苏艺怀, 刘攀峰, 罗先熔, 吴彦彬, 郑超杰,赵欣怡, 何 旺, 邱 炜

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院; b.环境科学与工程学院, 广西 桂林 541006; 2.青海省地质调查院, 西宁 810012)

0 引 言

甘肃省夏河-合作矿集区大地构造位置位于西秦岭褶皱带北部断褶带与中部裂陷槽之间的过渡部位, 隶属同仁-夏河-岷县金成矿带, 是西秦岭多金属成矿区的重要组成部分[1-2]。区内已发现金、铜等各类大小矿床(点)超过50处, 呈现“北西向成带、北东向成串”分布特征。大致以夏河-合作断裂带为界分为南成矿带和北成矿带: 南成矿带发现有大型金矿(早子沟、加甘滩、早仁道)和中小型金矿(隆瓦寺院、桑曲、也赫杰、直合完干、索拉贡玛等)多处, 以及牙利吉金锑矿点、扎沙锑矿点、格里那汞矿点等; 北成矿带有大型以地南铜金矿, 中小型金矿(老豆、下看木仓、吉利、老虎山等)以及德乌鲁铜矿、岗以铜矿、南办铜钼矿等[2-6]。近年来,在夏河-合作地区开展大量的成矿体系与成矿预测研究,特别是有关金的成矿系统,认为该区仍有较大的成矿潜力:在夏河-合作断裂以南剥蚀较浅,可寻找低温热液型金、锑矿等,在其深部还应注意寻找斑岩型或矽卡岩型铜金矿床;而在剥蚀程度较高的北带,应以斑岩型和矽卡岩型矿床为主[7]。

本文在夏河-合作地区1∶5万战略性矿产远景调查工作的基础上, 对1∶20万化探异常进行浓缩, 结合1∶5万水系沉积物测量异常, 选定夏河县唐尕昂乡一带作为研究区(E102°46′01″—102°47′55″, N35°06′30″—35° 09′11″), 开展1∶10 000土壤地球化学测量, 运用因子分析、相关性分析等多元统计方法研究唐尕昂乡一带地球化学元素组合特征, 探讨区内找矿潜力和方向。

1 研究地质概况

研究区大地构造位置位于西秦岭造山带西段, 属秦祁昆造山系西秦岭地块(图1a), 夏河礼县逆冲推覆构造带的南缘断裂夏河-合作断裂从区内穿过, 属西秦岭褶皱系的新堡-力士山复背斜南翼(图1b)[7-9]。该区出露地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系, 其中二叠系为一套复理石沉积, 岩性组合主要为灰黑色中-薄层岩屑石英砂岩与灰黑色、灰色板岩互层夹透镜状长石石英砂岩; 三叠系为一套灰绿色板岩偶夹砂岩, 岩性组合为灰色、深灰色泥质、粉砂质板岩夹灰色中-薄层岩屑长石砂岩[3, 7]。区内主要构造有新堡-力士山复背斜和北西西向的夏河-合作区域性逆冲推覆断裂带以及断裂带内发育的4条北西向次级主干断裂。区内岩浆活动强烈, 出露较大的岩基有德乌鲁、达尔藏、阿夷山等; 以岩脉、岩枝产出的主要有玛久勒、将其那梁, 岩性为花岗闪长岩, 规模较小[8]。

图1 研究区大地构造位置示意图(a据文献[1]修改)及夏河-合作地区区域地质图(b据文献[7-8]修改)Fig.1 Geotectonic location map of the study area(a) and regional geological map of Xiahe-Hezuo Region(b)Q—第四系; N2—新近系上新统; K1—下白垩统; J—侏罗系; T1—下三叠统; P1—下二叠统; C1—下石炭统

