冀东水泉沟一带地球化学特征及找矿潜力

王 倩，韩小宾，熊 超

(1.河北地质大学地球科学学院； 2.河北省地震局唐山地震监测站； 3.河北省地矿局第八地质大队)

水泉沟一带地处燕山南麓低山丘陵区，紧邻偏道沟金矿床，处于马兰峪复背斜西段，是金、铁、钼等矿产的集中产地。含金建造及矿源地体、构造及变质变形作用、花岗岩和成矿流体时空耦合，构成了本区“四位一体”的金矿成矿模式[1]。

通过在水泉沟一带开展1 ∶1万土壤地球化学测量、地质填图、槽探查证等工作，初步圈定了针对金的找矿靶区。根据相似类比法，通过与紧邻的偏道沟金矿床进行对比分析[2]，预测水泉沟一带金资源量达到小型金矿床规模，进一步表明该地区具有良好的找矿潜力。

1 区域及研究区地质

1.1 区域地质

研究区位于华北克拉通北缘中段的燕辽金成矿带南部，冀东金矿集中区西部，华北地台燕山台褶带马兰峪复背斜西段[3-4]。区域内太古界变质基底构成背斜轴部，中—上元古界及以后的沉积盖层构成背斜南北两翼，出露地层有太古界迁西群马兰峪组变质岩系、元古界长城系下统及第四系。

区域内岩浆活动频繁，太古代旋回期，岩浆活动仅保留一些蛇纹石化、透闪石化辉橄岩、辉石岩，多呈透镜状、椭球状或似层状产于片麻岩中，多成群出现，构成规模不等的超基性小岩株群；燕山期岩浆活动强烈，沿近东西向构造带形成一系列规模不等的中酸性侵入体，规模较大的岩体主要有王坪石岩体、茅山岩体、前分水岭岩体等[5]；岩脉种类繁多，基性—酸性—碱性岩脉均有出露，以燕山期形成的岩脉为主，其次为伟晶岩脉、石英脉等。

1.2 研究区地质

研究区出露地层比较简单，主要为太古界马兰峪组(Arm)角闪斜长片麻岩、小关庄片麻岩(Xgn)及秋花峪片麻岩(Qgn)。矿区发育北东向及北西向绿片岩相韧性剪切带(见图1)，并且有更晚期的北东向、北北东向、北西向、北北西向脆性断裂、构造片理化带与之叠加[6]。矿区岩浆活动较弱，仅零星分布花岗岩脉、花岗斑岩脉等异常小型岩脉。

2 水系沉积物地球化学特征

1 ∶5万水系沉积物测量圈定的AS-1水系沉积物综合异常覆盖研究区[7]，该综合异常由Au、Ag、Pb、Cd、Hg、W元素组成(见图2、表1)，异常面积5.60 km2，为乙1类异常，以Au、Ag为主成矿元素，Au异常面积4.69 km2，Au最大值898.00×10-9，平均值213.47×10-9；Ag异常面积4.96 km2，Ag最大值7.05×10-6，平均值1.95×10-6。Pb、Cd、Hg、W为主要伴生元素。Au、Ag、Pb、Cd、Hg、W异常均为内带异常，各元素浓集中心一致，分带明显。该综合异常与区域内北东向、北西向断裂套合较好，异常中心位于构造交会部位，具有较好的找矿前景。

1—马兰峪组 2—秋花峪片麻岩 3—小关庄片麻岩 4—花岗斑岩脉 5—花岗岩脉 6—绿片岩相韧性剪切带 7—绿泥石绢云母片岩带 8—断裂及编号 9—矿化石英脉 10—地层产状图1 水泉沟一带地质图

3 土壤地球化学特征

3.1 元素含量特征

针对AS-1水系沉积物综合异常划定的5 km2研究区，开展了1 ∶1万土壤地球化学测量工作，垂直研究区主体构造方向布设了土壤地球化学测量的测线，测线走向123°，采样网度为100 m×40 m，共采集土壤样品1 305件，测试元素为Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn，共12种元素。依据分析测试结果，对各元素平均值、变异系数、富集系数等地球化学参数[8-10]进行了统计，结果见表2。由表2可知：富集系数大于4.00的元素仅有Au，富集系数高达31.24，显示了Au元素的强烈富集特征。富集系数为2.00～4.00的元素有Ag、Cu、Hg、Pb、W、Zn，说明这些元素在研究区内有显著的富集。变异系数大于2.00的元素有Au、Ag、Bi、Hg、Pb、Sb、W，表现出强分异特征，说明这些元素具有较大的成矿潜力。综上所述，研究区Au、Ag等元素存在局部富集成矿的可能性。

1—马兰峪组 2—秋花峪片麻岩 3—小关庄片麻岩 4—花岗斑岩脉 5—绿片岩相韧性剪切带 6—绿泥石绢云母片岩带 7—断裂 8—地层产状图2 AS-1水系沉积物综合异常剖析图

