黃晉榮,王建武,夏旭麗,劉曉琴
山西省地質調查院,太原030006
水系沉積物測量可有效地圈定找礦遠景靶區(qū),是地質找礦中卓有成效的地球化學勘查手段[1--5]。利用成礦元素次生分散流提取的地球化學信息,開展水系沉積物地球化學勘查與研究,可達到發(fā)現(xiàn)礦化線索和初步圈定礦化地質體的找礦目的。近十年來國內眾多學者在中國西部及東部一些省區(qū)開展水系沉積物地球化學勘查與研究,取得了較好的找礦應用效果[6--19]。
研究區(qū)地處山西晉西北地區(qū),該區(qū)以往地質礦產研究程度相對較低,尚未發(fā)現(xiàn)原生金礦。近十年來,山西省地質調查院在該區(qū)開展地質找礦工作,在火燒灘—后窯子一帶新發(fā)現(xiàn)1處中等規(guī)模的原生金礦床,實現(xiàn)了該地區(qū)地質找礦工作的新突破。該礦床的發(fā)現(xiàn)是以水系沉積物地球化學勘查方法作為工作先導,在水系沉積物地球化學測量成果應用的基礎上,經(jīng)進行異常查證和連續(xù)十多年的地質勘查與研究,已取得較好的地質找礦效果,基本查明該礦床成礦地質條件及礦化特征,提交金礦產資源量達中型規(guī)模。筆者通過對研究區(qū)火燒灘—后窯子一帶水系沉積物地球化學特征以及金礦地質勘查等資料進行研究總結,探討其地球化學成礦規(guī)律和地質找礦應用效果。
研究區(qū)西部主要為新太古界集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質花崗巖類等巖石組成的古老變質結晶基底,東部為新生界第四系及少量古生界組成的沉積蓋層;巖層走向大致呈NE--SW向展布[20](圖1)。
1.第四系全新統(tǒng);2.第四系上更新統(tǒng);3.新近系中新統(tǒng);4.新太古界集寧巖群片麻(雜)巖;5.片麻狀變斑狀二長花崗巖;6.片麻狀變石榴二長花崗巖;7.片麻狀變質花崗閃長巖;8.花崗偉晶巖脈;9.區(qū)域性正斷層;10.韌(脆)性剪切帶;11.1∶20萬金異常區(qū);12.研究區(qū)范圍。圖1 區(qū)域地質簡圖(據(jù)文獻[20]修改)Fig.1 Regional geological sketch map
區(qū)域地層主要由基底變質表殼巖和沉積蓋層兩部分組成?;讕r石主要由新太古界集寧巖群片麻(雜)巖組成,巖性主要為黑云石榴二長片麻巖、石榴黑云斜長片麻巖、石榴鉀長片麻巖、淺粒巖、石榴黑云二長變粒巖和長石石英巖等;蓋層主要由零星出露的古生界寒武系、新生界新近系火山陸源碎屑巖以及大面積分布的新生界松散堆積物等組成。
區(qū)內巖漿巖分布廣泛,主要為新太古代(晚期)和古元古代(早期)深熔變質再造花崗質侵入巖組成,為集寧巖群一套富鋁質巖石經(jīng)深熔作用而形成的變質深成侵入巖類組成。巖石類型復雜多變,巖性主要有片麻狀變質花崗閃長巖、片麻狀變質石榴二長花崗巖、片麻狀變斑狀二長花崗巖、變質石榴白崗巖和花崗偉晶巖脈等。這些侵入巖多發(fā)生高角閃巖相--麻粒巖相變質作用,與集寧巖群呈侵入接觸關系。
區(qū)域構造發(fā)育,主要表現(xiàn)為斷裂構造和韌(脆)性剪切帶構造。其中斷裂構造受中--新生代構造作用影響和控制,總體呈NE--SW向延伸展布。韌(脆)性剪切帶主要分布于基底巖石中,經(jīng)歷五臺、呂梁期以及后期多期次構造運動,巖石發(fā)生強烈變形變質作用,常形成具有線狀高應變特征的韌(脆)性剪切帶;區(qū)內韌(脆)性剪切帶與金礦化關系較為密切。
區(qū)內多金屬礦產分布較少,以往地質礦產研究程度較低,尚未發(fā)現(xiàn)原生金礦,僅發(fā)現(xiàn)有少量的白云母、黑云母礦化點及砂金產出點。
