徐云峰 王顯鋒 胡朝云 秦宇龍 周雪梅
(1.稀有稀土戰略資源評價與利用四川省重點實驗室,四川 成都 610081;2.四川省地質調查院,四川 成都 610081)
甲基卡地區所在區域橫跨北巴顏喀拉—馬爾康Au-Cu-Ni-Pt-Fe-Mn-Pb-Zn-Li-Be-Nb-Ta-云母成礦帶和南巴顏喀拉—雅江Li-Be-Au-Cu-Pb-Zn-水晶成礦帶2個Ⅲ級成礦帶,區域主體位于石渠—雅江 Li-Be-Au-Pb-Zn-Sn成礦帶和爐霍—道孚 Au-Fe-Cu-Pb-Zn成礦帶2個Ⅳ級成礦帶[1]。區內地質構造復雜多樣,成礦條件十分有利,礦產分布豐富,其中最典型的屬甲基卡鋰多金屬礦床,為我國最大的偉晶巖型鋰多金屬礦床[2]。20世紀20年代至50年代中期,僅有少數學者對研究區進行了路線地質調查,該區幾乎為地質工作空白區。20世紀60年代中期及以后,大量學者在區內相繼展開了區域地質調查、礦產地質調查等工作。
近年來,新能源汽車得到了大規模推廣應用,使得鋰礦成為新時代的“白色石油”,政府相關部門高度重視鋰礦勘查工作,將甲基卡地區定位為國家新興的能源基地。該區相繼開展了以鋰輝石礦產為主的礦產地質調查、礦產普查等稀有金屬資源地質調查和評價工作,取得了重大進展,僅新3#含鋰偉晶巖礦脈新增氧化鋰資源量便達到88萬t,一舉使得甲基卡氧化鋰資源量規模躍居中國乃至亞洲第一位[3]。國內眾多學者先后對研究區開展了多方位研究,王登紅等[4]對甲基卡鋰礦床的成礦時代及意義開展了研究,認為礦床形成于印支旋回板塊碰撞造山運動向燕山—喜馬拉雅旋回陸內造山運動演化的過渡時期;付小方等[5]對四川西部三江中段成礦帶的地質構造演化、成礦特征與成礦系列開展了研究;李建康[6-7]研究了川西典型偉晶巖型礦床的形成機理及其大陸動力學背景,并對甲基卡偉晶巖型礦床的成礦流體來源進行了分析,認為其成礦流體源于花崗巖漿的結晶分異,晚期有少量建造水混入;蘇嬡娜等[8]對甲基卡偉晶巖型鋰多金屬礦床開展了Li同位素研究,認為鋰輝石來源于馬頸子二云母花崗巖;劉麗君等[9]對甲基卡式稀有金屬礦床的地質特征與成礦規律進行了分析,認為甲基卡式鋰輝石礦床代表了巴顏喀拉—松潘造山帶在印支運動之后相對穩定的構造背景下,由二云母花崗巖巖漿結晶分異過程中含礦巖漿沿著熱穹窿構造周邊的張性空間充填形成的一系列礦床的共同特點;秦宇龍等[10]總結了四川甲基卡地區花崗巖型稀有金屬礦床的找礦規律及找礦標志;徐云峰等[11]對甲基卡南地區開展了土壤地球化學特征及找礦研究;鞠天應等[12]開展了四川甲基卡稀有金屬花崗偉晶巖礦床成因研究。本研究在上述成果的基礎上,結合甲基卡地區1∶5萬水系沉積物地球化學測量成果,對該區水系沉積物地球化學特征進行分析,并對找礦遠景區進行圈定,為在區內進一步開展找礦預測工作提供可靠依據。
甲基卡地區所在區域位于松潘—甘孜造山帶東部,大地構造位置屬揚子板塊西緣的巴顏喀拉地塊。區域以鮮水河斷裂帶為界,甲基卡地區主體位于鮮水河斷裂帶以西的巴顏喀拉地塊的雅江殘余盆地,北東部極少部分區域跨入可可西里—松潘周緣前陸盆地的爐霍—道孚夭折裂谷[13]。
區域地層區劃屬巴顏喀拉地層區瑪多—馬爾康地層分區,出露地層主要為中生界三疊系。依據三疊紀地層、構造、變質作用、火山噴發事件、巖漿侵入事件及生物差異,以爐霍—道孚斷裂為界,可進一步劃分為雅江地層小區(西部)和金川地層小區(東部)。區域巖漿活動頻繁,較集中于甲基卡地區東部。從晚印支期、燕山期到喜馬拉雅期均有不程度的巖漿活動。巖漿活動方式主要為侵入和噴發2類,巖石類型較為齊全。其中侵入巖有中酸性侵入巖體、巖株、巖枝、巖脈;噴發(火山)巖則以基性為主,中性甚少,未見有酸性火山巖出露。巖漿的侵入活動主要集中于三疊紀—新近紀,火山活動主要發生于中晚三疊世。甲基卡地區的巖漿巖以侵入巖為主,火山巖出露較少(圖1)。區域變質巖分布廣泛,除第四系和侵入巖外,其余巖石均已遭受不同程度變質作用的改造,形成了相應的變質巖。變質作用類型多樣,有區域低溫動力變質作用、熱接觸變質作用、接觸交代變質作用、氣—液變質作用以及動力變質作用。根據變質礦物共生組合,可將區域變質巖相劃入低綠片巖相,變質相帶可劃分為絹云母—綠泥石帶、黑云母帶、紅柱石帶、十字石帶、夕線石帶等。區域東部以發育NW向斷裂構造為主,西部主要發育有NW向展布的巖漿熱穹隆構造和規模不等的褶皺構造。區域東部的NW向斷裂帶與鉛鋅多金屬相關,西部的巖漿熱穹隆構造與稀有金屬礦相關。區域的礦產主要為鋰、鈹、鈮、鉭,其次為鉛、鋅、金等,已發現13處各類礦(床)點、礦化點。主要礦床類型為:①花崗偉晶巖型,主要礦種為鋰、鈹、鈮、鉭,代表性礦床為甲基卡鋰(鈹鈮鉭)礦床;②砂礦型,主要為砂金礦;③石英脈型,主要為金礦、鎢錫礦和高純石英礦。

