內(nèi)蒙古巴林右旗石灰窯銅多金屬礦區(qū)土壤地球化學(xué)特征及找礦靶區(qū)預(yù)測

張國賓，唐佳雨，陶 楠，龐彩龍，范澤軍，王 浩，宋朝輝

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心； 3.山西晉煤集團(tuán)陽城晉圣潤東煤業(yè)有限公司)

土壤地球化學(xué)測量是一種直接、快速、有效的勘查方法，在中國近半個世紀(jì)的應(yīng)用中取得了巨大成功[1-3]。大量勘查實(shí)踐表明，土壤地球化學(xué)測量至今仍是尋找隱伏礦體的一種有效手段[4-7]。石灰窯銅多金屬礦區(qū)地處索倫—西拉木倫縫合帶北部，屬于蓮花山—大井子銅、銀、鉛、鋅成礦帶。區(qū)域構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動頻繁，賦礦地層廣泛，金屬礦點(diǎn)眾多，銅、銀、鉛、鋅、鎢、鉬等礦產(chǎn)資源的成礦地質(zhì)條件和找礦前景較好。2015—2017年，在巴林右旗開展了1 ∶5萬必魯臺等4幅區(qū)域地質(zhì)綜合調(diào)查工作。本文在系統(tǒng)總結(jié)礦區(qū)地層、構(gòu)造、圍巖蝕變等地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用1 ∶1萬土壤地球化學(xué)測量進(jìn)行找礦研究，了解成礦元素分布情況，分析不同元素的土壤地球化學(xué)特征，圈定綜合異常，并通過工程驗證，為下一步找礦工作提供有利的線索和依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

石灰窯銅多金屬礦區(qū)位于大興安嶺北東向構(gòu)造帶中段的東坡，陶海營子—幸福之路復(fù)背斜帶的北側(cè)，沙爾溫多爾—林東斷裂帶的東南側(cè)。礦區(qū)出露地層主要為中二疊系哲斯組(P2zs)和第四系(Q)(見圖1)。 哲斯組在礦區(qū)內(nèi)出露面積約為6.5 km2，被第四系覆蓋嚴(yán)重，露頭較差，經(jīng)人工采坑揭露后可斷續(xù)見基巖露頭，與下伏地層接觸關(guān)系不清，與上伏地層上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組和瑪尼吐組呈不整合接觸，巖石由復(fù)成分礫巖、變質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、長石石英砂巖組成，其中復(fù)成分礫巖厚度較大，巖石整體變形作用較強(qiáng)。礦區(qū)構(gòu)造走向為北東向，其次為近東西向和北東東向，以及由此而派生的相配套次級構(gòu)造，構(gòu)造內(nèi)部巖性以構(gòu)造混雜巖為主。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，以石英脈、二長花崗巖脈等為主，石英脈走向為北東向和東西向，寬1～10 m，長35～100 m。二長花崗巖脈走向北東，寬5～10 m，長80～100 m。礦區(qū)內(nèi)礦化蝕變與構(gòu)造混雜巖和煙灰色石英脈密切相關(guān)，構(gòu)造混雜巖內(nèi)礦化蝕變相對較強(qiáng)，主要為褐鐵礦化、硅化、孔雀石化和碳酸鹽化。

1—哲斯組 2—第四系 3—礦化蝕變帶4—二長花崗巖 5—石英脈 6—土壤地球化學(xué)取樣位置圖1 石灰窯銅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖

2 地球化學(xué)特征

2.1 樣品采集與測試

礦區(qū)內(nèi)共完成野外土壤地球化學(xué)測量4.33 km2，測量網(wǎng)度為100 m×40 m，設(shè)計采樣1 580件，因房屋或水系沖溝等無法取樣，實(shí)際采樣1 502 件，樣品采取率95 %，符合1 ∶1萬土壤地球化學(xué)測量采樣率要求。以采樣點(diǎn)為中心，兩側(cè)2 m范圍內(nèi)多坑組合為1件樣品。采樣層位為土壤沉積層(B層)，深度0.6～1.2 m，樣品原始質(zhì)量400～500 g。土壤樣品經(jīng)自然曬干后，過40目不銹鋼篩，取正樣100 g裝入紙袋中。樣品在室內(nèi)需經(jīng)烘干(<60 ℃)后，采用瑪瑙球磨無污染細(xì)磨至-200目，球磨后樣品質(zhì)量不小于80 g。測試單位為中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗測試中心，分析方法為原子吸收分光光度法(AAS)、原子熒光分光光度法(AFS)、X射線熒光光譜法(XRF)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等，分析項目為Ag、Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Pb、Sn、W、Zn等10種元素。測試質(zhì)量監(jiān)控采用外部質(zhì)量監(jiān)控和內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合的方法，實(shí)驗室內(nèi)部按樣品總數(shù)隨機(jī)抽取5 %的重復(fù)樣品進(jìn)行分析，合格率為100 %，同時隨機(jī)抽取8 %的樣品進(jìn)行外檢，合格率為97 %。分析報告中的土壤地球化學(xué)樣品數(shù)據(jù)可靠，分析質(zhì)量達(dá)到或優(yōu)于規(guī)范質(zhì)量等級。

2.2 元素含量特征

采用元素含量最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)(Cv1)、富集系數(shù)等地球化學(xué)參數(shù)來闡明和討論1 ∶1萬土壤地球化學(xué)特征及規(guī)律。富集系數(shù)為礦區(qū)元素平均值與區(qū)域1 ∶5萬土壤(水系沉積物)元素平均值之比，變異系數(shù)為元素標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，石灰窯銅多金屬礦區(qū)土壤地球化學(xué)特征參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可知:Hg、Au、Cu元素的富集系數(shù)均大于1.00，表明這些元素具有一定的次生富集傾向，有利于成礦；Ag、Pb、Sn、Bi、Mo、W、Zn元素的富集系數(shù)小于1.00，表明這些元素趨于貧化，成礦作用相對較弱。結(jié)合各元素Cv1由Au→Cu→Mo→Hg→Bi→W→Zn→Pb→Sn→Ag逐漸減小，意味著從Au→Ag成礦作用依次減弱。

表1 石灰窯銅多金屬礦區(qū)土壤地球化學(xué)特征參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

2.3 元素變化特征

土壤地球化學(xué)樣品中各元素原始數(shù)據(jù)的變異系數(shù)(Cv1)[8-9]和背景數(shù)據(jù)(迭代剔除，直至無離群數(shù)據(jù)可剔除為止，即所有數(shù)據(jù)均大于平均值-3倍標(biāo)準(zhǔn)差，且小于平均值+3倍標(biāo)準(zhǔn)差)的變異系數(shù)(Cv2)，反映了數(shù)據(jù)處理前后的離散程度[10-12]。Cv1/Cv2值反映背景擬合處理時離散值的削平程度，因此可以利用Cv1和Cv1/Cv2值制作變異系數(shù)圖解，結(jié)果見圖2。由圖2可知：Au、Cu含量變化幅度最大，高強(qiáng)度數(shù)據(jù)最多，分布極不均勻，成礦特別有利；Mo、Hg、Bi、W、Zn高強(qiáng)度數(shù)據(jù)較多，變異系數(shù)較大，有利于成礦；Pb、Sn、Ag的Cv1和Cv1/Cv2值都比較低，成礦可能性較小。

圖2 石灰窯銅多金屬礦區(qū)各元素變異系數(shù)圖解

2.4 元素分布特征

通過對土壤地球化學(xué)樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到各元素豐度直方圖(見圖3)。Cu、Zn、Mo、W、Au元素的標(biāo)準(zhǔn)差分別為15.62×10-6,14.93×10-6,0.51×10-6,0.49×10-6,1.42×10-9，變異系數(shù)分別為1.42,0.67,1.25，0.84,1.71，呈非正態(tài)分布，具有較強(qiáng)的成礦潛力；Hg、Bi元素的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.01×10-6,0.11×10-6，變異系數(shù)分別為1.15,0.89，呈近似正態(tài)分布，具有一定的成礦潛力；Pb、Ag、Sn元素的標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.02×10-6,0.01×10-6,0.65×10-6，變異系數(shù)分別為0.38,0.22,0.29，服從正態(tài)分布，成礦潛力較弱。

圖3 石灰窯銅多金屬礦區(qū)元素豐度直方圖

2.5 元素相關(guān)性特征

R型聚類分析譜系圖見圖4。由圖4可知：以相關(guān)系數(shù)0.30為界，成礦元素可分4類。第一類由Cu、Zn、Hg、Pb、Bi組成，第二類為W，第三類由Sn、Ag組成，第四類由Mo、Au組成。元素相關(guān)系數(shù)矩陣見表2。由表2可知：Cu、Zn、Hg、Pb、Bi相關(guān)性較強(qiáng)。

