蘇藝懷, 劉攀峰, 羅先熔, 吳彥彬, 鄭超杰,趙欣怡, 何 旺, 邱 煒

(1.桂林理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院; b.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 廣西 桂林 541006; 2.青海省地質(zhì)調(diào)查院, 西寧 810012)

0 引 言

甘肅省夏河-合作礦集區(qū)大地構(gòu)造位置位于西秦嶺褶皺帶北部斷褶帶與中部裂陷槽之間的過渡部位, 隸屬同仁-夏河-岷縣金成礦帶, 是西秦嶺多金屬成礦區(qū)的重要組成部分[1-2]。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)金、銅等各類大小礦床(點(diǎn))超過50處, 呈現(xiàn)“北西向成帶、北東向成串”分布特征。大致以夏河-合作斷裂帶為界分為南成礦帶和北成礦帶: 南成礦帶發(fā)現(xiàn)有大型金礦(早子溝、加甘灘、早仁道)和中小型金礦(隆瓦寺院、桑曲、也赫杰、直合完干、索拉貢瑪?shù)?多處, 以及牙利吉金銻礦點(diǎn)、扎沙銻礦點(diǎn)、格里那汞礦點(diǎn)等; 北成礦帶有大型以地南銅金礦, 中小型金礦(老豆、下看木倉、吉利、老虎山等)以及德烏魯銅礦、崗以銅礦、南辦銅鉬礦等[2-6]。近年來,在夏河-合作地區(qū)開展大量的成礦體系與成礦預(yù)測研究,特別是有關(guān)金的成礦系統(tǒng),認(rèn)為該區(qū)仍有較大的成礦潛力:在夏河-合作斷裂以南剝蝕較淺,可尋找低溫?zé)嵋盒徒?、銻礦等,在其深部還應(yīng)注意尋找斑巖型或矽卡巖型銅金礦床;而在剝蝕程度較高的北帶,應(yīng)以斑巖型和矽卡巖型礦床為主[7]。

本文在夏河-合作地區(qū)1∶5萬戰(zhàn)略性礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查工作的基礎(chǔ)上, 對1∶20萬化探異常進(jìn)行濃縮, 結(jié)合1∶5萬水系沉積物測量異常, 選定夏河縣唐尕昂鄉(xiāng)一帶作為研究區(qū)(E102°46′01″—102°47′55″, N35°06′30″—35° 09′11″), 開展1∶10 000土壤地球化學(xué)測量, 運(yùn)用因子分析、相關(guān)性分析等多元統(tǒng)計方法研究唐尕昂鄉(xiāng)一帶地球化學(xué)元素組合特征, 探討區(qū)內(nèi)找礦潛力和方向。

1 研究地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于西秦嶺造山帶西段, 屬秦祁昆造山系西秦嶺地塊(圖1a), 夏河禮縣逆沖推覆構(gòu)造帶的南緣斷裂夏河-合作斷裂從區(qū)內(nèi)穿過, 屬西秦嶺褶皺系的新堡-力士山復(fù)背斜南翼(圖1b)[7-9]。該區(qū)出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系, 其中二疊系為一套復(fù)理石沉積, 巖性組合主要為灰黑色中-薄層巖屑石英砂巖與灰黑色、灰色板巖互層夾透鏡狀長石石英砂巖; 三疊系為一套灰綠色板巖偶夾砂巖, 巖性組合為灰色、深灰色泥質(zhì)、粉砂質(zhì)板巖夾灰色中-薄層巖屑長石砂巖[3, 7]。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造有新堡-力士山復(fù)背斜和北西西向的夏河-合作區(qū)域性逆沖推覆斷裂帶以及斷裂帶內(nèi)發(fā)育的4條北西向次級主干斷裂。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈, 出露較大的巖基有德烏魯、達(dá)爾藏、阿夷山等; 以巖脈、巖枝產(chǎn)出的主要有瑪久勒、將其那梁, 巖性為花崗閃長巖, 規(guī)模較小[8]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖(a據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)及夏河-合作地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(b據(jù)文獻(xiàn)[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—新近系上新統(tǒng); K1—下白堊統(tǒng); J—侏羅系; T1—下三疊統(tǒng); P1—下二疊統(tǒng); C1—下石炭統(tǒng)

