冀北围场县龙头山地区银多金属矿地球化学异常特征及找矿模型

郭俊昌，王 茜，王 丹，高文娟

(河北省地矿局第七地质大队，廊坊 065201)

0 引言

大兴安岭南段晚古生代-中生代铁、锡、铜、金、银、铅、锌等矿床成矿带,是内蒙-大兴安岭成矿省中的重要成矿带。目前，河北省境内在该成矿带只勘查到义兴号-三家金矿床和满汉土-小扣花营银多金属矿床。龙头山地区位于河北省承德市围场满族蒙古族自治县县城北约18 km，位于上述成矿带南端[1]。地球化学勘查以矿产元素信息为研究对象，特别是我国开展以矿产勘查为主要目的的中大比例尺地球化学勘查和区域性地球化学勘查工作，为我国矿产勘查以及基础地质研究有着重要作用[2]。自2013年以来，河北省地矿局第七地质大队在龙头山地区开展了1︰50 000水系沉积物测量工作，圈定了多个地球化学异常，经槽探工程验证显示该区具有较好的银及多金属资源潜力，因此对该区银及多金属地球化学异常进行评价、研究具有重要意义。

1 地质背景

龙头山地区位于康保-围场大断裂北侧，正好处于Ⅰ级大地构造单元华北地台与内蒙-大兴安岭褶皱系的分界位置(图1)，属于内蒙华力西晚期褶皱带多伦复背斜棋盘山中凹陷，研究区(图2)出露地层主要有：侏罗系晚侏罗统张家口组(J3z3)、晚侏罗统凝灰岩(J3z4)、第三系中新统汉诺坝组(N1h)及第四系(Q4)地层。晚侏罗统火山碎屑凝灰岩(J3zW)为产于火山活动鼎盛时期的一套碎屑凝灰岩，是火山间歇期的沉积产物。第三系中新统汉诺坝组玄武岩(N1h)为裂隙式溢流型玄武岩，呈熔岩台地不整合于二叠系、侏罗系及其燕山期侵入岩体之上。第四系(Q4)地层构成主要是风成砂、砂土、亚粘土、黄土等[3- 4]。

图2 龙头山地区地质简图Fig.2 Geology map of Longtoushan area

研究区的基本构造格架在燕山运动之后已基本确定，康保-围场深大断裂贯穿该区，内蒙-兴安华力西褶皱带多伦复背斜东南翼位于大断裂北侧，中朝准地台冀北凹断带位于大断裂南侧；由于近东西向的Ⅰ级大断裂影响，Ⅱ、Ⅲ级构造在区内发育广泛，主要有北北东向的磨盘沟—白砬沟断裂带、北东东向的窟窿山断裂和北东向的中四号—顺下头号断层[3-5]。

2 地球化学异常

2.1 样品采集及加工测试方法

2013年在龙头山地区开展了1︰50 000水系沉积物测量，面积为74.78 km2，采样密度为5点/km2，共采集水系沉积物样品378件，对Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Bi、As、Hg等11种元素进行分析。采样点布设以1︰25 000地形图作为底图，在研究区内根据水系分布形态、地理地貌特点科学、合理布设，采样部位尽量选择在水流变缓地段各种粒级的水系沉积物汇集处；采样物质为代表汇水域基岩的中细粒物质，以测点为中心15 m～30 m范围内进行多点采集，合并为一个样品，样品质量一般大于500 g。样品过60目筛后，筛下物(>100 g)送河北省区域矿产调查研究所实验室分析，并采用国家一级标准物质按样品总数的5%进行密码抽查。通过计算单件密码样测定值与标准值之间的对数差(△lgC)，达到控制分析准确度的目的。针对异常结果样品以Au 10%，其他元素2%～3%左右的抽查比例进行重复测定，符合一次抽查合格率大于90%(Au大于80%)的要求。

2.2 地球化学参数统计特征

根据数学地质已定义的统计公式对样品化验结果进行统计分析[6](表1、表2)。首先累频列出元素绝对含量最小值、2.5%、7.5%、15%、25%、50%、75%、85%、92.5%、97.5%和最大值的值，观察各元素含量变化情况。由算术平均数和标准离差的计算方法求出均值(X)和标准离差(s)，剔去特高含量(含量>X+3s)后计算算数平均求得背景值(C0)和剔去特高含量后的标准离差(s0)，然后由T(Ca)=C0+2.5s0求得元素的异常下限(T(Ca))；根据公式：变异系数(CV)=标准离差(s)/背景值(C0)，富集系数(KK)=背景值(C0)/陆壳含量(克拉克值)[7]，分别求得研究区水系沉积物地球化学元素统计参数。圈定地球化学异常外带、中带和内带的依据是各分析元素异常下限的1倍、2倍、4倍分带值。

