第 3 期 王常青杨继峰等 : 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 引言大兴安岭成矿带是中国重要成矿带之一, 受古亚洲成矿域与滨太平洋成矿域的综合影响, 区域找矿潜力巨大 [1] 自 20 世纪 70 年代开始, 区域内发现了一系列大型 超大型矿床, 如白音诺尔铅锌矿 双尖子山

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1 第 37 卷第 3 期 2018 年 9 月 世界地质 GLOBALGEOLOGY Vol 37 No 3 Sept 2018 文章编号 : (2018) 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 王常青 1, 杨继峰 1, 杨言辰 1, 蒋职权 2, 韩世炯 1, 杨宇 1 1, 郑岩 1 吉林大学地球科学学院, 长春 ; 2 内蒙古自治区第二水文地质工程地质勘查院, 内蒙古东胜 摘要 : 内蒙古沙锡拉特地区位于大兴安岭多金属成矿带中段, 为明确找矿方向, 对研究区进行 1 1 万土壤地球化学测量 采用单元素异常 组合异常与因子分析对研究区土壤地球化学数据进行评价 单元素异常显示,Ag Pb Zn 与 Sn 元素的异常规模大 强度高 组合异常圈定 4 个异常, 分为 Ag Au As Sb 与 Bi W Pb Zn Sn 两类 因子分析将所分析元素分为五组, 其中 F1 因子由 Ag Au As Sb 元素组成,F2 因子由 Pb Zn Sn 元素组成 根据土壤地球化学异常特征与区域成矿地质条件, 在本区圈定 2 个找矿靶区,BQ 1 为 Pb Zn Sn 找矿靶区,BQ 2 为 Ag 找矿靶区 关键词 : 土壤地球化学测量 ; 单元素异常 ; 组合异常 ; 因子分析 ; 沙锡拉特 中图分类号 :P595;P612 文献标识码 :A doi: /j isn Soilgeochemicalcharacteristicsandore prospectingdirection inshaxilatearea,innermongolia WANGChang qing 1,YANGJi feng 1,YANGYan chen 1,JIANGZhi quan 2, HANShi jiong 1,YANGYu 1,ZHENGYan 1 1 ColegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun130061,China; 2 InnerMongoliaSecondHydrogeologyEngineringGeologicalProspectingInstitute,Dongsheng017000,InnerMongolia,China Abstract:ShaxilateareaislocatedinthemiddlesegmentofthemetalogenicbeltofDaHingganMountain. Inordertoprovideore prospectingdirection,the soilgeochemistrysurveyinthestudyareahasbeenun dertaken.singleelementanomaly,compositeanomalyandfactoranalysisareusedtoevaluatethesoilgeochemical data.thesingleelementanomalyshowsthatag,pb,znandsnelementshavelargescalestronganomaly.com positeanomalydelineatesfouranomalieswhicharedividedintotwotypes:ag Au As SbanomalyandBi W Pb Zn Snanomaly.Altheelementsfalintofivegroupsinfactoranalysis.Thereinto,F1factoriscomposedofAg Au As SbelementsandF2factorconsistsofPb Zn Snelements.Onthebasisofsoilgeochemicalanomaly characteristicsandore formingconditions,twoore prospectingtargetshavebeendelineated,ofwhichtargetbq 1 isforpb Zn SnmineralizationandtargetBQ 2isforAgmineralization. Keywords:soilgeochemistrysurvey;singleelementanomaly;compositeanomaly;factoranalysis;Shaxi latearea 收稿日期 : ; 改回日期 : 基金项目 : 内蒙古东南部地区三维地质调查应用示范项目 (DD ) 资助. 通讯作者 : 杨言辰 (1965 ), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事矿床学与矿产勘查学方面的研究.E mail:yycl@jlu edu cn

