蒙古国东南部钨多金属靶区的快速圈定与成矿分析

黄雪飞，张宝林，贾文臣，李晓利，沈晓丽，郭志华

(1．中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室，北京100029; 2．中国科学院研究生院，北京100049)

蒙古国东南部钨多金属靶区的快速圈定与成矿分析

黄雪飞1，2，张宝林1，贾文臣1，李晓利1，沈晓丽1，2，郭志华1，2

(1．中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室，北京100029; 2．中国科学院研究生院，北京100049)

复杂地表条件下矿产勘探一直是个难题，国外区块更是如此，首次利用XLT－592WZ型便携式XRF分析仪在蒙古国苏赫巴托尔省(额尔德尼查干苏木)13451X草原覆盖地区系统采集数据，分析研究并圈定成矿靶区。初期利用X荧光仪进行扫面勘探，发现有W、As、Pb、Zn、Cu、Fe等元素异常，经过异常查证优选了一个钨多金属找矿远景区。在钨多金属找矿远景区内通过23条探槽和钻探工程进一步揭露发现一条黑钨矿体;钨矿主要以脉状、团块状或是角砾状形式出现，成矿围岩为花岗斑岩，矿石以黑钨矿为主，白钨矿极少，可见硅化、萤石，推测该区成矿类型为高温热液型黑钨矿。综合来看，在野外利用便携式X荧光光谱仪进行定性与半定量分析是有效的，该方法可在同类地区推广应用。

草原覆盖区地球化学勘探钨多金属矿便携式X荧光光谱仪(XRF)蒙古国

Huang Xue－fei，Zhang Bao－lin，Jia Wen－chen，Li Xiao－li，Shen Xiao－li，Guo Zhi－hua．Rapid determination of a tungsten polymetallic target in Southeast Mongolia and metallogenic analysis［J］．Geology and Exploration，2012，48(5):0906－0914．

蒙古国东南部成矿条件好，但地质勘探程度极低，样品分析测试数据匮乏，地表被草原覆盖，露头极少，系统取样分析测试不仅耗时，费用高昂，而且当地实验室条件和分析技术也无法保障，如果运回国内则面临出境困难，给勘探工作带来很大困难。因此在该区探讨研究一种快速、经济、有效的隐伏矿预测手段至关重要，鉴于此，本研究选用手持X荧光仪现场快速对蒙古国东南部草原覆盖区13451X勘探区的元素含量进行测试，并利用本研究已完成的实验室测试资料对荧光仪所获数据的准确性与代表性进行标定，圈定潜在矿产富集靶区，分析其成矿背景及矿产资源潜力，为后期勘探和开发提供依据。

1 手持X荧光仪应用现状

在近几十年的矿产勘查和预测研究过程中，X荧光仪具有现场、快速、高精度测试分析功能，展现了良好的应用前景，并在国内不同覆盖条件下的探矿区找矿勘探应用中取得了良好效果，如在戈壁荒漠区测量岩石样:新疆包古图金矿(王辉等，1989)、阿舍勒铜金多金属矿(曹利国等，1998)、青海龙尾沟铜金矿床(徐善法等，2003，2004，2005);在植被覆盖区测量B层土壤样及水系沉积物样:广西大瑶山铅锌矿(曹利国等，1998)、云南潞西上芒岗金矿(高振敏等，2000)、云南墨江金矿(刘铁兵等，2001)、四川理塘铜锡铅银矿(吴建平等，2005)等地早期快速发现了元素异常，并初步圈定了矿床(体)范围。花永涛等(2006)研究发现X荧光测量B层土壤样结果与化学分析结果基本一致，崔敏利等(2009)将X荧光测得红土样品的镍含量与实验室精确测定的镍含量对比发现，两者数据趋势变化亦基本一致。但该方法目前尚未在蒙古国进行有效应用，对草原覆盖区现场岩石样的测试准确度与精度有待探讨。

