李文明，劉拓，孫吉明，楊博，謝燮，尤敏鑫，杜輝，趙禹

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

北山地區(qū)橫跨內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅省3個(gè)省區(qū)，位于阿爾泰山、東天山、阿爾金山3大山系的交匯區(qū)域。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史時(shí)期中，由于經(jīng)歷多期地質(zhì)構(gòu)造演變和多時(shí)段巖漿活動(dòng)，具有較好的成礦條件和成礦，發(fā)現(xiàn)了大量的礦產(chǎn)地(楊合群等，2006,2008,2012；姜寒冰等，2015)。若羌白山地區(qū)屬于中坡山-紅十井(裂谷系)銅-鎳-金-鐵-錳-鉛-鋅成礦帶，礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)金、銅、鎳、鐵、錳、鎢、鈉硝石、石鹽、芒硝等9種礦產(chǎn)，但以金、銅、鎳、石鹽、芒硝、鈉硝石為主，包括坡一超大型鎳礦床，是進(jìn)一步找礦的良好潛力地區(qū)①。研究區(qū)位于羅布泊東北緣，屬于干旱荒漠戈壁殘山景觀區(qū)，地勢(shì)平緩開(kāi)闊，水系不太發(fā)育，殘坡積物、沖積物厚度較小，基巖覆蓋較淺，是開(kāi)展土壤地球化學(xué)測(cè)量的較理想場(chǎng)所(劉珊等，2016；段星星等，2019；王喬木等，2021；HE,et al.,2021)。筆者在1∶5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)成礦元素地球化學(xué)特征、元素組合類(lèi)型和異?？臻g分布特征進(jìn)行了規(guī)律總結(jié)，優(yōu)選了成礦遠(yuǎn)景區(qū)，探討了本地區(qū)找礦潛力和找礦方向。

①李文明,孫吉明,謝燮,等.新疆若羌白山地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告.西安：西安地質(zhì)調(diào)查中心,2019。

1 地質(zhì)特征

研究區(qū)位于北山裂谷構(gòu)造帶，構(gòu)造帶界于羅布泊-疏勒河斷裂帶和車(chē)爾臣-星星峽斷裂帶之間，是發(fā)育在塔里木陸殼板塊和敦煌地塊之間的一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)帶，主要由堆積巨厚的古生代地層和支離破碎的前寒武紀(jì)微型陸塊組成，構(gòu)造帶內(nèi)構(gòu)造線多呈北東東向，褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育①。區(qū)內(nèi)斷裂以北東東向白山韌性大斷裂為主，近東西向及南北向斷裂也較為發(fā)育，褶皺樣式復(fù)雜多樣，以多期次構(gòu)造疊加褶皺為主。研究區(qū)出露地層由老至新主要為古元古界敦煌巖群、中元古界長(zhǎng)城系古硐井巖群、下石炭統(tǒng)紅柳園組、上石炭統(tǒng)石板山組和干泉組、下二疊統(tǒng)紅柳河組中性火山巖-火山碎屑巖-碎屑巖建造，第四系更新統(tǒng)山前沖洪積扇砂礫、礫石、碎石層，全新統(tǒng)現(xiàn)代沖積砂、礫石層等。區(qū)內(nèi)廣泛分布巖漿巖，巖漿活動(dòng)以石炭—二疊紀(jì)為主，含有少量的古元古代及早古生代巖漿活動(dòng)。

2 工作方法與測(cè)試分析

土壤測(cè)量工作嚴(yán)格按照地球化學(xué)普查規(guī)范執(zhí)行(國(guó)土資源部，2015)，研究區(qū)面積為750 km2，其中基巖出露區(qū)約為730 km2,中新生代地層覆蓋區(qū)約為20 km2。采集樣品為土壤樣品，采樣時(shí)采用多點(diǎn)結(jié)合方式，以主采樣坑為中心，采集20～30 m內(nèi)多點(diǎn)采樣混合，增強(qiáng)代表性，粒級(jí)為-4～+20目。按照新疆北山地區(qū)的氣候和景觀特點(diǎn)，采樣物質(zhì)一般多為干樣，由于區(qū)內(nèi)土壤樣品鹽堿較大(段星星等，2019)，需在野外對(duì)樣品進(jìn)行初步去堿加工過(guò)篩，室內(nèi)進(jìn)一步除堿過(guò)篩。本次工作共采集土壤樣品6 276件，采樣密度為8.37個(gè)/ km2，重復(fù)樣153件。