2 第 3 期 王常青杨继峰等 : 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 引言大兴安岭成矿带是中国重要成矿带之一, 受古亚洲成矿域与滨太平洋成矿域的综合影响, 区域找矿潜力巨大 [1] 自 20 世纪 70 年代开始, 区域内发现了一系列大型 超大型矿床, 如白音诺尔铅锌矿 双尖子山银矿 拜仁达坝银多金属矿床等 [2 4] 沙锡拉特地区位于大兴安岭多金属成矿带中段, 内蒙古自治区扎鲁特旗境内 ( 图 1) 2004 年内蒙古自 治区地质调查院完成黄贺图地区 3 幅 1 5 万区域地质调查, 在本区圈出 AS 36 乙 2 AS 37 乙 2 AS 39 乙 2 等组合异常 3 处, 为进一步找矿奠定了基础 但该调查仅涉及研究区的西北部分, 全区的找矿方向尚不清晰 本文根据研究区 1 1 万土壤地球化学测量成果, 重点开展元素地球化学特征及参数研究 圈定单元素异常与组合异常, 结合因子分析, 为该地区下一步的找矿工作提供方向 1 第四系全新统 ;2 下二叠统寿山沟组 ;3 中二叠统大石寨组 ;4 上侏罗统玛尼吐组 ;5 上侏罗统满克头鄂博组 ;6 二叠纪闪长岩 ;7 侏罗纪黑云母花岗岩 ;8 矿点 ;9 断裂构造 ;10 研究区范围. 图 1 区域地质矿产图 ( 据 沙锡拉特矿区区域地质图修改 1 ) Fig 1 Regionalgeologicalandmineralmap 1 研究区地质概况与成矿地质条件沙锡拉特地区内出露地层有下二叠统寿山沟组 中侏罗统大石寨组 上侏罗统满克头鄂博组 玛尼吐组和白音高老组 1 ( 图 2) 寿山沟组主要岩性为千枚状粉砂质板岩 ; 大石寨组分布于研究区中西部, 是一套酸性火山岩夹碎屑岩组合 ; 满克头 鄂博组为一套流纹质凝灰岩, 含有不等量的火山集块 角砾晶屑及玻屑, 属于爆发崩落相 爆发空落相及涌流相 ; 玛尼吐组地层为一套陆相中性火山岩 1 蒋职权, 贺铭, 孟庆儒, 等. 内蒙古自治区扎鲁特旗沙锡拉特银多金属矿普查报告 [R]. 内蒙古 : 第二水文地质工程地质勘查院,2013.

3 828 世界地质第 37 卷 建造, 组成岩性有安山岩与安山质凝灰岩 ; 白音高老组零星分布于研究区北部与南部, 主要岩性为流纹质角砾岩 流纹质凝灰岩和流纹岩 区内构造以断裂构造为主, 褶皱构造次之 断裂构造以北东向 北西向为主, 东西向 南北向次之 褶皱构造主要发育在下二叠统寿山沟组 中二叠统大石寨组内, 以小规模的北东向纵弯褶皱为特征, 局部为同斜褶皱 研究区内岩浆岩出露广泛, 侵入时期主要集中在晚侏罗世至早白垩世, 中二叠世与中侏罗世侵入体偶见出露 中二叠世侵入岩岩性为辉长岩与石英闪长岩 ; 中侏罗世侵入体呈岩株状产出, 主体岩性为钾长花岗岩 ; 晚侏罗世岩浆岩以二长花岗岩为主, 具有似斑状结构 ; 早白垩世侵入体一般呈酸性 中基性的岩株或岩脉状产出 1 第四系沉积物 ;2 二叠系地层 ;3 上侏罗统地层 ;4 晚侏罗世钾长花岗岩 ;5 早白垩世浅成中酸性侵入岩 ;6 地质界线 ;7 断裂构造. 图 2 研究区地质简图 ( 据 沙锡拉特矿区地质图修改 1 ) Fig 2 Simplifiedgeologicalmapofstudyarea 研究区大地构造位置属于古亚洲洋构造域与环太平洋构造域的交汇部位的大兴安岭主脊断裂中段 [5] 在早 中二叠世形成了一套浅海陆棚 海底火山沉积 [6], 即研究区内寿山沟组 ( 原青凤山组 ) 的碳质 粉砂质板岩 角砾凝灰质板岩, 以及大石寨组中酸性火山岩夹碎屑岩 早中二叠世大兴安岭中南段处在拉张环境中, 兴蒙海槽内广泛的海底火山与热水喷流沉积作用, 使得此时沉积地层富含 Pb Zn Ag As 等元素, 成为区域上众多矿床的矿源层 [7,8] 晚侏罗世 早白垩世, 研究区处于蒙古 鄂霍茨克洋闭合造山后伸展环境中, 形成了玛尼吐组 满克头鄂博组与白音高老组陆相中酸性火山岩组合 [9 14] 晚侏罗世 早白垩世强烈的岩浆与 火山活动使得早中二叠世形成地层中的成矿元素活化, 被萃取从而进一步富集 在岩浆侵入部位若有碳酸盐地层则会形成矽卡岩型矿床, 如红岭铅锌多金属矿床 ; 若没有碳酸盐地层, 则热液会充填在区域内北西向 北东向断裂及二者交汇部位, 或充填在背斜构造的虚脱部位中, 形成中低温热液矿床, 如双尖子山银矿床 [15 19] 研究区位于林西 突泉华力西 燕山期 NE 向铁 ( 锡 ) 铜 铅 锌 银 铌 ( 钽 ) 成矿带的东南端, 该成矿带内已发现多金属矿床 矿点 300 余处, 包括大中型矿 10 多处 研究区附近的典型矿床有水泉铜铅锌矿床以及水泉沟铜多金属矿床, 其地质特征见表 1 1 蒋职权, 贺铭, 孟庆儒, 等. 内蒙古自治区扎鲁特旗沙锡拉特银多金属矿普查报告 [R]. 内蒙古 : 第二水文地质工程地质勘查院,2013.

