0 前言

在特定的构造—岩浆—成矿带内,往往存在多期次的成矿作用,使不同矿种的矿床(点)在空间上密切伴生^[1-2]。这种伴生相应地伴随有多元素地球化学异常,各元素异常相伴成群出现,在空间上高度重叠又显示出一定的分带性,从而形成元素组合既规律又复杂的地球化学异常集群^[3-4]。在此异常集群中,往往存在几组异常,每组异常有特定的元素组合及空间分布规律,并能指示某种矿床类型,这些异常可称之地球化学异常系列。然而,由于多元素异常在空间上交织在一起,很难确定异常元素组合及分布特征,为指示找矿工作带来很大障碍。

河北省地质调查院在蔚县幅1:25万区域化探中的上黄旗—乌龙沟断裂带的走马驿—大河南区段发现了以Pb、Zn、Cd、Ag、W、Cu、Bi、Mo、Ag、Au等为主,以La、Nb、Be、U、Th、Zr、Sn等为辅的20余种元素地球化学异常,这些元素异常在中生代侵入岩体内及其与围岩的接触带重叠分布,在单元素异常叠加图上呈现出“一团乱麻”。如何在重叠分布的异常中分解出具有找矿指示意义的地球化学异常系列,对于进行地球化学找矿部署、确定矿种类型、研究区域成矿规律等均具有十分重要意义。笔者利用河北省蔚县幅1:25万区域地球化学调查数据,对幅内上黄旗—乌龙沟断裂带走马驿—大河南区段的地球化学异常系列进行解析,并阐述各系列异常特征及其找矿指示意义。

1 材料与方法

1.1 区域地质背景概况

研究区位于河北省西北部,大地构造处于华北陆块中北部。新太古界至新生界地层在研究区均有出露,太古宇变质岩为基底,元古宇、古生界、中生界和新生界组成盖层。上黄旗—乌龙沟深断裂(蔚县幅内为走马驿—大河南区段)由北东至南西斜贯全区,在此带内燕山期岩浆活动强烈,中晚侏罗世岩浆在司格庄及王安镇、大河南南北两个中心同时发生中心式间歇性侵位,在司格庄及王安镇一带形成哑铃状花岗杂岩体^[5](图1)。上黄旗—乌龙沟深断裂带是华北地区重要的构造—岩浆—成矿带。

研究区金属矿产主要包括有色金属和贵金属。有色金属矿产主要有铜、钼、铅、锌等,多数矿床为多金属共生组合类型,成因类型主要有矽卡岩型、岩浆热液型和斑岩型。贵金属矿产主要是金和银,有变质热液和岩浆热液等两种主要成因类型。

1.2 数据来源

文中数据源于河北省地质调查院和山西省地质调查。2012~2014年河北省地调院按照中国地质调查局《区域地球化学勘查规范》(1:250 000,以下简称规范)要求,在1:25万蔚县幅河北境10 800 km²面积内,按1.52个样/km²的点位密度采集水系沉积物样品;为减少样品分析费用,每4 km²样品组成一个分析样,每个样品测试39项指标。山西省地质调查院于2012年完成“山西省北部及南部1:20万区域地球化学测量”项目,其中包含蔚县幅3 400 km²面积;这部分数据由山西省地质调查院提供。

两单位获取数据的样品采集技术方法及要求相同。笔者主要截取上黄旗—乌龙沟断裂带及其两侧8 km范围内的数据进行研究。

1.3 研究方法

为了解析地球化学异常,就必须要从相互交织在一起的多元素地球化学异常集群中提取具有找矿指示意义的组合元素异常。无论在生态地球化学还是勘查地球化学的研究中,因子分析在分析异常元素组合、来源、成因等方面均具有较广泛的应用^[6-11]。文中应用R型因子分析方法确定异常元素组合,从而解析地球化学异常。

采用均值标准化方法,将研究数据进行标准化(标准化变量=(实测变量-均值)/标准离差),之后利用方差最大旋转法进行因子分析,提取了8个因子,累计方差贡献75%以上,可以解释39个原始变量75%的信息。计算的因子载荷及元素组合列于表1。

