赞比亚西北省兴安矿区地球化学异常及找矿意义
杜明龙, 刘川, 闫永福, 纪山青, 陆伟彦
河北省地矿局第五地质大队,河北 唐山 063000

作者简介: 杜明龙(1983-),男,工程师,硕士研究生,长期从事地质矿产勘查及化探工作。

摘要

赞比亚矿产资源非常丰富,但以往只把铜钴矿及宝石矿作为重点找矿目标,对金矿等勘查重视程度不够。在赞比亚西北省兴安矿区开展了1∶1万土壤地球化学测量工作,通过元素分布特征、单元素异常特征、元素相关性分析、相关元素累乘组合异常研究,确定了找矿靶区;经过钻孔深部验证,发现铜金矿体,验证了异常为矿致异常。

关键词: 赞比亚; 土壤地球化学测量; 地球化学特征; 找矿意义
中图分类号:P632 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)05-0923-07 doi: 10.11720/wtyht.2015.5.08
Geochemical anomalies in the Shiganda ore district in Northwest Province of Zambia and their prospecting significance
DU Ming-Long, LIU Chuan, YAN Yong-Fu, JI Shan-Qing, LU Wei-Yan
Bureau of Geological Exploration and Mineral Development of Hebei Province, Tangshan 063000, China
Abstract

Zambia possesses very rich mineral resources; nevertheless, in the past work, prospecting focused only on copper, cobalt and gemstone deposits, whereas the attention to gold deposits was very insufficient. Based on 1∶10 000 soil geochemical survey, the authors conducted detailed soil geochemical survey in the Shiganda ore district in Northwest Province of Zambia. Through studying element distribution characteristics, individual element anomaly features, element correlation, and multiplicative combinational anomalies of related elements, the authors determined Au and Cu as the target ore species elements in the study area, and delineated the next-step prospecting target area.

Keyword: Zambia; soil geochemical survey; geochemical anomaly characteristics; prospecting significance

赞比亚位于非洲中南部, 是一个内陆国家, 其矿产资源非常丰富, 主要有金、银、铜、钴、铅锌、铁、锰、镍等金属矿, 磷、煤、石墨、云母、重晶石、大理石等非金属矿, 以及祖母绿、黄宝石、紫金石、海宝蓝、孔雀石、石榴石等宝石矿[1]。赞比亚以往把铜、钴以及宝石矿作为重点找矿目标, 而对金矿的勘查重视程度不够。对兴安矿区的地表踏勘及综合资料分析, 该区金、铜矿勘查具有很好的成矿地质条件和找矿依据。

森林覆盖地区化探工作主要是在20世纪60年代到80年代开展, 其成果肯定了土壤地球化学测量在这一自然景观条件下的勘查效果。森林覆盖景观下的地球化学勘查和对异常评价方法的选择与表生地球化学作用密切相关。国内外一些学者利用各种方法, 在这一研究领域取得了相当重要的成果 213

赞比亚是一个森林覆盖密度较大的国家, 在该自然景观条件下开展地球化学勘查工作经验较少。因此, 本次研究无疑对非洲类似自然景观区条件下开展地球化学勘查工作具有借鉴作用, 并为下一步在该区进行矿产勘查提供可靠的地球化学依据。

1 区域地质背景

赞比亚— 刚果巨型铜矿带受卢弗里安(Lufilian)弧形构造控制。前人将该弧形构造自北向南大致分为外褶皱带、穹顶带、复向斜带三个构造单元, 工作区位于该弧形构造的复向斜带中部(图1)。该弧形构造的基底地层为太古宇片麻岩类和古元古界莫瓦超群片(麻)岩类, 盖层为中新元古界加丹加超群地层。在950~450 Ma 期间发生的鲁玛米亚和卢弗里安造山运动, 形成了卢弗里安弧形构造, 并伴随着构造杂岩侵入和热液矿床的形成, 在构造形式上表现为一系列背斜、穹隆和向斜。背斜、穹隆的核部为太古宇基底杂岩和元古宇莫瓦超群片岩类, 翼部和周边为加丹加超群沉积岩[14]

图1 赞比亚地质构造概略[14]

2 矿区地质
2.1 地层

区内基岩地层主要由新元古界加丹加超群(Katanga)和新近系卡拉里(Kalahari)组构成, 大部分被第四系沉积物所覆盖。该超群内各岩石地层单位之间并不都是连续沉积的。受构造影响, 区内岩层倾角近于直立, 走向北西280° ~290° 。在本区出露的加丹加超群地层自下至上主要为上罗安组、姆瓦夏组和孔德隆组。

上罗安(Upper Roan)组下部为黑云母石榴石片岩、滑石白云石片岩、碳质千枚岩; 上部为黑云母片岩、白云质片岩、石英岩和白云岩, 以及大面积出露的结晶碳质硅质大理岩夹泥岩和片岩。姆瓦夏组(Mwashia)组由白云质灰岩、灰岩互层, 夹暗灰色炭质页岩。孔德隆组(Kundelungu)自底部向上的岩性变化依次为条带状含铁石英岩→ 黑云母片岩、千枚岩、钙质和碳质板岩→ 泥岩→ 石英— 绢云母— 碳酸岩岩石、长石石英岩、绿泥石片岩, 为该区的主要含矿层位。

