长期以来地球化学找矿一直都是矿产勘查工作中一项重要任务^[1]。经过广大地质人员努力,地球化学异常筛选与评价找矿工作发展迅速^[2],区分矿致异常和非矿致异常是其主要任务,以缩小找矿范围^[3]。

新疆巴里坤望洋台位于自北向南横跨三塘湖(断陷盆地)石油—天然气—煤—油页岩—Fe矿带和双峰山—伊吾(复合岛弧带)Au-Hg-Cu-Fe矿带^[4],具备良好的成矿地质条件和找矿前景。为此,基于1:25万纸房幅地质图^[5],在研究区开展1:5万地质填图和1:5万水系沉积物地球化学测量工作,分析异常特征并进行查证,从水系沉积物地球化学异常特征的定性、定量评价和异常所处地质特征等方面进行综合评价,圈定重点找矿区域,再结合浅表工程验证,评价其找矿效果。

评价区位于新疆哈密地区巴里坤县北西部,处于准噶尔—东天山褶皱系北部塔尔巴哈—荒草坡亚带额任山复背斜西南翼^[6]。出露地层有下泥盆统卓木巴斯套组(D₁z)、中泥盆统乌鲁苏巴斯套组(D₂w)、上泥盆统卡希翁组(D₃k)、上泥盆统—下石炭统江孜尔库都克组(D₃C₁j)、下石炭统姜巴斯套组(C₁j)、上石炭统巴塔玛依内山组(C₂b)、中二叠统卡拉岗组(P₂k)、上二叠统平地泉组(P₃p)、下侏罗统八道湾组(J₁b)、中新统塔西河组(N₁t)、更新统新疆群及全新统洪积堆积。

区内侵入岩不发育,仅在评价区南部出露少量石炭纪侵入体,呈岩株状、岩瘤状产出;区内火山活动较为强烈,火山岩较发育。火山活动始于下泥盆世,于中二叠世结束,其中以中二叠世火山岩最为发育,泥盆纪火山岩次之,石炭纪早期偶见火山作用^[7]。

区内断裂构造十分发育,以NW、NWW向为主,次为近EW向和NE向,区内褶皱构造发育不完整,多被断裂破坏,主要有大长沟南复式背斜。

区内蚀变发育,主要有硅化、褐铁矿化、黄铜矿化、黄铁矿化、孔雀石化、绿泥石化、绿帘石化。

评价区共完成1:5万水系沉积物测量面积340 km²,采集样品 2 051 件,采样密度为6.16个/ km²。以手持GPS定点,因本区少雨干旱,样品采集选择在沟底、流水过道区或冲积扇发育区,参考1:20万东泉幅化探测量^[8]及西部邻区纸房幅1:5万岩屑测量^[9]资料,本次测量选择采样粒级为-10~+80目,上下游20~30 m范围内多点采集组合样,合并为一个样品。分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Bi、Sn、Mo、Cr、Co、Ni、Hg、U,测试单位为新疆地矿局物化探大队实验室。

根据勘查地球化学中有关的定义和计算公式^[10],对原始数据进行统计分析,其中地球化学背景值采用迭代剔除法剔除X±3S离群数据后统计求得,以全区平均值作为背景值使用。异常下限采用迭代剔除法剔除X±3S离群数据后,统计平均值X,标准方差S,首先采取X±2S作为异常下限进行试圈,再经过调整、比较,选择符合区内地质矿产实际的异常下限使用值(表1)。

从表1可知,与东天山背景相比,评价区As、Pb、Cu、U、Mo、Bi等相对富集,而Ag、Co、Zn、Sn等基本持平,Au、Ni、Cr、Pb、Hg、W等相对贫化;与大陆岩石圈丰度相比,Ag、As、Sb、Pb、Hg、U、Mo、Bi等相对富集,且As、Sb富集程度分别达9倍和4倍,Au、Ni、Co、Cr、Cu、Ag、W、Sn相对贫化。

从空间分布特征来看,Cu、Pb、Zn、Ag在评价区北东部中二叠统卡拉岗组二段出露区以高背景为特征;北西部和南部为背景区,中南部泥盆系地层出露区为低背景区。Au、As、Sb、Hg 在评价区中北部以高背景、低背景相互出现为特征,中南部为低背景区,南部为高背景—背景区。Ni、Cr、Co在评价区北部及北东部为低背景区,北西部为高背景区,中东部为高背景区—背景区,中南部及南部为背景—低背景区。W、Sn、Mo、Bi、U在评价区中西部为高背景区,东部为高背景区,南部为背景区,其他地段为低背景区。