2 矿区地质概况

13451X工作区位于蒙古国苏赫巴托尔省额尔德尼查干苏木图1，距中国边境口岸珠恩嘎达布其约70 km，地貌上属于草原缓山区或中型山区，海拔高度在1100～1400 m，工作区总面积近600 km2。大地构造上属于蒙古弧形构造带东段、古亚洲成矿域北部(任纪舜，1999;洪大卫，2003)。成矿带上属于蒙古国东南部钨钼多金属矿带的西南延伸部分，具有良好的成矿条件与找矿前景(聂风军等，2010)。地质构造复杂，岩浆活动强烈，同时伴随有大量的成矿作用。区域上总体构造线呈北东方向，北东向构造控制着地层和岩体的展布方向。次之为北西向、北北西向及东西向构造。

工作区大面积被草原覆盖，露头较少。根据局部露头显示，研究区内地层主要沿北东－南西走向，主要有泥盆纪(D2－3)砂板岩、粉砂质片岩，四周被花岗岩侵入体包围，两者接触部位具不同程度的硅化，局部出现石英脉或石英网脉，在岩石蚀变位置的片理面和裂隙中往往具褐铁矿化，白垩纪(K)黑色气孔状玄武岩，另外，还有少量的新第三纪(T)含铁质砂岩。第四纪(Q)黑色松土层(图1)。区内岩浆岩主要分为加里东期和印支期两个不同时代的侵入岩(据中国科学院地质所固体矿产室隐伏资源预测与探查学科组待发表数据)。加里东期花岗岩侵入体主要呈北东向展布在工作区东北部，在研究区中部偏北以及西南角区域有少量出露。印支期侵入岩出露在研究区东南部，主要侵入于中部泥盆纪(D2－3)地层的砂板岩、粉砂质片岩的东边缘及其中间，在工作区的西北角也有少量出露。区域内见到的矿化石英脉都与印支期的花岗岩有关，与该期花岗岩接触的泥盆纪(D2－3)砂板岩、粉砂质片岩地层均有不同程度的硅化和褐铁矿化。前人研究表明，印支期花岗岩侵入带来了深层含矿热液流体，沿断裂或裂隙上升过程中，随着温度压力条件的变化，在高温阶段析出成矿元素钨－钼－铜等，形成高温热液矿床。如蒙古境内的玉古兹尔(Yuguzer)钨(钼)矿床、阿尔巴彦(Arbayan)钨矿床、察布(Tuv)钨(钼、锡)矿床、乌姆努特(Umnut)钨(钼)矿床，以及我国东乌珠穆沁旗的沙麦钨矿床(Badarch G et al．，2002; Dejidmaa G and Badarch G，2005;胡朋等，2005，2006;聂风军等，2010)均为典型的热液矿床，且其成矿过程多被认为与印支期花岗岩类侵入体有关(胡朋等，2005)。因此，这些都暗示出成矿环境极其类似的13451X矿区应具有良好的勘探潜力。

3 X荧光仪数据采集与质量评价

3．1 数据采集

有关便携式X荧光光谱仪(XRF)的工作原理前人都曾做过论述(林延畅等，2002;卓尚军等，2003)，本文不再赘述。需要说明的是本研究中采用的X荧光光谱仪是美国Niton公司生产的XLT－592WZ型便携式XRF分析仪。根据分析需要及该仪器不同模式适用范围，本文分析中采用了该仪器块体分析模式下的Industrial Bulk Cu/Zn/Pb Testing Mode(工业块体铜/铅/锌模式或百分比模式)亚模式进行数据检测。工业块体铜/铅/锌模式可以检测的元素百分比含量要高于1．0%，以%为量级单位，原子数超过26的元素的含量要占到几个百分比才可以检测到，且不能检测Au、Hf、Ta、Re。这两种亚模式进行数据检测。根据两种检测模式适用条件，本研究在其百分比模式下检测到13451X矿区的Sn、Ag、Mo、Nb、Zr、Bi、As、Pb、W、Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V、Ti等元素含量;在ppm模式下检测了矿区Sn、Ag、As、Pb、Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Sb、Cd、Sr、Rb、Se、Hg等元素。之所以采用两种模式分别检测不同的元素主要是考虑到该仪器的ppm模式较百分比模式的检测限要低，前者可以检测的元素百分比含量要低于1．0%，以ppm为量级单位，若是原子序数超过26的元素的含量高于几个百分比，则不能检出;而后者可以检测的元素百分比含量要高于1．0%，以%为量级单位，原子数超过26的元素的含量要占到几个百分比才可以检测到，且不能检测Hf、Ta、Re。