研究區(qū)地處山西晉西北山地--黃土覆蓋區(qū),黃土覆土面積>70%。區(qū)內地勢西高東低,西部主要為老變質基巖分布區(qū),東部為黃土覆蓋區(qū);巖石風化強烈,溝谷水系發(fā)育,有常年流水、間歇性流水和干溝水系,適合開展水系沉積物測量。該區(qū)以往尚未發(fā)現(xiàn)原生金礦,但在全省綜合信息成礦預測中曾將該區(qū)劃為右玉縣元山子—丁家窯金、銀Ⅴ級遠景區(qū),山西省1∶20萬區(qū)域地球化學測量成果資料顯示,在山西右玉火燒灘—后窯子一帶分布有金地球化學異常,面積約25 km2,金異常平均下限值2.94×10-9;另外在火燒灘村西的大溝中以往曾有當?shù)卮迕裉圆蛇^砂金。因此,研究區(qū)水系沉積物測量工作范圍主要選擇在火燒灘—后窯子一帶,面積為43.89 km2。
按照1∶5萬加密水系沉積物測量樣品密度要求,研究區(qū)樣品密度采用16點/km2,以1∶1萬地形圖作為采樣底圖,按0.5 km×0.5 km網(wǎng)度作為基本采樣網(wǎng)格,每個采樣網(wǎng)格平均布設4個采樣點,每個采樣點控制匯水面積平均0.062 5 km2。樣品主要布在一級水系口和二級水系中,采樣位置主要選擇在季節(jié)性流水河道底部、河道由窄變寬處、水流由急變緩處、河道拐彎內側以及大轉石背后等位置。樣品介質主要為細砂、粉砂,避免采集含鐵、錳、有機質的淤泥表層物質。樣品粒度參照相關技術要求以及鄰近省區(qū)研究試驗效果[21--22],采用山西省水系沉積物采樣粒級試驗成果,選擇-20~+40目鋼篩截取篩選樣品介質,可有效減少樣品粗碎加工成本和排除風沙、黃土等外來雜物質的影響,保持樣品主量元素含量的準確性;樣品過篩后質量≥300 g。
樣品數(shù)量為373個,分析測試工作由國土資源部太原礦產資源監(jiān)督檢測中心承擔,分析元素為Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、As、Sb等8種元素,主要采用原子吸收、原子熒光光譜等方法,樣品分析檢出總合格率為98.2%,符合測試規(guī)范要求。
表1 單元素地球化學參數(shù)特征
從表1可以看出,區(qū)內各元素平均值與背景值相比,除Cu 、Mo低于背景值外,其余元素接近或高于背景值。另外各元素顯示較大變差系數(shù),Au元素顯示最大變差系數(shù),說明其含量變化范圍較大,有利于富集成礦。
水系沉積物測量共圈定單元素異常58個,包含的單元素異常主要有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、As、Sb。其中Au為主成礦元素,高含量主要集中分布于研究區(qū)中部,即火燒灘和后窯子村西一帶;其他元素高含量分布位置為:Ag分布于區(qū)內北緣和南緣,Cu分布于南部,Pb分布于中部,Zn分布于東南角,Mo分布于北部和南部,As和Sb主要分布于北部(圖2)。
圖2 單元素地球化學異常分布圖Fig.2 Geochemical anomalies distribution of single element
Au異常主要集中分布于區(qū)內中部、火燒灘和后窯子村西一帶,少量分布于北部;除個別異常圈定不封閉外,其余大多封閉;分布巖性主要為新太古界集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質花崗巖類,以及第四系黃土、砂礫等松散堆積物;金異常數(shù)量多、范圍大、強度高,其中Au8、Au5、 Au9屬三級濃度分帶,具有較好的金礦化指示線索。
Ag異常分布于區(qū)內北緣和南緣,大部分不封閉,且以一級濃度分帶為主,強度較低。
