黑龙江省草帽山—基座山地区地球化学特征及成矿远景预测

付忠才

(黑龙江省有色金属地质勘查七〇六队，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

0 引言

在黑龙江省大兴安岭北部森林沼泽中低山亚景观区[1]，1∶5万水系沉积物测量是开展1∶5万区域矿产调查的必备手段。大量的样品分析数据往往让人难以洞察元素间的真正关系，给组合异常圈定及解释评价带来困难。利用多元统计方法，不仅可以划分地球化学背景与异常，还可以描述元素的共生组合规律[2-3]，地球化学数据的统计特征可以刻画元素的地球化学分布规律[4]，从而指明找矿方向[5-6]。黑龙江省草帽山—基座山地区位于呼玛县兴隆砂金矿区的南部[7]，区内分布有3处砂金矿床(已停采)及西南沟岩金矿点。该文利用相关性分析、因子分析、聚类分析等多元统计方法及组合异常特征的研究，对呼玛县草帽山-基座山地区成矿地球化学特征进行了总结，为开展矿产勘查工作提供参考。

1 研究区地质特征

研究区位于大兴安岭山脉北东端与小兴安岭山脉的北西端接壤处，伊勒呼里山岭的东端。大地构造位置属于大兴安岭褶皱造山系大兴安岭早古生代陆缘增生构造带[8]，处于大兴安岭中段华力西、燕山期铁、钨、银、金、钼、铜成矿带的北东端[9]。研究区自寒武纪以来经历了漫长的沉积地层发育及多期次的强烈的构造岩浆活动，特别是中生代岩浆活动更为强烈，对成矿起到了决定性作用。区内出露的地层主要有寒武纪焦布勒石河组、志留纪—泥盆纪泥鳅河组、二叠纪林西组、白垩纪龙江组和光华组，焦布勒石河组地层出露面积较少，分布在研究区的西北角，岩性为灰绿色粉砂质板岩、变质砂岩；泥鳅河组地层分布在中北部，主要为粉砂岩、砂岩、板岩及凝灰砂岩；林西组地层分布在中北部及东北部，岩性主要为杂色泥质页岩或泥质板岩、粉砂岩、中细粒砂岩和砂砾岩；龙江组地层出露在草帽山以北，岩性为安山岩及安山质凝灰岩；光华组地层呈大面积出露，岩性为灰白色、灰绿色流纹质凝灰岩、英安质角砾凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩、流纹质凝灰熔岩、英安质凝灰熔岩。侵入岩主要有分布在中北部的三叠纪二长花岗岩，望云山一带的侏罗纪二长花岗岩，西部、西南部的白垩纪二长花岗岩、正长花岗岩。

1—第四系；2—光华组；3—龙江组；4—林西组；5—泥鳅河组；6—焦布勒石河组；7—白垩纪二长花岗岩；8—白垩纪正长花岗岩；9—侏罗纪二长花岗岩；10—三叠纪二长花岗岩；11—地质界线；12—火山机构；13—断裂构造；14—金矿点图1 研究区地质矿产简图

2 地球化学特征

2.1 样品的采集、分析

水系沉积物样品主要采自一级水系沟口、干沟底部及二级水系上游，当一级水系较长时，在水系上游再布置采样点进行控制，基本使得每个采样点控制的汇水面积为0.125～0.25km2。为了提高样品的代表性，每个样品在采样点附近(20～30m范围内)多点采集合成一个样品，样品采自水系沉积物分选性差的部位。采样介质为-10目～+60目的岩屑物质，重量大于250g。样品总数为2908件，化验分析工作由黑龙江省地矿局测试中心完成，分析元素为Au，Ag，As，Sb，Bi，W，Mo，Hg，Cu，Pb，Zn 11种。

2.2 元素地球化学参数特征

与全省水系平均值相比：区内Au，As，Sb，Pb元素含量略高于全省平均值；Au元素丰度高于全省平均值，As，Sb，Pb元素略高于全省丰度；其他元素低于全省丰度，在该区有贫化的趋势。Au元素除在正长花岗岩子区低于全省平均值、林西组子区与全省平均值相近外，其他子区都高于全省平均值。其中焦布勒石河组子区、泥鳅河组子区、二长花岗岩子区分别为全省平均值的2.5，3.5，1.5倍。

