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刘永彪，李省晔，赵吉昌，樊新祥，杨镇熙，陈海云
(甘肃省地质矿产勘查开发局 第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000)
岩屑地球化学测量广泛应用于地质找矿中，前人已做过大量的研究工作[1-4]。20世纪80年代至今，研究区先后开展过牛圈子幅1∶20万水系沉积物测量、 野马大泉幅1∶5万岩石测量及1∶5万水系沉积物测量工作。由于前人在研究区开展水系沉积物测量时采样粒级为-4～+80目，采样粒级偏小，无法有效避免风成砂的影响，找矿效果不够理想。2019—2020年甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院在盐池黑山一带开展了1∶2.5万水系沉积物测量[5]，采用规范推荐的采样粒度-4～+20目，圈出多处金、铅锌弱异常区。本次运用1∶1万岩屑测量对其进行查证，取得了较好的找矿效果，该方法的成功运用对甘肃北山水系沉积物测量弱异常区找矿具有重要的借鉴意义。
1.1 区域地质背景
研究区大地构造位于天山—兴蒙造山系(Ⅰ)，额济纳—北山弧盆系(Ⅰ-9)，公婆泉岛弧(Ⅰ-9-4)[6]；
地层区划隶属塔里木—南疆地层大区，中、南天山—北山地层区，中天山—马鬃山地层小区[7]。区域上出露地层主要为太古宇—古元古界敦煌岩群、长城系、蓟县系、寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、新近系及第四系等[5](图1，坐标范围：96°06′44″～96°27′58″E，41°47′32″～42°00′14″N)。太古宇—古元古界敦煌岩群分布在研究区中部，主要为一套中深变质岩，岩性为大理岩、石英岩、二云石英片岩、斜长角闪岩等，已发现的金矿与该地层有关。长城系分布于研究区北东部，岩性为绢云绿泥石英片岩、石英岩及变砂岩。蓟县系为一套区域低温动力变质作用形成的低绿片岩相碳酸盐岩及陆源碎屑岩，地层展布方向为北东向。寒武系分布于研究区西部，总体为一套碎屑岩夹硅质岩、灰岩组成的岩性组合。奥陶系分布于研究区南部，呈构造岩片产出，主要为一套浅变质火山岩、火山碎屑岩。志留系主要为火山碎屑岩夹碎屑岩组合，岩性为安山质火山角砾岩、安山质角砾凝灰岩、安山质凝灰岩及长石砂岩等。石炭系为一套不稳定陆缘滨浅海环境的火山岩、陆源碎屑岩、火山碎屑岩和碳酸盐岩，是区域上重要的含金、铁岩系。二叠系位于研究区北部，岩性组合为海相碎屑岩夹灰岩。三叠系为一套灰绿、紫红色河湖相磨拉石建造，岩性主要为含砾砂岩、杂砂岩、砾岩、粉砂岩等。侏罗系岩性主要为浅灰白色中厚层状砾岩、含砾粗砂岩、薄层状细粒石英砂岩等。
区域上岩浆岩位于北山构造岩浆岩省(Ⅰ级)，明水—石板井构造岩浆岩带(Ⅱ级)，明水—公婆泉构造岩浆岩亚带(Ⅲ级)[8]。岩浆活动主要集中在晚志留世至中二叠世，以中酸性岩体最为发育，岩体展布方向与区域性构造线方向基本一致，区内大多数金矿化与晚志留世中酸性岩体关系密切[5]。
区域上构造形迹主要由近东西向的紧密线状褶皱和压性逆冲断层组成。褶皱多因断裂切割或岩体侵入而破坏，形态一般不全；
断裂构造可分为近东西向、北东向和北西向3组，以近东西向规模最大，金矿化常沿近东西向断裂呈带状分布或在其两侧成矿有利部位产出[9]。
成矿带位于明水加里东期—华力西期Au、Cu、Fe、Pb、Zn、Ag、W成矿带[10]，该成矿带具有形成金、铅锌、钨、铁等金属矿产的良好地质条件。已发现规模较大的矿床主要有南金山金矿、马庄山金矿、明锡山锡砷矿等[5]。
1.第四系冲洪积砾石、砂土层；
2.新近系苦泉组；
3.侏罗系水西沟组；
4.三叠系珊瑚井组；
5.二叠系双堡塘组/黄丘泉砂岩；