由于13451X工作区地貌上属于草原缓山区或中型山区，海拔高度在1100～1400 m，区内极少见水流，大部分地区被草土覆盖。所以本次现场X荧光数据采集方法分为两类:第一类是全区勘查时，在基岩出露部位，打开岩石新鲜面，采集X荧光数据，而在草土覆盖区，即无岩石露头位置，则对草地中的岩石碎块采集数据。每一测点用GPS定位，测点间距一般为200～500 m，沿线间距为100～200 m，在选取的每一点上用X荧光仪百分比模式进行测试。第二类是在找矿靶区范围内，对探槽底部的新鲜岩石面进行测试与数据采集，一般沿一壁采样，当两壁矿化不均时在两壁分别采样，然后混合成一个样，测点间距一般为1 m，遇有蚀变或矿化强烈处，加密测试，共获得X荧光百分比模式下有效测试点数2356。以上两种情况下，设定的每点测试时间均为30 s。

实验室分析的探槽样品按照等间距(1 m)连续刻槽采集，沿探槽所采实验分析样的位置与X荧光测试位置是一致的，每个实验样品重量约为2 kg，共采集样品2513件。所采样品依次分别编号、包装，随机选取其中246件样送中国地质科学院廊坊物化探研究所实验室测试，使用标准程序对样品加工分析取得相应的主微量元素数据。分析元素为Na、K、Mg、Ca、Al、Fe、Li、Au、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Sn、Sr、Ti、V、W、La、Y、Zn、Zr。

3．2 数据准确性评价

为了评价X荧光仪现场测试新鲜岩石面所获数据的准确性，随机选择了若干条代表性剖面，然后比较剖面上各点处X荧光仪所获数据与实验室测试“真值”之间差别。图2是其中一条剖面As元素分布图，黑色折线为实验室测试数据，黑色点虚线为荧光仪百分比模式下测试数据。从图中可以明显看出，实验室与荧光仪测试数据的变化趋势基本一致，其中X荧光仪测定结果较实验室测定结果波动更大，这可能是因为X荧光仪测试时，一般都是在选取的地表出露基岩或是探槽揭露基岩上，用荧光仪探口对准其新鲜面上平整部位，其测试值应是X荧光探口处的“点”值，而实验室分析测试的是该点附近岩样均一化的“体”值，它应是各个“点”值的平均值。

按照上述对比方法，再对某一点X荧光仪两种模式下测试与实验获得的不同元素含量进行比较(如图3)，结果发现用两种方法所获得的元素分布特征基本相近(考虑到各元素含量差异，图中元素含量取对数)。由此可见，利用X荧光仪所获数据准确性可基本满足后期定性分析工作要求。

4 数据处理与应用

对取得的数据进行了系统的统计与相关性分析，并且计算了各地球化学元素的异常值，做出了各元素异常分布图。利用荧光仪数据处理结果，结合矿区地质特征，圈定了1个I级找矿远景区，在远景区内布设了槽探工程进行加密勘探，进一步缩小了靶区范围，利用验证钻探发现了钨矿体。

4．1 快速圈定钨多金属找矿靶区

在对X荧光仪所获岩石露头与岩屑海量测量数据准确度及精度评价的基础上，制作出重要矿化元素分布等值线图，发现工作区地表基岩矿化元素异常分布具有区域性，西北角中细粒花岗岩中富集Cu，东部似斑状花岗岩中富集Pb、Zn，南部偏西部位富集W、Mo，主要呈北东－南西方向展布。此外，As在西南部和东北部富集，Fe主要分布在中西部，呈条带状北北西向分布。分别求取每一种元素的区域背景值，测量值与背景值之差即为异常值，从而获得了各类元素异常区分布(如图4)，异常下限的确定方法有多种(徐国端等，2003;赵荣军，2006)。图4中元素异常下限的确定是采用目前我国地球化学勘查标准中规定的方法(李长江等，1999)，即检验该区某元索数据是否符合对数正态分布，如果不符合，则剔除部分异常数据，直到数据符合对数正态分布为止。对于符合对数正态分布的数据，计算得到其几何平均值(c)和标准离差(σ)，然后以几何平均值与2倍标准离差之和(c+ 2σ)的真数作为该元素的地球化学异常下限，等值线的间隔是以异常下限的2n倍值绘出(n=1，2，3…)。将矿区各元素富集区进行叠加，并结合研究区地质构造、露头蚀变信息，在研究区初步圈定了三个有利的找矿远景区:西北部Cu远景区(A区)、南西部Fe、As、W、Mo异常区(B区)以及东部As、Pb、Zn异常区(C区)等。

