山西右玉火烧滩—后窑子一带水系沉积物地球化学特征及找矿应用效果

黄晋荣，王建武，夏旭丽，刘晓琴

山西省地质调查院，太原030006

0 引言

水系沉积物测量可有效地圈定找矿远景靶区，是地质找矿中卓有成效的地球化学勘查手段[1--5]。利用成矿元素次生分散流提取的地球化学信息，开展水系沉积物地球化学勘查与研究，可达到发现矿化线索和初步圈定矿化地质体的找矿目的。近十年来国内众多学者在中国西部及东部一些省区开展水系沉积物地球化学勘查与研究，取得了较好的找矿应用效果[6--19]。

研究区地处山西晋西北地区，该区以往地质矿产研究程度相对较低，尚未发现原生金矿。近十年来，山西省地质调查院在该区开展地质找矿工作，在火烧滩—后窑子一带新发现1处中等规模的原生金矿床，实现了该地区地质找矿工作的新突破。该矿床的发现是以水系沉积物地球化学勘查方法作为工作先导，在水系沉积物地球化学测量成果应用的基础上，经进行异常查证和连续十多年的地质勘查与研究，已取得较好的地质找矿效果，基本查明该矿床成矿地质条件及矿化特征，提交金矿产资源量达中型规模。笔者通过对研究区火烧滩—后窑子一带水系沉积物地球化学特征以及金矿地质勘查等资料进行研究总结，探讨其地球化学成矿规律和地质找矿应用效果。

1 研究区地质概况

研究区西部主要为新太古界集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质花岗岩类等岩石组成的古老变质结晶基底，东部为新生界第四系及少量古生界组成的沉积盖层；岩层走向大致呈NE--SW向展布[20](图1)。

1.第四系全新统；2.第四系上更新统；3.新近系中新统；4.新太古界集宁岩群片麻(杂)岩；5.片麻状变斑状二长花岗岩；6.片麻状变石榴二长花岗岩；7.片麻状变质花岗闪长岩；8.花岗伟晶岩脉；9.区域性正断层；10.韧(脆)性剪切带；11.1∶20万金异常区；12.研究区范围。图1 区域地质简图(据文献[20]修改)Fig.1 Regional geological sketch map

区域地层主要由基底变质表壳岩和沉积盖层两部分组成。基底岩石主要由新太古界集宁岩群片麻(杂)岩组成，岩性主要为黑云石榴二长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴钾长片麻岩、浅粒岩、石榴黑云二长变粒岩和长石石英岩等；盖层主要由零星出露的古生界寒武系、新生界新近系火山陆源碎屑岩以及大面积分布的新生界松散堆积物等组成。

区内岩浆岩分布广泛，主要为新太古代(晚期)和古元古代(早期)深熔变质再造花岗质侵入岩组成，为集宁岩群一套富铝质岩石经深熔作用而形成的变质深成侵入岩类组成。岩石类型复杂多变，岩性主要有片麻状变质花岗闪长岩、片麻状变质石榴二长花岗岩、片麻状变斑状二长花岗岩、变质石榴白岗岩和花岗伟晶岩脉等。这些侵入岩多发生高角闪岩相--麻粒岩相变质作用，与集宁岩群呈侵入接触关系。

区域构造发育，主要表现为断裂构造和韧(脆)性剪切带构造。其中断裂构造受中--新生代构造作用影响和控制，总体呈NE--SW向延伸展布。韧(脆)性剪切带主要分布于基底岩石中，经历五台、吕梁期以及后期多期次构造运动，岩石发生强烈变形变质作用，常形成具有线状高应变特征的韧(脆)性剪切带；区内韧(脆)性剪切带与金矿化关系较为密切。

区内多金属矿产分布较少，以往地质矿产研究程度较低，尚未发现原生金矿，仅发现有少量的白云母、黑云母矿化点及砂金产出点。

2 样品采集与测试

研究区地处山西晋西北山地--黄土覆盖区，黄土覆土面积>70%。区内地势西高东低，西部主要为老变质基岩分布区，东部为黄土覆盖区；岩石风化强烈，沟谷水系发育，有常年流水、间歇性流水和干沟水系，适合开展水系沉积物测量。该区以往尚未发现原生金矿，但在全省综合信息成矿预测中曾将该区划为右玉县元山子—丁家窑金、银Ⅴ级远景区，山西省1∶20万区域地球化学测量成果资料显示，在山西右玉火烧滩—后窑子一带分布有金地球化学异常，面积约25 km2，金异常平均下限值2.94×10-9；另外在火烧滩村西的大沟中以往曾有当地村民淘采过砂金。因此，研究区水系沉积物测量工作范围主要选择在火烧滩—后窑子一带，面积为43.89 km2。