圖1 甲基卡地區區域地質特征Fig.1 Regional geological characteristics of Jiajika area

本研究水系沉積物測量樣品布設方式為:在甲基卡地區1∶5萬地形圖上將1 km2作為1個采樣大格,每個大格平均劃分為面積0.25 km2的4個采樣小格,每個小格布置1~2件樣品,采樣點主要布置于長度大于300 m的一級水系溝口和二級水系中,當一級水系長度大于500 m時,在其內加布1個或多個采樣點,三級水系布設了少量控制點。在較長的一級水系中間應布設控制點,對于一級水系較不發育、水動力條件較弱,但交通條件稍好的區域,除在一級水系中布點外,還應在山坡凹地等匯水域布點。在水系不發育或無法采集到符合要求的水系沉積物樣品時,可采取土壤樣品代替。絕大多數樣點控制的上游匯水域面積均為0.125~0.25 km2。水系沉積物采樣密度為2.99件/km2,采樣大格均有樣點分布,未出現3個以上的連續空小格,每個小格內的樣品原則上不超過3件。采樣位置為有利于砂礫質沉積和各種粒級混雜堆積的現代河流活動性流水線附近或河床底部,或間歇性流水或季節性流水的河道底部或主河道上。野外使用手持式GPS結合地形圖定點采樣,平面定點誤差不大于1 mm。采樣前首先進行粒度試驗,了解成礦元素富集情況,最終確定本研究采樣粒級為 -20~60目, 采樣物質以砂為主,避免采集淤泥和有機質,在采樣點位附近30~50 m內進行多點采集,合并為1件樣品,樣品質量應確保過篩后不少于300 g。所有樣品曬干粉磨過篩后,送成都綜合巖礦測試中心定量分析Li、Be、Nb等22種元素的含量。
本研究運用SPSS軟件對甲基卡地區7 084件水系沉積物樣品的原始測試數據進行了統計分析,結果見表1。由表1可知:①區內主成礦元素Au、Li、Be、Rb、Cs及Pb、Zn、W、Sn等元素的特高值與累積頻率95%對應的數值相差較大,有必要對其進行預處理;②多數元素偏度和峰度值特征基本不服從正態分布,Au、As、Be、Cs、Li、Sb、Sn、W等變異系數較大,數據分布不均勻,離散程度高,說明該類元素具有明顯的次生富集特征[14]。