卡拉里(Kalahari)组在工作区内大部分地区均有出露, 为新近系风成细砂层、粉砂层、燧石及钙质壳、黏土岩和盐质蒸发岩。

第四系冲积物主要分布于河谷中的阶地、河漫滩及河床中, 以砂砾石层及宽阔河谷的沼泽泥炭质沉积物为主。区内地势低缓, 地表多为残坡积物分布, 厚度不等, 岩性以少量基岩转石及砂土为主。

2.2 构造

区内孔德隆组地层产状主要受轴向NWW的褶皱构造控制。另外该区剪切带平行褶皱构造也呈NWW向分布, 走向均在280° ~290° 之间, 倾角近直立, 是本区主要的控矿构造。

2.3 岩浆岩

东格威(Dongwe)花岗岩体在矿权区西侧侵入孔德隆组地层中, 为该区热液型矿产成矿提供了动力和丰富的热液来源, 并在岩体周围形成众多铜金多金属矿床(点)。

3 兴安矿区地球化学异常特征
3.1 地球化学异常信息提取

对兴安矿区进行1∶ 1万土壤地球化学测量, 采样基本网度为100 m× 40 m。样品采自B层的黏土、含岩屑黏土、粉土及岩矿屑, 深度在30~70 cm, B层基本缺失处取B+C层或C层上部岩屑。测区面积10.72 km2, 共采集生产样2 822件、重复样147件, 土壤样品分析测试Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、As、Sb、Bi、Sn、Hg、W、Co、Ni共13种元素。测试单位为河北省区域地质矿产调查研究所实验室, 数据合格优选法达91.98%, 测试数据真实可靠。

3.2 地球化学参数及背景值统计

对兴安矿区1∶ 1万土壤地球化学测量分析结果进行全区元素地球化学参数统计, 统计的参数主要有背景平均值(x)、标准离差(S)、变异系数(Cv), 结果见表1

表1 兴安矿区土壤元素地球化学参数

兴安矿区中Pb、W、Sb平均值高于克拉克值, 背景值偏高; Au、Ag、Cu 、Zn 、Ni、Co、As、Bi、Hg、Mo平均值低于克拉克值, 背景值偏低。

标准离差和变异系数均较大的元素有Au(S=127.7, Cv=15.79)、Cu(S=137.9, Cv=11.13)、As(S=118.2, Cv=12.11), 表明这3种元素具有高富集的地球化学特征, 具备富集成矿的条件。

利用兴安矿区土壤地球化学测量中各元素的变异系数, 探讨数据集的相对离散程度[16]。由图2可看出, Au、As、Cu变化程度较大, 反映其高含量数据较多, 富集成矿性较大[17], 且在实际踏勘中己发现金、铜矿点, 具有明显的矿化显示。Co、Ni、Hg、W、Mo、Pb、Zn、Bi离散程度相对较弱, 成矿性一般。

图2 兴安矿区地球化学土壤测量变异系数点位离散

对算术数据进行剔除离散值的计算, 即剔除大于 x̅+3S和小于 x̅-3S( x̅为平均值, S为标准离差)的数值。对对数据进行剔除畸变量的计算, 即剔除大于lg x̅g+3σ 和小于lg x̅g-3σ ( x̅g为几何平均值, σ 为对数标准离差)的含量。各元素的异常下限值根据元素含量的分布形式采用上述不同的计算方法统计得出, 异常下限值统计结果见表2

表2 兴安矿区土壤地球化学测量各元素异常下限计算结果
3.3 单元素异常特征

共圈定1∶ 1万土壤地球化学测量单元素异常212个, 其中金异常43个, 银异常29个, 铜异常17个, 铅异常14个, 锌异常13个, 砷异常16个、锑异常17个, 铋异常4个, 汞异常7个, 钨异常12个, 钼异常11个, 钴异常16个, 镍异常13个。具有找矿意义的单元素异常特征见表3

表3 兴安矿区主成矿单元素地球化学异常筛选

通过对本区地球化学土壤测量数据的数理统计, 结合以往地质工作及本次踏勘工作, 确定本区内主成矿元素为金和铜。因此将金、铜作为主要元素, 其他元素根据相关分析作为指示元素(Ag和As)或另一组合元素, 以单元素异常规模作为评序参数, 来确定单元素异常的排列序次。

研究区内金异常共由43个小异常组成(图3), 该异常宽1~1.5 km, 长7 km, 呈北西西向展布, 与区内构造线方向基本一致, 显示出了构造地球化学特征。异常带中心位置与地表发现的矿化带位置基本吻合, 成矿地质条件非常有利。金主要异常特征如表4

图3 兴安矿区Au异常分布

表4 兴安矿区主要金异常特征

研究区内铜异常共由17个小异常组成(图4), 该异常宽0.1~0.6 km, 长7 km, 呈北西西向展布, 与区内构造线方向及金异常方向基本一致, 显示出了与金相同的构造地球化学特征。异常带中心位置与地表发现的矿化带位置基本吻合, 成矿地质条件非常有利。铜主要异常特征如表5