4 第 3 期 王常青杨继峰等 : 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 829 [20] 表 1 典型矿床地质特征 Table1 Geologicalcharactersoftypicaldeposits 水泉铅锌矿 水泉沟铜多金属矿 矿体产状 脉状 脉状 矿体围岩 上二叠统林西组变质砂岩 上二叠统林西组变质砂岩 矿石结构 他形晶粒结构 充填结构 交代结构 交代残余结构 他形粒状结构 矿石构造 块状 浸染状 斑杂状 浸染状 细脉浸染状 金属矿物 闪锌矿 方铅矿 黄铁矿 磁铁矿 黄铜矿 辉银矿 闪锌矿 方铅矿 黄铁矿 黄铜矿 磁黄铁矿 非金属矿物 石英 长石 绿泥石 方解石 白云母 绢云母等 石英 长石 方解石 萤石等 围岩蚀变 硅化 绢云母化 绿泥石化 碳酸盐化 硅化 绢云母化 绿泥石化 碳酸盐化 控矿构造 NW 向断裂构造 NW 向断裂构造 矿床类型 中低温热液充填型 中低温热液充填型 2 样品采集与分析土壤地球化学测量比例尺为 , 网度为 100m 20m, 由蒙古自治区第二水文地质工程地质勘查院完成 采样层位为残积层 残坡积层 样品介质主要为残积物 残坡积物或坡积物 取样深度 15~60cm, 过筛后 (-4~+20 目 ) 样重 160g 以上 样品采集时, 穿过腐植层, 避免假粒级 风成沙 腐殖土的干扰 为了增强土壤样品的代表性, 在采样点 2~10m 范围对 3~5 处进行样品采集, 组合成一个单点样品 全区共采集土壤样品 8496 件, 测试 Au Ag Cu Pb Zn W Sn Bi Mo As Sb Hg 等 12 种元素, 测试分析由呼伦贝尔市原野测试有限责任公司承担 分析方法 检出限与报出率见表 2 3 元素地球化学异常特征 3 1 研究区土壤地球化学特征参数对研究区土壤地球化学特征参数进行统计 ( 表 3), 结果显示研究区所有元素的平均值皆大于其中位数 ;Hg 的变异系数最大,Zn Pb As 次之, 这些元素的标准离差达到数十至上百, 表明这表 2 测试方法与标准 Table2 Testtechniqueandnorm ofresearchsamples 分析项目 方法说明 检出限 单位 报出率 /% Au 化学光谱法 0 20 ng/g 100 Ag 光谱法 0 02 μg/g 100 Cu 原子吸收法 1 00 μg/g 100 Pb 光谱法 4 00 μg/g 100 Zn 原子吸收法 μg/g 100 Mo 示波极谱法 0 20 μg/g 100 As 原子荧光法 1 00 μg/g 100 Sb 原子荧光法 0 20 μg/g 100 W 示波极谱法 0 50 μg/g 100 Sn 光谱法 1 00 μg/g 100 Bi 原子荧光法 0 05 μg/g 100 Hg 原子荧光法 5 00 ng/g 100 表 3 土壤地球化学测量中的元素地球化学特征参数 Table3 Elementgeochemicalparametersofsoilgeochemicalsurvey 最小值最大值平均值中位数标准离差变异系数偏度峰度地壳克拉克值 [21] 浓度克拉克值 Cu Zn Pb As Sb Bi Mo Sn Ag W Au Hg