评价区主要经历了泥盆纪、石炭纪、二叠纪、侏罗纪、新近纪、第四纪等时期地质过程,从各地质时期元素特征来看(表2),大部分元素含量在石炭纪—二叠纪形成峰值,其中主成矿元素Cu、Au在下石炭统达到富集峰值,富集系数分别达到3.65、1.97、2.17,之后随着时间变新呈现减小的趋势,反映石炭—二叠系地层是主要矿源层,可做为找矿目标地层。

单元素异常图采用GeoIPAS3.0化探版软件绘制完成,浓度分带采用异常下限值的1、2、4倍勾绘外、中、内带。由单元素异常图(图1)可知,Cu、Au异常个数虽少,但分布集中,单个面积大,浓集中心明显,异常规模、强度较高,有利于成矿;W、Sn、Mo、Bi异常较为分散,局部Mo、Bi异常套合较好;Ni、Cr异常虽然面积较小,但重合性高,Co面积大,但与Ni、Cr套合差,Pb、Zn异常个数较多,规模局部较大,对成矿有一定意义;其他伴生元素异常总体呈现面积小,规模低,强度小等特征,仅对成矿具有一定的指示作用。

对数据进行R型聚类分析(图2),Cr、Ni相关性最好,其相关系数达0.878,其次为Cu、Co,相关系数为0.608。Ag和Sn、As和Sb、Cu和Zn等相关系数均在0.5以上。

以相关系数0.4为界,全区元素可分为7组:第一组为Cr、Ni、Co、Cu、Zn亲铜亲铁元素组合,与中基性火山岩有关,在构造有利部位Cu有富集成矿的可能;第二组为As、Sb低温元素组合,说明元素在成矿活动中存在一定的矿化物质温度分异及沉积分异现象,与多期次成矿作用叠加有关;第三组为Pb、W亲硫亲石元素组合,表明在深部隐伏有酸性斑岩条件下,成矿过程中,在上部可形成方铅矿等金属矿物、下部形成白钨矿等脉石矿物的矿物组合分带,从而出现硫化物与氧化物共存的特征;第四组为Sn、Ag中低温元素组合,其中Sn不仅具有亲氧性,而且还有亲硫性,可形成Sn的氧化物、硫化物,而Ag在地表易氧化形成AgO,在中深部则易形成硫化物,因此,两者在特定的成矿环境中具有共存的特征; Au自成一簇,与其他元素相关性差,说明Au为独立成矿期。

根据单元素异常特征及各元素组合相关性,Cu、Cr、Ni、Co异常主要与印支期—华力西期火山岩地层尤其是熔岩、凝灰岩关系密切,异常强度大,主要分布在二叠系卡拉岗组、石炭系姜巴斯套组地层中;Zn、Pb、Ag异常强度较弱,以外带为主,主要分布在评价区北西部和东部二叠系卡拉岗组二段、石炭系姜巴斯套组一段地层中,南部上石炭统巴塔玛依内山组二段中零星分布;Au异常分布于二叠系卡拉岗组及中泥盆统卡希翁组地层中,少量分布于上石炭统巴塔玛依内山组二段地层中; As、Sb、Hg异常在区内呈串珠状、带状分布,与区内主要构造方向特征基本一致;W、Sn、Mo、Bi、U异常分布较为零散,主要分布在评价区北东角和西部,分布面积不大,异常强度弱,以外带为主,浓集中心不明显。

根据评价区各元素地球化学背景、单元素异常、元素组合特征,并结合区内成矿地质环境、地形等因素,圈定综合异常14处(图3),异常总面积约97.44 km²,占评价区实际采样面积的26.66%。遵循异常分类原则^[12],对区内14处综合异常进行了分类,其中甲类异常(HS-5)1处,乙类异常(HS-6、HS-7、HS-13)3处;丙类异常10处(HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-8、HS-9、HS-10、HS-11、HS-13、HS-14),甲、乙类异常占评价区面积44.70%,表明评价区矿产研究程度较低。

