内蒙古准和热音苏木地区岩石元素地球化学特征及成矿性分析

卢文东

(山东省地质矿产勘查开发局第一地质大队，山东 济南 250100)

准和热音苏木地区位于内蒙古锡林郭勒盟苏尼特左旗西北部，行政区划属洪格尔苏木，属于高原低山—丘陵区，海拨高度多在1000～1100m，地势平坦，牧草丛生，基岩裸露差，多被土植被覆盖，为半干旱荒漠草原区。研究区进行过1∶1万地质填图及1∶2.5万土壤地球化学测量，未发现好的找矿线索。该区属于大兴安岭成矿带，受有机质和风成砂的影响，土壤异常找矿效果不明显[1]。2018年，山东省地矿局第一地质大队在16.20km2的研究区范围内，采集地表岩石样品61件，采用基岩地球化学测量方法[1]，化验分析了Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Bi，Hg，W，Sn，Mo，Cd，Co，Cr，Ni 16种元素，研究分析了该区岩石中元素的地球化学特征及成矿性，明确了下一步的找矿方向，进一步指导准和热音苏木地区的找矿工作。

1 研究区地质概况

研究区位于西伯利亚板块、华北板块和塔里木板块之间的中亚造山带东南边缘之晚古生代陆缘增生带，从研究区大地构造背景图(图1a)可以看出，中生代以来，研究区属滨太平洋构造域，构造及岩浆活动复杂[2]；研究区属古亚洲成矿域内蒙古-大兴安岭成矿省二连-东乌旗晚古生代-中生代成矿带，是我国重要的铜及多金属集中分布地区之一，成矿地质条件优越[3-6]。

从研究区区域地质简图(图1b)可以看出[7]，区域出露的地层由老到新有石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩，白垩纪白音高老组一段安山岩，白垩纪下统大磨拐河组泥砂岩，以及新生代第四系风成砂、黏土。岩浆岩主要为晚石炭世肉红色中粒碱长花岗岩和灰白色斑状花岗闪长岩。该区总体构造线方向为NEE向，晚石炭世岩浆侵入及火山活动构成该区主要构造格局。

从研究区地质图可以看出(图1c)，区内地层石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩，以顶盖形式残存于晚石炭世花岗岩之上；白垩纪白音高老组一段安山岩，呈火山喷发不整合上覆于晚石炭世碱长花岗岩体之上，二者之间局部呈正断层接触；白垩纪下统大磨拐河组泥砂岩，呈近EW向的长条状不整合于白垩纪白音高老组一段之上；第四纪更新统及全新统上部沉积。晚石炭世肉红色中粒碱长花岗岩和灰白色斑状花岗闪长岩呈枝杈状侵入于石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩地层中，普遍发育角岩化现象。脉岩主要有花岗斑岩脉、闪长玢岩脉、石英脉，充填于石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩、晚石炭世碱长花岗岩和花岗闪长岩中，规模较小。该区构造与区域上构造格架一致，可能有隐伏的NEE向断裂构造。

a—研究区大地构造背景图；b—研究区区域地质简图；c—研究区地质图；1—第四系；2—白垩纪下统大磨拐河组泥砂岩；3—白垩纪白音高老组一段安山岩；4—石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩；5—晚石炭世花岗闪长岩；6—晚石炭世碱长花岗岩；7—花岗细晶岩脉；8—花岗斑岩；9—闪长玢岩；10—石英脉；11—硅化蚀变带；12—整合地质界线及侵入界线；13—不整合界线；14—断层；15—产状；16—铜多金属矿化点；17—铜矿化点；18—研究区范围；19—岩石采样位置图1 研究区地质简图

2 分析方法

岩石化探样品在山东省地质矿产勘查开发局第一地质大队实验室进行样品加工及测试。首先，将岩石样品洗净，在烘箱中<60℃烘干，用无污染的行星球磨机全部细碎至小于0.074mm(200目)，制成分析样用于分析[8-9]。Au元素采用石墨炉原子吸收光谱法；Ag，Mo，Sn采用发射光谱法；Cu，Pb，Zn，W，Cd，Co，Cr，Ni元素采用电感耦合等离子体发射光谱法；As，Sb，Bi，Hg元素采用氢化物发生-原子荧光法。对质量监控样品进行了准确率和合格率的统计，均为100%，分析样品质量完全达标[10]。