5 830 世界地质第 37 卷 些元素数据波动剧烈, 而 Au Ag Sb 等元素的标准离差不超过 10, 数据较为稳定 ; 变异系数最大的元素是 Hg, 表明其活动性最强, 而 Cu 与 Mo 在本区活动性很弱 从研究区各元素的浓度克拉克值来看, 研究区富集 Hg As Ag Sb Sn W 等低 高温元素, 尤其是 Hg, 是地壳平均含量的上千倍, 而 Au 和 Cu 元素在本区并不富集 由此可知, 本区内成矿元素中 Ag Pb Zn 与 Sn 具有找矿潜力 3 2 单元素异常研究区异常下限使用下述公式计算 : Ct=X+2δ (1) 式 (1) 中,X 为背景平均值, 即通过对超过 X±3δ 的数据不断迭代剔除后所得数据的平均值, δ 为迭代处理所得数据的标准差,Ct 代表研究区异常下限 将异常下限 2 倍异常下限和 4 倍异常下限分别作为外带 中带和内带的分带值 ( 表 4), 对全区土壤地球化学数据进行处理, 圈定单元素异常 ( 图 3, 图 4) 表 4 元素异常分带序列 Table4 Zoningsequenceofelementanomaly 迭代次数 背景平均值 标准差 外带 中带 内带 Cu Zn Pb As Sb Bi Mo Sn Ag W Au Hg 注 :w (Au) w (Hg) 单位为 10-9 ;w (B) 为 10-6 研究区内 Ag Pb Zn Sn 异常规模较大 Ag 异常与 As Au 及 Sb 异常的分布区域大致相同, 主要位于研究区的中东部,Ag 异常通常具有多个浓集中心, 浓集中心的 Ag 丰度为 ~ , 面积 0 07~3 44km 2, 异常形状呈 不规则状或舌状 Pb Zn Sn 异常范围基本一致, 集中在研究区的西北部,Pb Zn 异常同样具多个浓集中心, 浓集中心最大丰度可超过 , 异常面积 1 07~2 77km 2, 异常形状为不规则状 Bi W 异常数量少但异常面积大, 集中分布在研究区西侧 Hg Cu 与 Mo 异常在研究区内不成规模, 分布规律不明显 3 3 组合异常根据各单元素异常套合特征及成矿地层 构造与岩浆岩条件, 在本区共圈定出 4 个组合异常 ( 图 5) HS 1 组合异常由 13 个单元素异常组成, 组成元素为 Bi Pb Zn Sn 和 W, 异常面积约 3 48 km 2 该异常中 Bi W 与 Pb Zn Sn 的浓集中心并不一致,Bi W 的浓集中心位于 Pb Zn Sn 异常中心的南侧 该异常中 Pb 和 Zn 元素的最大丰度超过 , 异常强度高 面积大 浓集中心重叠度较高 ;Bi 和 W 元素的异常面积较大, 强度较高 组合异常 HS 2 HS 3 HS 4 的主要组成元素是 Ag Au As 和 Sb 其中,HS 2 中的各元素异常分布较为散乱, 互相之间套合不好 该组合异常包含 Ag 3 异常,Ag 最大丰度为 HS 3 中包含 Ag 4 异常 该异常是区内面积最大的 Ag 异常, 浓集中心与 HS 3 内的其他元素异常基本一致,Ag 的最大丰度可达 HS 4 异常包含 Ag 5 异常, 该异常强度很高, 但面积小, 与 HS 4 中其他元素异常套合很好, 异常中最大 Ag 丰度可达 因子分析对研究区化探数据进行因子分析, 可以探讨各元素之间的内在联系 在进行因子分析之前, 对原始数据进行了 KMO 和 Bartlet 检验, 以检验研究区数据是否适合使用因子分析 KMO 检验结果为 0 662,Bartlet 检验的近似卡方结果为 , df=66, 显示研究区数据适合使用因子分析 [22] 对研究区样品数据利用 SPSS19 软件进行因子分析 因子分析结果显示 ( 表 5), 对研究区土壤数据提取 5 个因子后, 其累计方差达到 %, 说明这 5 个因子可以代表研究区内大部分数据, 因此可视这 5 个因子为研究区的主因子 根据统计每个因子下所包含元素的最大相关矩阵特征根, 可得