樣品分析測(cè)試工作在西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，測(cè)定Au、Ag、Cu、Ni、Cr、Co、Fe、Mn共16種元素，樣品報(bào)出率、標(biāo)樣監(jiān)控合格率、密碼抽查合格率、外檢樣合格率等分析測(cè)試符合規(guī)范要求，滿足分析質(zhì)量要求。

3 地球化學(xué)特征

3.1 元素地球化學(xué)參數(shù)

筆者對(duì)區(qū)內(nèi)6 123件樣品(去除重復(fù)樣)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，利用元素平均值(X)、最大值(Xmax)、標(biāo)準(zhǔn)離差(S)、變化系數(shù)(Cv)、濃集卡拉克值(K)等參數(shù)討論土壤地球化學(xué)特征和規(guī)律(表1)。從表1可以看出，指示元素相對(duì)背景含量與地殼(巖石)豐度比較，其濃集克拉克值大于1的有As、Sb、Bi、Cr、Mn，表明研究區(qū)大多指示元素濃集克拉值(K)小于1。因研究區(qū)位于羅布泊東北緣的新疆北山，土壤中含堿量較大，加之地球化學(xué)景觀環(huán)境為荒漠干旱區(qū)，物理風(fēng)化占優(yōu)勢(shì)，所采樣品以巖屑為主，所以K值小于1，表明指示元素背景平均值接近基巖的背景平均值。

變化系數(shù)反映元素變異程度，其值越大說(shuō)明元素在地質(zhì)體中不均勻分配越強(qiáng)，找礦潛力越高。根據(jù)元素在不同地質(zhì)單元中的分配特征，按變化系數(shù)(Cv)分為很不均勻元素(Cv>1.5)、不均勻元素(1≤Cv≤1.5)和均勻元素(Cv<1)；按濃度克拉克值(K)分為富集元素(K>1)、穩(wěn)定元素(0.9≤K≤1)和貧化元素(K<0.9)。

根據(jù)上述分析，區(qū)內(nèi)元素的分布特征為：①研究區(qū)元素的變化系數(shù)為0.38～2.41，元素變化系數(shù)最大為Bi，變化系數(shù)大于1的有Ni、Au、As、Sb、Bi、W、Mo，表明這些元素分散、富集程度較高，具有富集成礦的潛力；部分元素變化系數(shù)小于0.5，為弱分異或不具分異元素，相對(duì)而言在研究區(qū)內(nèi)不利于元素富集。②對(duì)比研究區(qū)主要地質(zhì)單元元素的分布特征如下：古元古代敦煌巖群分布于工區(qū)中西部，其變化系數(shù)Cv>1.5的元素有As、Bi、W、Mo，該組地層中富集元素為：Bi(2.10)、Sb(1.26)、Cr(1.38)、Mn(1.20)、Ag(1.01)，應(yīng)該注意在不整合接觸帶、侵入于地層中的各類(lèi)巖脈、巖體及地層和巖體的接觸帶附近尋找找礦線索；晚石炭世干泉組分布于工區(qū)北部，少量見(jiàn)于中西部的北山斷裂附近，該地層中變化系數(shù)Cv>1.5的元素有Au、Sb、Hg，富集元素為As(3.48)、Sb(1.32)，在該地層中注意As、Sb等低溫?zé)嵋涸爻傻V可能；晚石炭橄欖輝長(zhǎng)巖主要分布于工區(qū)中東部，部分以脈體形式出露，橄欖輝長(zhǎng)巖中變化系數(shù)Cv>1.5的元素僅有Ni(1.94)，富集元素為Bi(1.21)、Cu(1.0)、Co(1.07)、Cr(2.62)、Ni(1.57)，該巖體著重注意尋找基性-超基性相關(guān)的巖漿銅鎳硫化物礦床。③Cu和Ni的異常最大值分別為1 473×10-6和1 434×10-6，Cu和Ni在研究區(qū)有礦化顯示，已發(fā)現(xiàn)礦化線索。綜合以上特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、物探特征、成礦條件等，可見(jiàn)Cu、Ni、Au、W、Mn等元素為研究區(qū)主要成礦元素。