3 分析结果统计

表1为研究区岩石元素地球化学参数原始数据统计表。表2为研究区剔除特异值后的岩石元素地球化学参数原始数据统计表，显示剔除均值加减3倍离差后的岩石元素含量变化均较小，剔除特异值后统计的地球化学参数反映的是研究区岩石元素背景值特征。表3为各岩石分区元素地球化学参数统计表。

4 讨论

4.1 研究区岩石元素含量特征及成矿性分析

通过分析研究区岩石元素的含量特征，初步了解元素的成矿性。从表1可知，研究区岩石元素的总体特征为：Cu，Pb，As，Sb，Bi，Cd，Co元素的含量变化较大，变异系数均大于1，说明这7种元素含量在研究区内变异程度较大，数据离散，有利于元素的局部富集、成矿；其中Pb元素的变异系数最大，为3.189，说明Pb元素含量数据在本区最离散，富集成矿潜力最大；Cu，Sb元素的变异系数较大，均大于2，说明Cu，Sb元素在该区数据较离散，较有利于局部富集成矿；Pb最大值956.3×10-6，Cu最大值1141.1×10-6，显示了较好的Pb，Cu矿化；Cd最大值1001.9×10-6，目前世界上发现的最高镉矿床——贵州牛角塘镉锌矿床，镉品位一般为(1000～8000)×10-6，最高达1.43%，平均为4262×10-6[11-12]，说明该区Cd具备富集成矿的可能性；Co最大值86.5×10-6，据新疆铜花山钴-多金属矿床，赋存于磁铁矿中的Co含量为166×10-6[13]，该区为1∶5万正负磁异常与正负剩余重力异常接触带[6]，有望寻找含钴磁铁矿；其他元素Au，Ag，Zn，Hg，W，Sn，Mo，Cr，Ni含量在工作区变化不大，成矿性较差。

表1 岩石元素地球化学参数(未剔特异值)

注：Au,Ag,Hg的单位为10-9;Mo,Sn,Co,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Ti,V,W,Zn,As,Sb,Bi的单位为10-6。

表2 岩石元素地球化学参数表(剔特异值)

注：Au,Ag,Hg的单位为10-9;Mo,Sn,Co,Cr,Cu,Mn,Ni,Pb,Ti,V,W,Zn,As,Sb,Bi的单位为10-6。

表3 各岩石分区元素地球化学参数

表3 各岩石分区元素地球化学参数(续1)

表3 各岩石分区元素地球化学参数(续2)

与中国东部岩石元素背景值相比[14-15]，研究区岩石中Au，Cu，Zn，As，Bi，W，Sn，Mo，Cd元素含量平均值高于中国东部岩石元素背景值，说明以上元素在该区相对富集，显示较高的背景；其他元素Ag，Pb，Sb，Hg，Co，Cr，Ni元素含量平均值低于中国东部岩石元素背景值，体现出了不同地区岩石元素分布的差异性特征(表2)。

4.2 各岩石分区元素含量特征及成矿性分析

通过分析研究各岩石分区元素的含量特征，进一步了解元素在岩石分区中的成矿性。利用表3数据制作了16元素含量相对研究区(未剔特异值)均值比值岩石分区变化曲线图(图2)，16元素含量相对研究区(剔特异值)均值比值岩石分区变化曲线图(图3)。

图2 岩石分区相对研究区元素含量(未剔特异值)均值比值变化曲线图

从图2可以看出，该区岩石分区的成矿性，白音高老组一段安山岩、硅化蚀变带、晚石炭世花岗闪长岩和碱长花岗岩中有明显的元素富集现象，成矿可能性较大。安山岩中具备成矿潜力的元素为Co，Cd，Mo，其浓集比率均大于2；硅化蚀变带中最具成矿潜力的元素为Pb，Cu，其浓集比率分别为6.22和5.94；其次为Bi元素，浓集比率为2.88。晚石炭世花岗闪长岩体中Sb浓集比率最高为3.94，显示了较好的浓集特征，Bi，As，Cd元素也有富集，浓集比率均大于2；晚石炭世碱长花岗岩中Ag，Sn有明显富集，其浓集比率分别为2.28和2.14，体现元素分区的高背景特征。

