冀西北懷安縣一帶地球化學特征及找礦潛力分析*

朱夢蕾 王占彬 曹 龍

（1.安徽省地球物理地球化學勘查技術院；2.中國地質調查局西安礦產資源調查中心）

成礦作用反映在地球化學場的變化則為區域地球化學異常與局部地球化學異常。因此，通常前期開展地球化學測量，能夠快速縮小找礦范圍，鎖定找礦目標，從而指導找礦。本研究區位于冀西北懷安縣一帶，在20世紀末已完成1∶20萬區域地質調查與1∶20萬化探掃面工作［1］，發現該區成礦條件有利，區域異常明顯，為查明該區地球化學特征，進一步縮小金多金屬、鐵等礦產找礦靶區，部署開展了1∶5萬水系沉積物測量1 564 km2，基本查明該區元素分布特征與異常特征，為指導找礦提供了地球化學依據。

1 地質概況

研究區大地構造位于華北板塊西北緣，懷安復式穹隆狀褶皺隆起帶內。成礦區帶劃分屬華北板塊北緣成礦省，華北板塊北緣中段太古宙、元古宙、中生代金銀鉛鋅鐵硫鐵礦成礦帶內，成礦條件有利。本區地層較為復雜，不僅有變質的新太古代、古元古代基底地層，還有大量中元古代之后未變質的蓋層地層［2-3］。

該區出露地層主要有新太古代桑干巖群馬市口組，巖性為二輝斜長麻粒巖、二輝斜長片麻巖、二輝斜長變粒巖，該巖組是“鞍山式”變質鐵礦的重要賦礦層位；新太古代桑干巖群右所堡組，巖性為黑云二輝斜長片麻巖、二輝角閃斜長變粒巖；古元古代集寧巖群沙渠村巖組，巖性為含石墨石榴斜長變粒巖；中元古界長城系自下而上依次為常州溝組、串嶺溝組、團子山組、大紅峪組，常州溝組巖性為石英巖狀砂巖和砂頁巖，串嶺溝組巖性為砂頁巖，團子山組巖性以白云巖為主，大紅峪組巖性主要為長石石英細砂巖；中侏羅統九龍山組（J2j）巖性為礫巖、長石砂巖、粉砂巖、泥巖等；上侏羅統土城子組（J3tch）以礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖為主；上白堊統南天門組（K2n）以礫巖夾砂巖、粉砂巖、黏土巖、泥巖為主；古近紀—新近紀漢諾壩組（E3N1h）為一套灰色玄武巖。

區內斷裂構造發育，總體呈東西向展布，控制了區內地層、巖漿巖的分布。尚義—平泉深大斷裂、沽源—張北大斷裂、馬市口—松枝口大斷裂控制了區域內成礦帶的展布。該區褶皺構造發育，主要為近東西向、南北向的基底構造以及北東向的蓋層構造［4］。

巖漿巖在懷安一帶大面積分布，既有大面積的侵入巖發育，也有廣泛發育的火山巖。侵入巖以新太古代五臺期、古元古代呂梁期、中新元古代晉寧期為主，中新生代侵入巖分布較少。該區火山巖以新生代玄武巖類為主。

該區中部和南部侵入巖發育，北部零星出露。主要包括新太古代晚期中酸性變質巖，古元古代中基性和酸性侵入巖，中元古代中性侵入巖，晚三疊世中酸性侵入巖，中侏羅世酸性侵入巖，新近紀基性侵入巖。

研究區出露的火山巖面積較小，主要在西洋河幅北部下馬圈到小壩子一帶發育粗安巖等火山巖，呈夾層產于九龍山地層中，新生代火山巖主要為漢諾壩組玄武巖。

該區太古宙—古元古代變質作用主要為區域變質、混合巖化、接觸變質、動力變質等。相關的變質巖類有區域變質巖、混合巖、接觸變質巖、動力變質巖等。其中區域變質巖又可分為變質表殼巖與變質侵入巖2類。

區內主要有鐵礦點和火山熱液型金礦點分布［5］。沉積型鐵礦點位于鹿尾溝幅駱駝山，為“宣龍式”鐵礦，礦床規模小。沉積變質型鐵礦點在本區較多，鐵礦賦存于新太古代桑干巖群馬市口巖組中，礦床規模均較小，礦體呈透鏡狀、扁豆狀，全鐵（TFe）品位一般20%～30%。金礦點位于朱家洼村，礦體產于中生代火山巖體和新太古代變質巖之中，嚴格受斷裂構造控制。