表1 元素地球化學特征參數Table 1 Parameters of element geochemical characteristics
注:Au含量單位為(×10-9)。
目前,化探數據異常下限確定方法主要有迭代法、分類標準化方法[15]、馬氏距離方法、人工神經網絡方法[16]、R型因子分析法、盲信號處理技術[17]、子區中位數襯值濾波法[18]、子區異常下限襯值濾波法、累積頻率法[19-20]等。本研究異常下限確定方法主要為:①原始數據(加密數據)直接按照算數平均值加1.65倍標準差計算異常下限;②將原始數據(加密數據)進行對數轉換后按照對數算數平均值加1.65倍標準差計算,并將計算結果轉換為真值得到異常下限;③將原始數據(加密數據)累積頻率88%對應的數值直接作為異常下限。
采用上述3種方法獲得了6組異常下限值,對異常進行了圈定,結果顯示圈定的異常均有缺陷(異常下限過低,異常連成一片無法分解;異常下限過高,根本無法圈定異常,單一的異常下限無法滿足異常圈定需求)。因此,本研究結合上述6組異常下限值的平均值及相關經驗確定異常下限,并進行了異常圈定,獲得了較好的圈定效果,經過取整調試,最終確定了異常下限值,并繪制了單元素地球化學異常圖。
2.3.1 聚類分析
根據甲基卡地區的地質構造礦產分布特征,選擇Au、Ag、Li等11個主要成礦元素的分析數據進行了R型聚類分析,結果見圖2。分析圖2可知:Ag-Pb-Zn、Be-Li-Nb、As-Cu-Sb具有較好的相關性,與已知礦產吻合度較高。

圖2 R型聚類分析譜系Fig.2 Pedigree of R-type clustering analysis
2.3.2 因子分析
利用因子分析方法,可以將具有錯綜復雜關系的元素原始變量歸結為少數幾個綜合因子[21]。由表2可知:所有主因子的方差貢獻值均未達到20%,方差貢獻值最大的F1因子值為19.208%,說明研究區主成礦元素綜合信息比較分散,也暗示了各元素具有復雜的物質來源及成因。本研究選擇F1、F2、F3因子作為主因子,相應的累積方差貢獻值為47.201%。

表2 因子分析特征參數Table 2 Characteristics parameters of factor analysis
由表3可知:①F1主因子表現為Ag-Pb-Zn組合特征,為親硫成礦元素,其中Pb、Zn在多數熱液型硫化物礦床中共生,Ag在與花崗巖類有關的熱液礦床中常產于方鉛礦中,在熱液礦床成礦過程中一般與Pb、Zn一并遷移并富集成礦,區內Pb-Zn-Ag組合指示該區鉛鋅礦化多與燕山晚期黑云母花崗巖、黑云母石英閃長巖有著成因聯系,由巖漿熱液充填裂隙交代破碎形成;②F2主因子表現為Li-Be組合特征,為稀散(親石)元素,具較高的相關系數,區內Li-Be組合指示區內Li、Be等稀有金屬礦化多與印支晚期—燕山早期酸性巖漿巖關系非常密切,表現出偉晶巖的成礦專屬性[4];③F3主因子表現為Au-As-Cu組合特征,為中低溫成礦元素,第V主族的As具較強的遷移能力,屬于低溫半金屬兩性元素,可以作為成礦指示元素。
根據本研究元素聚類分析、因子分析結果,并結合甲基卡地區的地質構造及礦產特征,將主成礦元素大致分為Li-Be-Nb、Ag-Pb-Zn、Au-As-Cu 3組。
本研究在圈定各元素異常和組合異常的基礎上,將所有元素異常進行套合,將異常套合好、元素組合與礦產或地質體關系密切的多個單元素異常進行重疊,勾繪出綜合異常;對于全區中的單點異常以及異常元素組合差、成礦地質條件差的異常,進行選擇性剔除;對個別分布面積較大的綜合異常,根椐地質條件及相互連接薄弱情況,對其進行人為分割,最終圈定了8個1∶5萬水系沉積物主成礦元素綜合異常(圖3)。