研究区主要出露地层有中二叠统毛毛隆组二段、三段, 下三叠统山尕岭群及第四系(图2)。毛毛隆组二段主要为浅灰色厚层块状中细粒岩屑长石砂岩、深灰色块状砾屑灰岩, 呈北西-南东向带状展布; 毛毛隆组三段与下伏二段呈整合接触, 与上覆山尕岭群呈断层接触, 岩性组合主要为浅灰色-灰绿色薄层中细粒岩屑长石砂岩与薄层粉砂质板岩的韵律层及夹薄层状灰岩透镜体; 下三叠统山尕岭群岩石主要类型为砂岩类、板岩类、粉砂岩类和灰岩类; 第四系多沿现代河谷及洼地分布, 主要为冲-洪积相的松散砾石、砂石及砂砾石层。

图2 研究区地质简图(据文献[9]修改)Fig.2 Simplified geological map of the study areaT1S(ss+sl)—下三叠统山尕岭群角岩化砂岩粉砂质泥质板岩;P2m3(st+ss)—中二叠统毛毛隆组三段粉砂岩夹细砂岩;P2m3(ss+st)—毛毛隆组三段长石石英砂岩; P2m2(ss+sl)—毛毛隆组二段细粒砂岩泥质板岩; ηγ—二长花岗岩; γδ—花岗闪长岩; δo—石英闪长岩脉

区内北西-南东向断裂, 即夏河-合作区域大断裂, 走向为290°～300°, 宽10～80 m, 沿走向延伸大于4 km, 产状30°～40°∠70°～75°, 是区内的主要导矿构造, 断层带内岩石为褐铁矿化碎裂岩、黄铁矿化碎裂岩、含碳断层泥、含褐(黄)铁矿石英脉、碎裂石英脉、含碳断层泥等, 褐铁矿化碎裂岩、黄铁矿化碎裂岩是断裂带内主要的含矿层位[9]。

区内西南部三叠系下统内侵入岩有燕山早期(γδ)的马久勒花岗闪长岩体, 为呈北西-南东向蚕豆状展布的小岩株, 长约4.5 km, 宽约1.5 km, 出露面积约6.5 km2, 其与区域构造夏河-合作断裂带靠近并受其严格控制。主要岩性为浅灰色-黄灰色蚀变花岗斑岩, 东南侧出露二长花岗岩, 北西侧出露黑云母花岗闪长岩[8-9]。

2 样品分析与方法

2.1 样品采集与分析

依照《土壤地球化学测量规程》[10], 在研究区开展1∶10 000土壤地球化学测量工作, 采样网度100 m×20 m, 采样层位为B层或BC层, 采样深度10～30 cm, 共采集土壤样品4 752个。所有样品按照干燥—碎样—过筛(100目, 0.15 mm)—拌匀—称重(≥300 g)—编号装袋流程进行预处理, 并保证样品无相互污染。样品分析测试在甘肃省地矿局中心实验室完成, 各元素测试方法及检出限见表1, 所有样品测试的合格率均在98%以上, 符合测试要求。

表1 测试方法及对应元素的检出限Table 1 Detection limit of corresponding elements in test methods

2.2 数据处理与方法

多元统计分析采用 SPSS 25 软件对所有数据进行相关性和因子分析: 相关分析是研究元素变量之间的相关关系或者相关特性, 通常用相关系数(r)表示一个元素与另一个元素的相关程度,r>0.6属强相关, 0.4