Mo、As、Sb異常異常雖較多,但多以一級濃度分帶為主,個別達到二級濃度分帶,僅有Mo8達到三級濃度分帶。As、Sb異常位于Au異常的邊部,是Au的探頭元素,Mo是Ag、Cu、Pb、Zn的探頭元素。
Cu、Pb、Zn異常區(qū)內圈出的Cu、Pb、Zn異常較少,共6個,強度不高,為一、二級濃度分帶。
水系沉積物測量共圈定Au異常16個,其中Au8、Au5、 Au9、Au11、Au7等金異常主要分布于研究區(qū)火燒灘和后窯子村西一帶的水系流域。異常分布特征見圖3、表2。
表2 主要金異常地球化學特征
圖3 Au地球化學異常分布圖Fig.3 Geochemical anomalies distribution of Au
Au8分布于區(qū)內中東部、火燒灘村西水系流域,為砂金上游源頭;面積0.45 km2,Au最大值87.30×10-9,平均值40.41×10-9;Au與As、Sb套合較好,異常強度高,NAP值最大為8.34;異常區(qū)分布巖性主要為新太古界集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質花崗巖類,發(fā)育有強烈的剪切變形構造,屬三級濃度分帶。
Au5分布于區(qū)內西部、后窯子村西水系上游流域;面積0.31 km2, Au最大值20.80×10-9,平均值12.52×10-9;成礦地質背景條件良好,分布巖性主要為新太古界集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質花崗巖類,發(fā)育有強烈的剪切變形構造,屬三級濃度分帶。
Au9分布于區(qū)內西部、后窯子村西水系上游流域;長軸展布方向呈NE--SW,面積0.60 km2, Au最大值38.00×10-9,平均值22.01×10-9;異常強度較高、NAP值為6.04,分布巖性和構造特征類同Au5,屬三級濃度分帶。
Au11分布于區(qū)內中部、后窯子水系中段流域;面積0.73 km2, Au最大值10.50×10-9,平均值6.85×10-9,面積大、但異常強度一般,屬二級濃度分帶。
Au7分布面積0.13 km2, Au最大值10.90×10-9,面積小、異常強度一般,屬二級濃度分帶。
在對單元素地化異常特征研究的基礎上,結合各相關元素化學特性以及區(qū)域成礦地質背景特征等進行元素組合分區(qū),研究區(qū)共分為13個綜合異常區(qū),區(qū)內找礦潛力較好、∑NAP值較高的主要綜合異常有AS5和AS3,主要特征如表3所示。
表3 主要綜合異常特征
AS5綜合異常位于區(qū)內中東部、火燒灘村西一帶,為砂金上游源頭;含Au8異常,異常強度高,Au--As--Sb套合好;分布巖性主要為集寧巖群片麻巖和變質花崗巖類,剪切變形構造發(fā)育;綜合評價認為有致礦異常存在,具有較好的找礦潛力,屬甲類綜合異常。
AS3綜合異常位于區(qū)內西部、后窯子村西的四十二村一帶;包含有Au5、Au9異常,異常強度較高,Au--As套合好;分布巖性主要為集寧巖群片麻巖和變質花崗巖類,剪切變形構造較為發(fā)育;具有一定的找礦潛力,屬乙類綜合異常。
富集系數(shù)反映元素的富集程度,利用各單元素測試數(shù)據(jù)計算出的算術平均值與剔除異點的平均數(shù)比值,判斷每個單元素分析指標在研究區(qū)的富集程度。由富集系數(shù)圖(圖4)可以看出,Au的富集系數(shù)最大,其次為As、Sb;從元素富集系數(shù)看,主要表現(xiàn)為Au--As--Sb元素組合,并具有韌性剪切帶元素組合特征;另從單元素地球化學圖可看出,As、Sb元素均呈帶狀分布特征(圖2),主要高值區(qū)分布于研究區(qū)Au8、Au5、 Au9、Au11、Au7等異常區(qū),并在區(qū)域上與區(qū)內分布的韌性剪切帶位置相吻合,因此,預示著在火燒灘—后窯子—四十二村一帶具有較好的找礦潛力。