6 第 3期 王常青 杨继峰等 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 图 3 研究区 Ag As Au Sb Mo Cu元素异常图 Fi g 3 Ag As Au Sb Mo Cu l m nta no ma l i spr o f i l o fs t udya r a 831

7 832 世 界 地 质 图 4 研究区 Pb Zn Sn Bi W Hg元素异常图 Fi g 4 Pb Zn Sn Bi W Hg l m nta no ma l i spr o f i l o fs t udya r a 第 37卷

8 第 3 期 王常青杨继峰等 : 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 833 图 5 研究区组合异常 Fig 5 Compositegeochemicalanomalyofstudyarea 到每个因子的组成元素 对因子分析计算结果使用地球化学异常图的方式, 采用累计频率为 99% 93% 和 82% 来划分内带 中带与外带 ( 图 6) 表 5 研究区主因子分析 Table5 Principalfactoranalysisofstudyarea F1 F2 F3 F4 F5 Cu Zn Pb As Sb Bi Mo Sn Ag W Au Hg 方差 /% 累计方差 /% F1 因子方差贡献率最大, 组成元素为 Ag Au As Sb F1 因子异常的分布与其组成元素的异常在研究区分布基本一致 F2 因子与 F3 因子的方差贡献率相差不大 F2 因子由 Pb Zn Sn 元素组成,F2 因子异常主要位于研究区东部, 异常范围大体上与组成元素的异常一致 F3 因子组成元 素为 W 和 Bi, 异常主体部分位于研究区东部, 与 Bi W 异常套合较好 F4 因子由 Cu Mo 元素组成, 其异常分布较为散乱, 与组成元素的单元素异常分布一致, 但范围略大于对应异常 F5 因子方差贡献率最低, 由 Hg 单独组成, 与 F4 因子类似, 其异常分布与 Hg 异常类似但相应异常范围较大, 可能是 Cu Mo 与 Hg 异常在研究区强度不高的原因 4 讨论 4 1 研究区土壤地球化学特征从单元素异常结果来看,Ag 异常与 Pb Zn Sn 异常的空间分布没有明显的相关性, 有规模的 Ag 异常只分布于研究区东侧寿山沟组, 而 Pb Zn Sn 异常则主要位于研究区西侧上侏罗统火山岩与大石寨组区域内 研究区内的 Ag 异常周围皆出露晚侏罗世 早白垩世中酸性侵入岩, 异常内部地层多被北东向与北西向断裂构造穿切, 其异常中心位于研究区寿山沟组的层内背斜核部的两侧 HS 1 异常主要由 Pb Zn Sn 和 Bi W 组成, 虽然 Bi W 异常与 P Zn Sn 异常重叠面积较大, 但其浓集中心并不一致,Bi W 位于大石寨组地层区域内, 而 Pb Zn Sn 异常则集中分布于上侏罗统火山岩中, 显示二者的不同来源 HS 2 HS 3 与 HS 4 异常的组成元素为 Ag As Sb Au, 分布于寿山沟组地层出露区 HS 2 中各异常分布散乱, 套合不好, 可能并非由同一成矿作用形成 ;HS 3 与 HS 4 异常内异常浓集中心基本互相重合, 显示出其同源