表1 龙头山地区水系沉积物测量元素绝对含量累频统计表Tab.1 Statistical table of cumulative frequency of absolute content of elements measured in river sediment in Longtoushan area

表2 龙头山地区水系沉积物测量元素统计参数Tab.2 Statistical parameters of elements in stream sediment survey in Longtoushan area

2.3 元素地球化学特征

根据水系沉积物测量元素统计结果(表2)发现，变异系数较大的元素有Au、Ag、Pb、Zn、Mo等，表示元素分布不均匀，更有利于成矿[8]，其余元素变异系数较小，在区内分布较均匀，不利于成矿。其中，背景值与克拉克值基本相当的元素是Ag、Sn、Pb、Zn、W，背景值低于克拉克值的元素是Au、Cu、Mo、Hg，背景值是克拉克值三倍及三倍以上的元素是Bi、As，说明Bi、As区域背景值较高。

龙头山地区位于东西向构造带和北东向构造带交汇部位的小锥子山—朝阳湾断裂带上，研究区内银多金属地球化学异常的分布受断裂构造、岩浆活动等因素控制。异常区地处次级断裂带内，微细断裂发育，为成矿物质赋存提供了有利条件。

2.3.1 地球化学异常平面分析

此次水系沉积物测量共圈定乙类异常10个，丙类异常4个。其中以研究区西部、窟窿山以南编号为H-6-乙的Ag、Pb、Zn、Mo、Au、Hg、As、W异常面积较大，各元素分带特征较为明显，因此以H-6-乙(图2)异常为例进行分析。

H-6-乙异常呈条带状北东东向展布，面积约2.41 km2，异常整体分布于次级断裂带(F3)内及其两侧。其中Ag异常呈串珠状展布，元素含量平均值为0.42×10-6，极大值为1.06×10-6，异常衬度为2.1，具有连续分布的高值点，浓集中心较明显，可见三级分带特征(图3)；Pb异常面积较大，元含量平均值为88.3×10-6，极大值为280×10-6，异常衬度为2.21。Ag与Pb、Zn等元素套合较好。银异常高值点受断裂带(F1、F3)控制，高值点附近广泛发育硅化、锰矿化、高岭土化，岩性主要为燕山期安山岩和古元古代花岗闪长岩。

图3 龙头山地区H-6-乙异常综合剖析图Fig.3 Comprehensively analytical map of the H-6-B anomaly in Longtoushan area

邵跃[9]提出以各元素的工业边界品位为基准，以下推一个含量级次作为该元素的最高异常值，并以大于最高异常值者为内带含量；然后，依次以其含量的1/2定为亚内带、中带、外带和亚外带5个级次。由表3可见H-6-乙异常元素峰值ω(Pb)为280×10-6，其异常强度达到亚内带级；ω(Ag)为1.06×10-6，其异常强度达到外带级；ω(Zn)为218×10-6，其异常强度达到外带级。由此可见，该异常具有寻找的Ag-Pb-Zn多金属矿的潜力。

表3 H-6-乙异常部分元素异常强度五级分带表Tab.3 Table of five grades of abnormal intensity of h-6-b abnormal elements

2.3.2 地球化学剖面特征

在H-6-乙异常内进行岩石地球化学剖面测量，以P155岩石剖面为例进行分析，研究岩石剖面各元素含量变化趋势特征，从而达到确定各元素相互间关系的目的。

P155剖面位于H-6-乙异常东北部，呈南北走向，沿途出露安山岩，点号298-305之间发育青磐岩化。对P155线地质剖面各元素变化趋势进行对比(图4)：Ag与Pb、Zn在298号点均出现峰值，而且在298-302号点之间有连续高值出现，元素变化趋势基本一致，说明Ag与Pb、Zn基本共生；同时与Au、Bi、Cu、Hg异常基本一致，但是局部略有偏移，说明Ag与Au、Bi、Cu、Hg有一定伴生关系。在298-302号点之间Ag、Pb、Zn和Au、Bi、Cu、Hg均出现正异常，说明Ag、Pb、Zn与Au、Bi、Cu、Hg之间呈正相关关系。

图4 龙头山地区岩石地球化学P155剖面元素变化Fig.4 Element content change of P155 section of lithogeochemistry in Longtoushan area

2.4 元素组合特征

2.4.1 元素聚类分析

对龙头山地区水系沉积物测量原始数据进行处理，并将其中Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Bi、As、Hg等11种元素利用Geochem Studio、Excel软件进行处理，分析其相关性。从相关系数可以看出Ag、Pb、Zn及Cu、Mo、Au、Bi有明显的相关性(表4)。