2 地球化學數據采集與處理

研究區北部為壩上高原，南部為燕山山脈，地貌上北部高原為丘陵地帶，地形起伏較小，南部為燕山山脈中低山區，地勢起伏較大。地球化學景觀主要劃分為2類：中—高山景觀區、黃土及沖洪積物覆蓋區。在中—高山景觀區開展水系沉積物測量，在黃土及沖洪積物覆蓋區部署了土壤測量［6］。本次化探工作共完成采樣面積1 565 km2，共采集樣品7 085個，平均采樣密度為4.5個/km2，采樣粒級為-10～+60目。分析了Bi、Fe、Mn、Au、Zn、Cd、Ag、Sb、Pb、Hg、Mo、Cr、Be、W、Sn、Co、Cu、As、Ni共19種元素。

化探數據主要使用GeoIPAS和Excel軟件進行處理分析。對19種元素原始數據集中的X±3S的離群數據進行迭代剔除處理形成背景數據集，然后統計特征參數［7］：中位數、標準離差、樣品數、平均值、變化系數，作為地球化學圖色階劃分、確定異常下限及區內找礦預測的依據。

3 研究區地球化學特征

3.1 元素豐度特征

以本區化探原始數據剔除離群值后，算出的19種元素的平均值作為該區背景值，與張家口幅1∶20萬區域化探結果，以及冀北17個1∶20萬圖幅［8］隨機抽樣計算所得的算術平均值對比（表1），可以看到本區元素豐度特征明顯，與張家口幅及冀北地區差異顯著。

從表1中可以看出，與張家口幅相比，本區Au、Ag、Cu、Zn、Sn、Fe、Mn、Cr、Co、Cd豐度偏高，其余元素偏低；與冀北地區相比，本區Au、Cu、Fe、Cr、Co、Ni豐度偏高，其余偏低。這些特點是與本區的地質背景及成礦作用相關的。研究區廣泛發育的漢諾壩組玄武巖、桑干巖群高級變質巖，都是具有較高的鐵族元素富集。同時桑干巖群也是Au、Ag、Cu、Zn、Fe等成礦元素富集的地質體，能為成礦活動提供重要的礦質來源保障。本區As、Sb、Bi、Hg、W、Mo等元素豐度較低，因為該區總體來看，成礦作用不甚顯著，熱液活動不夠強烈。

3.2 元素的富集離散特征

元素原始數據集和背景數據集的變化系數（Cv1、Cv2）能分別反映出各自數據集的離散程度，Cv1/Cv2可反映剔除離群數據時，對原始數據集的削平程度大?。?］。通過Cv1和Cv1/Cv2值制作元素變化系數圖，見圖1。

（1）Cr、Co、Ni、Mn、Cu、Pb、Sn、Be在該區含量變化小，高含量數據少，成礦概率較低，僅有少量低緩異常分布。Mn、Cu、Cr、Co、Ni雖然異常不少，但異常強度均較低，且主要分布在漢諾壩玄武巖區及新太古代桑干巖群中，桑干巖群中有大量輝綠巖脈侵入，所以鐵族元素的高值區域，與這些地質體的空間分布密切相關。Pb、Sn元素異常主要集中在朱家洼一帶，面積中等，強度較高，是朱家洼金礦伴生元素；除此之外，Pb在侏羅系、白堊系及漢諾壩玄武巖中亦為高背景分布，但找礦意義較??；Sn則在中侏羅統九龍山組和第四系中顯著富集，成礦可能性不大。Be異常主要集中在中侏羅統九龍山組和漢諾壩玄武巖區，異常強度小，異常襯度低，主要體現九龍山組原巖及火山巖夾層的性質，以及漢諾壩玄武巖的特殊地球化學特性，不具成礦潛力。

（2）W、Zn、Ag、As、Sb含量變化幅度中等，高強數據較多，成礦可能性較大。朱家洼金礦就伴生有W、Zn、Ag、As、Sb的元素異常。As、Sb、W元素在研究區北部尚義—平泉斷裂帶上，也有明顯異常，與此斷裂的長期活動有關。Zn的高背景區分布在漢諾壩玄武巖區，這是由于Zn傾向于在基性巖中富集所決定的。

