近年来, 河北省地质调查院有针对性地开展了部分1:5万标准图幅的区域地球化学测量, 完成了张家口崇礼区北部的4幅水系沉积物测量工作, 根据《地球化学普查规范(1:50 000)》(DZ/T 0011— 2015)要求分析了Pb、Zn、Ag等16种元素。本区前期大中比例尺的地质、化探基础性工作程度较低, 金属矿产勘查工作开展较少, 区内仅发现2处小型铅锌矿^[1], 除去航磁测量外, 其他找矿资料不足, 找矿依据欠缺。大中比例尺的地球化学工作可以发现与成矿作用有关的地球化学异常^[2], 圈定异常源, 使找矿靶区更加精准。通过对本区水系沉积物测量数据研究分析, 总结了本区化探异常主要分布位置及主要异常元素, 推断了区内的找矿主攻元素; 通过地质、物化探条件类比, 确立了成矿模式及找矿模型, 为本区成矿、找矿提供参考。

化探工作区位于中朝准地台(Ⅰ₂)内蒙地轴( Ⅱ21)沽源陷断束(Ⅲ22), 涉及大滩中断凹(Ⅳ23)、红旗营子台穹(Ⅳ24)2个Ⅳ 级构造单元, 大地构造位置见图1。 沽源— 张北深大断裂(F1)、尚义— 赤城深大断裂(F2)紧邻工作区西北部及南部分布, 二者的次级断裂在区内分布广泛。

图1

Fig.1

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	图1 工作区大地构造位置 1.Ⅱ 级构造单元界线; 2.Ⅲ 级构造单元界线; 3.Ⅳ 级构造单元界线; 4.Ⅳ 级构造单大滩中断凹; 5.Ⅳ 级构造单元红旗营子台穹; 6.地球化学普查工作区; 7.沽源— 张北深大断裂; 8.尚义— 赤城深大断裂Fig.1 Tectonic position of the working area

1.1 地层

区内广泛分布新太古界变质岩和中生界火山岩(图2)。新太古界地层主要为红旗营子群太平庄岩组变质岩, 分布在工区南部及中西部, 岩性为黑云(角闪)斜长变粒岩、斜长角闪岩。中生界主要为中侏罗统后城组砂砾岩及下白垩统张家口组火山岩。张家口组分布于工区中部、东部、北部及西北部, 一、二、三段均出露, 主要为粗安岩、石英粗面岩、流纹岩和火山碎屑岩; 后城组分布在工作区中西部偏北, 主要为砂质砾岩、砂岩和砾岩夹粉砂岩。

图2

Fig.2

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	图2 工区地质概况图 1.第四系冲洪积物; 2.马兰组黄土; 3.早白垩世张家口组一段; 4.张家口组二段; 5.张家口组三段; 6.晚侏罗世后城组; 7.太古宙红旗营子群太平庄岩组; 8.早白垩世石英正长斑岩; 9.早白垩世石英斑岩; 10.中二叠世二长花岗岩; 11.早二叠世花岗闪长岩; 12.中元古代二长花岗岩; 13.中元古代斑状二长花岗岩; 14.古元古代闪长岩; 15.整合及不整合地质界线; 16.断裂; 17.火山口; 18.1:5万水系沉积物综合异常及主成矿元素; 19.铅锌矿床Fig.2 Geological sketch of the working area

为了解各个元素的地球化学背景含量, 在全区采集了207件基岩样品进行光谱分析。根据岩石形成时代等级“ 纪” 的不同以及地层和侵入岩岩性的不同, 在全区划分地质单元, 按照各个地质单元采样密度相同的规则进行布样、采样, 即每个样品代表的地质单元面积是相同的, 采样介质为无明显矿化蚀变的基岩, 避免了矿化岩体对基岩元素背景含量的干扰。样品分析由中国冶金地质总局地球物理勘查院实验室承担, 经检查, 分析数据无特高值。每个样品代表的面积权重相同, 因此直接求取各个元素含量的算术平均值, 作为该元素的背景含量(表1)。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 崇礼北部相关元素背景值 Tab.1 Background values of the related elements in the north of Chongli 元素 全区背景值 元素 全区背景值 Au 0.40 Ni 5.10 Sb 0.20 Pb 29.60 As 0.70 W 0.70 Hg 3.80 Zn 69.40 Bi 0.10 Cu 4.70 Cd 0.07 Mo 1.00 Co 5.00 Ag 0.04 Cr 16.20 Sn 1.30 注: 表中Au、Hg含量单位为10-9, 其他为10-6。

表1 崇礼北部相关元素背景值 Tab.1 Background values of the related elements in the north of Chongli