表1 白山地區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)表Tab.1 Geochemical parameters of soil in Baishan area

3.2 元素聚類(lèi)分析

采用R型聚類(lèi)分析對(duì)區(qū)內(nèi)土壤中的元素進(jìn)行研究，得到元素之間相關(guān)程度，所獲譜系見(jiàn)圖1。圖1清晰地反映出測(cè)區(qū)指示元素分類(lèi)組合的基本規(guī)律，在0.1的相似水平上，指示元素分3大類(lèi)。

圖1 R型聚類(lèi)分析譜系圖Fig.1 R Cluster analysis pedigree

第一類(lèi)：Au、As、Sb。反映了測(cè)區(qū)的與中低溫?zé)嵋夯驘崴练e有關(guān)的成礦元素組合，組合為較典型的成金成暈組合。

第二類(lèi)：Cr、Co、Ni、Cu。與區(qū)內(nèi)分布的基性-超基性巖之專(zhuān)屬性有關(guān)，巖性控制了這些鐵族元素的密切組合關(guān)系，在0.7相似水平上的Cr、Co、Ni組合及0.5相似水平上的Cu、Zn、Mo基本與基性-超基巖之特征有關(guān)，但已有高溫?zé)嵋阂蛩氐挠绊憽?/p>

第三類(lèi)：Ag、Sn、Pb、W、Bi等。比較復(fù)雜，但多與巖漿作用有關(guān)，表現(xiàn)出中-高溫?zé)嵋航M合的特征。

3.3 單元素異常特征

根據(jù)選定的主成礦元素及各元素的地球化學(xué)特征，共圈定單元素異常611個(gè)，圈定綜合地球化學(xué)異常12處，其中甲類(lèi)異常2處，乙類(lèi)異常3處。Cu、Ni元素異常具有三級(jí)濃度分帶，規(guī)模較大，成礦地質(zhì)條件有利。

3.3.1 Cu異常

研究區(qū)Cu異常主要沿北東向的白山斷裂呈帶狀分布，其中具Cu找礦遠(yuǎn)景的異常5處(表2)。①Cu異常集中區(qū)主要分布于研究區(qū)中部基性-超基性巖出露的區(qū)域，與磁異常套合較好，Cu元素異常強(qiáng)度較高、規(guī)模較大。如Cu48異常，面積為1.7 km2，幾何均值為107.7×10-6，襯度為2.5，是清晰度比較高的Cu異常，最高Cu含量達(dá)1 473.0×10-6，地表見(jiàn)有孔雀石化現(xiàn)象，通過(guò)進(jìn)一步工作圈定了銅鎳礦化體。②Cu部分地球化學(xué)異常分布于研究區(qū)東北部，其Cu異常可能與石炭系火山巖引起，其分布較為分散，規(guī)模較小。

表2 Cu異常的主要特征表Tab.2 Main features of Cu anomaly

3.3.2 Ni異常

Ni異常主要集中在研究區(qū)中部，具有Ni找礦遠(yuǎn)景的異常4處(表3)。研究區(qū)的Ni地球化學(xué)異常均分布于磁異常帶，中部指示元素異常也是規(guī)模最大，強(qiáng)度最高，主要與出露地表的基性-超基性巖相關(guān)，地表巖體分異較好地段Ni元素異常強(qiáng)度高、規(guī)模大。如Ni21異常，面積達(dá)15.3 km2，幾何均值為202.86×10-6，襯度為2.76，異常清晰度比較高，最高Ni含量達(dá)1 434.0×10-6。地表見(jiàn)有鎳化，通過(guò)槽探工程圈定了鎳礦體。Ni33異常面積為0.89 km2，幾何均值為389.67×10-6，襯度為5.29，Ni最高含量為1 120.0×10-6。