利用ArcGIS的GS扩展功能模块的地统计分析功能, 采用克里格插值法, 绘制元素平面异常图。

3 土壤地球化学特征

3.1 元素变异与富集特征

按照背景值加减3倍的标准差剔除原始数据中的极高、极低值, 确保处理后数据服从正态分布。以此统计研究区9种元素原始数据与处理后数据的平均值、标准差, 变异系数, 结果见表2。在原始数据中，Au、As、Sb等9种元素算数平均值均高于甘南地区背景值, Au、As、Sb、W变异系数均大于1, Au和As变异系数分别达到8.40和4.66, 这4种元素在研究区内的分布具极不均匀性, 表明其在次生富集成晕过程中极易形成地球化学异常。Ag、Cu、Pb、Zn、Mo元素的变异系数均小于 1, 表明这些元素在研究区内整体分布较均匀, 局部富集的可能性小, 不易形成地球化学异常。迭代后数据各元素的变异系数均小于1, 表明基本消除原始数据中极高、极低值对离散程度的影响, 因此原始数据变异系数(Cv1)和处理后数据的变异系数(Cv2)比值可以反映背景拟合处理时对极高值、极低值的削除程度[15-16]。运用Cv1和Cv1/Cv2绘制变异系数与比率散点图可对元素的成矿性进行评价， 从图3可以看出: 研究区内Au高强数据最多, 分异程度最高, 成矿潜力最大; As、Sb、W高强数据较多, 分异程度较强, 成矿潜力较大, 表明上述4种元素在土壤中的次生富集能力和富集强度高, 可能与研究区内花岗闪长岩和石英闪长岩脉的侵入有关; Cu、Pb、Zn、Ag、Mo元素高强数据较少, 分异程度弱, 成矿潜力较小。

图3 唐尕昂地区各元素变异系数解释图Fig.3 Variation coefficients of elements in Tanggaang area

表2 唐尕昂地区土壤地球化学元素统计参数Table 2 Statistical parameters of soil geochemical elements in Tanggaang area

3.2 相关分析与因子分析

运用SPSS软件对9种元素进行相关性分析, 在样本数N=4 752、α=0.05水平上获得相关分析系数矩阵(表3), Au、As、Sb元素间相关系数均大于0.6, 属强相关, 其中Au与As相关系数最大(r=0.707), 表明在富集成矿过程中, Au与As在来源和成因上具有相似性; As、Zn、Cu之间, Pb与Zn之间相关系数介于0.4～0.6, 属中度相关; 其余元素间相关系数均小于0.4, 属于弱相关或不相关。

表3 唐尕昂地区土壤地球化学元素相关分析系数矩阵Table 3 Correlation analysis matrix of soil geochemical elements in Tanggaang area

对9种元素进行因子分析前, 利用Bartlett和KMO检验对数据进行因子分析适用性判别,KMO度量值为0.752, 大于统计学家Kaiser所提出的KMO度量标准(即KMO度量值为 0.6), Bartlett球形检验的概率值(Sig)为0.000, 明显低于显著性水平0.05, 因此认为这组数据适合进行因子分析。

以初始因子载荷矩阵特征值λ大于1, 旋转后累积方差贡献率大于65%为基准, 提取3个公因子分别代表研究区9种元素(表4):F1(Au-As-Sb)因子方差贡献率为28.968%, 在3个因子中占比最大, Au与As关系最为密切, 其次为Sb和W, 间接反映Au的成矿有低温、中低温及高温3个阶段的叠加, 预示成矿具有多期性, 属成矿元素组合;F2因子方差贡献率为23.618%, 元素组合Cu-Zn-Pb-Ag, 都为亲硫元素, 为多期岩浆热液活动所引起, 主要富集在热液中低温阶段;F3因子的方差贡献率为13.152%, 元素组合为Mo和W, 属高温元素组合, 均属第ⅥB族, 化学性质相似, 在地球化学场中易富集在酸性岩体内, 对岩浆热液活动具有一定指示性。

表4 正交旋转成分矩阵及因子方差贡献累计Table 4 Orthogonal rotation component matrix andfactor variance contribution accumulation

3.3 元素异常下限与异常圈定

各元素异常下限(T)按照多次迭代后各元素平均值(C)与标准差(S)求得:

T=C+KS,

K取值为2;S值见表2。依据获得的各元素异常下限,按照异常下限的1、2、4倍确定元素的异常外带(1T)、中带(2T)、内带值(4T), 具体结果见表5。以下仅对主成矿元素Au、As和Sb元素异常进行详细描述。