研究區(qū)主要出露地層有中二疊統(tǒng)毛毛隆組二段、三段, 下三疊統(tǒng)山尕嶺群及第四系(圖2)。毛毛隆組二段主要為淺灰色厚層塊狀中細(xì)粒巖屑長石砂巖、深灰色塊狀礫屑灰?guī)r, 呈北西-南東向帶狀展布; 毛毛隆組三段與下伏二段呈整合接觸, 與上覆山尕嶺群呈斷層接觸, 巖性組合主要為淺灰色-灰綠色薄層中細(xì)粒巖屑長石砂巖與薄層粉砂質(zhì)板巖的韻律層及夾薄層狀灰?guī)r透鏡體; 下三疊統(tǒng)山尕嶺群巖石主要類型為砂巖類、板巖類、粉砂巖類和灰?guī)r類; 第四系多沿現(xiàn)代河谷及洼地分布, 主要為沖-洪積相的松散礫石、砂石及砂礫石層。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[9]修改)Fig.2 Simplified geological map of the study areaT1S(ss+sl)—下三疊統(tǒng)山尕嶺群角巖化砂巖粉砂質(zhì)泥質(zhì)板巖;P2m3(st+ss)—中二疊統(tǒng)毛毛隆組三段粉砂巖夾細(xì)砂巖;P2m3(ss+st)—毛毛隆組三段長石石英砂巖; P2m2(ss+sl)—毛毛隆組二段細(xì)粒砂巖泥質(zhì)板巖; ηγ—二長花崗巖; γδ—花崗閃長巖; δo—石英閃長巖脈

區(qū)內(nèi)北西-南東向斷裂, 即夏河-合作區(qū)域大斷裂, 走向為290°～300°, 寬10～80 m, 沿走向延伸大于4 km, 產(chǎn)狀30°～40°∠70°～75°, 是區(qū)內(nèi)的主要導(dǎo)礦構(gòu)造, 斷層帶內(nèi)巖石為褐鐵礦化碎裂巖、黃鐵礦化碎裂巖、含碳斷層泥、含褐(黃)鐵礦石英脈、碎裂石英脈、含碳斷層泥等, 褐鐵礦化碎裂巖、黃鐵礦化碎裂巖是斷裂帶內(nèi)主要的含礦層位[9]。

區(qū)內(nèi)西南部三疊系下統(tǒng)內(nèi)侵入巖有燕山早期(γδ)的馬久勒花崗閃長巖體, 為呈北西-南東向蠶豆?fàn)钫共嫉男r株, 長約4.5 km, 寬約1.5 km, 出露面積約6.5 km2, 其與區(qū)域構(gòu)造夏河-合作斷裂帶靠近并受其嚴(yán)格控制。主要巖性為淺灰色-黃灰色蝕變花崗斑巖, 東南側(cè)出露二長花崗巖, 北西側(cè)出露黑云母花崗閃長巖[8-9]。

2 樣品分析與方法

2.1 樣品采集與分析

依照《土壤地球化學(xué)測量規(guī)程》[10], 在研究區(qū)開展1∶10 000土壤地球化學(xué)測量工作, 采樣網(wǎng)度100 m×20 m, 采樣層位為B層或BC層, 采樣深度10～30 cm, 共采集土壤樣品4 752個。所有樣品按照干燥—碎樣—過篩(100目, 0.15 mm)—拌勻—稱重(≥300 g)—編號裝袋流程進(jìn)行預(yù)處理, 并保證樣品無相互污染。樣品分析測試在甘肅省地礦局中心實(shí)驗室完成, 各元素測試方法及檢出限見表1, 所有樣品測試的合格率均在98%以上, 符合測試要求。