表3 Ni異常的主要特征表Tab.3 Main features of Ni anomaly

4 找礦遠(yuǎn)景區(qū)的劃分

在1∶5萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)已知礦產(chǎn)及其分布規(guī)律、成(控)礦地質(zhì)條件、成礦規(guī)律和找礦標(biāo)志，劃分出白山斷裂南銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)、白山斷裂東銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)、淤泥河南金多金屬成礦遠(yuǎn)景區(qū)和小獨(dú)山南金多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)，并進(jìn)一步圈定白山斷裂南銅鎳找礦靶區(qū)和白山斷裂東銅鎳找礦靶區(qū)。根據(jù)找礦成果，本次優(yōu)選白山斷裂南和白山斷裂東銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行介紹。

4.1 白山斷裂南銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)

遠(yuǎn)景區(qū)位于研究區(qū)西南部，面積約為9 km2。區(qū)內(nèi)見(jiàn)有基性-超基性巖體露頭，露頭較小，零星分布，主要巖相有輝長(zhǎng)巖相、橄欖輝長(zhǎng)巖相及輝石巖相。區(qū)內(nèi)地層主要為敦煌巖群第一巖性段和第二巖性段。主要巖石組合為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖和斜長(zhǎng)角閃巖，局部見(jiàn)有石英巖出露。

遠(yuǎn)景區(qū)主要由Hy-11(甲)綜合異常組成，Cu、Ni、Co元素形態(tài)較為規(guī)則，且異常套合較好，異常面積約為1.1 km2。Cu、 Ni元素均具內(nèi)中外帶，Ni異常極值為1 120.0×106,Cu異常極值為1 473.0×106。

進(jìn)行異常檢查時(shí)，在地表高值點(diǎn)采樣坑中發(fā)現(xiàn)褐鐵礦化、孔雀石化和黃鉀鐵礬化，其位于一蝕變破碎帶中。經(jīng)工程驗(yàn)證，在輝石巖、長(zhǎng)英質(zhì)角巖層理面及構(gòu)造破碎帶中圈定隱伏銅鎳礦體1條，呈似層狀產(chǎn)出；礦體視厚度為32.95 m，Ni品位為0.20%～10.99%，平均品位為1.84%；Cu品位為0.21%～4.19%，平均品位為0.93%；礦石為浸染狀、貫入型脈狀和塊狀礦石，礦石中主要金屬硫化物以黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦等為主，礦體頂、底板圍巖均為長(zhǎng)英質(zhì)角巖。

遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)經(jīng)槽探工程控制圈定1處鎂鐵-超鎂鐵巖體，呈透鏡狀，長(zhǎng)為500 m，寬為20～70 m。巖石組合有：橄欖巖、輝石巖、輝長(zhǎng)巖及蘇長(zhǎng)巖。雜巖體套合有負(fù)磁或低磁物探異常，航磁異常顯示深部有高磁性體存在，并往北有較好的延伸，具有進(jìn)一步找礦的潛力(圖2、表4)。

4.2 白山斷裂東銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)

遠(yuǎn)景區(qū)位于研究區(qū)中部，面積約為61 km2。區(qū)內(nèi)出露主要地質(zhì)體為新發(fā)現(xiàn)的白山鎂鐵-超鎂鐵雜巖體(謝燮等，2018)，巖帶呈帶狀展布，巖帶走向嚴(yán)格受白山深斷裂的控制，平面上呈相互聯(lián)通的巖盆狀，長(zhǎng)軸方向與白山斷裂帶方向一致；圍巖主體為元古代的敦煌巖群，主要巖石組合為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃巖，雜巖體外圍見(jiàn)有頂垂體及殘留老地層，內(nèi)部未見(jiàn)有殘留老地層。鎂鐵-超鎂鐵巖體與地層呈侵入接觸東部接觸帶呈弧形展布，西部接觸帶呈不規(guī)則的波狀；該基性-超基性巖體巖相較齊全，基性巖和超基性巖均有出露，見(jiàn)有輝(蘇)長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖、橄欖蘇長(zhǎng)巖、橄長(zhǎng)巖、輝橄巖、純橄巖，在橄欖輝(蘇)長(zhǎng)巖和超基性中見(jiàn)有星點(diǎn)狀磁黃鐵礦和黃銅礦，礦體主要產(chǎn)于橄欖巖相中。