表5 各元素异常下限及异常分带值Table 5 Anomaly lower limit and anomaly zonationvalue of each element

Au异常特征: 共圈定出4处Au异常(图4a), 主要分布于二叠纪毛毛隆组三段, 4处异常内、中、外带完整; 异常最大值为1 200×10-9, 最小值为0.3×10-9。其中Au-1异常位于东南部, 形态不规则, 沿构造NWW向展布, 与As、Sb、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo 元素均套合良好, 异常平均值为5.75×10-9; Au-2与Au-3异常整体位于研究区中部, 异常长轴轴向与断层相平行, Au-2异常面积较大, 异常平均值为6.90×10-9, 两处异常总面积0.758 km2, 同时异常附近有花岗闪长岩、花岗岩、闪长岩等中酸性岩体出露; Au-4异常位于西部, 异常面积较小, 异常形状近似于圆形, 浓集中心明显。总体上Au异常受地层控制明显, 呈串珠状沿断层方向展布。

As异常特征: As异常范围较大, 共圈定出4处As异常(图4b), 主要分布于二叠纪毛毛隆组三段。其中As-1异常呈不规则形状展布, 位于研究区东南部, 与Au-1异常部分重合, 内中外带发育完整, 异常平均值为185.74×10-6; As-2异常位于研究区东部, 内带异常长轴方向与断层方向平行, 异常平均值为169.49×10-6; As-3异常呈H型展布, 有两个较大的浓集中心, 异常平均值为122.17×10-6; As-4异常位于研究区西部, 玛久勒岩体北部, 具有3个浓集中心且分布较散, 异常形态不规则。总体上As元素异常与Au异常套合良好, 异常面积较大, 总面积为1.02 km2。

Sb异常特征: 共圈定出4处Sb异常(图4c), 异常规模相对As、Au元素较小, 异常最大值为221.05×10-6, 最小值为0.63×10-6, 主要分布于二叠纪毛毛隆组三段。其中Sb-1异常范围是由两个浓集中心组成, 异常平均值为27.18×10-6, 异常呈不规则形状展布, 与Au-1异常重合度较高; Sb-2异常呈耳朵状展布, 具有4个浓集中心, 位于研究区中部, 异常平均值为4.63×10-6, 与Au-2异常形状类似; Sb-3异常呈不规则分布, 具有5个浓集中心, 异常分布受地层影响较大; Sb-4异常范围较小, 呈似圆状展布, 与Au-4、As-4异常部分重合。

图4 唐尕昂地区Au、As、Sb元素异常平面图(a、 b、 c)及找矿靶区图(d)Fig.4 Planar anomaly maps of Au, As and Sb(a, b, c) and prospecting target map(d) in Tanggaang area

总体上Sb异常面积较小, 异常总面积为0.95 km2, 与Au元素异常重合较好。

4 找矿前景分析

4.1 地层与成矿

区域上研究区处于西秦岭褶皱带的北部断褶带与中部裂陷槽之间的过渡部位, 赋矿地层为下二叠统浅变质沉积岩建造, 该地层是西秦岭地区金元素的高背景地层, 是本区成矿的物质基础[17]。矿区内赋矿地层为二叠系毛毛隆组三段, 岩性主要为长石石英细砂岩、岩屑长石细砂岩、角岩化砂岩、薄层粉砂岩, 偶夹泥钙质板岩, 为一套细碎屑岩建造。可见金矿化对岩性的选择比较明显, 当含矿热液沿断裂穿过板岩为主的泥质、砂质岩石时, 发生强硅化富集成矿。