（3）Au、Hg、Bi、Cd含量變化幅度大，高強數據多，其中Au在朱家洼已經成礦，其他元素也有成礦的可能。Hg在洗馬林鎮附近農田中極高值可達640×10-9，可能為人為因素引起的Hg異常，找礦意義可能不大。Hg在懷安縣城附近也小面積高強度異常，極值達1 300×10-9，經檢查，未見明顯成礦作用痕跡。在研究區北部尚義—平泉斷裂帶上，Hg元素呈較好的東西向條帶狀異常展布，異常濃集中心與斷裂帶位置比較吻合。Cd元素除朱家洼異常顯著外，主要富集在研究區中部第四系中，異常形狀不規整，異常強度中等，這是由于在表生環境下，Cd傾向于在細粒黏土質物質中富集所決定的，本區Cd成礦可能性很小。Bi元素在朱家洼有較好異常顯示，極高值為14.4×10-6，為重要的伴生元素，在其他地方Bi多呈背景分布，高背景區集中在第四系，與表生富集有關。

（4）Mo元素在工作區高強數據多，變化幅度最大，在朱家洼地區水系沉積物中極值為230×10-6，經查證發現鉬礦化體，基本分析樣品鉬品位最高值達0.03%。在朱家洼金多金屬礦區找礦表明，Mo是該區重要的成礦元素之一，在深部還有很大的找礦潛力。

3.3 元素的組合特征

地質地球化學作用過程中，各元素總是有著千絲萬縷的聯系，R型聚類分析可用來探究元素間的親疏關系，揭示其地質意義［10］。用全區7 085件化探樣品的原始數據進行R型聚類分析，取相關系數0.5時，可將19種元素分為10簇，見圖2。

第Ⅰ簇是典型鐵族元素的綜合反映，其含量分布與地質單元是高度吻合的，相關元素高背景區主要為漢諾壩玄武巖及新太古代變質巖，在老變質巖（桑干巖群）中，已發現多處沉積變質型鐵礦（點），說明該地層是本區“鞍山式”鐵礦的重要賦礦地層，其低背景區主要為中生代地層和古元古代集寧巖群沙渠村巖組變質巖，表明這2個地質單元鐵族元素豐度較低，與沉積物質來源、沉積環境以及構造演化經歷有關。該簇元素可作為判斷該區各地質單元界線的依據，對于特殊地質體來源及成因研究也有參考意義。

第Ⅸ簇對應是Mo、Sn高溫元素組合，異常主要分布在朱家洼礦區，但面積較小。該礦就地表露頭來看，以中低溫熱液成礦作用為主，但也存在高溫成礦熱液活動，有多期成礦可能。Mo、Sn在水閘屯幅西部花山村西南也有高值分布，與此地侵入至桑干巖群中的古元古代正長花崗巖體關系密切，有形成Mo、Sn礦化的可能。

第Ⅷ簇元素高值區主要集中在朱家洼一帶和工作區北部壩上地區，與巖漿活動及熱液活動相關。在朱家洼中生代火山巖體及附近圍巖中的斷裂內，有熱液活動遺跡，有數條破碎蝕變帶，硅化、高嶺土化、褐鐵礦化發育，As、Sb、Be等低溫元素、指示元素富集。在朱家洼西南部有很好的前緣暈元素異常，表明該地還有進一步工作的價值。

第Ⅱ簇、Ⅲ簇、Ⅳ簇、Ⅴ簇、Ⅵ簇、Ⅶ簇、Ⅹ簇均為1個元素，與其他元素相關性較差，這些元素除在朱家洼礦區有較好異常顯示外，在其他地方則含量高低各異，與不同地質單元中元素豐度差異有關，零星出現的個別規模較小的異常，也無太大找礦意義。