圖2 白山斷裂南Hy-11綜合異常剖析圖Fig.2 Hy-11 comprehensive anomaly profile

表4 Hy-11綜合異常特征表Tab.4 Hy-11 features of comprehensive anomaly

遠(yuǎn)景區(qū)主要由Hy-6(甲)綜合異常組成，Cu、Ni、Co元素形態(tài)較為規(guī)則，且異常套合較好，其受到工作區(qū)西側(cè)北東向白山斷裂的控制，異常面積約為48.5 km2；元素中只有Ni具內(nèi)中外帶，Ni異常極值為1 473.0×10-6；Cu異常極值為270.0×106(表5、圖3)。

表5 Hy-6綜合異常特征表Tab.5 Hy-6 features of comprehensive anomaly

圖3 Hy-6號(hào)綜合異常剖析圖Fig.3 Hy-6 comprehensive anomaly profile

對(duì)遠(yuǎn)景區(qū)開(kāi)展了1∶1萬(wàn)重力和磁測(cè)工作，覆蓋面積約為40 km2。根據(jù)物探工作對(duì)2個(gè)雜巖體進(jìn)行了工程揭露，雜巖體出露巖石以輝長(zhǎng)巖為主，橄輝巖、純橄巖次之。1號(hào)雜巖體呈不規(guī)則狀，長(zhǎng)為1.5 km，寬為1.3 km，其中圈定Ni1號(hào)礦體，走向?yàn)?15°，傾向?yàn)?5°，傾角為49°。礦體長(zhǎng)為300 m，視厚度為1.9～2.5 m；礦體以黃鐵礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦為主要礦石礦物，Ni品位為0.21%～0.79%，平均品位為0.34%。2號(hào)雜巖體呈不規(guī)則狀，長(zhǎng)為1 km，寬為0.9 km，其中圈定Ni2號(hào)礦體，走向?yàn)?3°，傾向?yàn)?55°，傾角為56°，礦體長(zhǎng)為400 m，視厚度為3.7～6.0 m；礦體以黃鐵礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦為主要礦石礦物，Ni品位為0.21%～0.57%，平均品位為0.35%。

礦(化)體具有較大規(guī)模，礦化蝕變帶有一定延伸，具備良好成礦地質(zhì)條件，找礦標(biāo)志明顯，物化探異常顯示較好，顯示該區(qū)找礦前景優(yōu)越，銅鎳資源潛力較大，有望擴(kuò)大和找到新的礦體。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)土壤地球化學(xué)特征、R型聚類(lèi)分析劃分了元素組合類(lèi)型，反映了各元素間共生組合和成因關(guān)系，解釋了元素富集特征及原因，為遠(yuǎn)景區(qū)優(yōu)選提供了依據(jù)。

(2)研究區(qū)內(nèi)元素相關(guān)性較好，具有找尋與晚石炭世—早二疊世鎂鐵-超鎂鐵巖有關(guān)的銅鎳礦和與石炭紀(jì)—早二疊世構(gòu)造-巖漿作用有關(guān)的金礦礦體或礦化體的潛力。

(3)Cu、Ni元素異常強(qiáng)度高、規(guī)模大、異常套合較好，綜合了地質(zhì)、礦產(chǎn)等信息，圈定出了白山斷裂東銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)和白山斷裂銅鎳找礦遠(yuǎn)景區(qū)，并在進(jìn)一步的工作中圈定了銅鎳礦(化)體。

(4)發(fā)現(xiàn)銅鎳礦化的白山巖體位于北山裂谷南帶，巖體地質(zhì)、巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)特征，以及成巖時(shí)代均與區(qū)域內(nèi)及東天山地區(qū)含礦巖體具有較強(qiáng)的相似性(謝燮等，2018)，且發(fā)現(xiàn)有塊狀富礦石，表明具有較好的銅鎳成礦潛力，證明新疆北山地區(qū)具有較大的銅鎳找礦空間。