圖4 元素富集系數(shù)柱狀圖Fig.4 Enrichment coefficient histogram of elements
相關性是衡量元素間的相關密切程度,利用單元素測試數(shù)據(jù)進行聚類分析,研究各元素分析指標在空間上的相關程度。從元素R型聚類分析圖(圖5)可以看出:研究區(qū)Au與Ag相關程度最高,其次與Zn相關;相關系數(shù)As--Sb相關程度最高為0.75,其次Mo--Cu為0.55,表明區(qū)內金的成礦作用主要以韌性剪切帶熱液成礦作用為主,后期可能存在中高溫成礦熱液活動;Au--Ag--Zn雖有一定程度相關,但相關程度較低,表明后期存在次生富集成礦作用。
圖5 R型聚類分析圖Fig.5 R-type clustering analysis
因子分析是把一些具有錯綜復雜關系的研究對象(樣品或變量)歸結為數(shù)量較少的幾個綜合因子的一種多元統(tǒng)計方法。運用因子分析處理化探數(shù)據(jù),可以將紛繁復雜的各種地球化學元素合理地壓縮為幾個主要因子(元素組合),為地球化學找礦提供有用信息[23--24]。對研究區(qū)元素分析指標的因子分析,當因子貢獻>85%時,共選擇出6個因子元素組合,其中因子1為As、Sb組合,因子貢獻23.17%,可反映出低溫元素熱液活動,也反映出區(qū)內可能存在韌性剪切帶;因子3為Cu、Mo組合,因子貢獻14.35%,反映區(qū)內中高溫元素熱液活動。其余因子2、4、5和因子6均為單因子,因子貢獻較小,找礦指示意義不大。
利用旋轉因子得分,制作研究區(qū)因子1、3得分圖(圖6、7),從兩圖中可以看出:因子1得分高值區(qū)位于區(qū)內已發(fā)現(xiàn)的火燒灘金礦帶北東方向,因子3得分高值區(qū)則位于該金礦帶西南方向,表明金礦帶存在熱液分帶現(xiàn)象。從剝蝕角度解釋,金礦帶西南方向剝蝕程度高,找礦潛力小,而北東方向剝蝕程度低,具有找礦潛力。另外從元素組合看,可能存在韌性剪切帶,從目前找礦應用效果看,也顯示出火燒灘礦帶成礦地質條件優(yōu)于后窯子礦帶。因此,綜合分析認為研究區(qū)北東方向找礦潛力大,建議加強火燒灘礦帶北東方向的找礦工作。
圖6 因子1得分圖Fig.6 Score chart of factor 1
圖7 因子3得分圖Fig.7 Score chart of factor 3
異常查證,原則上應對水系沉積物測量所圈定篩選的甲、乙類異常均進行查證,并達到異常踏勘檢查工作程度[3]。研究區(qū)異常查證主要包括異常踏勘檢查和異常詳細檢查兩個工作階段:①異常踏勘檢查:為異常檢查初期,主要以異常源追蹤為主,重點針對區(qū)內水系沉積物測量所圈定的AS5、AS3綜合異常和Au8、Au5、Au9等重要金異常進行異常追蹤檢查,追蹤礦化線索,初步查明引起礦化的地質起因。采用技術方法主要有1∶1萬地質、巖石化探綜合剖面測量,地質草測及少量地表槽探工程等。②異常詳細檢查:是在異常踏查的基礎上,針對有礦化線索的致礦異常開展更為詳細的異常檢查。經(jīng)對區(qū)內Au8、Au5、Au9等重點金異常進行加密的巖石化探剖面及綜合地質測量,發(fā)現(xiàn)兩條重要金礦(化)帶,一條位于火燒灘Au8異常區(qū),另一條位于后窯子Au5和Au9異常區(qū)。采用技術方法主要為1∶2 000地質、物化探綜合剖面測量,重點礦區(qū)地質簡測和系統(tǒng)的地表槽探工程,對金礦帶進行揭露和控制,進一步查明金礦帶地表產出分布特征、成礦地質背景和控礦地質條件等,為后續(xù)勘查工作部署和深部工程布設提供地質依據(jù)。