上述因子中,F1、F2、F4、F5、F8主要反映了本区的地质构造及岩性组成特征。F3(Pb-Zn-Ag-Cd)、F6(Mo-W-Bi-Cu)、F7(Au-Hg-Ag)因子元素组合与蔚县幅乃至河北省北部地区主要成矿元素及伴生元素相吻合,分别揭示了本区存在的铅锌矿、铜钼矿、金银矿等几种金属矿产的成矿作用,为本区典型矿床的异常元素组合^[12]。研究表明, F3因子得分高值区与Pb-Zn-Ag-Cd累加异常区在空间上高度重合,二者空间分布形态几乎完全一致,而因子得分反映的异常形态更为清晰(图2)。

根据本区因子分析结果及已知矿床元素共生组合规律,确定本区存在Zn-Pb-Ag-Cd、Mo-W-Bi-Cu和Au-Hg-Ag 3个与成矿作用有关的异常系列。

2 各系列异常空间分布特征及找矿指示效果

2.1 Pb-Zn-Ag-Cd异常系列

Pb-Zn-Ag-Cd异常呈NE向带状分布于图幅内上黄旗—乌龙沟深断裂带内,其长轴延长方向与上黄旗—乌龙沟深断裂带完全一致(图3)。该系列异常组成元素Pb、Zn、Cd之间高度正相关,异常空间位置几乎完全重合,异常中心分布于王安镇岩体的北缘、司各庄岩体与王安镇岩体的西北缘及其结合部位。最强异常出现于镰巴岭铅锌矿田,另一异常中心与浮图峪铜钼矿田相吻合。

Pb、Zn为铅锌矿床的直接指示元素,在矿区出现高强度异常。浮图峪铜钼矿田中的木吉村铜矿、浮图峪铜矿等大中型铜钼矿床中均伴生有Ag、Au、Pb、Zn等异常,因此,在铜钼矿区亦出现显著的Pb-Zn-Ag-Cd系列异常。

综上所述,Pb-Zn-Ag-Cd异常系列位于上黄旗—乌龙沟深断裂带内的燕山期侵入体周边,异常中心与已知矿田对应,该系列异常是本区寻找岩浆热液型铅锌等多金属矿床的有效指标。

2.2 Mo-W-Bi-Cu异常系列

该组异常与Pb-Zn-Ag-Cd异常类似,亦呈NE向带状分布于上黄旗—乌龙沟深断裂带内,只是其重心位置比Pb-Zn-Ag-Cd异常系列沿断裂带向西南方向偏移,在偏西南的司各庄、王安镇岩体接合部位,即浮图峪铜钼矿田一带出现异常规模较大的Mo-W-Bi-Cu异常(图4),且Mo、Cu、W、Bi间具有较好的空间套合关系。沿东北方向异常强度变弱,如大河南岩体周边的异常远较西南部的司各庄、王安镇岩体处异常为弱。但因为Mo、Cu、W、Bi是铅锌矿的伴生元素,因此在镰巴岭铅锌矿田内亦出现强度较高的Bi、Mo、Cu异常。

综上,认为Mo-W-Bi-Cu异常系列与构造、岩体、矿产关系密切,异常强度高,系具有找矿指示意义的异常系列,可作为铜钼等矿床的直接指示元素,亦为其他热液多金属矿的间接指示元素。

2.3 Au-Hg-Ag异常系列

Au-Ag-Hg异常亦沿上黄旗—乌龙沟深断裂带分布,规模较大的异常几乎均分布于岩体接触带或岩体附近,如大河南岩体东缘、司各庄岩体南缘以及王安镇岩体东部的紫荆关一带,异常强度高,面积大,其中在大河南岩体东缘的上明峪—金硐塔形成高强度异常中心。空间上,Au、Ag、Hg伴生关系明显,规模较大的异常区均为金矿点密集分布区,致使该系列异常重心较Zn-Pb-Ag-Cd异常系列沿断裂带向EN方向偏移(图5)。

此外,在镰巴岭铅锌矿田内出现高强度的Au、Ag、Hg异常;在浮图峪铜钼矿田内出现强度不是很高的Au、Ag异常。因此,Au、Ag可作为金矿的直接指标元素,同时亦为其他热液多金属矿床的间接指示元素。