表1 測試方法及對應(yīng)元素的檢出限Table 1 Detection limit of corresponding elements in test methods

2.2 數(shù)據(jù)處理與方法

多元統(tǒng)計分析采用 SPSS 25 軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和因子分析: 相關(guān)分析是研究元素變量之間的相關(guān)關(guān)系或者相關(guān)特性, 通常用相關(guān)系數(shù)(r)表示一個元素與另一個元素的相關(guān)程度,r>0.6屬強(qiáng)相關(guān), 0.4

利用ArcGIS的GS擴(kuò)展功能模塊的地統(tǒng)計分析功能, 采用克里格插值法, 繪制元素平面異常圖。

3 土壤地球化學(xué)特征

3.1 元素變異與富集特征

按照背景值加減3倍的標(biāo)準(zhǔn)差剔除原始數(shù)據(jù)中的極高、極低值, 確保處理后數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。以此統(tǒng)計研究區(qū)9種元素原始數(shù)據(jù)與處理后數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差, 變異系數(shù), 結(jié)果見表2。在原始數(shù)據(jù)中，Au、As、Sb等9種元素算數(shù)平均值均高于甘南地區(qū)背景值, Au、As、Sb、W變異系數(shù)均大于1, Au和As變異系數(shù)分別達(dá)到8.40和4.66, 這4種元素在研究區(qū)內(nèi)的分布具極不均勻性, 表明其在次生富集成暈過程中極易形成地球化學(xué)異常。Ag、Cu、Pb、Zn、Mo元素的變異系數(shù)均小于 1, 表明這些元素在研究區(qū)內(nèi)整體分布較均勻, 局部富集的可能性小, 不易形成地球化學(xué)異常。迭代后數(shù)據(jù)各元素的變異系數(shù)均小于1, 表明基本消除原始數(shù)據(jù)中極高、極低值對離散程度的影響, 因此原始數(shù)據(jù)變異系數(shù)(Cv1)和處理后數(shù)據(jù)的變異系數(shù)(Cv2)比值可以反映背景擬合處理時對極高值、極低值的削除程度[15-16]。運(yùn)用Cv1和Cv1/Cv2繪制變異系數(shù)與比率散點(diǎn)圖可對元素的成礦性進(jìn)行評價， 從圖3可以看出: 研究區(qū)內(nèi)Au高強(qiáng)數(shù)據(jù)最多, 分異程度最高, 成礦潛力最大; As、Sb、W高強(qiáng)數(shù)據(jù)較多, 分異程度較強(qiáng), 成礦潛力較大, 表明上述4種元素在土壤中的次生富集能力和富集強(qiáng)度高, 可能與研究區(qū)內(nèi)花崗閃長巖和石英閃長巖脈的侵入有關(guān); Cu、Pb、Zn、Ag、Mo元素高強(qiáng)數(shù)據(jù)較少, 分異程度弱, 成礦潛力較小。

圖3 唐尕昂地區(qū)各元素變異系數(shù)解釋圖Fig.3 Variation coefficients of elements in Tanggaang area

表2 唐尕昂地區(qū)土壤地球化學(xué)元素統(tǒng)計參數(shù)Table 2 Statistical parameters of soil geochemical elements in Tanggaang area

3.2 相關(guān)分析與因子分析

運(yùn)用SPSS軟件對9種元素進(jìn)行相關(guān)性分析, 在樣本數(shù)N=4 752、α=0.05水平上獲得相關(guān)分析系數(shù)矩陣(表3), Au、As、Sb元素間相關(guān)系數(shù)均大于0.6, 屬強(qiáng)相關(guān), 其中Au與As相關(guān)系數(shù)最大(r=0.707), 表明在富集成礦過程中, Au與As在來源和成因上具有相似性; As、Zn、Cu之間, Pb與Zn之間相關(guān)系數(shù)介于0.4～0.6, 屬中度相關(guān); 其余元素間相關(guān)系數(shù)均小于0.4, 屬于弱相關(guān)或不相關(guān)。