各种风化产物中元素含量与其在母岩中含量的比值为富集系数^{[3, 4]}, 它反映了元素在风化过程中由于环境的酸碱性条件不同, 发生了次生富集或贫化特性^[4]。发生次生贫化的元素, 说明基岩中元素的含量要高于风化物中的含量, 基岩中元素的浓集强度要大于次生化探异常的富集程度, 这对次生异常区是一种有利的成矿指示, 由此可以推测哪些元素异常成矿潜力更大, 筛选主攻元素。

原始分析数据标准差与平均数的比值为变异系数, 它反映了元素含量的离散程度。变异系数越大, 尤其是大于1时, 表明某种元素在某地区或某地质体中分布、分配越不均匀, 离散程度大, 分异性强, 易于活化迁移形成强异常或矿化体, 为成矿元素或伴生元素、指示元素, 找矿意义大^[4]。根据这个特征, 可以优选出变化系数较高的元素作为找矿主攻元素。

根据富集系数推断, 呈次生贫化特性的Ag、Pb、Zn、Mo、Cd元素成矿潜力较大; 根据变异系数推断, 变异系数大于1的Au、Bi、Cd、Mo、W、Ag、Hg、Ni、As、Pb、Zn元素成矿前景较好。2种分析推断方式中均出现Ag、Pb、Zn、Mo、Cd共计5种元素, 由此认为这5种元素在本区浓集强度大, 成矿几率高, 为本区找矿主攻元素。

本区各个元素的变异系数及富集系数用柱状图表示, 详情见图3。

图3

Fig.3

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	图3 崇礼北部元素富集系数、变异系数柱状图Fig.3 Histogram of the element enrichment coefficient and the variation coefficient in the north of Chongli

对全区7 962个水系沉积物分析数据进行了R型聚类分析, 绘制了聚类分析谱系图(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 R型聚类分析谱系图Fig.4 Phenogram of R-type cluster analysis

聚类分析经常运用在地球化学找矿预测中^{[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]}, 通过利用聚类分析可以推断元素的共伴生及相互指示关系, 为研究矿床成因及元素组合规律提供依据。由本区R型聚类分析可以分析推断主攻元素的相互关系: 其中Ag与Pb的相关性最高, 浓集成因和物质来源可能相同, 具有共伴生关系, 同时与Zn、Cd具有伴生可能; Mo与前述4种元素相关性较弱, 元素来源可能不同, 浓集过程可能发生于不同的地质作用或成矿作用, 与W的伴生几率相对较大。因此, 在下一步调查研究过程中, 应以Ag、Pb、Zn作为整体目标, 综合调查, 寻找钼矿时注意与W的伴生可能。

分析所有元素相互关系可以看出, 中低温元素Ag、Pb、Zn、Cd相互聚集, 高温元素W、Sn、Bi、Mo相互聚集, As、Sb紧密相关并对低温元素具有相关指示作用, 由此看出, 本区元素的组合分配具有典型的热液成因特征。

本区共圈定45个1:5万综合异常, 异常分布位置及范围见图2。将每个综合异常中面金属量明显较高的贵金属、有色金属元素作为主成矿元素, 并将元素符号标注在异常范围中。大部分异常区只出露一个时代的岩性, 个别异常区出露多个时代岩性, 其中有31个异常分布在张家口组火山岩中, 6个异常主要与新太古界变质岩有关, 4个异常分布在二叠纪侵入岩中, 3个异常与晚侏罗统火山砂砾岩有关, 3个异常与早白垩世侵入岩有关, 总体上有38个异常(占比84%)与相当于燕山期的火山岩、侵入岩、砂砾岩有关, 表明燕山期的岩浆热液活动导致了本区元素的浓集再分配。

同时, 在综合异常分布范围之内或距异常范围2 km之内, 均发育规模不等的局部断裂或岩性接触带^[1], 表明异常的形成受断裂或接触带构造控制, 而断裂带及岩性接触带为典型的、主要的热液活动空间, 含矿热液可以沿其运移沉淀, 形成元素异常甚至矿体^{[13, 14, 15, 16]}, 由此推断本区化探异常主要由热液活动引起, 这与R型聚类分析推测结果相同。