安山岩属于早白垩世火山岩，花岗闪长岩和碱长花岗岩属于晚石炭世侵入岩，根据元素的成矿性分析其成矿期，说明该地区存在早白垩世和晚石炭世2个成矿期。区域上白垩纪白音高老组一段安山岩，呈火山喷发不整合于晚石炭世碱长花岗岩体之上，局部二者之间呈正断层接触，存在较好的容矿空间，为Co，Cd，Mo的富集成矿提供了条件。晚石炭世花岗闪长岩株与围岩宝力高庙组一段变质砂岩接触部位，由于热变质作用，普遍发育不同程度的黑云母化、绢云母化、硅化等蚀变现象，充填于石炭纪宝力高庙组一段变质砂岩中的硅化蚀变带正是该期热液活动的产物，连同花岗闪长岩株与围岩宝力高庙组一段变质砂岩的接触带，二者可能是寻找Pb，Cu矿有利的地质体，为找矿指明了方向。

图3 岩石分区相对研究区元素含量(剔特异值)均值比值变化曲线图

通过图3与图2的对比分析可知，元素之间的浓集幅度发生变化。浓集幅度明显变大的为Bi，Cu，Pb，Sb元素，说明这4种元素更离散，成矿潜力大，与图2反映的元素富集趋势基本一致，其中变化最大的为Bi元素；变化较大的为As，Co，Cd，Mo元素；Co，Cd，Mo元素在白音高老组一段安山岩中的浓集幅度变化不大。而As，Sb元素在大磨拐河组泥、砂岩和宝力高庙组一段变质砂岩中浓集幅度变大，作为前缘指示元素，较活泼，分散性大，这可能与元素的性质有关。

Bi元素通过图3更清晰地反映了元素的富集变化趋势，Cu，Pb元素也基本具备相同的趋势。Bi，Cu，Pb元素在晚石炭世明显富集，佐证了晚石炭世时代为成矿期，体现了元素的富集规律受时代的约束。硅化蚀变带中的Bi元素浓集比率最高为49.20，且伴随了Cu，Pb元素的富集，而硅化蚀变带充填于宝力高庙组一段变质砂岩中，由此可判定晚石炭世花岗闪长岩浆在侵位的同时与围岩宝力高庙组变质砂岩发生岩熔反应蚀变，导致Bi元素的浓集，体现了元素的富集规律受岩熔反应和空间的约束。石英脉、花岗斑岩脉、闪长玢岩脉规模均较小，结合Bi元素的变化趋势，推断脉岩系由晚石炭世岩浆分异作用产生的，Bi元素的熔点范围为47～262℃，跨度范围大，而花岗斑岩脉、闪长玢岩脉属于浅成岩，相较于花岗闪长岩，岩浆冷却温度较快，相对不利于Bi元素的富集(图3)，体现了元素的富集规律受温度、结晶速度的约束。

4.3 岩石元素富集离散特征及成矿性分析

通过分析研究岩石元素富集离散特征，按照富集成矿潜力大、一般和不具备成矿潜力，对该区元素的成矿性进行分析。利用CV1表示区内各元素原始数据集的变化系数，利用CV2表示背景数据变化系数，利用CV1和CV1/CV2(反映特高值削平程度)制作了各元素变化系数解释图(图4)。据图4可知，岩石中元素含量变化大、离散程度高、数据值高的是Pb，Cu，Bi，Sb，富集成矿潜力大。元素含量变化相对大、离散程度相对高，数据值一般的元素是Cd，Co，As，富集成矿潜力一般。元素含量变化小、离散程度小、但数据值相对高的元素是Ag，富集成矿潜力一般。Au，Zn，Ni，Cr，Hg，Sn，W，Mo元素含量低且离散程度低，这些元素的含量均匀，故基本不具备独立成矿的可能性。