9 834 世 界 地 质 图 6 研究区因子得分等值线图 Fi g 6 I s o g r a mo ff a c t o rs c o r so fs t udya r a 第 37卷

10 第 3 期 王常青杨继峰等 : 内蒙古沙锡拉特地区土壤地球化学特征及找矿方向 835 性 与 HS 3 异常相比,HS 4 异常中的 Ag 异常虽是研究区内强度最高的 Ag 异常, 但其异常面积小, 且异常总体被内带占据, 可能是矿体受风化剥蚀较强的结果, 该异常总体找矿潜力不大 F1 组成元素为 Ag Au As Sb, 皆属于亲硫元素, 与组合异常所得结果相近, 异常区集中分布在研究区西侧寿山沟组地层范围内, 周围有早白垩世酸性侵入岩, 暗示 F1 因子可能与岩浆后期热液有关 F2 因子由 Pb Zn Sn 元素组成,F3 因子则由 Bi 和 W 组成, 从二者异常图的分布可以看出, 二者并非同源, 这一结果证实了 HS 1 组合异常所呈现特征 Pb Zn Sn 元素同样也属于亲硫元素, 异常主体分布于上侏罗统火山岩, 这显示 F2 因子可能与研究区内中高温热液矿床有关 4 2 找矿方向与靶区优选研究区 土壤地球化学测量结果显示, Ag Pb Zn 与 Sn 元素具有一定成矿潜力, 组合异常与因子分析结果都显示 Ag 与 Au As 和 Sb 元素 相关, 而 Pb 与 Zn Sn 元素相关 由于研究区内并不发育碳酸盐地层, 故中低温热液矿床是研究区内最可能发育的矿床类型 因此断裂构造交汇部位与褶皱构造虚脱部位应是本区内主要的控矿因素 综合研究区土壤地球化学特征与成矿条件, 在研究区内可以圈定出 2 个找矿靶区 ( 图 7) BQ 1 是 Pb Zn Sn 找矿靶区, 位于研究区西侧, 是 Pb 2 Zn 1 与 F2 因子内带异常分布区域, 其中 Pb 与 Zn 元素最大丰度皆超过 , 区内出露上侏罗统玛尼吐组与满克头鄂博组地层, 南侧有早白垩世正长斑岩 花岗斑岩侵入 BQ 2 是 Ag 找矿靶区, 位于研究区中北部, 是 Ag 4 HS 3 与 F1 因子主体分布区, 其 Ag 元素丰度最大达 , 区内分布寿山沟组地层, 西侧有晚侏罗世二长花岗岩侵入, 南侧出露早白垩世石英斑岩, 区内北东向与北西向断裂交错, 东南侧为背斜核部, 成矿地质条件齐全, 是区域内最有成矿潜力的区域 1 第四系沉积物 ;2 上侏罗统地层 ;3 二叠系地层 ;4 晚侏罗世钾长花岗岩 ;5 早白垩世浅成中酸性侵入岩 ;6 地质界线 ;7 断裂构造 ;8 靶区范围 ; 9 组合异常范围. 图 7 研究区找矿靶区示意图 Fig 7 Oreprospectingtargetareasofstudyarea 5 结论 (1) 大兴安岭成矿带中段众多矿床以早中二叠统海底火山沉积为矿源层, 燕山期火山 岩浆活动从地层中萃取成矿元素, 形成矽卡岩矿床或中低温热液矿床 (2) 沙锡拉特地区单元素异常结果显示 Ag Pb Zn Sn 为本区的目标矿种, 组合元素异常与 因子分析结果相符, 显示 Ag 与 Au As Sb 关系密切,Pb 与 Zn Sn 关系密切 (3) 在研究区圈定出两处找矿靶区,BQ 1 为 Pb Zn Sn 找矿靶区,BQ 2 为 Ag 找矿靶区 参考文献 : [1] 邵积东, 王守光, 赵文涛, 等. 大兴安岭地区成矿地质特征及找矿前景分析 [J]. 地质与资源,2007,

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