在这些元素富集区内，再用手持X荧光仪进一步加密测量，分析其富集程度。结果发现，A区Cu元素异常幅度低于0．2%，高值部分可达到0．3%～0．5%。C区As、Zn元素异常幅度都低于0.15%。A、C区元素异常幅度均较小且分布比较局限，暂不把其作为下一步优先勘探区。而B区Fe、As、W、Mo元素异常分布面积大，异常高，Fe、As、W、Mo异常分别高达32%、0．45%、0．12%、0.0025%，不同元素异常中心相对比较集中，并且在B区异常检查过程中，在某山坡下局部发现了钨元素含量高达30%的富矿石(由于该地没有河流或构造迁移迹象，可以初步断定该矿石应该距矿体位置不远)，同时还有钼、铜等元素异常显示，在该区西南部位还发现一个萤石矿点，这些都表明此远景区内钨元素已局部富集成矿。而且将利用X荧光仪数据圈定的靶区投在Aster遥感解译构造图上发现，B区正好位于两个环形构造与断裂构造的交汇部位。A区范围虽然也处于环形与线性构造的交汇部，但是目前在该区内发现的化探异常较弱较少。综合以上地质、构造、异常幅度条件分析，将B区确定为研究区内最具潜力的找矿远景区，将B区作为下一步工作区，而A、C区有待今后进一步的详细勘查工作。

4．2 矿化富集部位的确定与工程验证

为了在钨金属找矿远景区发现矿体位置，并且寻找其它可能的共生矿与伴生矿，在选定的钨多金属找矿远景区内，设计施工了23条西北－东南走向的槽探剖面，槽探长度约90～250m，累计总长约2513 m。这些探槽基本都垂直于钨矿化带的走向，并分别利用X荧光仪在两种模式下密集(1点/米)扫样探测，并重点扫测探槽内所能识别出的具有黑钨矿化、最强褐铁矿化或蚀变部位，从而获得了每条探槽剖面壁上元素分布特征。

根据野外23条探槽样品所获测试数据资料，利用地质统计学及聚类分析方法，对上述探槽样品测试数据进行了分析研究。对钨、钼、铋、铜、铅、锌、铁、锰等相关的中高温成矿元素进行统计发现:钨平均含量为0．0108%，最高13．49%，平均值0.0108%达到了工业品位，具有经济开发价值，而其它金属元素没有达到工业品位，不具经济价值(表1)，而且在验证钻孔中也没有发现其它的共生、伴生矿。

图4 13451X研究区内圈定的找矿远景区Fig．4 Determined potential prospecting areas in the research area 13451X

表1 X荧光仪分析数据描述统计Table1 Statistics of element contents determined by X－ray fluorescence

利用统计分析软件SPSS对变量(即实验室分析测试的各元素)分别进行了双变量相关分析和系统(R型)聚类分析(余建英等，2003;吴轩等，2006)。相关性分析结果表明元素Mn、Sc含量与成矿元素W含量相关性最大，相关系数分别达到0．86、0．65、0．54，而Mo、Bi、Cu、Pb、Zn等与W相关性较小。系统(R型)聚类分析(余建英等，2003;吴轩等，2006)也证实了上述规律。钨与锰、钪等单元素的相关性较大，主要是由于这些元素具有化学性质上的关联。钨与锰结合可形成黑钨矿，黑钨矿的化学式(Mn，Fe)WO4。该地钨元素与锰元素存在高正相关性，正好反映了该地的矿石类型主要为黑钨矿。根据钨、锰两种元素间的正相关性，可以利用锰的发现来反推钨的含量，这在钨的勘探方面也会有较大的作用，因为一般岩石中钨元素的含量较少，肉眼较难辨别，较难勘探，而锰元素的含量相对要高，易测量，而且在地表可能还会出现黑色的线状蚀变(锰线)。而钪这种元素形成的主要矿物为钪钇石，极稀少，经常存在于钨矿、锡石及含有其他稀土的矿石中，所以这两种元素的高相关性说明矿区中含钨的地方也有少量的钪元素存在。

