甘肃肃北多金属矿产地球化学特征及意义.pdf

世界有色金属2023年7月下72矿产资源Mineral resources甘肃肃北多金属矿产地球化学特征及意义杨有赟1，唐浩2*，陈增强1，胡文生1，林季阳1（1.甘肃省核地质二一二大队，甘肃 武威 7 3 3 0 0 0；2.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 3 2）摘 要：金属矿产是世界上非常重要的资源之一，本研究以找矿有利区甘肃省肃北县为研究区，选用高密度的地球化学分析作为研究手段，共获取单元素异常区5 0 处，综合异常区5 处。分析结果表明，C u、Ni、Z n 三种金属矿产在研究区有着极大的找矿潜力，且三者可能呈正相关关系，岩性以变质岩为主，断裂带密集，表明岩浆提供了物质来源，断裂提供了富集通道，元素交换变质作用最终导致了元素的富集，且验证了后期开展周边大范围高光谱和遥感找矿的可能性。关键词：肃北；金属；矿产；地球化学中图分类号：P 6 1 8.2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 4-0 0 7 2-4Geochemical characteristics and significance of polymetallic minerals in Subei,Gansu ProvinceYANGYou-yun1,TANGHao2*,CHENZeng-qiang1,HUWen-sheng1,LINJi-yang1(1.No.2 1 2 Nu c l e a r G e o l o g y o f G a n s u P r o v i n c e,Wu w e i,G a n s u,7 3 3 0 0 0,C h i n a;2.L i a o n i n g I n s t i t u t e o f G e o l o g y f o r Mi n e r a l Re s o u r c e s,S h e n y a n g,L i a o n i n g P r o v i n c e 1 1 0 0 3 2,C h i n a)Abstract:Me t a l mi n e r a l s a r e o n e o f t h e mo s t i mp o r t a n t r e s o u r c e s i n t h e w o r l d.I n t h i s s t u d y,w e c h o o s e S u b e i C o u n t y,G a n s u P r o v i n c e a s t h e r e s e a r c h a r e a,w h e r e i s r e g a r d e d a s f a v o r a b l e p r o s p e c t i n g a r e a.Hi g h-d e n s i t y g e o c h e mi c a l a n a l y s i s w a s u s e d a s t h e r e s e a r c h me t h o d,a n d a t o t a l o f 5 0 s i n g l e e l e me n t a b n o r ma l a r e a s a n d 5 c o mp r e h e n s i v e a b n o r ma l a r e a s w e r e o b t a i n e d.T h e a n a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t C u,Ni a n d Z n me t a l mi n e r a l s h a v e g r e a t p r o s p e c t i n g p o t e n t i a l i n t h i s s t u d y a r e a,a n d p o s i t i v e l y c o r r e l a t e d.T h e l i t h o l o g y i s d o mi n a t e d b y me t a mo r p h i c r o c k s,a n d t h e f a u l t z o n e i s d e n s e,w h i c h i n d i c a t e s t h a t ma g ma p r o v i d e s ma t e r i a l s o u r c e,f a u l t p r o v i d e s e n r i c h me n t c h a n n e l,a n d e l e me n t e x c h