6.石炭系白山组；
7.志留系公婆泉组；
8.奥陶系窑洞努如岩片；
9.寒武系破城山组；
10.蓟县系平头山组；
11.长城系古硐井群上组；
12.长城系古硐井群下组；
13.太古宇—古元古界敦煌岩群；
14.中二叠世英云闪长岩；
15.晚石炭世石英闪长岩；
16.晚石炭世二长花岗岩；
17.晚志留世二长花岗岩；
18.晚志留世花岗闪长岩；
19.晚志留世石英二长质糜棱岩；
20.长城纪石英闪长岩；
21.性质不明断层；
22.正断层；
23.逆断层；
24.平移断层；
25.地层产状；
26.金矿床；
27.图1a中研究区位置；
28.图1b中1∶1万岩屑测量范围。图1 盐池黑山一带区域地质简图[5]Fig.1 Regional geological map of Heishan in Yanchi[5]
1.2 研究区地质特征
研究区位于盐池黑山南5 km处，出露地层为太古宇—古元古界敦煌岩群B岩组、二叠系双堡塘组、三叠系珊瑚井组及第四系(图2)。研究区侵入岩主要有晚志留世石英二长闪长岩、黑云母二长花岗岩，其中晚志留世石英二长闪长岩与成矿关系密切。分布的脉岩有闪长岩脉、辉绿岩脉、花岗岩脉、花岗闪长岩脉等。区内断裂构造较为发育，不同期次的断裂构造互相叠加、改造，造成区内断裂构造格局较为复杂。按其走向可分为近东西向、北西向和北西西向3组断裂[5]。
1.第四系冲洪积砾石、砂土层；
2.三叠系珊瑚井组复成分砾岩；
3.三叠系珊瑚井组含砾粗砂岩；
4.三叠系珊瑚井组岩屑砂岩、长石砂岩；
5.三叠系珊瑚井组粉砂岩；
6.二叠系双堡塘组灰—灰绿色岩屑石英砂岩、石英砂岩；
7.二叠系双堡塘组粉砂岩；
8.二叠系双堡塘组深灰色灰岩；
9.二叠系双堡塘组浅灰色粉砂质板岩；
10.敦煌岩群二云石英片岩；
11.敦煌岩群绢云母石英片岩；
12.敦煌岩群大理岩；
13.敦煌岩群碎裂化大理岩；
14.敦煌岩群石英岩；
15.晚志留世石英二长闪长岩；
16.晚志留世黑云母二长花岗岩；
17.闪长岩脉/辉绿岩脉；
18.花岗岩脉/花岗闪长岩脉；
19.蚀变破碎带、构造角砾岩；
20.金矿体；
21.整合界线；
22.推测性质不明断层/性质不明断层；
23.平推断层；
24.逆断层；
25.正断层；
26.1∶1万岩屑测量范围。
图2 研究区地质简图Fig.2 Geological sketch of the study area
研究区北部目前圈定金矿体2条，金矿体长260～400 m，平均厚度1.59～1.75 m，Au矿体平均品位1.02～4.11 g/t。矿体北倾，走向延伸稳定，蚀变特征明显，见有赤铁矿化、硅化、碳酸盐化(图3)。矿石矿物有赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿，脉石矿物有石英、方解石、长石、绢云母等。矿石主要结构为隐晶质结构、角砾状结构。矿石构造为细脉—网脉状构造、块状构造、纹层状构造以及碎裂—压碎构造[5]。
图3 金矿石露头照片Fig.3 Photographs of gold ore outcrop
研究区属于甘肃北山干旱荒漠戈壁残山区[11-13](图4)，为浅切割的低中山区，部分已准平原化，海拔2 070～2 120 m。研究区属典型的大陆型气候，干旱多风、少雨，蒸发量远大于降水量，植被稀少。区内无常年性地表河流，发育与季节性降水有密切关系的干涸河谷，均为间歇性流水。
研究区基岩出露较好，由于气候干旱，岩石风化以物理风化为主，化学风化和生物化学作用十分有限，土壤不发育，地表以岩石碎屑为主，适合开展岩屑测量工作。
1.北山残山区；
2.北山剥蚀戈壁区；
3.北山冲积堆积戈壁区；
4.研究区范围。图4 研究区景观特征[5]Fig.4 Landscape features of the study area[5]