圖4 石灰窯銅多金屬礦區(qū)元素R型聚類分析譜系圖

表2 石灰窯銅多金屬礦區(qū)元素相關(guān)系數(shù)矩陣

3 地球化學(xué)異常分析

3.1 單元素異常特征

異常外帶邊界、中帶邊界和內(nèi)帶邊界分別由異常下限、2倍異常下限和4倍異常下限確定，異常下限=平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差。礦區(qū)共圈出64處單元素異常，各元素異常特征如下。

礦區(qū)共圈出Ag異常6處(見圖5)。其中，Ag-1異常位于礦區(qū)北部的Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi)，為多點(diǎn)中帶異常，異常面積中等、襯度中等，走向為北東向，與Ⅰ號礦化蝕變帶基本吻合，具有一定的找礦前景；Ag-3 異常位于礦區(qū)中部哲斯組與Ⅰ號礦化蝕變帶接觸帶附近，為多點(diǎn)外帶異常，異常面積較大、襯度中等，具有一定的找礦前景；Ag-6異常位于礦區(qū)西南部哲斯組與石英脈的接觸帶附近，為多點(diǎn)外帶異常，異常面積較大、襯度中等，具有一定的找礦前景；Ag-4 和Ag-5異常為多點(diǎn)中帶異常，異常面積相對較小、襯度中等，找礦意義一般。

1—單元素異常及編號 2—綜合異常及編號 3—哲斯組 4—第四系 5—礦化蝕變帶 6—石英脈 7—找礦靶區(qū)及編號圖5 石灰窯銅多金屬礦區(qū)單元素異常、綜合異常及找礦靶區(qū)圖

礦區(qū)Au富集較強(qiáng)，共圈出Au異常13處。其中，Au-1、Au-4和Au-7異常極好，具有重要找礦意義。Au-1異常位于礦區(qū)北部Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi)，為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，異常中心與Ⅰ號 礦化蝕變帶空間位置基本吻合，是重要找礦靶區(qū)；Au-4異常位于哲斯組中，為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積較大、襯度相對較高，Au可能與哲斯組內(nèi)的構(gòu)造混雜巖相關(guān)，該異常可作為重要找礦靶區(qū)；Au-7異常位于礦區(qū)西部Ⅱ號礦化蝕變帶與哲斯組的接觸帶附近，是重要找礦靶區(qū)。

Bi異常共6處。Bi-1異常位于礦區(qū)北部Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi)，為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，具有重要找礦意義，是重要找礦靶區(qū)；Bi-2、Bi-5異常位于礦區(qū)中西部Ⅱ號礦化蝕變帶附近，為多點(diǎn)中帶異常，找礦前景略弱于Bi-1異常。同時，Bi異常與Au、Ag異常套合較好，可以作為尋找Au、Ag的指示元素。

Cu異常在礦區(qū)表現(xiàn)較為強(qiáng)烈，是找礦主攻礦種之一。礦區(qū)共圈出Cu異常10處。其中，Cu-1異常位于礦區(qū)北部Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi)，Cu-6異常位于礦區(qū)中西部Ⅱ號礦化蝕變帶內(nèi)，Cu-1、Cu-6異常均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，為重要找礦靶區(qū)，具有重要找礦意義；Cu-4異常位于Ⅱ號礦化蝕變帶北段與哲斯組接觸帶附近，Cu-8異常位于礦區(qū)西南部，Cu-4、Cu-8異常均為多點(diǎn)中帶異常，可作為重要找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

Hg異常共4處。其中，Hg-1異常為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，呈不規(guī)則狀，Hg-1異常與Au-1、Ag-1、Cu-1異常套合較好，是尋找Au、Ag、Cu的指示元素。

Mo異常共5處。其中，Mo-1異常位于礦區(qū)北部，與Cu-1、Pb-1、Zn-1和Au-1異常套合較好；Mo-2異常位于礦區(qū)西部哲斯組與礦化蝕變帶接觸帶附近。Mo-1、Mo-2異常均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，具有重要找礦意義。其他異常面積小，無找礦意義。