表4 龙头山地区元素相关系数Tab.4 Correlation matrices of elements in Longtoushan area

对各元素数据进行R型聚类分析，并绘制分析结果[10-11](图5)。当相关系数取0.277时，结合元素成矿规律，可将11种元素大致分成三类：Au、Cu、Mo、Bi归并为第一类，显示与金矿有关的元素组合；Ag、Pb、Zn归并为第二类，显示与银多金属成矿作用直接相关的元素组合；As、Hg、Sn、W为第三类。

图5 龙头山地区元素R型聚类分析图Fig.5 R-type cluster analysis dendrogram of elements in Longtoushan area

2.4.2 因子分析

利用Geochem Studio软件对研究区的水系沉积物样品测试结果进行主成分变量的R型因子分析[12]，由表5中数据可见：当提取4个因子时，方差累积贡献率达到66.868%，已容纳原始变量的大多数信息。其中F1因子的方差贡献率接近30%，代表Ag-Pb-Zn元素组合，反映了与银等多金属成矿作用直接相关的元素组合关系；F2因子的方差贡献率达到15%，代表Au-Cu-Mo-Bi组合，反映与金成矿作用有关的元素组合关系；F3和F4因子方差贡献率较低，分别代表As-Hg元素组合和Sn-W元素组合。根据上述主成分的组成可以看出，因子分析组成分类验证了R型聚类分析结果的正确性。

表5 龙头山地区元素因子分析结果Tab.5 Factoring analysis results of elements in Longtoushan area

3 赋矿地层槽探工程验证

对龙头山地区异常峰值区进行槽探工程验证，在晚侏罗世安山岩地层、康保—围场大断裂南部的次级断裂F3附近布设探槽TC155。对探槽底部布样点1 m范围内的基岩进行连续采样，样品质量一般>4 kg，共采集基本分析样24件，基本分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn和Mo6种，并对Ag、Pb元素达到边界品位的分析结果进行统计(表6)。结果显示，银、铅矿化体围岩为燕山期安山岩，矿化体与次级断裂F3有关。

表6 TC155基本分析结果(部分)统计表Tab.6 Statistical table of TC155 basic analysis results (partial)

对龙头山地区多个Ag、Pb元素达到边界品位的槽探工程进行统计发现，银、铅矿化体集中分布于预查区内康保—围场大断裂南侧受北西向次级断裂带F3内，断裂带内发育硅化、高岭土化、绿帘石化、绿泥石化、局部可见角砾岩化。两侧围岩为老基底的花岗闪长岩和燕山期安山岩，矿体不受围岩控制。矿体赋存于安山岩和花岗闪长岩的构造破碎带中，并与同走向的硅化带密切共生，矿体形态复杂，膨胀、收缩相间出现，以连续或断续透镜状体呈现，从整体来看呈较规则的脉状体产出。

4 矿床特征及找矿模型构建

热液脉型银-铅-锌矿出现最多的部位是地台边缘的凹陷断裂带[13]，控矿构造是断裂带，矿体主要产于断裂带内，银多金属矿体的形态、产状、规模受断裂带控制。

对H-6-乙异常内的多个槽探工程验证结果进行统计，矿(化)体位于康保—围场大断裂南侧受北西向次级断裂带内，近矿酸性脉岩发育；围岩蚀变主要为硅化、褐铁矿化、铁锰矿化、萤石化、青磐岩化蚀变等；矿石矿物主要为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、磁黄铁矿、辉银矿、辉钼矿等；非金属矿物主要为石英、方解石、绿泥石和萤石。

在地质勘查过程中构建地质—地球化学找矿模型，需要提取地质矿产和地球化学资料中的有用信息，确定与矿床有关的地球化学异常和地层、构造、岩浆岩等控矿因素，研究其与成矿的关系及规律，快速、高效圈定有利找矿靶区，以指导下一步勘查找矿工作[14]。笔者通过综合研究区内地质、地球化学特征，建立龙头山地区热液脉型银及多金属地质—地球化学找矿模型(表7)。

表7 龙头山地区地质—地球化学找矿模型Tab.7 The ore-prospecting model based on the geological,mineral resources and geochemical information in Longtoushan area

5 结论

1)龙头山地区Ag及多金属地球化学异常与晚侏罗世岩浆活动产生的酸性脉岩关系密切，并且受康保—围场大断裂南侧次级断裂带控制。区内与银成矿关系密切的Au、Pb、Zn、Mo等变异系数较大，分布较集中，有利于成矿。

2)异常区浓集中心明显，高值点连续分布，Ag与Pb、Zn等套和较好，具有热液脉型银多金属矿异常组合特征，成矿潜力大。

3)区内元素组合可以确定为Ag-Pb-Zn、Au-Cu-Mo-Bi，可以元素组合为参照，快速、高效预测研究区内其他多个多金属地球化学异常，指导下一步的勘查找矿工作。

4)综合研究区内地质矿产信息和地球化学信息，构建了龙头山地区热液脉型找矿模型。