图4 兴安矿区Cu异常分布

表5 兴安矿区主要铜异常特征
3.4 元素组合异常特征及评价

通过兴安矿区土壤地球化学测量数据的相关分析(表6)可知, Co、Ni、Hg、W、Mo、Pb、Zn、Bi相关系数较高, 相关性较为密切; Cu、As、Ag表现出明显的相关性; Au、Sb相对独立, 与其他元素相关性不明显。

表6 兴安矿区土壤地球化学测量各元素相关系数

通过聚类分析, 兴安达矿区土壤地球化学元素可分为四类簇族元素组合(图5):第一簇Co、Ni、Hg、W、Mo、Pb、Zn、Bi, 对照地质条件, 这8种元素在兴安矿区中部的沼泽地带均有富集, 可能受周围地区岩体以及多种复杂地质条件影响; 第二簇Cu、As、Ag, 这一簇族元素表现为中低温矿物组合, 这3种元素在异常图上也具有明显的套合关系, 而Cu作为本区内主要的找矿元素, 反映该区成矿的温度较低; 第三簇Sb, 该元素集中分布在矿区东北部, 与地表所发现的矿点以及与其他元素套合较差, 可能为另一期热液活动结果; 第四簇Au, 该元素为本区内的主成矿元素, 但从谱系图中发现该元素与其他元素之间关系不密切, 可能是Au相对于其他元素特征稳定。

图5 兴安矿区土壤地球化学元素R型聚类谱系

结合相关分析和聚类分析, 同时参考地球化学图件, 将兴安达矿区土壤地球化学元素大致分为3组:Co、Ni、Hg、W、Mo、Pb、Zn、Bi, Cu、As、Ag、Au和Sb。

将一个多元素地球化学晕中具有指示意义的元素以某种方式组合, 能圈出更为清晰的异常。组合晕的规模和强度比单元素异常要大得多, 是用来强化和识别异常的一种手段[18]。本次组合晕圈定采用含量累乘法, 即将Au、Cu、As、Ag 4种元素含量进行累乘, 共圈定出15个异常(图6), 其总体排列方向与构造方向和Au、Cu、As异常分布方向基本一致, 呈近北西西向, 特征描述分别如下。

图6 兴安矿土壤地球化学测量组合异常

1号靶区:由C-2、C-3、C-4和C-5组成。C-2位于工作区东部, 面积0.057 km2, 形状不规则, 走向北东, 异常所在处为第四系, 周围发现有多处铜金矿化点。C-3 、C-4、 C-5位于工作区中部兴安山附近, 面积分别为0.027 km2、0.023 km2、0.02 km2, 形状不规则, 总体走向北东, 异常所在处为第四系, 异常内及附近发现有多处铜金矿化点。

2号靶区:由C-7 、C-8和 C-9组成, 靶区位于工作区中部, 面积分别为0.12 km2、0.017 km2、0.0045 km2, 形状不规则, 总体走向北东, 异常所在处为第四系, 异常内及附近发现有多处铜金矿化点。

3号靶区:由C-10、C-11、C-12、C-13 、C-14和C-15组成, 靶区位于工作区东部, 面积分别为0.01 km2、0.01 km2、0.007 km2、0.57 km2、0.02 km2, 形状不规则, 总体走向北东, 异常所在处地层为第四系及新近系, 异常内及附近发现有多处铜金矿化点。

4 找矿意义

本次研究圈定的金、铜异常及组合异常与地表己知矿(化)体基本吻合, 结合地质条件在该区确定出3个找矿靶区, 即C-2 、C-3、 C-4 、C-5组成的1号靶区和C-7 、C-8、 C-9组成的2号靶区, 以及C-10 、C-11、 C-12 、C-13、C14和C15组成的3号靶区。

通过对2号成矿靶区进钻孔验证, 见一伪厚为20 m的矿化带, 依据氧化矿圈定原则, 圈定出一条铜金矿体, 矿体真厚为7.57 m, 走向290° , 倾向南西, 倾角75° 。矿体Cu最高品位2.77× 10-2, 平均品位1.30× 10-2 m, 并伴生有金, Au最高品位0.67× 10-6, 平均品位0.15× 10-6

下一步工作重点应采用磁法剖面测量、激电测深、地表探槽及深部钻孔验证等工作手段, 对该组合异常带进行较系统、全面的综合地质工作, 以达到更大的找矿突破。

5 结论

(1) 在赞比亚兴安矿区进行1∶ 1万土壤地球化学测量工作, 效果良好。因此认为, 可以在赞比亚西北地区森林覆盖景观条件下开展土壤地球化学找矿工作。

(2) 兴安矿区土壤地球化学测量分析结果统计显示, Au、Cu、As标准离差和变异系数均较大, 表明这3种元素具有高富集的地球化学特征, 具备富集成矿的地球化学条件。

(3) 通过Cu、As、Ag、Au含量累乘, 圈定了15个组合异常, 共划分出3个成矿靶区。对1号成矿靶区进行钻探工程验证, 见到铜金矿体, 证明异常为矿致异常。

The authors have declared that no competing interests exist.

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