表1 AS-1水系沉积物综合异常特征

表2 研究区土壤地球化学参数统计结果

3.2 元素组合特征

3.2.1 相关性分析

对研究区土壤地球化学元素原始测试数据进行相关性分析，结果见表3。由表3可知：Au与Ag、As元素呈正相关关系，相关系数分别为0.59和0.51；Ag与As、Au、Pb、Sb、Zn元素呈正相关关系，相关系数为0.53～0.71。由此可见，研究区中低温元素组合Au-As-Ag-Pb-Sb-Zn可能为同一成矿阶段的元素组合，中低温构造热液发育，As、Ag、Pb、Sb、Zn元素可作为寻找Au的指示元素。

表3 元素相关系数矩阵

3.2.2 因子分析

对研究区土壤地球化学元素原始测试数据进行基于主成分变量的R型因子分析，按照特征值大于1.00提取了4个因子：F1、F2、F3和F4(见表4)。F1因子方差贡献率最大，为41.29 %，为主要因子，反映了主要地质环境背景。F1因子由Au、Ag、As、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn元素组成，反映了多金属硫化物相关信息，成矿作用以中低温热液成矿作用为主，在Au元素富集成矿过程中，伴随有Ag、As、Cu、Pb、Zn等元素的富集作用。F2和F4因子主要反映W、Bi高温元素组合，是反映高温热液阶段作用的主要因子。F3因子主要代表为Sn元素，Sn元素具有亲氧、亲硫、亲铁的三重属性，在不同物理化学条件下具有不同地球化学亲和性，聚类分析显示Sn元素与其他元素相关性较弱。F4因子反映Sn元素未与研究区内主成矿元素同时迁移。

表4 R型因子分析结果

3.3 综合异常特征

通过1 ∶1万土壤地球化学测量，结合土壤地球化学参数，以剔除高值点后的平均值加2倍标准离差作为异常下限，并根据地质规律及经验进行适度调整，确定了各元素的异常下限并圈定了异常，将AS-1水系沉积物综合异常进一步分解为4个综合异常，编号分别为AP-1、AP-2、AP-3和AP-4(见图3)。

1—马兰峪组 2—秋花峪片麻岩 3—小关庄片麻岩 4—花岗斑岩脉 5—花岗岩脉 6—绿片岩相韧性剪切带 7—绿泥石绢云母片岩带 8—断裂及编号 9—矿化石英脉 10—地层产状 11—Ag异常 12—Au异常 13—Cu异常 14—Pb异常 15—Zn异常 16—Hg异常 17—Sb异常 18—As异常 19—Mo异常 20—W异常 21—Bi异常 22—综合异常及编号图3 研究区土壤地球化学综合异常图

AP-1综合异常呈近椭圆状，长轴方向为北北东向,异常面积约0.103 km2，元素组合包括Au、Ag、Hg、Bi、Sb、Zn、W、Pb、As、Mo。该综合异常以Au为主成矿元素，Au最大值500.00×10-9，平均值150.20×10-9，衬度7.51。各元素异常套合较好，除Mo异常外，其余异常均为内带异常。各元素浓集中心一致，分带明显。该综合异常区出露角闪斜长片麻岩，发育近南北向、北东向小规模断裂，小规模石英细脉较为发育，见有北西西向闪长玢岩脉，蚀变矿化较为分散，褐铁矿化、硅化较为普遍，受构造裂隙及岩石解理裂隙控制。黄铁矿化主要与石英脉同时出现，推断该综合异常与构造蚀变带及含金石英脉发育有关。

AP-2综合异常呈不规则状，异常面积约0.100 km2，元素组合包括Au、Sb、Pb、Ag、Hg、W、As、Zn、Bi、Cu、Mo。该综合异常以Au为主成矿元素，Au最大值500.00×10-9，平均值178.16×10-9，衬度8.91。各元素异常套合好，浓集中心一致，分带明显。该综合异常区出露角闪斜长片麻岩，断裂主要呈近南北向及北西向展布，局部发育小规模含金石英脉，发育硅化、黄铁矿化。

AP-3综合异常呈不规则状，异常面积0.445 km2，元素组合包括Au、Hg、Ag、W、Pb、Bi、Sb、As、Mo、Cu、Zn。该综合异常以Au、Ag为主成矿元素，Hg、W、Pb、Bi等为主要伴生(指示)元素。其中，Au最大值500.00×10-9，异常面积0.350 km2，衬度10.75。各元素异常套合较好，分带明显，浓集中心基本一致，分布形态受韧性剪切带及断裂控制。该综合异常区出露角闪斜长片麻岩，为北东向韧性剪切带、北东向断裂与北西向构造破碎带交会叠加处，规模较大的构造包括韧性构造F3、F5断裂，脆性构造F2、F4、F6断裂，石英脉较发育，蚀变矿化较为普遍。其中，褐铁矿化、硅化最为常见，前者多发育于裂隙发育部位，后者以石英脉和硅化片麻岩的形式出现。在构造叠加部位蚀变矿化尤其强烈，个别部位可见明显黄铁矿化，局部见钾长石化、绿帘石化。各元素异常浓集中心处于构造叠加部位，在其附近韧-脆性构造叠加部位进行了槽探工程揭露及采样控制，基本分析结果显示，样品均有不同程度的矿化，Au最高品位1.60×10-6，Ag最高品位30.60×10-6。