4.2 构造与成矿

研究区内断裂构造发育, 主要由北西向、北东向、北西西向3组断裂组成, 其中北西向夏河-合作断裂为区域断裂, 是区内的主要控矿构造[2, 9], 北东向、北西西向断层皆为北西向断裂的次级断裂, 是区内主要的导矿和容矿构造。断裂可为矿液的运移提供通道, 金矿化普遍产在破碎带中, 即断裂形成早于成矿前, 矿液沿断裂运移、沉淀、富集。野外观察断层面可见矿化蚀变带处有黄铁矿化、褐铁矿化及硅化, 黄铁矿多呈不连续细脉状或星点状分布, 具有较好的找矿指示。

4.3 岩浆岩与成矿

研究区内中酸性侵入岩发育,规模较大的为玛久勒岩体,其他岩脉主要发育在马久勒岩体北侧的围岩裂隙中,脉岩沿断裂带侵入(多具斑状结构)， 展布方向主要为北西向、次为北东向, 断裂构造直接控制了这些岩脉、岩枝等的侵入, 岩脉的侵入为成矿提供了部分热源和物源[8, 18], 并有贯通热液上升通道的作用, 后期热液活动形成该区金矿化。

4.4 找矿靶区与工程验证

根据元素异常分布、组合元素套合情况以及研究区成矿潜力、成矿地质条件等因素综合分析, 圈定3个找矿靶区(图4d)。

1#号靶区: 位于研究区东南部, 主要出露地层为毛毛隆组三段, 岩性主要为细砂岩、粉砂岩及少量泥钙质板岩。夏河-合作断裂带从异常南侧穿过, 异常内分布于次级断裂, 与已发现矿化蚀变带位置对应良好。Au、As、Sb元素异常叠加效果好, Au异常显著, Au异常最大值达1 200×10-9, 且与其余元素均套合良好， 并认为该靶区可作为下一步找矿勘查验证的重点区域。

2#号靶区:位于研究区中部, 出露地层为毛毛隆组三段,靶区内Au、As元素异常套合较好。 Au异常最大值为40.2×10-9, As异常最大值为3 300×10-6, 与花岗闪长岩体位置对应,岩体的侵入可为成矿物质活化富集提供热源,同时也可能为成矿物质的母源,认为该靶区具有较好的找矿潜力。

3#号靶区: 位于研究区中西部, 分布有Au、As、Sb、W、Mo、Cu 元素异常, As元素异常范围较大且分散, 与Au、Sb元素异常重合度不高, 而W、Mo、Cu 元素异常套合良好, 推测与研究区西南角燕山早期的马久勒花岗闪长岩体侵入关系密切, 具有一定的找矿潜力。

选择1#号靶区进行工程验证, 经探槽工程揭露及取样分析显示, 一条矿体产于断层破碎蚀变带中, 长40～280 m, 厚度0.8～3.0 m, Au品位在1.42×10-6～2.85×10-6，平均品位为2.14×10-6。 经钻探工程控制, 矿化蚀变带沿走向及倾向延伸稳定, 控制矿体延深大于80 m, 赋矿岩性为硅化、黄铁矿化、角岩化砂质板岩。蚀变主要为黄铁矿化和碎裂岩化, 由于第四系覆盖较厚, 露头稀少, 揭露深度有限, 延伸情况有待进一步工作验证。

5 结 论

(1)研究区Au、As、Sb、W 4种元素平均含量均高于甘南地区土壤元素背景, 可能与研究区内花岗闪长岩和石英闪长岩脉的侵入有关, 认为其在区内具有较大的成矿潜力。

(2)相关性分析和因子分析获得3组元素组合, 即第一类组合为Au-As-Sb, 属成矿元素组合; 第二类组合为 Cu-Pb-Zn-Ag, 为多期岩浆热液活动所引起, 主要富集在热液中低温阶段; 第三类组合为W-Mo, 对岩浆热液活动具有一定指示意义。

(3)在研究区圈定3个找矿靶区, 通过对1#号靶区进行工程验证, 发现一条长40～280 m, 厚度0.8～3.0 m, 产于断层破碎蚀变带中的金矿体, Au平均品位为2.14×10-6, 显示出该区具有较好的找矿前景。