图5 研究区1∶2.5万水系沉积物测量Au元素地球化学图[5]Fig.5 Au geochemical map of 1∶25 000 stream sediments in the study area[5]
研究区工作程度较高，为了实现区内找矿突破，2019年甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院在研究区一带开展了1∶2.5万水系沉积物测量，在盐池黑山南一带圈定了AS-3综合异常，该异常是以Au为主成矿元素的弱异常区(图5)，Au异常平均值为3.31×10-9，极大值为21.6×10-9。但结合该区成矿地质条件，认为仍具一定的成矿潜力，故对该Au弱异常区开展了1∶1万岩屑测量并进行详细查证。
本次1∶1万岩屑测量采集样品724件，平均采样密度301.7个/km2，重复样30件，重复样比例4.14%，重复样合格率大于95%。采样点的布设采用100 m×40 m的规则测网，矿化蚀变地段加密为100 m×20 m或100 m×10 m。在1/3点线距范围内多点(大于5个点)采集，在基岩面上的残积层均匀采取块径2～20 mm的岩石碎块组合成1个样品，采样质量符合规范要求。
样品的分析测试由甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院实验室(岩矿测试甲级资质)承担，分析项目为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Sn、Mo共10种元素。Au、Cu、Pb、Zn、W、Mo采用ICP-MS分析方法测定，As、Sb采用AFS-2100测定，Ag、Sn采用WPG-100测定。样品分析严格按《地质矿产实验室测试质量管理规范DZ/T 0130—2006》执行。其中Sb、Sn元素报出率在98%以上，其余元素报出率为100%。准确度和精密度的控制采用每50件样品中密码插入2个国家一级标准物质进行分析，本次样品分析准确度和精密度的合格率均达到100%。
5.1 岩屑地球化学特征
通过以上分析可以看出，Au、Pb、W、Mo为研究区的成矿有利元素，As、Sb为Au矿化指示元素，显示Au矿化剥蚀程度低。
5.2 成矿及伴生元素组合特征
5.2.1 相关性分析
对研究区内岩屑样品数据进行相关性分析，从相关性分析结果来看(表2)，Au与Cu、Pb、As、Sb元素具有较强的正相关性(相关系数为0.178～0.416)，为一组典型的中低温元素共生组合；
W与Zn、Mo元素具有较强的正相关性(0.388～0.409)，认为与中高温热液活动和中酸性岩浆活动有关。
5.2.2 聚类分析
元素组合是地球化学信息的综合反映，与地质-成矿作用有关[16-17]。对研究区岩屑测量数据进行R型聚类分析(图6)，元素组合大致可以分为4组。
表1 研究区岩屑测量地球化学参数统计表
图6 研究区元素R型聚类分析谱系图Fig.6 Genealogy diagram of R-type cluster analysis ofelements in the study area
第一组元素组合为Au、Pb、Zn、As、Sb，为一组典型的中低温元素组合，反映了研究区内中低温热液活动和构造叠加的特征。As、Sb为研究区金矿化的前缘晕元素，显示Au矿化剥蚀程度低。
第二组元素组合为Cu、Mo，分布于研究区南侧，为中高温元素组合，与研究区中酸性侵入岩有关。
第三组元素组合为W、Ag，为高温、低温组合元素，反映了研究区内热液叠加改造等地质作用的特点。
第四组元素为Sn单元素，与区内的Cu、Mo、W、Ag、Au等元素相关性较差。
5.3 单元素异常特征