AP-4综合异常呈北东向哑铃状分布，异常面积0.212 km2，元素组合包括Au、Ag、Bi、Hg、W、Pb、Mo、As、Sb、Cu。该综合异常以Au、Ag为主成矿元素，其他元素为主要伴生(指示)元素。其中，Au最大值500.00×10-9，平均值227.21×10-9，衬度11.36。各元素异常套合好，分带明显，浓集中心一致。该综合异常形态主要受韧性剪切带控制，主要发育于韧性剪切带与脆性构造叠加部位。该综合异常区出露角闪斜长片麻岩，发育北东向韧性剪切带、北西向小规模构造蚀变带，褐铁矿化较为强烈，局部硅化较强，偶见黄铁矿化。局部见小规模石英脉、闪长岩脉。在韧-脆性构造叠加部位施工了槽探工程揭露，Au最高品位0.81×10-6，Ag最高品位2.00×10-6。

4 成矿条件及找矿潜力

研究区位于马兰峪复背斜西段，密云—喜峰口东西向大断裂在其北部通过，该断裂为区域主干断裂。研究区处于遵化马兰峪—迁西三屯营铁金找矿远景区北段，具有良好的成矿地质条件。燕山期岩浆活动不仅使研究区内早期形成的近东西向、北西向断裂活化，而且形成了一系列北东向褶皱和断裂。东西向、北西向与北东向构造交织在一起，构成了构造主体格架。强烈的构造运动，伴随强烈的岩浆活动，除有大量的岩浆喷发外，还有大量的岩体侵入，为金矿床的形成提供了充足的成矿流体及热源。研究区发育北东向及北西向绿片岩相韧性剪切带，并且有更晚期的北东向、北北东向、北西向、北北西向脆性断裂、构造片理化带与之叠加。二者的交会部位及剪切扩容部位均成为金矿床的重要容矿空间，最晚期(中生代)形成的构造片理化带对金矿床起直接和主要控制作用，当其与北东向韧-脆性剪切构造带叠加时，对成矿尤其有利，具有重要经济价值的含金石英脉均赋存在角闪斜长片麻岩的构造片理化带(绿泥石绢云母片岩带)中[11-14]。

1 ∶1万土壤地球化学测量在1 ∶5万水系沉积物综合异常浓集中心圈定了4处以Au、Ag为主成矿元素的综合异常，且异常中心均位于构造叠加部位，通过对AP-3和AP-4综合异常进行槽探工程揭露，证实二者均为矿致异常，说明研究区具有良好寻找金的潜力。

研究区紧邻偏道沟金矿床，二者地层条件、构造条件基本相同，水系沉积物综合异常均以Au、Ag为主成矿元素，主要伴生元素为Pb、Cd等，异常浓集中心均位于韧-脆性构造带叠加部位，因此推断研究区与已开采的偏道沟金矿床具有相似的地球化学成矿背景，同样具有良好的成矿条件。本次采用相似类比法，对研究区与已知偏道沟金矿床进行对比，从而对研究区Au资源量进行定量预测，计算公式如下：

Ar=CmSaR/(CmlSal)

(1)

式中：Ar为研究区预测Au资源量(kg)；Cm、Sa分别为研究区Au元素的平均值(10-9)和异常面积(km2)；R为偏道沟金矿床Au探明资源量(kg)；Cml和Sal分别为偏道沟金矿床的Au元素平均值(10-9)和异常面积(km2)。

研究区金资源量预测结果见表5。由表5可知：研究区预测Au资源量可达1 070.64 kg，达到小型金矿床规模，说明研究区具有良好的找矿潜力。

5 结 论

1)水泉沟一带土壤中Au、Ag元素的含量相对较

表5 Au资源量预测结果[6-7]

高，富集系数和变异系数均显示Au、Ag等元素具有局部富集成矿的潜力。

2)水泉沟一带圈定了4处以Au、Ag为主成矿元素的综合异常，并对AP-3和AP-4综合异常进行了查证，证实均为矿致异常，实现了找矿突破。

3)对水泉沟一带成矿地质条件和土壤地球化学测量成果进行综合分析，并与邻近的偏道沟金矿床进行对比，认为其具有良好的找矿潜力。