在水系沉積物測量和異常查證工作成果的基礎上,通過在火燒灘和后窯子礦(帶)區(qū)開展金礦地質普查和詳查,共圈定9個金礦(化)體,其中后窯子有5個,火燒灘4 個。
4.2.1 后窯子礦體
分布于Au5和Au9異常區(qū),共圈定5個金礦(化)體,主礦體為Ⅰ、Ⅱ號;主要產于由集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質石榴二長花崗巖類巖石形成的韌(脆)性剪切帶內(圖8);礦體總體走向呈NE--SW 向,控制總延長470 m,延深150 m;厚度1.03~9.98 m,平均2.97 m;主要以脈狀或透鏡體狀產出,傾向335°~350°,傾角為60°~75°;礦石品位1.00~13.94 g/t,平均2.26 g/t。
1.第四系全新統(tǒng)松散物;2.第四系更新統(tǒng)黃土層;3.集寧巖群石榴黑云二長片麻巖;4.片麻狀變質黑云石榴二長花崗巖;5.花崗偉晶巖脈;6.韌(脆)性剪切帶;7.金礦體。圖8 后窯子礦區(qū)地質簡圖Fig.8 Simplified geological map of Houyaozi mining area
4.2.2 火燒灘礦體
分布于Au8異常區(qū),共圈定4個礦體,主礦體為Ⅳ號、Ⅳ--1、Ⅳ--2號;礦體主要產于由集寧巖群片麻(雜)巖和新太古代—古元古代變質石榴二長花崗巖類巖石形成的韌(脆)性剪切帶強變形域內;礦體總體走向呈近東西向,現(xiàn)工程控制總延長880 m,延深330 m;厚度0.89~39.47 m,平均15.41 m;礦體主要呈脈狀或透鏡狀產出,多有分支,含夾石多;傾向350°~10°,傾角總體淺部較陡(60°)深部變緩(圖9);礦石品位1.00~27.12 g/t,平均為1.89 g/t。
1.第四系更新統(tǒng)黃土層;2.集寧巖群石榴黑云二長片麻巖;3.集寧巖群黑云斜長片麻巖;4.條帶狀變質石榴白崗巖;5.變質石榴白崗巖;6.金礦體及編號;7.探槽及編號;8.鉆孔及編號。圖9 火燒灘金礦帶104線剖面圖Fig.9 Profile of Line 104 in Huoshaotan gold ore belt
4.2.3 礦石特征
火燒灘和后窯子金礦石特性大致類同,主要由韌(脆)性剪切帶強變形域內的變形--破碎--蝕變巖石組成;礦石與圍巖、脈石之間沒有明顯巖性劃分界線,只要含金品位達到礦體圈定的技術指標要求時即可成為礦石。礦石常顯示剪切強變形后的糜棱巖化、片理化和碎裂變形特征;礦石結構為不規(guī)則、他形粒狀結構、半自形粒狀結構;礦石構造為浸染狀、細脈浸染狀、塊狀構造。組成礦石的巖性主要有:糜棱巖化含矽線黑云石榴二長片麻巖、碎裂石榴鉀長片麻巖、糜棱巖化含矽線黑云斜長片麻巖、碎裂變質石榴花崗巖、碎裂變質石榴白崗巖、糜棱巖化含矽線正長石英片巖、碎裂石英巖(脈)等。金屬礦物主要為自然金、黃鐵礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、褐鐵礦和黃銅礦等;非金屬礦物主要有石英、長石、石榴石、黑云母、矽線石、輝石和石墨等。
4.2.4 圍巖蝕變