3 讨论

3.1 系列异常成因

对于重要的成矿区带,通常存在多期次的地质地球化学作用,各期所形成的地球化学异常相互叠加,出现空间上高度重合的多元素异常。

资料表明^[5],在上黄旗—乌龙沟深断裂带内,自中生代的早侏罗—晚白垩纪发生了多期次的岩浆侵入活动,依次形成石英闪长岩—石英正长岩—钾长花岗岩,在研究区内出现司各庄、王安镇、大河南等3大中酸性杂岩体。伴随着岩浆热液活动,出现了接触交代型(矽卡岩型)、斑岩型和热液型铁、铜、金、银、钼、铅、锌等矿化活动,使区内钼、铅、锌、铜及多金属矿(床)点均围绕燕山期中酸性岩体分布。

多期成矿作用导致了多元素异常的叠加,表现为多元素异常空间上高度重叠。在研究区的蔚县幅上黄旗—乌龙沟深断裂带的走马驿—大河南区段,自西南向北东依次出现Mo-W-Bi-Cu、 Zn-Pb-Ag-Cd及Au-Hg-Ag 3个系列异常,各系列异常呈重心偏移的叠加式分布(图6)。

多期次的成矿作用不仅出现高度叠加的系列地球化学异常,而且使同一元素出现于多因子中。在F1和F7因子投影图(图7a)上, Mo、W、Bi聚集成簇,但其中的Cu偏向F3和F6因子,即Cu出现在多因子中;而F3和F6因子各元素聚在一起,空间上没有分离。在F1和F2因子投影图(图7b)上,代表本区3个主要成矿类型的F3、F6、F7因子中的Pb、Zn、Cd、Ag、Mo、W、Bi、Cu、Au、Hg等聚为一簇,与各元素异常空间上高度重合相类似。

通过以上分析认为,本区存在多种地质作用所致的系列地球化学异常的叠加,从表象上很难将各组异常分辨出来,但依靠地球化学数理统计分析可以解析出具有找矿指示意义的异常系列。

3.2 各系列异常对找矿的指示效果

上文已提及,在Mo-W-Bi-Cu、 Zn-Pb-Ag-Cd及Au-Hg-Ag异常浓集中心内,分别有浮图峪铜钼矿田、镰巴岭铅锌矿田及金洞塔金矿集区,各系列异常的主要异常元素可指示矿种类型。

据已往研究成果 1316,Zn、Pb、Ag、Cd是本区乃至国内铅锌矿床的主要成矿元素和伴生元素(表2),同样,Mo、W、Bi、Cu和Au、Hg、Ag分别是铜钼矿及金矿的共生元素组合。不仅本区如此,国内外典型的铅锌矿床、铜钼矿床及金矿床中均出现相应的Zn-Pb-Ag-Cd、Mo-W-Bi-Cu、Au-Hg-Ag共生元素组合^[17-21]。

因子分析解析出的Mo-W-Bi-Cu、Pb-Zn-Ag-Cd、Au-Hg-Ag 3组元素异常与研究区已知矿床类型、矿床空间位置等均具有吻合的对应关系,因此具有一定规模的Mo、Pb(Zn)、Au异常可分别作为钼矿、铅锌多金属矿、金矿的直接指示元素,各系列异常亦可直接指示存在相应矿种的成矿作用。

4 结论

1) 应用因子分析方法,在保证数据信息丢失最小的原则下,对区域化探数据进行最佳综合和简化,可以有效地解析区域地球化学异常元素组合。

2) 在蔚县幅上黄旗—乌龙沟深断裂带内,Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Mo、W、Bi等主要成矿元素及伴生元素异常呈集群分布,通过因子分析解析出Mo-W-Bi-Cu、 Pb-Zn-Ag-Cd及Au-Hg-Ag 3个系列异常,各系列异常呈重心偏移的叠加式分布。

3) 有利成矿区带内多期次的地质地球化学作用是系列异常相互叠加的主要原因,表现为各元素异常空间上高度叠加的地球化学异常集群,在因子分析中出现同一元素同列多因子的现象。

4) 各系列异常围绕中生代侵入体分布,且异常重心分别与相应矿种的已知矿床相吻合,因此,各系列异常可作为寻找该类矿床的直接指示元素。

(本文编辑:蒋实,沈效群)

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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