表3 因子相關性分析Table 3 Correlation analysis results of factors
(1)AS-1#綜合異常。該異常元素組合為Li、Be、Au、Ag、Cu,以Li、Be為主。該異常面積較大,Li、Be異常套合較好,強度高,濃集中心明顯,大致表現為多個濃集中心呈NE—SW向串珠狀展布。該異常主要指示區內以Li、Be為主的稀有金屬具有較強的礦化活動,與偉晶巖有關的Li、Be等稀有金屬礦產的找礦潛力較大。
(2)AS-2#綜合異常。該異常元素組合為Ag、Pb、Zn,異常面積相對較小,Li、Be異常套合一般,強度低,但濃集中心明顯,大致呈EW向展布。該異常主要沿斷裂帶、巖體接觸帶展布,其形成可能與區內出露的黑云母石英閃長巖有關,具有一定的尋找與巖漿熱液型Ag-Pb-Zn硫化物礦產的潛力。
(3)AS-3#綜合異常。該元素組合為Ag、Pb、Zn、Cu,以Ag、Pb、Zn為主,異常面積相對較小,但Ag、Pb、Zn異常套合較好,強度高,濃集中心明顯,為單濃集中心。該異常大致呈橢圓狀展布,異常檢查為發現明顯礦化,推測異常部分由變質熱液引起,成礦條件及找礦前景一般。
(4)AS-4#綜合異常。該異常元素組合為Au、Cu、As、Be、Pb、Nb、Li,以Au、Cu為主,異常面積較大,Au、Cu異常套合較好,強度高,濃集中心明顯,為雙濃集中心。異常大致呈橢圓狀展布,長軸為NE—SW走向,其濃集中心主要位于斷裂帶附近。該異常區具有較好的金成礦的地球化學環境。

圖3 甲基卡地區主成礦元素綜合異常及找礦遠景區分布Fig.3 Distribution of the composite anomalis of the major metallogenic elements and prospective areas
(5)AS-5#綜合異常。該異常元素組合為Li、Be、Nb、Ag、As,以Li、Be、Nb為主,異常面積大,大致呈EW向展布,整體位于扎桑斷層與多爾金措—古龍斷層之間,異常區內褶皺發育。Li、Be、Nb異常套合極好,強度高,濃集中心明顯,為多濃集中心,主要指示區內以Li、Be為主的稀有金屬具有較強的礦化活動,具有較大的尋找與偉晶巖有關的Li、Be等稀有金屬礦產的潛力。經異常檢查發現,該異常區主要以灰色粉砂質—泥質板巖為主,有極少量灰色含紅柱石二云母片巖,未見偉晶巖脈基巖及轉石。推測該異常主要由隱伏的中酸性巖體及偉晶巖脈引起,具Li、Be、Nb等稀有金屬礦產的找礦潛力。
(6)AS-6#綜合異常。該異常元素組合為Li、Be、Pb、Zn、Ag等,以Li、Be為主,異常面積大,大致呈菱形,NE—SW向展布,整體位于甲基卡穹窿的馬頸子巖體周圍。Li、Be、Nb異常套合極好,強度高,濃集中心明顯,為多濃集中心,指示區內以Li、Be為主的稀有金屬礦化活動較強,與偉晶巖有關的Li、Be等稀有金屬成礦潛力較大。該異常主要由區內馬頸子巖體及偉晶巖脈引起。
(7)AS-7#綜合異常。該異常元素組合為Li、Nb、Pb、Zn、Ag、Cu、Au、As,以Pb、Zn、Ag為主,異常面積大,大致呈橢圓狀EW向展布,位于馬頸子巖體南部。Pb、Zn、Ag異常套合好,強度較高,濃集中心較明顯,其他元素組合套合較差。根據該異常的地球化學特征(如元素組合、形態和含量特征),認為該異常主要由區內各種巖脈(基性、中酸性巖脈)和后變質熱液引起,找礦潛力不大。
(8)AS-8#綜合異常。該異常元素組合為Au、Cu、As、Pb、Nb,以Au、Cu、As為主,異常面積較大且未封閉,元素組合較多,強度低,推測該異常由變質熱液引起,成礦條件及找礦前景一般。
惹一卡成礦遠景區1∶5萬水系沉積物異常顯示,Li、Be異常面積大,強度高,均具有3級濃度分帶,濃度中心均較明顯,且異常套合較好,含量最高值分別為 964×10-6(Li)、27.1×10-6(Be)。該區異常連續好,基本與區內新發現的惹一卡、格拉基鋰多金屬礦點分布特征吻合,具有極佳的找礦前景。As異常強度也較高,具有3級濃度分帶,濃度中心較明顯,但與其他元素異常套合較差,含量最高值為188×10-6。Ag、Au、Cu、Nb等元素異常面積、強度均較小,僅具有1級濃度分帶,相關元素異常套合較差(圖4)。