按照1∶5万加密水系沉积物测量样品密度要求，研究区样品密度采用16点/km2，以1∶1万地形图作为采样底图，按0.5 km×0.5 km网度作为基本采样网格，每个采样网格平均布设4个采样点，每个采样点控制汇水面积平均0.062 5 km2。样品主要布在一级水系口和二级水系中，采样位置主要选择在季节性流水河道底部、河道由窄变宽处、水流由急变缓处、河道拐弯内侧以及大转石背后等位置。样品介质主要为细砂、粉砂，避免采集含铁、锰、有机质的淤泥表层物质。样品粒度参照相关技术要求以及邻近省区研究试验效果[21--22]，采用山西省水系沉积物采样粒级试验成果，选择-20～+40目钢筛截取筛选样品介质，可有效减少样品粗碎加工成本和排除风沙、黄土等外来杂物质的影响，保持样品主量元素含量的准确性；样品过筛后质量≥300 g。

样品数量为373个，分析测试工作由国土资源部太原矿产资源监督检测中心承担，分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、As、Sb等8种元素，主要采用原子吸收、原子荧光光谱等方法，样品分析检出总合格率为98.2%，符合测试规范要求。

3 地球化学特征

3.1 地球化学参数特征

表1 单元素地球化学参数特征

从表1可以看出，区内各元素平均值与背景值相比，除Cu 、Mo低于背景值外，其余元素接近或高于背景值。另外各元素显示较大变差系数，Au元素显示最大变差系数，说明其含量变化范围较大，有利于富集成矿。

3.2 单元素地球化学异常特征

水系沉积物测量共圈定单元素异常58个，包含的单元素异常主要有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、As、Sb。其中Au为主成矿元素，高含量主要集中分布于研究区中部，即火烧滩和后窑子村西一带；其他元素高含量分布位置为：Ag分布于区内北缘和南缘，Cu分布于南部，Pb分布于中部，Zn分布于东南角，Mo分布于北部和南部，As和Sb主要分布于北部(图2)。

图2 单元素地球化学异常分布图Fig.2 Geochemical anomalies distribution of single element

Au异常主要集中分布于区内中部、火烧滩和后窑子村西一带，少量分布于北部；除个别异常圈定不封闭外，其余大多封闭；分布岩性主要为新太古界集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质花岗岩类，以及第四系黄土、砂砾等松散堆积物；金异常数量多、范围大、强度高，其中Au8、Au5、 Au9属三级浓度分带，具有较好的金矿化指示线索。

Ag异常分布于区内北缘和南缘，大部分不封闭，且以一级浓度分带为主，强度较低。

Mo、As、Sb异常异常虽较多，但多以一级浓度分带为主，个别达到二级浓度分带，仅有Mo8达到三级浓度分带。As、Sb异常位于Au异常的边部，是Au的探头元素，Mo是Ag、Cu、Pb、Zn的探头元素。

Cu、Pb、Zn异常区内圈出的Cu、Pb、Zn异常较少，共6个，强度不高，为一、二级浓度分带。

3.3 Au地球化学异常特征

水系沉积物测量共圈定Au异常16个，其中Au8、Au5、 Au9、Au11、Au7等金异常主要分布于研究区火烧滩和后窑子村西一带的水系流域。异常分布特征见图3、表2。

表2 主要金异常地球化学特征

图3 Au地球化学异常分布图Fig.3 Geochemical anomalies distribution of Au

Au8分布于区内中东部、火烧滩村西水系流域，为砂金上游源头；面积0.45 km2，Au最大值87.30×10-9，平均值40.41×10-9；Au与As、Sb套合较好，异常强度高，NAP值最大为8.34；异常区分布岩性主要为新太古界集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质花岗岩类，发育有强烈的剪切变形构造，属三级浓度分带。

Au5分布于区内西部、后窑子村西水系上游流域；面积0.31 km2, Au最大值20.80×10-9，平均值12.52×10-9；成矿地质背景条件良好，分布岩性主要为新太古界集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质花岗岩类，发育有强烈的剪切变形构造，属三级浓度分带。

Au9分布于区内西部、后窑子村西水系上游流域；长轴展布方向呈NE--SW，面积0.60 km2, Au最大值38.00×10-9，平均值22.01×10-9；异常强度较高、NAP值为6.04，分布岩性和构造特征类同Au5，属三级浓度分带。