本区内分布有2个已知小型多金属矿床, 分别为石头囫囵铅锌矿与和平铅锌矿, 区域上有蔡家营铅锌银典型矿床, 区内已知矿床的成矿要素特征见表2所示。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 成矿要素对比 Tab.2 Comparison of the mineralization factors 成矿要素 本区已知矿床 区域上典型矿床 (蔡家营铅锌银矿床) 本区矿床及异常区与典型 矿床的成矿要素对比 石头囫囵铅锌矿床 和平铅锌矿床 石头囫囵 铅锌矿 和平铅 锌矿 化探异 常区 地 质 环 境 成矿地层 新太古界红旗营子群 新太古界红旗营子群 新太古界红旗营子群 相同 相同 相同 成矿岩体 燕山期酸性流纹斑岩 燕山期酸性石英正长斑岩 燕山期酸性— 超酸性次火山岩 相同 相同 相同率 84% 岩石类型 地层 斜长变粒岩、黑云斜长变粒岩 斜长变粒岩、黑云角闪斜长变粒岩 斜长变粒岩、黑云斜长变粒岩、黑云角闪斜长变粒岩 相同 相同 相近 岩体 燕山期流纹斑岩 燕山期流纹岩、石英正长斑岩 燕山期花岗斑岩及石英斑岩 相近 相近 相同率 84% 控矿构造 张北— 沽源、尚义— 平泉2条深断裂间一系列NEE向断裂 紧邻尚义— 平泉2条EW向深断裂, 一系列EW向断裂 康保— 围场、尚义— 平泉2条深断裂间一系列次生断裂 相同 相同 相同 成矿要素 本区已知矿床 区域上典型矿床 (蔡家营铅锌银矿床) 本区矿床及异常区与典型 矿床的成矿要素对比 石头囫囵铅锌矿床 和平铅锌矿床 石头囫囵 铅锌矿 和平铅 锌矿 化探异 常区 地 质 环 境 成矿时代 燕山期 燕山期 燕山期 相同 相同 相同率 84% 成矿环境 陆壳深断裂岩浆活动带 陆壳深断裂岩浆活动带 陆壳深断裂岩浆活动带 相同 相同 相同 矿石矿物成分 主要金属矿物有铁闪锌矿、闪锌矿、黄铁矿、毒砂、磁铁矿等 主要金属矿物有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、磁铁矿、锑银矿等 主要金属矿物有铁闪锌矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、磁铁矿、自然银、银金矿等 相同 相同 矿化体 近似 矿石结构 自形结构、填隙结构等 自形结构、半自形结构等 自形结构、填隙结构等 相近 相近 矿化体 近似 矿石构造 脉状、浸染状 脉状、稠密— 稀疏浸染状 脉状、块状和稠密— 稀疏浸染状 相同 相同 矿化体 相同 矿化蚀变特征 围岩蚀变种类主要有褐铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化、高岭土化和硅化 围岩蚀变种类主要有褐铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、高岭土化、碳酸盐化和硅化 围岩蚀变种类主要有褐铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、碳酸盐化和硅化 相近 相近 相近 地球物理环境 激电中梯异常呈规模分布, 视极化率较高, 高出平均值4倍以上 激电中梯异常呈规模分布, 视极化率较高, 高出平均值2倍以上 激电中梯异常呈规模分布, 视极化率较高, 高出平均值2到3倍以上 相同 相同 相同 地球化学环境 成矿元素浓集系数高、衬值高, 浓度分带明显, 多种元素出现异常, 浓集中心较为吻合 成矿元素浓集系数高、衬值高, 浓度分带明显, 多种元素出现异常, 浓集中心较为吻合 成矿元素浓集系数高、衬值高, 浓度分带明显, 多种元素出现异常, 浓集中心较为吻合 相同 相同 相同

表2 成矿要素对比 Tab.2 Comparison of the mineralization factors

将本区2个已知矿床和化探异常区的地质、物化探成矿要素^{[17, 18]}与蔡家营典型矿床的成矿要素^{[19, 20]}进行了梳理归纳, 并做了对比, 如表2所示。可以看出, 本区已知矿床均为热液成因多金属矿床, 与蔡家营式次火山-热液型中低温多金属矿床成因类型相同, 地质、物化探成矿要素也相似, 其他化探异常区地质、化探成矿要素大体上与蔡家营矿床相近。因此, 可以将蔡家营成矿模式作为本区的找矿模型。

1:5万水系沉积物测量弥补了本区大中比例尺基础性化探数据的空白, 可以为开展大比例尺矿产调查及基础地质研究提供较为详细的参考依据。通过对本区水系沉积物测量数据的处理分析, 得出以下结论:

(1)从元素富集系数和变异系数两个角度推断了成矿几率较大的几种元素, 认为Ag、Pb、Zn、Mo、Cd为本区的找矿主攻元素;

(2)通过元素聚类分析, 认为Ag、Pb、Zn具有共伴生关系, Mo、W具有伴生关系, 应分别进行综合勘查, 并认为本区元素浓集具有热液成因;

(3)根据综合异常分布规律, 认为本区元素的局部富集主要受燕山期岩浆热液活动控制, 主要分布在断裂及岩性接触带附近;

(4)通过本区异常区与区域上典型矿床的成矿要素对比, 认为本区找矿模型为蔡家营式次火山-热液型多金属矿床, 具有寻找燕山期次火山-热液型Ag、Pb、Zn、Mo多金属矿床的潜力。

(责任编辑: 刘永权)