与全域平均值相比Au在焦布勒石河组子区、泥鳅河组子区比较富集，其他子区接近或低于全域平均值；其他元素在各子区平均含量与全域差别不大。

表1 研究区元素地球化学参数元素

注：ω(Au)/10-9；ω(B)/10-6

分析元素的变异系数W，Mo，Cu，Pb，Zn元素小于1，离散度较小，含量较集中，富集成矿的可能性较小；Au，Ag，As，Sb，Bi，Hg元素变异系数大于1，离散度大，含量分散。结合区域地质背景看，在该区Au元素可能在局部发生富集，特别是在焦布勒石河组、泥鳅河组、龙江组和光华组地层出露部位富集成矿的可能性最大。

2.3 相关性分析

由元素相关系数统计结果可以看出(表2)，Ag与Cu，Pb，Cu与Pb，Zn，Pb与Zn具有中等的正相关关系，与其他元素相关性较小，表明Ag，Cu，Pb，Zn元素可能来自同一个岩体或同一成矿阶段[10]；W，Mo，Bi间具中等的正相关关系，说明它们具有一定的成因联系；As，Sb，Hg亦具有较好的相关性，只有Au与其他元素相关性差，趋于独立分布，说明Au成矿作用的发生可能来自某一岩体或形成于某一独立的成矿阶段[11-12]。

2.4 因子分析与聚类分析

为进一步在大量的数据中研究各元素之间相关性及元素空间分布特征，对研究区内所测定元素进行了R型因子分析及聚类分析。

2.4.1 因子分析

通过计算得到了元素因子分析相关结果(表3)，由计算结果可知，前4个因子特征值大于1，方差贡献率亦大，累计方差贡献率57.35%，基本可以代表各元素在该区的地球化学信息。因此，把特征值大于1的作为主因子开展研究。

主因子的初始因子模型见表4，由于初始因子模型不符合简单结构准则，中等负荷载的较多出现不利于对因子进行合理的地质解释[13-14]，正交旋转因子负载矩阵比初始因子负载矩阵所反映的元素组合更具合理性和可解释性[15]。因此使用主成分方法提取因子后，对其进行正交旋转，得到的正交旋转因子模型见表4。

表2 各元素相关系数统计

表3 元素因子分析相关结果

表4 元素初始因子与正交旋转因子模型

由表3和表4可以看出：F1因子的方差贡献率为22.516%，为研究区占主导地位的因子，元素组合为Ag，Cu，Pb，Zn，在地球化学亲和性上看，它们表现为亲硫性[16-17]，主要与中酸性岩浆活动及热液有关，在原生矿床中Ag，Cu，Pb，Zn常常密切共生或伴生。在研究区内Ag，Cu，Pb，Zn主要富集在光华组及林西组地层中，在三叠纪二长花岗岩内也有少量富集。

F2因子代表As，Sb，Hg组合，As，Sb为亲硫元素、属低温半金属两性元素，具有相似的地球化学行为，其与卤族元素可以直接作用，二者迁移能力强[16]。Hg为低熔点金属元素，具有很强的迁移能力，扩散能力大，多与构造活动有关[18]。区内As，Sb，Hg主要富集在NE，NW及SN向断裂附近及湾岭山北三叠纪二长花岗岩、侏罗纪二长花岗岩外接触带附近。

F3因子代表Au元素，Au元素为0价态(原子态)时具亲铁性，以单质金或金属互化物形式存在；当以正价态阳离子形式存在时，具有亲硫性，形成硫化物。Au元素主要富集在光华组、焦布勒石河组、泥鳅河组地层中及侏罗纪二长花岗岩体内，在研究区南部见有砂金及岩金矿体，应为该区的主成矿元素。

F4因子为高温元素W，Bi，Mo组合，3种元素具有相近的地球化学行为，在中酸性岩浆岩中含量较高[19]，是一组与中酸性岩体或岩浆热液有关的元素组合类型。在研究区内主要富集在中生代花岗岩体及火山机构中心附近。

2.4.2 聚类分析

根据区内元素R型聚类分析谱系图可以看出(图2)，在0.25相似水平上，11种元素可以分成Ag，Pb，Cu，Zn；As，Sb；W，Mo，Bi；Hg，Au等5种元素组合。