综合异常评序主要从综合异常面积、主成矿元素面积、浓度分带总和、伴生元素组合个数、NAP值,并结合异常区内成矿地质条件等方面进行评价,对上述评价因素分别进行打分,依次从高到低,得分越高者排名越靠前。通过对综合异常打分排序(表3),排名靠前的异常有HS-5、HS-6、HS-7、HS-12,最终筛选出详细查证异常2处,分别为HS-5、HS-6,其他为踏勘检查。

HS-5综合异常:位于评价区北东部,呈不规则椭圆状,东侧未封闭,属甲2类异常,异常面积 16.75 km²,异常总规模76.95。异常主要成矿元素为Cu、Au,但两者组合相关性差,一是可能由两者的自身特性造成,二是可能在小范围内出现地层岩性突变或构造破坏等地质背景因素造成的,伴生有Zn、W、Bi、Co、Ag、U、Pb。Cu异常面积约22.90 km²,呈岛状,最大值为364×10^-6,具有三级浓度分带,浓集中心明显,异常平均值为67.61×10^-6,规模值为31.92;Au异常面积约2.93 km²,呈椭圆状,最大值45.2×10^-9,具有三浓度分带,浓集中心明显,异常平均值为10.80×10^-9,规模值为36.76。

异常区出露中二叠统卡拉岗组二段(图4),岩性主要为紫红色凝灰岩、角砾岩夹熔结凝灰岩、灰绿色凝灰质砂岩、含砾砂岩。异常区内见一NE向断层穿过,并将区内两个Au高值异常切割开。异常位于三塘湖向斜轴部,在褶皱转折端中心应力作用最强位置矿化蚀变强烈,见硅化、褐铁矿化、黄铁矿化、孔雀石化、绿泥石化、绿帘石化,远离转折端蚀变则变弱。

异常区北部见两条小岩脉呈NW向出露。异常元素以亲硫元素为主,推测与火山热液活动有关,而伴生的W、Bi等高温元素,推测与岩浆侵入作用有关;且异常区内卡拉岗组火山岩地层发育,并且在地表可见矿化蚀变强烈,通过异常查证在异常区内发现一处铜矿化点,判断该异常为矿致异常。该异常成矿地质条件良好,成矿有利,找矿潜力良好,是寻找火山热液改造型铜(金)矿的有利场所。

HS-6综合异常:位于评价区中西部,呈似椭圆状,西侧未封闭,属乙₂类异常,异常面积12.38 km²,异常总规模98.42。异常主要成矿元素为Au、Cu,伴生有Cr、Ni、Co、As、Sb、Pb、Mo、Bi、U,且相关元素之间套合程度较高。Au异常面积约2.88 km²,呈椭圆状,最大值为22.8×10^-9,具有三级浓度分带,浓集中心明显,异常平均值为11.30×10^-9,规模值为34.2;Cu异常面积约0.71 km²,呈近圆状,为单点异常,异常值为351×10^-6,具有三级浓度分带,浓集中心明显,规模值为5.17;Cr、Ni、As、Bi异常均具有三级浓度分带, Co、Pb、U异常具有二级浓度分带。

异常区北部出露下石炭统姜巴斯套组一段,岩性主要为灰色、灰绿色凝灰质砂岩、钙质砂岩、粉砂岩、砾岩夹灰绿色安山岩、含角砾凝灰岩,异常南部出露上泥盆统卡希翁组二段,岩性主要为灰绿色含角砾凝灰岩、含集块凝灰岩夹灰褐色、灰绿色凝灰质砂岩;异常夹持于两条NW向与NWW向断层之间,是控岩控矿构造,同时也是容矿构造,断裂性质以张性正断层为主,表现为多期(次)活动形成。区内矿化蚀变强烈,主要有硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化。

异常元素以中基性元素和低温元素为主,推测与火山热液及断裂构造活动有关,而伴生的Mo、Bi等高温元素,推测与深部岩浆的侵入有关;且异常区内火山岩地层发育,并且在地表可见矿化蚀变强烈,并通过1:1万地球化学剖面查证发现异常含量高值点,判断该异常为矿致异常。该异常成矿地质条件良好,找矿潜力较好,应重点寻找热液蚀变型金矿。