Pb異常共3處。除Pb-1異常為中帶異常外，其他異常均為外帶異常，異常面積較小、襯度較低，找礦意義較差。

Sn異常共7處。除Sn-4、Sn-5異常為中帶異常外，其他均為外帶異常，異常面積較小、襯度較低，找礦意義較差。

W異常共5處，異常規(guī)模均較小，找礦前景不大。

Zn異常共5處。其中，Zn-1異常位于礦區(qū)北部Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi)，為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，且與Cu-1、Au-1、Ag-1異常套合較好，具有重要找礦意義；其余異常規(guī)模較小，且均為外帶異常，找礦前景不大。

3.2 綜合異常特征

在對單元素異常特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合異常性質(zhì)、組合特征及異常所處的地質(zhì)背景、成礦地質(zhì)條件等因素，共圈出綜合異常5處(見圖5)。

3.2.1 HT-1號綜合異常

HT-1號綜合異常位于礦區(qū)北部Ⅰ號礦化蝕變帶及其與哲斯組的接觸帶附近，為Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Pb-W-Zn綜合異常。該綜合異常內(nèi)單元素異常套合好，規(guī)模大，強(qiáng)度高，異常較強(qiáng)的元素為Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Zn，這些元素異常均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，具有重要找礦意義。HT-1號綜合異常與Ⅰ號礦化蝕變帶具有一定的對應(yīng)關(guān)系，各元素的異常濃集中心基本與礦化蝕變帶吻合，由此可知，HT-1號綜合異常是由Ⅰ號礦化蝕變帶導(dǎo)致的，是Au、Bi、Cu、Mo、Zn的重要找礦靶區(qū)，建議立即開展下一步找礦工作。

3.2.2 HT-2號綜合異常

HT-2號綜合異常位于礦區(qū)西南部，為Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Sn-W-Zn綜合異常。該綜合異常內(nèi)單元素異常套合一般，規(guī)模大，強(qiáng)度較高，異常較強(qiáng)的元素為Au、Cu、Mo，這些元素異常均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積較大、襯度較高，具有較好的找礦前景。HT-2號綜合異常中部為Ⅱ號礦化蝕變帶，異常南北兩段為哲斯組。由各元素異常與地層對應(yīng)關(guān)系可知，該綜合異常與Ⅱ號礦化蝕變帶密切相關(guān)。

3.2.3 HT-3號綜合異常

HT-3號綜合異常位于礦區(qū)中部Ⅱ號礦化蝕變帶東北段及其與哲斯組的接觸帶附近，為Ag-Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Pb-Sn-W-Zn綜合異常。該綜合異常內(nèi)單元素異常套合較好，規(guī)模中等，強(qiáng)度一般，異常較強(qiáng)的元素為Bi、Cu，均為多點(diǎn)中帶異常，異常面積中等、襯度中等。由HT-3號綜合異常與Ⅱ號礦化蝕變帶對應(yīng)關(guān)系可知，HT-3號綜合異常是由Ⅱ號 礦化蝕變帶導(dǎo)致的，可作為Bi、Cu找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

3.2.4 HT-4號綜合異常

HT-4號綜合異常位于礦區(qū)南部哲斯組中，為Au-Bi-Cu-Hg-Mo-Sn-W-Zn綜合異常，該綜合異常內(nèi)單元素異常套合中等，規(guī)模中等，強(qiáng)度中等。其中，Au、Cu異常較好，均為多點(diǎn)中帶異常，異常面積中等、襯度中等，具有一定的找礦前景，可作為Au、Cu的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

3.2.5 HT-5號綜合異常

HT-5號綜合異常位于礦區(qū)東南部石英脈與哲斯組的接觸帶附近，為Ag-Au-Bi-Cu- Hg-Sn-Zn綜合異常。該綜合異常內(nèi)單元素異常套合較好，規(guī)模中等，異常強(qiáng)度中等。其中，Au、Cu異常較好，為多點(diǎn)中帶異常，異常面積中等、襯度中等，具有一定的找礦前景。該組合異常可能與石英脈相關(guān)。

4 找礦靶區(qū)圈定及工程驗證

4.1 找礦靶區(qū)圈定

根據(jù)單元素異常和綜合異常所在的位置，結(jié)合異常范圍內(nèi)地質(zhì)條件及礦化特征，在礦區(qū)共圈定2處找礦靶區(qū)(見圖5)。

4.1.1 Ⅰ號找礦靶區(qū)