4 研究區異常特征及找礦潛力分析

4.1 綜合異常圈定與分類

根據1∶5萬化探測量成果［11］，本區共圈定各類單元素異常1 349個，確定綜合異常20處，其中甲1類異常1處，甲2類異常1處，乙2類異常1處，乙3類異常6處，丙1類異常2處，丙2類異常5處，丙3類異常4處。綜合異常主要以金為主，有9處，銅、鉬類綜合異常各3處，鋅綜合異常2處，銀、汞、鐵綜合異常各1處。綜合異常的分布與該區成礦活動及地質構造活動緊密相關，主要在該區中部新太古代變質巖之中分布較多，南部地區以朱家洼地區異常最為集中和顯著。篩選查證了7處綜合異常：Hs-18（朱家洼）異常、Hs-10（柳溝）異常、Hs-15（雙落溝北）異常、Hs-17（王家坪）異常、Hs-13（雙山）異常、Hs-7（席家窯）異常、Hs-12（桃溝）異常。

4.2 重要異常解釋評價

4.2.1 Hs-18（朱家洼）異常

位于懷安縣頭百戶鎮朱家洼村，異常區山勢較陡，中部為駱駝山主峰。異常區出露新太古代桑干巖群右所堡巖組變粒巖，新太古代奧長花崗質片麻巖，上元古界長城系含鐵碎屑巖、白云巖、白云質灰巖，中生界酸性火山巖，還有部第四系。局部有二長花崗巖脈侵入。火山巖體以駱駝山為中心組成1個古火山機構，由內向外分3個巖相：中心流紋質集塊角礫巖相、過渡為含角礫石英斑巖相、邊緣為薄片狀流紋斑巖相。構造以斷裂為主，以北西向為主，次為北東向，北西向斷裂帶寬10 m左右，產狀45°∠70°，該斷裂控制著脈巖及含金蝕變帶的產出。

異常元素組合齊全，面積較大，是本區異常元素最多，綜合強度最高，套合最好的綜合異常。異常主元素為Au、Mo，特征組合為Sn、Zn、Cd、Bi、Sb、Cr、Ag、W、Pb、As、等。主成礦元素異常特征：單元素異常Mo84號，異常點數19個，峰值為230×10-6，已接近礦體邊界品位；單元素異常Au85號，異常點數30個，峰值44.4×10-9。主元素異常強度大，襯度高，以駱駝山為中心，具顯著濃集中心。特征組合元素與主元素套合好，也具有明顯濃度分帶，見圖3。

此異常查證布設1∶2.5萬土壤測量14.8 km2，1∶1萬地質物化探綜合剖面3條共4.96 km。圈定土壤Ht-1、Ht-2綜合異常2處，Ht-1號土壤異常Au為主異常元素，特征組合有Zn、W、Ag、Pb、Sn、Bi、Mn、Mo、等。W、Sn、Bi異常面積小，以駱駝山巖體為中心分布；Pb、Zn、Mn、Cd、As異常主要位于巖體邊部及外圍，面積較大；Au、Ag、Mo異常主要位于火山機構西側的圍巖中。在此土壤異常濃集中心采集基本分析樣品十多件，Au最高品位為10.9×10-6，Mo最高品位為0.03%，Pb最高品位為0.655%。Ht-2號異常面積較小，異常強度稍低，在此土壤異常濃集中心采集基本分析樣品數據，Zn最高品位0.57%，Pb最高品位0.3%，Au最高品位0.17×10-6。

朱家洼礦點為火山熱液型礦床，燕山期火山活動帶來的成礦熱液，主要沿圍巖構造裂隙填充成礦。朱家洼異常為本區成礦元素最為富集地區，異常元素組合齊全，套合緊密，強度高，面積大，異常區有中生代火山巖體出露，斷裂構造亦發育，與馬市口—松枝口區域大斷裂緊鄰，地質成礦條件較好。通過查證可知，礦化主要發育在巖體內外接觸帶及巖體西南側圍巖中，Au、Mo、Pb等多種元素都已達到邊界品位，下步應加強成礦規律研究和深部找礦探索，有望在該區找到更多的Au、Mo礦體［12］。

4.2.2 Hs-10（柳溝）異常

位于萬全縣舊堡鄉柳溝村西北。異常區除西部緊鄰古長城，山勢險峻外，其他地方較為平緩。異常區地層主要為新太古代奧長花崗質片麻巖和新太古代桑干巖群馬市口巖組黑云紫蘇斜長變粒巖、二輝斜長變粒巖。巖漿巖有小面積正長花崗巖、輝綠巖脈、二長花崗巖脈。發育NNE向和近EW向兩組斷裂構造。

