 論

綜合分析區(qū)域及礦區(qū)地球化學特征，本研究對地球化學異常進行了綜合解譯，認為：

（1）甘肅北山南帶二疊系火山巖區(qū)Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Bi等元素具有含量較高、離散程度大、變異系數(shù)大的特征，說明該套火山巖具有成礦的物質(zhì)基礎和良好條件。從巖石樣品分析，安山質(zhì)角礫凝灰熔巖和安山巖中Cu、Pb、Zn、Bi、Ag、As富集程度較高，認為其為主要礦源層。礦區(qū)內(nèi)沿NE向斷裂發(fā)育的流紋斑巖中Sn、Ag具有相對較高的異常。找礦實踐證實［10］，錫礦體基本產(chǎn)于流紋斑巖與圍巖的內(nèi)外接觸帶或者與流紋斑巖同期的斷裂中，大多切穿鉛鋅主礦體，說明次火山巖為錫成礦提供了重要的熱源和物源，同時，錫成礦明顯晚于鉛鋅主成礦期。

（2）區(qū)域上從1∶20萬、1∶5萬至1∶1萬化探，都存在Au、Ag、As、Sb、W、Mo、Bi等異常，但屬于前緣元素組合的As、Sb、Au、Ag（Cu、Pb、Zn）異常，無論是強度還是規(guī)模，都明顯優(yōu)于屬于尾暈元素組合的W、Mo、Bi異常，說明礦床有一定的剝蝕但剝蝕程度不高，從大旗山鉛鋅礦體垂向延深大于600 m也可得到佐證（圖4）。大旗山鉛鋅礦的發(fā)現(xiàn)歷經(jīng)1∶20萬區(qū)域化探異常篩選至1∶5萬化探普查再至1∶1萬化探詳查的全過程，因此從區(qū)域化探異常入手是發(fā)現(xiàn)大旗山鉛鋅礦的關鍵。此外，要逐步聚焦異常查證，選擇合理的查證方法，減少異常查證的工作量［28］，能有效提高找礦效率，縮短找礦周期［29］。

（3）通過1∶1萬巖石測量在大旗山鉛鋅礦區(qū)圈定綜合異常6處，元素組合以Zn、Pb、Cu、Sn、Ag為主，具有內(nèi)、中、外濃度分帶，異常套合好、襯度大、強度高、濃集中心明顯，異常東西延伸達到3.5 km。異常中，AR1、AR2、AR3、AR4異常已被確定為礦致異常，并圈定了礦體，其余異常中也發(fā)現(xiàn)了較好的找礦線索，證實了1∶1萬巖石測量在礦區(qū)找礦過程中起到了決定性的作用。

（4）大旗山鉛鋅礦床以鋅為主，鉛在局部地段富集圈出礦體。銀除了少量形成銅錫銀礦體外，多以伴生為主。目前，礦區(qū)內(nèi)礦石礦物查明的主要為閃鋅礦、方鉛礦、菱鋅礦、黃銅礦等，錫局部品位較高，但其賦存礦物不明確有待進一步查明。1∶1萬巖石測量在礦區(qū)破碎蝕變帶內(nèi)顯示出較好的Au、As異常。破碎蝕變帶內(nèi)發(fā)育較強的硅化、鉀長石化、碳酸鹽化、絹英巖化，與熱液金礦密切相關的圍巖蝕變特征相符［25］，這些交代蝕變是熱液礦床成礦過程中成礦流體與容礦圍巖相互作用的最終結(jié)果［26-27］，是熱液金礦重要的找礦標志。目前該異常區(qū)已發(fā)現(xiàn)零星金礦化，為進一步尋找金礦提供了線索。

（5）甘肅北山南帶二疊系火山巖處于北山晚古生代裂谷活動帶內(nèi)，位于塔里木板塊敦煌地塊北緣鐵、金、稀有金屬成礦帶（Ⅲ級），拾金坡—金場溝金、銅、鐵和鉛鋅、銀、稀有金屬成礦帶（Ⅳ級）上［8］。該套火山巖東西展布約120 km，南北延伸約20 km，區(qū)域化探資料顯示，其內(nèi)以Zn、Cu、Ag、W、Sn、As、Sb為主的化探異常東西斷續(xù)延伸約80 km，南北寬約10 km，大旗山鉛鋅礦床僅屬于異常其中一處查證的結(jié)果。大旗山中型鉛鋅礦床及區(qū)域上其他鉛鋅找礦線索［30-31］產(chǎn)出位置多受區(qū)域性大斷裂控制，均位于區(qū)域性大斷裂與火山機構(gòu)交匯部位，是陸相火山—次火山熱液型礦床成礦最有利的部位［32］。因此，應繼續(xù)加大該套火山巖區(qū)異常的查證力度。此外，傳統(tǒng)觀點認為該套火山巖區(qū)重點產(chǎn)金，大旗山鉛鋅礦床的發(fā)現(xiàn)改變了該區(qū)的找礦思路，對區(qū)內(nèi)鉛鋅找礦具有重要的示范意義。

5 結(jié)論

（1）勘查地球化學在大旗山鉛鋅礦床發(fā)現(xiàn)過程中起到了決定性的作用，該礦床是通過篩選和查證不同比例尺的地球化學異常、逐步縮小找礦靶區(qū)發(fā)現(xiàn)的。

（2）大旗山中型鉛鋅礦是甘肅省發(fā)現(xiàn)的首例陸相火山—次火山熱液型鉛鋅礦床，填補了甘肅省在該類型鉛鋅礦床找礦方面的空白，對該區(qū)鉛鋅找礦具有重要的指導意義。

（3）甘肅北山南帶二疊系火山巖大面積出露，且以Zn、Cu、Ag、W、Sn、As、Sb為主的化探異常較好，建議繼續(xù)加大該套火山巖區(qū)異常的查證力度，有望進一步實現(xiàn)新的找礦突破。