Au11分布于区内中部、后窑子水系中段流域；面积0.73 km2, Au最大值10.50×10-9，平均值6.85×10-9，面积大、但异常强度一般，属二级浓度分带。

Au7分布面积0.13 km2, Au最大值10.90×10-9，面积小、异常强度一般，属二级浓度分带。

3.4 综合异常特征

在对单元素地化异常特征研究的基础上，结合各相关元素化学特性以及区域成矿地质背景特征等进行元素组合分区，研究区共分为13个综合异常区，区内找矿潜力较好、∑NAP值较高的主要综合异常有AS5和AS3，主要特征如表3所示。

表3 主要综合异常特征

AS5综合异常位于区内中东部、火烧滩村西一带，为砂金上游源头；含Au8异常，异常强度高，Au--As--Sb套合好；分布岩性主要为集宁岩群片麻岩和变质花岗岩类，剪切变形构造发育；综合评价认为有致矿异常存在，具有较好的找矿潜力，属甲类综合异常。

AS3综合异常位于区内西部、后窑子村西的四十二村一带；包含有Au5、Au9异常，异常强度较高，Au--As套合好；分布岩性主要为集宁岩群片麻岩和变质花岗岩类，剪切变形构造较为发育；具有一定的找矿潜力，属乙类综合异常。

3.5 富集系数及相关性

富集系数反映元素的富集程度，利用各单元素测试数据计算出的算术平均值与剔除异点的平均数比值，判断每个单元素分析指标在研究区的富集程度。由富集系数图(图4)可以看出，Au的富集系数最大，其次为As、Sb；从元素富集系数看，主要表现为Au--As--Sb元素组合，并具有韧性剪切带元素组合特征；另从单元素地球化学图可看出,As、Sb元素均呈带状分布特征(图2)，主要高值区分布于研究区Au8、Au5、 Au9、Au11、Au7等异常区，并在区域上与区内分布的韧性剪切带位置相吻合,因此，预示着在火烧滩—后窑子—四十二村一带具有较好的找矿潜力。

图4 元素富集系数柱状图Fig.4 Enrichment coefficient histogram of elements

相关性是衡量元素间的相关密切程度，利用单元素测试数据进行聚类分析，研究各元素分析指标在空间上的相关程度。从元素R型聚类分析图(图5)可以看出：研究区Au与Ag相关程度最高，其次与Zn相关；相关系数As--Sb相关程度最高为0.75，其次Mo--Cu为0.55，表明区内金的成矿作用主要以韧性剪切带热液成矿作用为主，后期可能存在中高温成矿热液活动；Au--Ag--Zn虽有一定程度相关，但相关程度较低，表明后期存在次生富集成矿作用。

图5 R型聚类分析图Fig.5 R-type clustering analysis

3.6 因子分析

因子分析是把一些具有错综复杂关系的研究对象(样品或变量)归结为数量较少的几个综合因子的一种多元统计方法。运用因子分析处理化探数据，可以将纷繁复杂的各种地球化学元素合理地压缩为几个主要因子(元素组合)，为地球化学找矿提供有用信息[23--24]。对研究区元素分析指标的因子分析，当因子贡献>85%时，共选择出6个因子元素组合，其中因子1为As、Sb组合，因子贡献23.17%,可反映出低温元素热液活动，也反映出区内可能存在韧性剪切带；因子3为Cu、Mo组合，因子贡献14.35%，反映区内中高温元素热液活动。其余因子2、4、5和因子6均为单因子，因子贡献较小，找矿指示意义不大。

利用旋转因子得分，制作研究区因子1、3得分图(图6、7)，从两图中可以看出：因子1得分高值区位于区内已发现的火烧滩金矿带北东方向，因子3得分高值区则位于该金矿带西南方向，表明金矿带存在热液分带现象。从剥蚀角度解释，金矿带西南方向剥蚀程度高，找矿潜力小，而北东方向剥蚀程度低，具有找矿潜力。另外从元素组合看，可能存在韧性剪切带，从目前找矿应用效果看，也显示出火烧滩矿带成矿地质条件优于后窑子矿带。因此，综合分析认为研究区北东方向找矿潜力大，建议加强火烧滩矿带北东方向的找矿工作。