a n g e me t a mo r p h i s m e v e n t u a l l y l e a d s t o e l e me n t e n r i c h me n t.T h e p o s s i b i l i t y o f l a r g e-s c a l e h y p e r s p e c t r a l a n d r e mo t e s e n s i n g p r o s p e c t i n g i s v e r i f i e d.Keywords:S u b e i;Me t a l;Mi n e r a l;g e o c h e mi s t r y收稿日期：2 0 2 3-0 5作者简介：杨有赟，男，生于1 9 9 1年，甘肃武威人，本科，工程师，主要研究方向：地质勘查及矿床成因研究。通讯作者：唐浩，生于1 9 9 1 年，男，本科，中级工程师，主要从事矿产资源调查及矿山修复工作。金属矿产是世界上非常重要的资源之一，虽然我国在金属找矿方面不断取得了重大突破，但是与国外大型矿床相较而言，仍旧有所不足1-2，因此找寻金属矿产资源，圈定金属矿产优势靶区有着对我国综合国力提升极其重要的现实意义。本次所选研究区位于甘肃省肃北县，前人通过地质调查、地球化学调查及其他多种手段已在该区取得了非常重要的找矿突破，是非常重要的找矿有利区，但是以往研究精度相对较低3-6，可能遗漏少量金属矿产资源异常信息。为此，本研究采用高密度的土壤地化分析方法，对该区进行详细的金属元素异常分析，以期探明该区更加精细化的金属元素异常分布特征，为后期开展当地的金属矿产资源调查及精细化的金属矿产靶区圈定提供可靠的数据支撑和技术建议。1 研究区概况研究区（图1）隶属于甘肃省肃北县马鬃山镇，地处96 08 00 96 16 00 E，41 35 00413800N，面积约60km2。受古板块多期次碰撞和对接以及中新生代以来板内构造活动的强烈影响，构造发育活跃，处于北山中央古陆断隆带中红柳河牛圈子三叉裂谷带。断裂以北东东向断裂为主，属剥蚀低山地貌。海拔为2220m左右，最高可达2410m，整体呈近东西向至北西南东向展布，起伏不大，最大高差约100m。区内多为戈壁荒滩，植被不发育，地表无水体，山谷多为干谷，仅在雨季有暂时性地表洪流。山谷中有少量饮用水井。属内陆干旱气候区，夏热冬寒，昼夜温差大，年最低气温（5月份）-18.7，最高气温（七月份）32.0，年平均气温7.2。冰冻期149天，冻结深度0.95m。年降雨量为27.9mm，年蒸发量4005.3mm；常年多风，最大风速16.1m/s。岩性以城系古硐井群（ChG）、蓟县系（Jxp）、奥陶系中下统牛圈子混杂岩（O1-2N）、志留系中统公婆泉群（S2G）、二叠系下统双堡塘组（P1sb）、新近系苦泉组（N2k）和第四系（Q）为主。2 样品采集及地球化学特征2.1 样品采集及测试本次研究共涉及土壤地球化学测量面积为14.7Km2，采集土壤样品3941个。采样部位选用穿过风积和塌积物堆积层的基岩顶部，呈棱角或半棱角状岩石碎屑，在第四系浅覆盖区采取深挖的方式穿过运积物层，采集基岩顶部的残坡积层物质。采样深度一般为0.1m0.5m，在设计采样点周围点线距的2/3范围内采样，样品由3-5个点采集组合样。在2023年7月下 世界有色金属73矿产资源Mineral resources少量第四系覆盖较厚不能取样时，进行弃点处理。对筛中物进行反复搓揉筛选，去除样品中草根、盐积颗粒和带土胶结假粒级等杂质。单个样品质量均大于300g。重复样均匀布设在研究区中，在可能出现地球化学异常地段及可疑地段，已发现的矿化及找矿标志部位，不同地质构造单元中均有布设。本次重复样共采集113个，为总样品数的2.96%。土壤样品经自然晒干后，过20目不锈钢筛，取正样150g装入纸袋中。样品在室内需经烘干（60）后，采用玛瑙球磨无污染细磨至-200目，球磨后样品质量不小于80g。测试单位为甘肃省核地质二一二大队核工业理化测试中心。分析方法为原子吸收分光光度法（AAS）、原子荧光分光光度法（AFS）、射线荧光光谱法（XRF）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等，分析项目为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Ni6种元素。为保证样品测量的准确率，本研究将所采集重复样在同一试验室进行测量分析，结果表明，样品合格率为100%，测量结果真实可靠，能够用于研究区金属异常区分析。2.2 元素参数特征通过对3941个样品中所含Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Ni6种元素分析结果统计，同时使用DGS软件对分析结果进行统计分析，选用迭代剔除的方法依次剔除元素极值7-8，获取研究区背景值，标准偏差，并通过镍元素T=X+2S，其他元素T=X+1.5S（T为异常值下限，x为元素含量平均值，S为元素含量标准偏差）计算获取异常值下限9-10，结果如表1所示。