通过1:1万地、物、化综合剖面测量对HS-5异常进行查证。通过图5可知,1:1万磁法测量圈定7处磁异常,极大值为900 nT,是卡拉岗组磁性火山岩的反映,极小值为-600 nT,与断裂构造有关,并且其中3处磁异常与矿化蚀变带密切相关。通过反演推测了5个磁性体存在,深度在800~950 m之间。1:1万地球化学剖面显示,在构造带附近的角砾凝灰岩、凝灰质砂岩、晶屑凝灰岩中,Cu、Au、Ag、Pb、Zn等出现明显的峰值,元素含量较高,其中Cu最大99.6×10^-6,Au最大33.8×10^-9,说明火山热液叠加后期构造是引起异常的主要原因,而指示元素As、Sb等波动幅度较大,且峰值明显,主成矿元素Cu及指示元素Pb、Zn波动幅度与其相比,明显变弱,说明地表剥蚀程度较为严重,隐伏矿体埋藏深度较大。

通过施工3条探槽对该异常进行了查证揭露,共圈出黄铜矿化、褐铁矿化、绿泥石化、硅化蚀变带1条, 蚀变带宽约1~20 m,延伸大于150 m,产状45°∠70°,位于近NWW向断裂带内,蚀变带内发育有黄铜矿化、黄铁矿化、孔雀石化、褐铁矿化、硅化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等,在该蚀变带内发育4条铜矿化体Cu1、Cu2、Cu3、Cu4。Cu1矿化体位于NW向构造带内,围岩为暗紫红色凝灰质细砂岩和岩屑粗砂岩,地表出露宽度1.5~2.1 m,走向延伸300 m,产状40°∠65°,主要铜矿物为孔雀石,呈薄膜状,围岩蚀变以硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化为主,Cu平均品位 0.47%~0.94%。Cu2矿化体位于NWW向构造带内,围岩为棕褐色角砾凝灰岩,地表出露宽度0.5~1.1 m,走向延伸 1 200 m,产状25°∠65°,主要铜矿物为孔雀石,呈薄膜状,围岩蚀变以硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化为主,Cu品位1.12%。Cu3矿体位于NWW向构造带内,围岩为棕褐色角砾凝灰岩, 地表出露宽度0.5~1.15 m,走向延伸400 m,产状20°∠70°,主要铜矿物为孔雀石,呈薄膜状,围岩蚀变以硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化为主。Cu4矿体位于NWW向构造带内,围岩为棕褐色角砾凝灰岩和暗紫红色凝灰质粗砂岩。地表出露宽度2.1 m,走向延伸800 m,产状40°∠65°,主要铜矿物为孔雀石,呈薄膜状,围岩蚀变以硅化、褐铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化为主。

通过对区内成矿地质条件、成矿规律、前人研究成果、1:5万水系沉积物综合异常、异常查证结果等进行分析,并结合区域成矿类型、控矿因素,将具有相同的成矿地质背景条件,具有相同或相关的矿化、蚀变分布,有与成矿有关的化探异常等成矿有利条件集中分布的地段圈定为找矿靶区,通过综合分析后认为,HS-5号综合异常区可作为优选靶区,该靶区地质成矿条件优越,处于火山环形构造有利区,火山活动强烈,物化探异常与地表矿化蚀变带套合较好,对深部找矿的指导意义强,对于寻找火山热液改造型有关的铜矿床非常有利,值得进一步工作。下一步建议对矿体、物探异常其外围开展检查,查明矿(化)体的空间分布特征及其资源量情况,扩大矿体规模。

1) 评价区基本为基岩裸露区或基岩风化残积物分布区,能够有效避免风成物质干扰,能较好圈定与矿化有关的异常,工作效果较好,可以快速缩小找矿靶区,证明介质选择及采样方法是正确有效的。

2) 从元素分布、异常特征来看,二叠系卡拉岗组、石炭系姜巴斯套组地层为评价区内主要的元素异常地层,也是重要的矿源层,目前区内发现有火山热液改造型铜矿,显示了优越的成矿条件及良好的找矿前景。

3) 对数据进行处理分析,圈定了综合异常14处,其中甲类异常1处、乙类异常3处、丙类异常10处,为今后部署地质找矿工作提供了地球化学依据,通过异常评序指出HS-5异常是区内最有找矿前景的Cu异常。

4) 通过1:1万地质、物探、化探综合剖面及地表探槽对HS-5异常进行查证,圈出黄铜矿化、褐铁矿化、绿泥石化、硅化蚀变带1条,圈定4条铜矿化体。

5) 结合异常区地质成矿背景和异常特征、异常查证结果,认为HS-5号综合异常区可作为优选靶区,初步确定其主攻矿种为火山热液改造型铜矿,其他成矿有利地段还需做进一步的地质工作。