地質(zhì)特征：Ⅰ號找礦靶區(qū)位于礦區(qū)北部，面積約為0.32 km2，出露巖性主要為復(fù)成分礫巖、變質(zhì)粉砂巖，成礦地質(zhì)條件相對優(yōu)越，石英脈較為發(fā)育，礦化蝕變較強(qiáng)，可見孔雀石化、黃鐵礦化、硅化、褐鐵礦化等。

土壤地球化學(xué)特征：Ⅰ號找礦靶區(qū)位于HT-1號綜合異常內(nèi)，Au、Bi、Cu、Hg、Mo、Zn異常套合好，規(guī)模大，異常強(qiáng)度高，且均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，具有重要找礦意義。

4.1.2 Ⅱ號找礦靶區(qū)

地質(zhì)特征：Ⅱ號找礦靶區(qū)位于礦區(qū)西部，面積約為0.63 km2，主要出露巖性為復(fù)成分礫巖、長石石英砂巖、變質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖，成礦地質(zhì)條件相對優(yōu)越，礦化蝕變相對較強(qiáng)，孔雀石化、硅化、鉀化、黃鐵礦化、褐鐵礦化發(fā)育。

土壤地球化學(xué)特征：Ⅱ號找礦靶區(qū)由HT-2號和HT-3號綜合異常構(gòu)成，Au、Cu、Mo、Bi異常較強(qiáng)，均為多點(diǎn)內(nèi)帶異常，異常面積大、襯度高，具有較好的Au、Cu、Mo找礦前景。

4.2 工程驗證

為了進(jìn)一步證實(shí)找礦靶區(qū)的合理性，對Ⅰ號找礦靶區(qū)的Au、Bi、Cu、Mo、Zn異常濃集中心進(jìn)行了槽探工程揭露和巖石地球化學(xué)樣品分析測試。結(jié)合HT-1號綜合異常與Ⅰ號礦化蝕變帶的空間對應(yīng)關(guān)系，Ⅰ號 找礦靶區(qū)布置了3條北西向探槽，用以揭露HT-1號綜合異常的濃集中心和Ⅰ號礦化蝕變帶，3條 探槽間距約為200 m。其中，D1242TC探槽揭露效果較好，該探槽共發(fā)現(xiàn)礦化蝕變帶2條，礦化蝕變帶呈帶狀產(chǎn)出，受構(gòu)造破碎帶控制，礦化蝕變較強(qiáng)，具有強(qiáng)褐鐵礦化、孔雀石化、硅化和綠簾石化。采用刻槽取樣法對探槽進(jìn)行連續(xù)取樣，取樣分析結(jié)果顯示，Ⅰ號 礦化蝕變帶內(nèi)樣品D1242TC-4HX1、D1242TC-4HX3、D1242TC-4HX4 的Cu品位分別為0.120 %、0.086 %和0.076 %，均較為接近Cu的邊界品位，充分驗證了找礦靶區(qū)的合理性，證實(shí)礦區(qū)具有非常好的找礦前景，為進(jìn)一步探礦工作提供了依據(jù)。

5 結(jié) 論

1)通過1 ∶1萬土壤地球化學(xué)測量，在石灰窯銅多金屬礦區(qū)共圈出綜合異常5處，單元素異常64處。其中，Cu異常10處，Pb異常3處，Zn異常5處，Mo異常5處，W異常5處，Hg異常4處，Bi異常6處，Sn異常7處，Ag異常6處，Au異常13處。

2)HT-1號綜合異常與Ⅰ號礦化蝕變帶套合較好，HT-2號、HT-3號綜合異常與Ⅱ號礦化蝕變帶關(guān)系密切，HT-5號綜合異常與石英脈相關(guān)。

3)Au、Cu、Mo、Bi異常高值點(diǎn)多、變異系數(shù)高、離散性強(qiáng)，濃集中心與Ⅰ號、Ⅱ號礦化蝕變帶的空間套合較好，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，是主攻礦種。

4)在石灰窯銅多金屬礦區(qū)共圈定找礦靶區(qū)2處，對Ⅰ號找礦靶區(qū)進(jìn)行了工程驗證，發(fā)現(xiàn)2條礦化蝕變帶，證實(shí)礦區(qū)具有較好的找礦前景。