为了在远景区内进一步缩小找矿范围，对远景区内成矿元素W与指示元素锰的分布规律进行了详细研究。利用荧光仪探槽数据，分别求取锰与钨元素的异常下限值，从而获得了锰与钨元素异常区分布图(如图5)，图5中元素异常下限的确定是采用目前我国地球化学勘查标准中规定的方法(李长江等，1999)，即检验该区某元索数据是否符合对数正态分布，如果不符合，则剔除部分异常数据，直到数据符合对数正态分布为止。对于符合对数正态分布的数据，计算得到其几何平均值(c)和标准离差(σ)，然后以几何平均值与2倍标准离差之和(c+2σ)的真数作为该元素的地球化学异常下限，等值线的间隔是以异常下限的2n倍值绘出(n=1，2，3…)。

图5 靶区元素异常图(a－锰元素;b－钨元素)Fig．5 Maps showing element anomalies in the target area(a－manganese;b－tungsten)

图6 13451X矿区矿体示意图Fig．6 Schematic diagram showing ore bodies in the study area 13451 X

从图6可以发现成矿元素钨的异常富集中心主要在0号探槽附近。结合实际地质条件分析、讨论，初步推测钨隐伏矿的具体位置可能就在0号槽附近。近期在0号探槽上及附近布置了3个验证钻孔(钻孔位置见图6)，在钻孔岩心中见到了几米厚的钨矿，矿体呈脉状、团块状或角砾状形式出现，矿石以黑钨矿为主，白钨矿极少，蚀变可见硅化与萤石化，围岩为花岗斑岩与石英斑岩。利用这三个钻孔岩心资料，初步勾勒了钨矿体的形状。

5 成矿分析与讨论

钨是第六副族元素，可呈+2～+6多种价态，但以+6价最为稳定和常见。地球化学和矿床学研究表明，钨在成矿热液中的迁移形式十分复杂，往往具有多种形式。刘建明等(1994)研究得出，在高温、相对碱性、高盐、富氟、低硫的成矿热液中，钨将主要以氢氧络合物以及氟氧络合物的形式迁移。此时，酸化将是使钨络合物不稳定沉淀的重要机制，结果生成岩浆活动有关的高温气液矿床。钨将主要以黑钨矿的形式产在云英岩型或石英脉型高温热液矿床中，或以白钨矿的形式产在矽卡岩型矿床中。而在相对酸性、贫氟、中－低等盐度，在中－低温热液中，钨主要呈各种杂多酸络合物的形式存在，若热液富硫则尚可能有各种硫代络合物的生成。此时热液的碱化(如与碳酸盐地层相遇)和降压(如上升到地表浅部)都是使杂多酸分解沉淀的重要机制，结果生成与岩浆活动无密切关系的层控型中－低温浅成热液矿床。而13451X钨矿的成矿围岩为花岗斑岩与石英斑岩，说明矿石在流体偏酸性时发生沉淀，而且在围岩与矿体中可以见到萤石矿化，极少见到硫化物，在矿体附近还有一处萤石矿化点，这些说明成矿热液是一个相对碱性、富氟、低硫的环境，流体中的钨主要以氟氧络合物或氢氧络合物的形式迁移，而在流体进入酸性岩体时，碱性减弱，发生沉淀形成岩浆热液型黑钨矿。

将钨富集中心投在Aster遥感解译构造图上，可以发现其正好位于两个环形构造与断裂构造的交汇部位，暗示出该矿区成矿活动可能与基底的这种环形(古火山口或隐伏的侵入岩体)与线形(断裂)有关。