表3 唐尕昂地區(qū)土壤地球化學(xué)元素相關(guān)分析系數(shù)矩陣Table 3 Correlation analysis matrix of soil geochemical elements in Tanggaang area

對9種元素進(jìn)行因子分析前, 利用Bartlett和KMO檢驗對數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析適用性判別,KMO度量值為0.752, 大于統(tǒng)計學(xué)家Kaiser所提出的KMO度量標(biāo)準(zhǔn)(即KMO度量值為 0.6), Bartlett球形檢驗的概率值(Sig)為0.000, 明顯低于顯著性水平0.05, 因此認(rèn)為這組數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。

以初始因子載荷矩陣特征值λ大于1, 旋轉(zhuǎn)后累積方差貢獻(xiàn)率大于65%為基準(zhǔn), 提取3個公因子分別代表研究區(qū)9種元素(表4):F1(Au-As-Sb)因子方差貢獻(xiàn)率為28.968%, 在3個因子中占比最大, Au與As關(guān)系最為密切, 其次為Sb和W, 間接反映Au的成礦有低溫、中低溫及高溫3個階段的疊加, 預(yù)示成礦具有多期性, 屬成礦元素組合;F2因子方差貢獻(xiàn)率為23.618%, 元素組合Cu-Zn-Pb-Ag, 都為親硫元素, 為多期巖漿熱液活動所引起, 主要富集在熱液中低溫階段;F3因子的方差貢獻(xiàn)率為13.152%, 元素組合為Mo和W, 屬高溫元素組合, 均屬第ⅥB族, 化學(xué)性質(zhì)相似, 在地球化學(xué)場中易富集在酸性巖體內(nèi), 對巖漿熱液活動具有一定指示性。

表4 正交旋轉(zhuǎn)成分矩陣及因子方差貢獻(xiàn)累計Table 4 Orthogonal rotation component matrix andfactor variance contribution accumulation

3.3 元素異常下限與異常圈定

各元素異常下限(T)按照多次迭代后各元素平均值(C)與標(biāo)準(zhǔn)差(S)求得:

T=C+KS,

K取值為2;S值見表2。依據(jù)獲得的各元素異常下限,按照異常下限的1、2、4倍確定元素的異常外帶(1T)、中帶(2T)、內(nèi)帶值(4T), 具體結(jié)果見表5。以下僅對主成礦元素Au、As和Sb元素異常進(jìn)行詳細(xì)描述。

表5 各元素異常下限及異常分帶值Table 5 Anomaly lower limit and anomaly zonationvalue of each element

Au異常特征: 共圈定出4處Au異常(圖4a), 主要分布于二疊紀(jì)毛毛隆組三段, 4處異常內(nèi)、中、外帶完整; 異常最大值為1 200×10-9, 最小值為0.3×10-9。其中Au-1異常位于東南部, 形態(tài)不規(guī)則, 沿構(gòu)造NWW向展布, 與As、Sb、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo 元素均套合良好, 異常平均值為5.75×10-9; Au-2與Au-3異常整體位于研究區(qū)中部, 異常長軸軸向與斷層相平行, Au-2異常面積較大, 異常平均值為6.90×10-9, 兩處異?？偯娣e0.758 km2, 同時異常附近有花崗閃長巖、花崗巖、閃長巖等中酸性巖體出露; Au-4異常位于西部, 異常面積較小, 異常形狀近似于圓形, 濃集中心明顯。總體上Au異常受地層控制明顯, 呈串珠狀沿斷層方向展布。