區(qū)內礦體與圍巖一般同處韌(脆)性剪切帶內,二者呈漸變關系,肉眼不易區(qū)分,界線往往需要根據(jù)巖石含金測試分析數(shù)據(jù)來劃定,因而巖性也大致類同。礦體和近礦圍巖常有多種蝕變現(xiàn)象,在垂向上一般深部多顯示硅化、黃鐵礦化、碳酸鹽化和綠泥石化蝕變,地表或近地表多有褐鐵礦化、高嶺土化蝕變;在橫向上也常形成一定的蝕變分帶特征,即從礦體中心部位到兩側近礦圍巖依次出現(xiàn):硅化--黃鐵礦化--碳酸鹽化--綠泥石化。這些特征反映出礦體和圍巖之間存在蝕變強度差異,金礦化一般多與硅化和硫化物黃鐵礦化蝕變關系密切;近礦圍巖蝕變多以碳酸鹽化、綠泥石化和高嶺土化等為主,蝕變強度明顯弱于礦體。
4.2.5 成礦類型
大量研究資料表明,剪切帶是地殼巖石中一種狹長的板狀、席狀、面狀或曲面狀,由高應變巖石組成的線性高應變構造帶。太古代剪切帶型金礦床一般剪切構造應變強, 具有多層、多級和多期次活動疊加特點, 金礦床的形成多與構造剪切帶以及各種流體熱液活動密切相關[25--32]。研究區(qū)現(xiàn)有勘查研究資料顯示,在火燒灘—后窯子一帶形成的金礦化與韌(脆)性剪切帶構造密切相關,金礦體不僅產于剪切帶中,而且礦體形態(tài)、產狀及空間分布等嚴格受剪切帶構造控制;剪切構造既是有利的導礦構造,也是良好的儲礦構造。另外金礦的形成還與區(qū)內廣泛分布的由新太古代—古元古代老變質巖類組成的圍巖地球化學特性,以及多期次、多元性的區(qū)域變質、深熔再造和混合巖化等變質作用產生的流體熱液活動等密切相關。因此認為該區(qū)金礦床成礦(成因)類型為與韌(脆)性剪切帶構造密切相關的變質熱液型金礦。
4.2.6 找礦應用效果評價
水系沉積物地球化學勘查是研究區(qū)開展地質找礦工作的先導。在水系沉積物測量和異常查證工作成果的基礎上,火燒灘和后窯子金礦區(qū)經(jīng)過十多年的地質勘查與研究,已基本查明金礦成礦地質條件、礦體分布范圍、礦石礦化類型、圍巖蝕變和礦床成因等地質特征;圈定9個金礦(化)體,提交金礦產資源量達中型規(guī)模。
研究區(qū)取得了較好的地質找礦效果,也驗證了水系沉積物地球化學勘查方法在該區(qū)的可靠性和可行性?,F(xiàn)有勘查資料顯示:區(qū)內已知的金礦體大多分布于水系沉積物測量所圈定的AS5、AS3綜合異常和Au8、Au5、Au9主要金異常區(qū)(圖10)。
圖10 主要金異常與金礦體對應分布示意圖Fig.10 Distribution of main gold anomalies and gold ore bodies
綜上所述,利用研究區(qū)水系沉積物地球化學測量成果并通過異常查證和后續(xù)開展的礦區(qū)地質勘查,可達到發(fā)現(xiàn)礦化線索、圈定礦化地質體、查明成礦地質特征和提交金礦產資源量等地質找礦工作目的。因此,對研究區(qū)水系沉積物地球化學特征、勘查方法及應用效果進行研究總結,不僅有助于提升該區(qū)地質礦產綜合研究程度,同時也為在其他類似地區(qū)開展地質找礦工作提供一些借鑒。
(1) 研究區(qū)1∶5萬加密水系沉積物測量,圈定單元素異常58個,綜合異常13個,金異常16個;研究分析認為區(qū)內AS5、AS3綜合異常具有較好的找礦潛力,Au8、Au5和Au9等主要金異常為較好的致礦異常。
(2)對火燒灘—后窯子一帶Au8、Au5和Au9等主要金異常進行異常查證,發(fā)現(xiàn)兩條重要金礦帶;通過進一步開展礦區(qū)地質勘查,圈定9個金礦(化)體,提交金礦資源量達中型規(guī)模??辈檠芯抠Y料顯示,區(qū)內已知金礦體大多分布于AS5、AS3綜合異常和Au8、Au5、Au9主要金異常區(qū)內。
(3) 對研究區(qū)單元素地球化學分析指標富集程度、相關性和因子分析等研究認為,區(qū)內金的成礦作用多與韌性剪切帶和低溫熱液活動相關;而火燒灘和后窯子礦區(qū)現(xiàn)有金礦勘查與研究資料進一步說明,金礦成因主要與韌(脆)性剪切帶構造和變質熱液流體作用密切相關。