图6 因子1得分图Fig.6 Score chart of factor 1

图7 因子3得分图Fig.7 Score chart of factor 3

4 异常查证与找矿应用效果

4.1 异常查证

异常查证，原则上应对水系沉积物测量所圈定筛选的甲、乙类异常均进行查证，并达到异常踏勘检查工作程度[3]。研究区异常查证主要包括异常踏勘检查和异常详细检查两个工作阶段：①异常踏勘检查：为异常检查初期，主要以异常源追踪为主，重点针对区内水系沉积物测量所圈定的AS5、AS3综合异常和Au8、Au5、Au9等重要金异常进行异常追踪检查，追踪矿化线索，初步查明引起矿化的地质起因。采用技术方法主要有1∶1万地质、岩石化探综合剖面测量，地质草测及少量地表槽探工程等。②异常详细检查：是在异常踏查的基础上，针对有矿化线索的致矿异常开展更为详细的异常检查。经对区内Au8、Au5、Au9等重点金异常进行加密的岩石化探剖面及综合地质测量，发现两条重要金矿(化)带，一条位于火烧滩Au8异常区，另一条位于后窑子Au5和Au9异常区。采用技术方法主要为1∶2 000地质、物化探综合剖面测量，重点矿区地质简测和系统的地表槽探工程,对金矿带进行揭露和控制，进一步查明金矿带地表产出分布特征、成矿地质背景和控矿地质条件等，为后续勘查工作部署和深部工程布设提供地质依据。

4.2 找矿应用效果

在水系沉积物测量和异常查证工作成果的基础上，通过在火烧滩和后窑子矿(带)区开展金矿地质普查和详查，共圈定9个金矿(化)体，其中后窑子有5个，火烧滩4 个。

4.2.1 后窑子矿体

分布于Au5和Au9异常区，共圈定5个金矿(化)体，主矿体为Ⅰ、Ⅱ号；主要产于由集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质石榴二长花岗岩类岩石形成的韧(脆)性剪切带内(图8)；矿体总体走向呈NE--SW 向，控制总延长470 m，延深150 m；厚度1.03～9.98 m，平均2.97 m；主要以脉状或透镜体状产出，倾向335°～350°，倾角为60°～75°；矿石品位1.00～13.94 g/t，平均2.26 g/t。

1.第四系全新统松散物；2.第四系更新统黄土层；3.集宁岩群石榴黑云二长片麻岩；4.片麻状变质黑云石榴二长花岗岩；5.花岗伟晶岩脉；6.韧(脆)性剪切带；7.金矿体。图8 后窑子矿区地质简图Fig.8 Simplified geological map of Houyaozi mining area

4.2.2 火烧滩矿体

分布于Au8异常区，共圈定4个矿体，主矿体为Ⅳ号、Ⅳ--1、Ⅳ--2号；矿体主要产于由集宁岩群片麻(杂)岩和新太古代—古元古代变质石榴二长花岗岩类岩石形成的韧(脆)性剪切带强变形域内；矿体总体走向呈近东西向，现工程控制总延长880 m，延深330 m；厚度0.89～39.47 m，平均15.41 m；矿体主要呈脉状或透镜状产出，多有分支，含夹石多；倾向350°～10°，倾角总体浅部较陡(60°)深部变缓(图9)；矿石品位1.00～27.12 g/t，平均为1.89 g/t。

1.第四系更新统黄土层；2.集宁岩群石榴黑云二长片麻岩；3.集宁岩群黑云斜长片麻岩；4.条带状变质石榴白岗岩；5.变质石榴白岗岩；6.金矿体及编号；7.探槽及编号；8.钻孔及编号。图9 火烧滩金矿带104线剖面图Fig.9 Profile of Line 104 in Huoshaotan gold ore belt

4.2.3 矿石特征

火烧滩和后窑子金矿石特性大致类同，主要由韧(脆)性剪切带强变形域内的变形--破碎--蚀变岩石组成；矿石与围岩、脉石之间没有明显岩性划分界线，只要含金品位达到矿体圈定的技术指标要求时即可成为矿石。矿石常显示剪切强变形后的糜棱岩化、片理化和碎裂变形特征；矿石结构为不规则、他形粒状结构、半自形粒状结构；矿石构造为浸染状、细脉浸染状、块状构造。组成矿石的岩性主要有：糜棱岩化含矽线黑云石榴二长片麻岩、碎裂石榴钾长片麻岩、糜棱岩化含矽线黑云斜长片麻岩、碎裂变质石榴花岗岩、碎裂变质石榴白岗岩、糜棱岩化含矽线正长石英片岩、碎裂石英岩(脉)等。金属矿物主要为自然金、黄铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、褐铁矿和黄铜矿等；非金属矿物主要有石英、长石、石榴石、黑云母、矽线石、辉石和石墨等。