As異常特征: As異常范圍較大, 共圈定出4處As異常(圖4b), 主要分布于二疊紀(jì)毛毛隆組三段。其中As-1異常呈不規(guī)則形狀展布, 位于研究區(qū)東南部, 與Au-1異常部分重合, 內(nèi)中外帶發(fā)育完整, 異常平均值為185.74×10-6; As-2異常位于研究區(qū)東部, 內(nèi)帶異常長軸方向與斷層方向平行, 異常平均值為169.49×10-6; As-3異常呈H型展布, 有兩個較大的濃集中心, 異常平均值為122.17×10-6; As-4異常位于研究區(qū)西部, 瑪久勒巖體北部, 具有3個濃集中心且分布較散, 異常形態(tài)不規(guī)則。總體上As元素異常與Au異常套合良好, 異常面積較大, 總面積為1.02 km2。

Sb異常特征: 共圈定出4處Sb異常(圖4c), 異常規(guī)模相對As、Au元素較小, 異常最大值為221.05×10-6, 最小值為0.63×10-6, 主要分布于二疊紀(jì)毛毛隆組三段。其中Sb-1異常范圍是由兩個濃集中心組成, 異常平均值為27.18×10-6, 異常呈不規(guī)則形狀展布, 與Au-1異常重合度較高; Sb-2異常呈耳朵狀展布, 具有4個濃集中心, 位于研究區(qū)中部, 異常平均值為4.63×10-6, 與Au-2異常形狀類似; Sb-3異常呈不規(guī)則分布, 具有5個濃集中心, 異常分布受地層影響較大; Sb-4異常范圍較小, 呈似圓狀展布, 與Au-4、As-4異常部分重合。

圖4 唐尕昂地區(qū)Au、As、Sb元素異常平面圖(a、 b、 c)及找礦靶區(qū)圖(d)Fig.4 Planar anomaly maps of Au, As and Sb(a, b, c) and prospecting target map(d) in Tanggaang area

總體上Sb異常面積較小, 異?？偯娣e為0.95 km2, 與Au元素異常重合較好。

4 找礦前景分析

4.1 地層與成礦

區(qū)域上研究區(qū)處于西秦嶺褶皺帶的北部斷褶帶與中部裂陷槽之間的過渡部位, 賦礦地層為下二疊統(tǒng)淺變質(zhì)沉積巖建造, 該地層是西秦嶺地區(qū)金元素的高背景地層, 是本區(qū)成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)[17]。礦區(qū)內(nèi)賦礦地層為二疊系毛毛隆組三段, 巖性主要為長石石英細(xì)砂巖、巖屑長石細(xì)砂巖、角巖化砂巖、薄層粉砂巖, 偶夾泥鈣質(zhì)板巖, 為一套細(xì)碎屑巖建造?？梢娊鸬V化對巖性的選擇比較明顯, 當(dāng)含礦熱液沿斷裂穿過板巖為主的泥質(zhì)、砂質(zhì)巖石時, 發(fā)生強(qiáng)硅化富集成礦。

4.2 構(gòu)造與成礦

研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育, 主要由北西向、北東向、北西西向3組斷裂組成, 其中北西向夏河-合作斷裂為區(qū)域斷裂, 是區(qū)內(nèi)的主要控礦構(gòu)造[2, 9], 北東向、北西西向斷層皆為北西向斷裂的次級斷裂, 是區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造。斷裂可為礦液的運(yùn)移提供通道, 金礦化普遍產(chǎn)在破碎帶中, 即斷裂形成早于成礦前, 礦液沿斷裂運(yùn)移、沉淀、富集。野外觀察斷層面可見礦化蝕變帶處有黃鐵礦化、褐鐵礦化及硅化, 黃鐵礦多呈不連續(xù)細(xì)脈狀或星點(diǎn)狀分布, 具有較好的找礦指示。

4.3 巖漿巖與成礦

研究區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖發(fā)育,規(guī)模較大的為瑪久勒巖體,其他巖脈主要發(fā)育在馬久勒巖體北側(cè)的圍巖裂隙中,脈巖沿斷裂帶侵入(多具斑狀結(jié)構(gòu))， 展布方向主要為北西向、次為北東向, 斷裂構(gòu)造直接控制了這些巖脈、巖枝等的侵入, 巖脈的侵入為成礦提供了部分熱源和物源[8, 18], 并有貫通熱液上升通道的作用, 后期熱液活動形成該區(qū)金礦化。