根据单元素异常图显示，Au、As、W、Mo等元素异常分带和浓集中心明显，找矿潜力较大，异常参数及排序如表3所示[20]。Au元素异常16个(图7)，其中Au-4、Au-12异常规模最好。Au-4异常面积0.31 km2，异常点数36个，异常最高值290×10-9，是研究区背景值的72.5倍；
Au-12异常面积0.15 km2，异常点数18个，异常最高值大于1 000×10-9，是研究区背景值的250倍。
表2 研究区岩屑样品元素相关矩阵
表3 岩屑测量区Au单元素主要异常参数及排序
图例说明同图2中1—26。图7 研究区Au元素异常图Fig.7 Anomalous diagram of Au element in the study area
5.4 综合异常特征
根据单元素异常特征、异常元素组合、相互套合情况、异常形态、浓集中心、主成矿元素等因素进行筛选，结合成矿地质背景，将形成于相似地质环境中的空间、成因上有明显联系的一组元素异常叠加部分进行综合异常圈定[21-22]。每个综合异常是几组单元素异常的集合表现，用线圈闭综合异常范围，并将元素组合标于综合异常线上，在研究区圈定综合异常5处(图8)。
5.4.1 异常评序及分类
综合异常评序采用多因素综合评序法，以地球化学异常特征为主，结合地质矿产背景对各综合异常排序，为进一步开展地球化学找矿提供依据[13,23]。岩屑地球化学赋值标准见表4，综合异常排序及分类见表5。研究区优选出找矿潜力较大的Ay-1、Ay-2综合异常进行评价，异常特征见表6。
5.4.2 Ay-1异常
异常位于研究区的北西侧，出露敦煌岩群B岩组大理岩、绢云石英片岩，三叠系珊瑚井组含砾粗砂岩、复成分砾岩。异常区侵入岩以黑云二长花岗岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩及闪长岩为主，其中黑云二长花岗岩呈岩珠状，出露面积较大，其余呈脉状侵入。异常区断层发育，主要有近东西向断层3条，北西向平移断层1条，断层破碎带中硅化、碳酸盐化、赤褐铁矿化、黄铁矿化等蚀变强烈。
该异常呈椭圆状近东西向展布(图9)，向西未圈闭，异常区面积0.37 km2。异常元素组合为Au、As、Sb、Pb、Zn、Ag、Cu、Mo，异常元素套合好，Au、As、Sb、Pb、Zn、Cu、Ag均具内、中、外三级浓度分带。Au浓集中心明显，Au峰值为290×10-9，As峰值为大于1 000×10-6，Zn峰值为1 694×10-6，Sb峰值为719×10-6，Pb峰值为3 153×10-6。
Ay-1异常区内岩石普遍发生劈理化，元素组合以Au、As、Sb、Pb、Zn、Ag、Cu等中低温元素为主，叠加以Mo、W为主的高温热液元素组合。推断该异常为多期次构造活动及热液叠加引起，Au找矿潜力大，As、Sb可作为Au矿化的指示元素。
1.1∶1万岩屑测量范围；
2.综合异常区域及编号。
图8 综合异常图Fig.8 The map of comprehensive anomaly
表4 研究区地球化学特征及地质特征赋值表[13]
表5 研究区综合异常排序及分类表
5.4.3 Ay-2异常
Ay-2异常位于研究区北东侧，出露敦煌岩群B岩组大理岩、石英岩，二叠系双堡塘组岩屑石英砂岩、灰岩、粉砂质板岩，三叠系珊瑚井组含砾粗砂岩、粉砂质板岩。异常区断层发育，断层走向近东西向，断层带中岩石具硅化、碳酸盐化。
1.三叠系珊瑚井组复成分砾岩；
2.三叠系珊瑚井组岩屑砂岩、长石砂岩；
3.二叠系双堡塘组灰—灰绿色岩屑石英砂岩、石英砂岩；
4.敦煌岩群二云石英片岩；
5.敦煌岩群绢云母石英片岩；
6.敦煌岩群大理岩；
7.晚志留世石英二长闪长岩；
8.晚志留世黑云二长花岗岩；
9.闪长岩脉/辉绿岩脉；
10.花岗闪长岩脉；
11.蚀变破碎带、构造角砾岩；
12.整合界线；
13.性质不明断层；
14.平推断层；
15.逆断层；
16.正断层；