图2 R型聚类分析谱系图

Ag，Pb，Cu，Zn组合，为中高温成矿元素，与区内光华组、林西组及三叠纪二长花岗岩关系密切。

As，Sb组合，为低温成矿元素，常常作为热液矿床的前晕元素。在区内与断裂构造及三叠纪、侏罗纪侵入岩关系密切。

W，Mo，Bi组合，为高温成矿元素，在研究区内与中生代花岗岩及火山喷发关系较为密切。

Hg为低温元素，地球化学性质活泼，在区内主要富集分布在草帽山附近NE向沟谷断裂的北侧。其与As，Sb地球化学性质相近，且在因子分析中属同一元素组合，在下文的组合异常特征中将3种元素放在同组内论述。

Au元素在区内与光华组、焦布勒石河组、泥鳅河组及侏罗纪二长花岗岩有关。在研究区内发现的金矿体赋存在花岗斑岩脉中，说明区内Au成矿与花岗斑岩极为密切。

3 元素组合异常特征及解释评价

3.1 Ag，Pb，Cu，Zn组合异常

由图3可以看出：在研究区北部为以Pb为主的Pb，Cu，Zn组合异常，各元素异常面积较大、套和较好、具中带、浓集中心较为突出，分布在光华组(K1gn)与林西组(P3ln)接触部位；在草帽山西部为Cu，Ag元素组合，具中带、异常面积较小；湾岭山南、金矿点附近异常为以Ag为主Ag，Pb，Zn组合异常，异常呈北西向带状展布，异常面积较大、各元素套和较好，其东南部发现有金矿体，异常形成可能与岩浆热液有关。

1—Ag异常；2—Cu异常；3—Pb异常；4—Zn异常；5—金矿点 图3 研究区Ag-Pb-Cu-Zn水系沉积物测量组合异常

3.2 W，Mo，Bi组合异常

该组合异常多以Mo元素为主(图4)，北部组合异常呈NE向带状分布，主要为Mo，W组合异常，Mo元素异常面积大，单元素异常具中带，元素间套和中等；南部异常多呈点状分布在基座山、妙美山等地，多为Mo，Bi元素组合。该组合异常主要见于中生代侵入岩周围及火山机构中心附近，推测其形成与岩浆热液活动有关。

1—Mo异常；2—W异常；3—Bi异常；4—金矿点图4 研究区W-Mo-Bi水系沉积物测量组合异常

3.3 As，Sb，Hg组合异常

该类组合异常在区内呈大面积分布，As，Sb元素套和好、分带清楚，具多个浓集中心。Hg异常多分布在As，Sb异常边部或呈小面积分布在As，Sb异常内(图5)。在金矿体出露部位发育有As，Sb，Hg组合异常，在该区可以作为寻找Au矿体的指示元素。

3.4 Au元素异常

Au元素异常多具中带，浓度分带清晰、浓集中心突出。NE向、NW向带状分布在研究区的西部(图6)，其次分布在研究区西北角焦布勒石河组。在南部的异常中发育有金矿体，是研究区内主要成矿元素。岩金矿体围岩为光华组英安岩，推测矿源层为焦布勒石河组、泥鳅河组地层，岩浆热液活动为金的富集提供了热源条件[20-23]。

1—As异常；2—Sb异常；3—Hg异常；4—金矿点图5 研究区As，Sb，Hg水系沉积物测量组合异常

1—Au异常；2—金矿点图6 研究区Au水系沉积物测量异常

4 结论

(1)通过分析研究区内Au元素丰度高于全省平均值，其他元素略高或低于全省平均值；Au，Ag，As，Sb，Bi，Hg元素变异系数大于1，特别是Au的变异系数为5.886，在区内富集成矿的可能性最大。

(2)通过对区内元素的相关性分析、因子分析及聚类分析，可以将11种元素划分成4种元素组合：Ag，Pb，Cu，Zn组合与岩浆热液活动有关；W，Mo，Bi组合与中生代酸性岩浆侵入、喷发关系密切；As，Sb，Hg组合与构造及热液活动密切相关，是区内寻找金矿体的前晕元素；Au与其他元素相关性差，趋于独立分布。

(3)Au为该区的主要成矿元素，异常强度较高、浓度分带明显，具有Au异常的酸性脉岩发育地段是寻找金矿体的有利部位。