4.4 找礦靶區(qū)與工程驗證

根據(jù)元素異常分布、組合元素套合情況以及研究區(qū)成礦潛力、成礦地質(zhì)條件等因素綜合分析, 圈定3個找礦靶區(qū)(圖4d)。

1#號靶區(qū): 位于研究區(qū)東南部, 主要出露地層為毛毛隆組三段, 巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖及少量泥鈣質(zhì)板巖。夏河-合作斷裂帶從異常南側(cè)穿過, 異常內(nèi)分布于次級斷裂, 與已發(fā)現(xiàn)礦化蝕變帶位置對應(yīng)良好。Au、As、Sb元素異常疊加效果好, Au異常顯著, Au異常最大值達(dá)1 200×10-9, 且與其余元素均套合良好， 并認(rèn)為該靶區(qū)可作為下一步找礦勘查驗證的重點(diǎn)區(qū)域。

2#號靶區(qū):位于研究區(qū)中部, 出露地層為毛毛隆組三段,靶區(qū)內(nèi)Au、As元素異常套合較好。 Au異常最大值為40.2×10-9, As異常最大值為3 300×10-6, 與花崗閃長巖體位置對應(yīng),巖體的侵入可為成礦物質(zhì)活化富集提供熱源,同時也可能為成礦物質(zhì)的母源,認(rèn)為該靶區(qū)具有較好的找礦潛力。

3#號靶區(qū): 位于研究區(qū)中西部, 分布有Au、As、Sb、W、Mo、Cu 元素異常, As元素異常范圍較大且分散, 與Au、Sb元素異常重合度不高, 而W、Mo、Cu 元素異常套合良好, 推測與研究區(qū)西南角燕山早期的馬久勒花崗閃長巖體侵入關(guān)系密切, 具有一定的找礦潛力。

選擇1#號靶區(qū)進(jìn)行工程驗證, 經(jīng)探槽工程揭露及取樣分析顯示, 一條礦體產(chǎn)于斷層破碎蝕變帶中, 長40～280 m, 厚度0.8～3.0 m, Au品位在1.42×10-6～2.85×10-6，平均品位為2.14×10-6。 經(jīng)鉆探工程控制, 礦化蝕變帶沿走向及傾向延伸穩(wěn)定, 控制礦體延深大于80 m, 賦礦巖性為硅化、黃鐵礦化、角巖化砂質(zhì)板巖。蝕變主要為黃鐵礦化和碎裂巖化, 由于第四系覆蓋較厚, 露頭稀少, 揭露深度有限, 延伸情況有待進(jìn)一步工作驗證。

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)Au、As、Sb、W 4種元素平均含量均高于甘南地區(qū)土壤元素背景, 可能與研究區(qū)內(nèi)花崗閃長巖和石英閃長巖脈的侵入有關(guān), 認(rèn)為其在區(qū)內(nèi)具有較大的成礦潛力。

(2)相關(guān)性分析和因子分析獲得3組元素組合, 即第一類組合為Au-As-Sb, 屬成礦元素組合; 第二類組合為 Cu-Pb-Zn-Ag, 為多期巖漿熱液活動所引起, 主要富集在熱液中低溫階段; 第三類組合為W-Mo, 對巖漿熱液活動具有一定指示意義。

(3)在研究區(qū)圈定3個找礦靶區(qū), 通過對1#號靶區(qū)進(jìn)行工程驗證, 發(fā)現(xiàn)一條長40～280 m, 厚度0.8～3.0 m, 產(chǎn)于斷層破碎蝕變帶中的金礦體, Au平均品位為2.14×10-6, 顯示出該區(qū)具有較好的找礦前景。