17.综合异常区域及编号；
18.金矿体；
19.探槽位置及编号。图9 Ay-1异常剖析图Fig.9 Anomaly diagram of Ay-1
1.第四系冲洪积砾石、砂土层；
2.三叠系珊瑚井组岩屑砂岩、长石砂岩；
3.三叠系珊瑚井组粉砂岩；
4.二叠系双堡塘组灰—灰绿色岩屑石英砂岩、石英砂岩；
5.二叠系双堡塘组深灰色灰岩；
6.二叠系双堡塘组浅灰色粉砂质板岩；
7.敦煌岩群大理岩；
8.敦煌岩群石英岩；
9.石英脉；
10.蚀变破碎带、构造角砾岩；
11.整合界线；
12.逆断层；
13.正断层；
14.综合异常区域及编号；
15.金矿体；
16.探槽位置及编号。图10 Ay-2异常剖析图Fig.10 Anomaly diagram of Ay-2
Ay-2异常呈椭圆状近东西向展布，面积为0.18 km2。异常元素组合为Au、As、Ag、Pb、Zn、Ag、Mo，其中Au、As、Sb、Pb元素套合好(图10)，均具有内、中、外三级浓度分带。Au浓集中心明显，Au异常峰值大于1 000×10-9，As异常峰值大于1 000×10-6，Pb异常峰值为1 022×10-6，Zn异常峰值为869×10-6。该异常规模较大，浓集中心明显，异常元素主要为Au、As、Ag、Pb，以中低温元素为主，推断与区内近东西向断裂构造内的热液活动有关。
5.5 异常查证
为验证岩屑测量方法在水系沉积物弱异常区的有效性，对研究区的Ay-1、Ay-2综合异常利用踏勘、地质填图及探槽等手段进行了详细查证。
5.5.1 Ay-1综合异常查证
对Ay-1综合异常金高值点(Au含量290×10-9)进行踏勘检查，发现红褐色蚀变破碎带1条，蚀变带长1 km，宽3～10 m，捡块样Au品位4.66 g/t，蚀变以赤铁矿化、硅化、碳酸盐化为主。
通过1∶1万地质草测及探槽揭露(图11)，圈定金矿体1条，矿体长400 m，厚度1.59 m，Au平均品位4.11 g/t。矿体受东西向断层控制，赋矿岩石为碎裂赤铁矿化大理岩，其中硅化、赤(褐)铁矿化与金矿化关系较为密切。
5.5.2 Ay-2综合异常查证
Ay-2综合异常中主要有Au-9、As-11、Sb-10、Pb-10元素异常，通过踏勘、1∶1 000地球化学剖面测量、1∶1万地质草测及探槽揭露(图12)对其进行查证，圈定金矿体1条，矿体长260 m，厚度1.75 m，平均品位1.02 g/t。矿体受近东西向断层控制，赋矿岩石为灰黑色构造角砾岩，蚀变主要为硅化、赤褐铁矿化、碳酸盐化。
1.第四系残坡积；
2.浅灰色大理岩；
3.浅灰色硅化大理岩；
4.构造角砾岩型工业品位金矿石；
5.构造角砾岩型低品位金矿石；
6.实测性质不明断层；
7.化学样采样位置及编号；
8.产状。图11 Au1矿体中TC01素描图Fig.11 TC01 plain diagram of Au1 orebody
1.第四系残坡积；
2.细中粒岩屑砂岩；
3.浅灰色大理岩；
4.石英脉；
5.构造角砾岩型低品位金矿石；
6.含金构造角砾岩；
7.实测性质不明断层；
8.化学样采样位置及编号。图12 Au2矿体中TC02素描图Fig.12 TC02 plain diagram of Au2 orebody
表6 研究区Ay-1、Ay-2综合异常参数
在盐池黑山南金弱异常区开展1∶1万岩屑地球化学测量，结果显示Au、As、W、Mo等元素异常分带和浓集中心明显，找矿潜力较大，圈定Au单元素异常16处，综合异常5处，对Ay-1、Ay-2异常进行查证，圈定金矿体2条，实现了在水系沉积物弱异常区的找矿突破，说明1∶1万岩屑测量在区内找矿是切实可行的，同时对同类景观弱异常区地质找矿具有重要的借鉴意义。
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