图4 各元素变化系数解释图

4.4 因子分析、聚类分析及成矿性分析

利用因子分析和聚类分析，分析研究岩石元素的组合特征，对元素组合的物质属性进行判定[16-19]，对不同元素组合的成矿性进行深入的分析研究，指明找矿方向。

利用SPSS软件，对岩石元素的原始数据进行因子分析，根据相关矩阵求得因子结构式及特征根值，对各元素组合的物质属性进行了判定(表4)。

利用GeoIPAS软件，将岩石元素的原始数据制作了各元素聚类分析谱系图(图5)，截距系数在0.4水平上，主要可以分为两大类元素组合。

图5 各元素聚类分析谱系图

第一聚类As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr对应因子分析F1和F2。据表3数据，白音高老组安山岩中Co，Cd，Mo元素的浓集比率(K1)分别为4.46，2.78，2.23，均大于2，其他岩石单元分区的浓集比率均小于2，因此，Co，Cd，Mo元素在白音高老组安山岩中更易于富集；Co，Cd，Mo元素含量最大值86.5×10-6，1001.9×10-6，7.7×10-6均出现在白音高老组安山岩中，类比已知矿床；Co，Cd元素含量接近或已达到边界品位；Mo元素含量稍低。Co，Cd，Mo元素的变异系数分别为0.729，0.922，0.62；Co，Cd元素含量变化更快、更离散；Mo元素含量较稳定。故Co，Cd元素更易于成矿；Mo指示高温成矿环境。Ni元素在白音高老组安山岩中的浓集比率(K1)达到最高，为1.61，证明了Ni元素在白音高老组安山岩中也较易于富集。Cr元素在白音高老祖安山岩中的浓集比率(K1)为0.86，元素含量较低，仅体现聚类特征。As，Sb，Hg元素含量普遍低，作为前缘指示性元素，指示不同的富集程度。故As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr元素聚类，显示了白音高老组安山岩中的元素聚类特征。

第二聚类Cu，Bi，Pb对应因子分析F3。据表3数据，硅化蚀变带中Pb，Cu，Bi元素的浓集比率(K1)达到最大值，分别为6.22，5.94，2.88；且有Pb，Cu矿化出现。晚石炭世花岗闪长岩体中Bi元素虽有浓集(浓集比率为2.67)，但晚石炭世花岗闪长岩与硅化蚀变带密切相关；故Pb，Cu，Bi元素聚类，显示了硅化蚀变带中的元素聚类特征。野外调查对应该区发现的一条硅化蚀变带，取样发现有褐铁矿化与孔雀石化(图6)；Cu，Pb元素是亲硫元素，其中褐铁矿呈立方体晶型，为黄铁矿氧化而成，硫的富集是成矿的必要条件[20]，显示较有利的成矿(化)信息。

其他元素Au，Ag，W，Zn，Sn相互不聚类，独立成矿的可能性较小。

因子分析与聚类分析的结果一致，结合表3数据分析结果，相互验证，说明分析方法可靠，总结的规律具有代表性。

a—块状褐铁矿化与星点状孔雀石化；b—脉状褐铁矿化与孔雀石化图6 硅化蚀变带中褐铁矿化与孔雀石化

表4 因子结构式及特征根

5 结论

(1)通过分析研究区岩石元素的含量特征，认为Pb元素富集成矿潜力最大；Cu，Sb元素局部富集成矿潜力次之。Pb最大值956.3×10-6，Cu最大值1141.1×10-6，显示了较好的Pb，Cu矿化。Cd最大值1001.9×10-6，Co最大值86.5×10-6，类比已知矿床，Cd，Co具备富集成矿的可能性，有望寻找镉矿、含钴磁铁矿。

(2)通过分析各岩石分区元素的含量特征，认为安山岩中具备成矿潜力的元素为Co，Cd，Mo；硅化蚀变带中最具成矿潜力的元素为Pb，Cu；其次为Bi元素。Sb在晚石炭世花岗闪长岩体中浓集，局部富集Bi，As，Cd；Ag，Sn在晚石炭世碱长花岗岩中呈现高背景特征。该区存在早白垩世和晚石炭世两期的成矿期。

(3)通过分析研究岩石元素富集离散特征，得出Pb，Cu，Bi，Sb元素富集成矿潜力大；Cd，Co，As，Ag元素富集成矿潜力一般；Au，Zn，Ni，Cr，Hg，Sn，W，Mo元素不具备成矿潜力。

(4)通过因子分析和聚类分析，判定元素组合物质属性。最具找矿意义的元素组合为Cu，Bi，Pb，对应硅化蚀变带，并发育褐铁矿化与孔雀石化，硫显示富集，有利于寻找晚石炭纪硫化物型的有色金属矿产。As，Sb，Hg，Cd，Mo，Co，Ni，Cr元素聚类，对应白音高老组安山岩，Cd，Co元素与安山岩密切相关，具备成矿潜力，有利于寻找早白垩纪Cd，Co矿。