结果表明6种元素平均值分别为2.93*10-9、0.04*10-6、25.17*10-6、20.57*10-6、45.12*10-6、32.12*10-6，均高于北山地区平均值。表1土壤地球化学特征参数元素最大值/10-6最小值/10-6平均值/10-6标准差/10-6异常下限/10-6北山平均值/10-6Au18.420.762.931.24.730.74Ag0.140.010.040.130.2350.04Cu341.252.3825.1712.8844.4911.34Pb154.770.2720.577.0931.20515.01Zn8.2238.7245.1214.2266.4530.79Ni0.05672.4132.1222.4176.9410.54为进一步分析研究区元素富集程度，通过计算研究区元素富集系数和变异系数9-13（图2-3），结果表明Au显著富集、均匀分布，表现为高背景，且离散度不高。Au、Ni、Cu元素显著富集。同时，各元素变异系数沿Ni-Cu-Au-Zn-Ag-Pb逐渐降低。图1研究区大地构造位置（a）及区域地质概况（b）世界有色金属2023年7月下74矿产资源Mineral resources图2各元素富集系数图图3各元素变异系数图通过对数据进行R型聚类分析图（图4），并以相关系数0.4为界，对元素进行划分，结果表明：Ni、Zn、Cu；Ag为一组，为独立元素；Au为一组，为独立元素；Pb为一组，为独立元素。通过元素相关系数验证（表2），揭示出结果表明：Ni、Zn、Cu三者有着极大的相关性。表2各元素相关性系数元素名称AuAgCuPbZnNiAu1Ag0.1631Cu0.0500.0621Pb0.1060.3930.0701Zn0.0840.0460.5770.1531Ni0.0580.1260.4110.0410.45913 分析与讨论3.1 单异常分析参照已有研究14-16，圈定研究区单元素异常，采取外带异常区=T，中带异常区=2T，内带异常区=4T的方法进行划分，共圈定单元素异常区50处。其中：Au异常区15处，平均异常值介于3.98*10-9-10.33*10-9之间，形态多为等轴状或带状分布，岩性以泥岩和灰岩等沉积岩为主，且处于内外异常带；Cu异常区11处，平均异常值介于26.4*10-6-80.5*10-6之间，形态与Au异常区一致，多分布于石英片岩中及内中异常带；Ni异常区7处，平均异常值介于37.26*10-6-140.06*10-6之间，形态多为等轴状分布，多分布于石英片和辉长岩中和中外异常带；Ag异常区7处，平均异常值介于0.06*10-6-0.09*10-6之间，形态多为带状分布，多处于内异常带；Zn异常区5处，平均异常值介于54.28*10-6-96.8*10-6之间，形态多为等轴状，多为内异常带；Pb异常区5处，平均异常值介于30.78*10-6-48.98*10-6之间，形态以带状为主，且多为内异常带。通过对比研究区单元素平均异常值，除Au元素以外，数值由高到低分别为Ni-Zn-Cu-Pb-Ag，且各元素富集系数和变异系数揭示出相同的规律特征，表明单元素异常区圈定结果真实可靠，且元素以Ni、Zn、Cu为主。同时各元素相关性系数表明，Ni、Zn、Cu3种元素相关性极高，均大于0.4，表明研究区这三种元素呈正相关性。3.2 综合异常分析以单元素异常为基础，参考异常的特征、相互之间关系及所处地质情况等相关因素，综合分析，共圈定综合异常区5处7-9,14-16。其中；1号综合异常区面积为0.45km2，呈等轴状分布，由Cu、Ni、Zn、Au组成，岩性以白云母石英片岩为主；2号综合异常区面积为0.21km2，呈等轴状分布，由Cu、Ni、Zn、Au组成，岩性以白云母石英片岩为主；3号综合异常区面积为1.26km2，呈等轴状分布，由Cu、Ni、Zn组成，岩性以硅质板岩为主；4号综合异常区面积为0.3km2，呈椭球状分布，由Cu、Ni、Zn、Au组成，岩性以闪长岩为主；5号综合异常区面积为0.25km2，呈条带状分布，由Cu、Ni、Zn、Au组成，岩性以闪长岩为主。通过分析综合异常区，综合异常元素以Cu、Ni、Zn为主，且面积小于单元素异常区范围，岩性以变质岩为主，3种高相关单元素仍旧存在极大地共存特性，且岩性以变质岩为主，表明研究区综合金属矿床可能多处于变质岩中，且面积较小，开采价值较单元素异常区较低。3.3 成矿成因分析及找矿意义矿体所处地质区域的特征通常能够对矿体成因有着紧密的指示意义，如刘铁生等（2022）通过对广东天堂山的多金属矿床地质特征进行分析，揭示出在意地区矿床的形成与岩浆活动息息相关；文俊等（2023）通过分析川西南马边地区的永红萤石矿的地质特征，揭示出该区矿床收到了矿区断层的严格控制。