圖4 惹一卡成礦遠景區異常特征Fig.4 Abnormal characteristics of Reyika prospective area

惹一卡成礦遠景區主要出露上三疊統新都橋組一段、侏倭組地層。其中,新都橋組一段地層巖性為灰色堇青石二云母片巖、堇青石—十字石二云母片巖、堇青石—十字石—紅柱石二云母片巖、紅柱石二云母片巖,侏倭組地層巖性為粉砂—細砂絹云母板巖。該區出露的巖漿巖主要為各類中酸性花崗偉晶巖脈、石英脈等,其中,花崗偉晶巖脈為區內稀有金屬礦的賦礦巖脈。變質作用以熱接觸、接觸交代變質作用為主。黑云母、紅柱石等變斑晶在巖石中雜亂分布,具有明顯的熱接觸變質巖的特點;巖石中紅柱石、十字石等典型的低壓相系變質礦物常見,且新生變質礦物多切割早期區域性面理分布,其成因與深部隱伏巖體有關,應屬熱接觸變質巖范疇。變質帶呈環帶狀分布,由核部向外變質程度由深逐漸變淺,依次為堇青石帶、十字石帶、紅柱石帶、黑云母帶及絹云母—綠泥石帶,其變質相由角閃巖相、高綠片巖相至低綠片巖相遞變,顯示出同心圓狀的熱擴散效應,具有巴羅式變質特征。該區構造主要為容須卡構造巖漿熱穹隆,穹隆地層向四周傾斜,傾角為20°~40°不等,核部地層較平緩,往四周逐漸變陡,核部見有2個印支期黑云母閃長巖體出露,寬300~750 m,長約2 000 m。推測該穹隆構造深部可能有隱伏巖體,其四周發育花崗偉晶巖脈及石英脈。在穹隆體核部發現了與花崗巖偉晶巖脈有關的白云母及鋰、鈹、鈮鉭等礦床,其空間展布明顯受控于構造巖漿熱穹隆動熱變質作用形成的變質帶。
經礦產檢查,在區內共發現了多條含鋰偉晶巖脈,大致呈NE—SW向展布。礦(化)體產于新都橋組一段十字石—紅柱石—堇青石二云母片巖內,順圍巖層理產出。其中,R5含鋰偉晶巖脈地表出露長約336 m,寬約3.7~8 m,由16個工程間距為20 m的探槽控制,深部由6個鉆孔控制,沿傾向上最大控制斜深為173 m,產狀為43°~64°∠55°。偉晶巖脈體全巖礦化,礦(化)體厚度為1.67~11.88 m,平均為5.93 m,地表未出現分支復合現象。偉晶巖脈順圍巖層理產出,圍巖巖性為十字石—紅柱石—堇青石二云母片巖。礦石結構按石英、長石和云母的粒度可以分為細粒結構、粗粒結構、偉晶結構;礦石構造以塊狀構造為主,次為斑雜狀、條帶狀;礦石礦物主要為鋰輝石、鋰云母;脈石礦物及副礦物為石英、白云母、微斜長石、鈉長石、更長石等,少量鋯石、鋰透長石等。偉晶巖脈Li2O含量為0.64%~1.289%,平均為0.9%,品位變化系數為0.3。經估算,Li2O(334)資源量為11 776.5 t,達到中型級別。
甲基卡成礦遠景區1∶5萬水系沉積物異常特征與惹一卡遠景區類似,Li、Be異常面積大,強度高,均具有3級濃度分帶,濃度中心均較明顯,且異常套合較好,主要呈SN向分布,與區內主要構造方向一致,且異常連續好,基本與甲基卡鋰多金屬礦區已發現的礦點分布特征吻合,具有極好的找礦前景。該區內Li、Be含量最高值分別為 889×10-6、36.5×10-6。As異常強度亦較高,具有3級濃度分帶,濃度中心較明顯,但與其他元素異常套合較差,含量最高值為282×10-6。Ag、Au、Cu、Nb等元素異常面積、強度較小,僅具有1級濃度分帶,相關元素異常套合較差(圖5)。