综上所述，13451X地区在加里东期到早印支期时存在多期岩体活动，在这个过程中流体中钨主要以氢氧络合物以及氟氧络合物的形式迁移，随着高温成岩元素的结晶析出，成矿流体中钨元素逐渐富集。随着岩浆的继续演化，其酸度越来越高，此时若是流体上升进入到断裂中，快速降压降温过程使得成矿流体发生隐爆活动，在这个过程中黑钨矿矿石就以角砾胶结物或块状的形式形成。而随着钨的沉淀，流体中的氟元素富集，会以萤石的形式沉淀。

6 结论

在地质勘查的基础上，通过X荧光仪在蒙古13451X矿区的应用，结合物探与遥感资料，在矿区发现了一个I级钨多金属矿靶区，并在该矿靶区内利用槽探、钻探验证，发现了1条钨矿体。

(1)利用X荧光仪数据，发现区内矿化富集元素主要包括钨、砷、铅、锌、铜、铁(As、Pb、Zn、Cu、Fe)等，而锡、铋、钼等金属元素含量较低。

(2)结合地质、化探、遥感资料(利用X荧光仪数据)，圈定了三个有利的找矿远景区，其中B区钨元素异常幅度较大，富集程度较高，成为区内首个被查明的找矿远景区。A区铜异常与C区铅锌异常都还有待进一步工作。

(3)在钨金属找矿远景区内利用槽、钻探工程，研究成矿元素钨的异常分布，并最终发现钨矿。对靶区内荧光仪数据分析发现成矿元素只有钨。而锰元素含量对类似地区找钨具有指示意义。

(4)B区钨矿主要以脉状、团块状或是角砾状形式出现，成矿围岩为花岗斑岩，矿石以黑钨矿为主，白钨矿极少，蚀变可见硅化、萤石化，而且钨矿处于遥感解译环形构造与断裂交汇的部位，说明区内钨矿形成过程可能与交汇区岩浆活动有关，应是岩浆热液成矿的典型代表。

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Rapid Determination of a Tungsten Polymetallic Target in Southeast Mongolia and Metallogenic Analysis

HUANG Xue－fei1，2，ZHANG Bao－lin1，JIA Wen－chen1，LI Xiao－li1，SHEN Xiao－li1，2，GUO Zhi－hua1，2
(1．Key Laboratory of Mineral Resources，Institute of Geology and Geophysics，China Academy of Sciences，Beijing100029; 2．Graduate University of China Academy of Sciences，Beijing100049)

The mineral exploration in complex surface conditions has always been a difficult problem in China so as in foreign exploration blocks．The exploration area 13451X is a thick cover grassland located in Sukhbaatar Province of Mongolia．In this work，for the first time we used the XLT－592WZ hand－held X fluorescence spectrometer to collect data in the field，and determined a metallogenic target area．The early scanning exploration using X－ray fluorescence identified the W，As，Pb，Zn，Cu and Fe anomalies，and geochemical surveys delineate a tungsten polymetallic ore－prospecting area．Twenty－threetrenches and drilling projects suggest a tungsten ore body in the ore－prospecting area．This tungsten orebody mainly appears in veiny，blocks or brecciated form，and its surrounding rock is granite porphyry or quartz porphyry．The ores are dominated by wolframite with trace of scheelite，and silicification and fluorite can be found．It is thus inferred that this deposit is of the high－temperature hydrothermal type．We can conclude that the use of portable X－ray fluorescence spectrometer for qualitative and semi－quantitative analysis in the field is effective，and that this method can be widely applied in similar areas．

grassland covered area，geochemical exploration，tungsten polymetallic ore，portable X ray fluorescence spectrometer(XRF)，Mongolia

book=9,ebook=524

P588．12+P581

A

0495－5331(2012)05－0906－9

2012－02－17;

2012－04－10;［责任编辑］郝情情。

本文为十一五科技支撑计划重大项目二级课题(编号2006BAB01A02)“典型覆盖区金属矿综合地球物理定位预测技术开发及应用”资助的成果。

黄雪飞(1985年－)，女，中国科学院地质与地球物理研究所硕士研究生，矿床学研究方向。E－mail:feifei871018@126．com。