基于此，对研究区地质特征进行分析，可以发现，异常分布区域岩性多为变质岩，异常金属元素为Cu、Au、Ni中高温组合序列，且铜矿化多赋存在岩体内外接触带石英脉、蚀变碎裂岩中，受岩体、构造、石英脉多重控2023年7月下 世界有色金属75矿产资源Mineral resources1赵立群,张敏,陈彤.中国重要金属矿产资源现状,供需,进出口数据集J.中国地质,2019,46(1):105-109.2郑承志,关守安,李歧.试论中国金属矿的采矿现状与前景J.能源与节能,2012(9):3.3周雄,周玉,谭洪旗,等.四川措拉锂多金属矿的矿物学特征研究J.矿产综合利用,2020(6):142-147.4赖杨,田恩源,龚大兴,等.川西斯跃武锂-铌-钽稀有金属矿集区自然重砂异常特征及其找矿潜力J.矿产综合利用,2019(3):65-70.5乔锴,赵忠海,陈军典,梁杉杉,陈俊,李成禄.黑龙江霍龙门沟地区土壤地球化学特征及找矿潜力分析J.矿产综合利用,2023,44(1):31-44.6范俊杰,张学军,常春郊,等.甘肃省肃北县鸡叫沟金矿床地球化学特征及成因探讨J.地质与资源,2006,15(4):272-276.7汪洋,杜佩轩.薪疆天山表壳元素地球化学特征J.矿物岩石地球化学通报,2004,23(1):5.8康博,颜志强,李恋宇.湖南省临湘市桃林铅锌矿成矿模式及找矿标志J.资源环境与工程,2015,29(2):160-163,127.9杨健,胡新露,李春芳,等.黑龙江省翠中铁钨多金属矿床成岩成矿年代学,地球化学特征及地质意义J.地球科学,2020,45(5):16.10 孟旭阳,王鹏,张东阳,等.辽宁思山岭铁矿元素地球化学特征及其地质意义J.中国地质,2012,39(6):1857-1873.11 刘劲松,邹先武,汤朝阳,等.大巴山地区水系沉积物地球化学特征及找矿方向J.中国地质,2016,43(1):12.12 贾宏翔.广东省龙川县天堂山锡多金属矿床地质地球化学特征和成因D.北京:中国地质大学(北京),2016.13 罗伟,岳相元,周雄,彭静,晁文文,黄万俊,刘伟.四川金川县列门地区土壤地球化学特征及找矿意义J.矿产综合利用,2022(1):1-7.14 孙宁,孔凡乾,韦龙明,等.广东省麻布岗地区银多金属矿床地质特征及找矿方向J.有色金属(矿山部分),2015,67(1):43-46.15 蒋起保,魏锦,欧阳永棚,等.江西大游山地区水系沉积物地球化学特征及找矿方向J.沉积与特提斯地质,2021,41(1):73-81.16 陈世强,李省晔,柴永全等.北祁连西段吊达坂地区水系沉积物地球化学特征及找矿预测J.地质找矿论丛,2020,35(3):322-331.17 刘铁生,陈文辉,黄翔宽,曹运江,叶顺,赵彦名.广东天堂山铷锡多金属矿床成矿地质特征及其成因J.矿产综合利用,2022(1):119-132.18 文俊,赵伟,李复勇,竹合林,张航飞,张金元.川西南马边地区永红萤石矿床地质特征、成因类型及其开发利用价值J.矿产综合利用,2023,44(1):1-9,15.制。金属元素异常区所处岩性、组合及其周边破碎的岩石，揭示出，该区金属元素的富集可能源于岩浆带来了丰富的金属元素来源，同时岩浆沿周边的大量裂缝流动，与周边岩石进行元素互换，进而导致了金属元素的富集。并且异常区多存在一定的岩石蚀变现象，且蚀变程度的强弱与金属元素异常强弱有着一定的关系，这为开展研究区周边大区域高光谱及遥感找矿提供了可能性。与此同时，综合分析研究区元素地球化学信息，揭示出，该区内矿产资源极其丰富，其中以Cu、Ni、Zn三种金属矿产为主，多呈片装分布，在后期开采过程中可进行范围性的开采，且三种元素的高相关性及综合异常区的共存性进一步揭示出研究区三种金属可能存在很高的共存特性，进一步验证了物质来源的一致性，也为后期开展找矿工作提供了更好的参照。4 结论金属矿产对于国家的发展有着极其重要的意义，通过在研究区开展地球化学特征分析，最终揭示出如下结论：（1）圈定单元素异常区50处，其中Au异常区15处、Cu异常区11处、Ni异常区7处、Ag异常区7处、Zn异常区5处、Pb异常区5处；综合异常区5处。（2）岩浆活动的存在为该区金属矿产的富集提供了物质来源，断裂带的存在为金属元素的富集提供了通道，变质岩、断裂带及岩石蚀变等均可用做当地金属找矿标志。（3）岩石蚀变找矿标志使高精度高光谱和遥感找矿在该区应用成为可能。（4）金属矿产以Cu、Ni、Zn为主，且三种金属可能存在很高的共存特性，有着极其有重要的找矿潜力。以上研究表明研究区是非常有利的找矿区域，蕴藏着非常丰富的金属矿产资源，这为后期开展研究区周边大范围矿产调查工作提供了真实可靠的数据支撑和技术方法建议，能够极大的降低找矿成本。图4元素R型聚类分析谱系