4.2.4 围岩蚀变

区内矿体与围岩一般同处韧(脆)性剪切带内，二者呈渐变关系，肉眼不易区分，界线往往需要根据岩石含金测试分析数据来划定，因而岩性也大致类同。矿体和近矿围岩常有多种蚀变现象，在垂向上一般深部多显示硅化、黄铁矿化、碳酸盐化和绿泥石化蚀变，地表或近地表多有褐铁矿化、高岭土化蚀变；在横向上也常形成一定的蚀变分带特征，即从矿体中心部位到两侧近矿围岩依次出现：硅化--黄铁矿化--碳酸盐化--绿泥石化。这些特征反映出矿体和围岩之间存在蚀变强度差异，金矿化一般多与硅化和硫化物黄铁矿化蚀变关系密切；近矿围岩蚀变多以碳酸盐化、绿泥石化和高岭土化等为主，蚀变强度明显弱于矿体。

4.2.5 成矿类型

大量研究资料表明，剪切带是地壳岩石中一种狭长的板状、席状、面状或曲面状，由高应变岩石组成的线性高应变构造带。太古代剪切带型金矿床一般剪切构造应变强, 具有多层、多级和多期次活动叠加特点, 金矿床的形成多与构造剪切带以及各种流体热液活动密切相关[25--32]。研究区现有勘查研究资料显示，在火烧滩—后窑子一带形成的金矿化与韧(脆)性剪切带构造密切相关，金矿体不仅产于剪切带中，而且矿体形态、产状及空间分布等严格受剪切带构造控制；剪切构造既是有利的导矿构造，也是良好的储矿构造。另外金矿的形成还与区内广泛分布的由新太古代—古元古代老变质岩类组成的围岩地球化学特性，以及多期次、多元性的区域变质、深熔再造和混合岩化等变质作用产生的流体热液活动等密切相关。因此认为该区金矿床成矿(成因)类型为与韧(脆)性剪切带构造密切相关的变质热液型金矿。

4.2.6 找矿应用效果评价

水系沉积物地球化学勘查是研究区开展地质找矿工作的先导。在水系沉积物测量和异常查证工作成果的基础上，火烧滩和后窑子金矿区经过十多年的地质勘查与研究，已基本查明金矿成矿地质条件、矿体分布范围、矿石矿化类型、围岩蚀变和矿床成因等地质特征；圈定9个金矿(化)体，提交金矿产资源量达中型规模。

研究区取得了较好的地质找矿效果，也验证了水系沉积物地球化学勘查方法在该区的可靠性和可行性。现有勘查资料显示：区内已知的金矿体大多分布于水系沉积物测量所圈定的AS5、AS3综合异常和Au8、Au5、Au9主要金异常区(图10)。

图10 主要金异常与金矿体对应分布示意图Fig.10 Distribution of main gold anomalies and gold ore bodies

综上所述，利用研究区水系沉积物地球化学测量成果并通过异常查证和后续开展的矿区地质勘查，可达到发现矿化线索、圈定矿化地质体、查明成矿地质特征和提交金矿产资源量等地质找矿工作目的。因此，对研究区水系沉积物地球化学特征、勘查方法及应用效果进行研究总结，不仅有助于提升该区地质矿产综合研究程度，同时也为在其他类似地区开展地质找矿工作提供一些借鉴。

5 结论

(1) 研究区1∶5万加密水系沉积物测量，圈定单元素异常58个，综合异常13个，金异常16个；研究分析认为区内AS5、AS3综合异常具有较好的找矿潜力，Au8、Au5和Au9等主要金异常为较好的致矿异常。

(2)对火烧滩—后窑子一带Au8、Au5和Au9等主要金异常进行异常查证，发现两条重要金矿带；通过进一步开展矿区地质勘查，圈定9个金矿(化)体，提交金矿资源量达中型规模。勘查研究资料显示，区内已知金矿体大多分布于AS5、AS3综合异常和Au8、Au5、Au9主要金异常区内。

(3) 对研究区单元素地球化学分析指标富集程度、相关性和因子分析等研究认为，区内金的成矿作用多与韧性剪切带和低温热液活动相关；而火烧滩和后窑子矿区现有金矿勘查与研究资料进一步说明，金矿成因主要与韧(脆)性剪切带构造和变质热液流体作用密切相关。