甲基卡成礦遠景區主要出露上三疊統新都橋組、侏倭組地層。其中,新都橋組地層巖性為灰色堇青石二云母片巖、堇青石—十字石二云母片巖、堇青石—十字石—紅柱石二云母片巖、紅柱石二云母片巖及粉砂—細砂絹云母板巖;侏倭組地層巖性為粉砂—細砂絹云母板巖。區內出露地表的巖體為甲基卡二云母花崗巖、花崗偉晶巖脈、花崗斑巖脈、閃長巖脈、花崗細晶巖脈和石英脈等,其中,花崗偉晶巖脈為區內稀有金屬礦的賦礦巖脈。該區變質作用特征與惹一卡相似,具多期次、多類型、多相疊加的特點,形成了多級別的變質帶組合類型。該區構造主要為甲基卡構造巖漿熱穹隆(短軸背斜),穹隆中心有花崗巖或出露地表或呈隱伏地下。背斜軸部及兩翼層間裂隙、剪切裂隙發育,它們控制著區內偉晶巖(礦)脈及其他脈巖產出。在穹隆體核部發現了與花崗巖偉晶巖脈有關的白云母及稀有金屬、鋰、鈹、鈮鉭礦床,該類礦床的空間展布明顯受控于構造巖漿熱穹隆動熱變質作用形成的變質帶。
經礦產檢查,在區內新發現了數條含鋰偉晶巖脈,其中JN3含鋰偉晶巖脈規模相對較大,大致呈EW向脈狀展布,總體走向為102°~88°,產于新都橋組一段堇青石—十字石—紅柱石二云母片巖內,切割圍巖;偉晶巖脈產狀(接觸面)為225°∠50°,局部有一定的變化,地表具有凸起狀。礦體出露地段未遭明顯斷層破壞,走向上向兩端被掩蓋;圍巖產狀較陡,圍巖產狀底板為215°∠63°,頂板為210°∠60°;礦體地表出露長約800 m,礦體全巖礦化,厚度一般為7.14~18.54 m,平均為12.1 m,厚度變化系數為0.15,地表未出現分支復合現象。
該區礦石結構按石英、長石和云母的粒度同樣可以分為細粒結構、粗粒結構、偉晶結構;礦石構造以塊狀構造為典型,次為斑雜狀、浸染狀、條帶狀構造特征。礦石礦物主要為鋰輝石、鋰云母,少量綠柱石;脈石礦物及副礦物為石英、白云母、微斜長石、鈉長石、更長石等,少量錫石、黑鎢礦、磁鐵礦、屑石、金紅石、鋯石、鋰透長石、鋰電氣石等。
本研究布設了8條采樣線工程,共采集樣品45件,工程間距除了一條為330 m以外,其余為50~100 m不等,控制長度為735 m。經采樣分析,礦石Li2O含量為0.34%~2%,平均為1.11%,品位變化系數為35%;BeO含量為0.05%~0.07%,平均為0.06%,品位變化系數為21%。經估算,Li2O(334)預測資源量為50 790.3 t,伴生BeO(334)預測資源量為2 770.38 t,Li、Be資源量均達到了中型級別。
對甲基卡地區主成礦元素1∶5萬水系沉積物地球化學特征進行了綜合分析,認為該區Li、Be等稀有金屬元素富集規律明顯,異常間疊合性較強,且與已發現的礦點分布特征吻合,可作為該區找礦的主攻礦種,具有極佳的找礦前景;惹一卡、甲基卡找礦遠景區的資源量均達到了中型規模,值得進一步開展工作。

圖5 甲基卡成礦遠景區異常特征Fig.5 Abnormal characteristics of Jiajika prospective area

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