異常主元素為Au、Cu，特征組合元素有Cr、Ni、Fe、Mo、Cd、W、Sb、Co、As。Au異常有4處，其中Au24異常點數較多，面積0.66 km2，極高值為9×10-9，濃集中心明顯。Cu異常面積較大，但襯度小，為低緩異常。Fe、Mo、Ni、Cr、Co異常套合較好，主要集中于綜合異常的西南，其中Fe極高值為23.8%。

此異常查證共投入1∶2.5萬土壤測量10.2 km2，采集樣品875件。共圈定土壤綜合異常2處。土壤異常以Au、Pb為主，特征組合有Cu、W、Bi、Ag、As、Sb、Hg、Cd、Fe、Ni等。土壤極高值Au為69.4×10-9、Cu為341×10-6、Pb為256×10-6、Zn為661×10-6。實地檢查采集基本分析樣品15件，Au品位大于0.1×10-6有4件，最高品位為0.32×10-6，Zn最高品位為0.184%，Cu最高品位為0.15%。

該綜合異常經查證重現性較好，主要為Au、Pb、Zn異常，面積均不大。實地檢查發現有數條小斷裂，有熱液活動痕跡，發育褐鐵礦化，取基本分析樣品，見Au、Zn、Cu礦化。綜合研究認為，此異常是由區域變質作用引起的構造熱液，萃取新太古代圍巖中成礦元素，形成含礦熱液，填充于構造裂隙所致。下步注重破碎帶中熱液型Au、Zn多金屬礦的尋找。

4.3 找礦分析預測

根據該區地質成礦規律和化探掃面認識，結合異常查證結果，劃分出4處成礦遠景區：Ⅰ級遠景區1處，即朱家洼金、鉬多金屬成礦遠景區；Ⅱ級遠景區2處，即柳溝金多金屬成礦遠景區、雙山鐵成礦遠景區；Ⅲ級1處，即雙落溝北金成礦遠景區。

朱家洼金鉬多金屬成礦遠景區面積18.7 km2，成礦條件有利，該區出露中生代酸性火山巖體，圍繞火山機構，四周放射狀斷裂發育，酸性巖枝、巖脈發育，礦化蝕變痕跡明顯?；狡詹榧安樽C發現，該區以Au、Mo、Pb、Zn為主的成礦元素異常發育，各元素異常組合齊全，套合緊密，查證發現了金、鉬礦化體?？傊撨h景區成礦元素異常集中，規模較大，成礦地質條件優越，找礦標志顯著，是研究區內最為重要的找礦遠景地段，建議在現有工作基礎上進一步開展勘查工作，尤其是重視深部成礦研究，有望找到小型金、鉬多金屬礦床。

柳溝金多金屬成礦遠景區面積14.4 km2，異常以Au、Cu為主，異常套合良好，但面積都不大。經查證異常重現性較好，在異常集中區發現幾厘米至數米不等的破碎蝕變帶數條，見Au、Zn、Cu礦化。此區大面積為新太古代高級變質巖，局部有基性、中酸性脈巖出露，斷裂構造以SN向、NW向為主，斷裂中往往有熱液活動痕跡，局部褐鐵礦化發育，查證中可見金多金屬礦化。下步應查明成礦熱液來源，加強斷裂構造與成礦關系研究，有望找到熱液型金多金屬礦。

雙山鐵成礦遠景區位于興和縣三道溝村南雙山附近，面積3.9 km2。異常主元素為Fe，特征組合元素有Cd、Cr、Mo、Co、Zn，異常規模中等，濃度分帶一般。經查證發現該區中部NW向輝綠巖含鐵較高，為14%左右，且局部已被開采。該遠景區出露地層為新太古代高級變質巖，局部脈巖發育，尤其是輝綠巖脈，由于含鐵較高，規模較大，延伸較遠，且出露良好，便于開采，有很大經濟價值。下一步應注重該輝綠巖脈含鐵及其他金屬的系統研究，評估其開采經濟價值，同時也要注重古老變質巖中鐵礦的找礦分析研究。

5 結論

（1）通過1∶5萬化探普查在該區圈定了綜合異常20處，劃分找礦遠景區4處，為指導該區找礦工作部署提供了最新的化探資料和依據。

（2）Hs-18（朱家洼）異常突出，成礦地質條件優越，查證發現該區金、鉬找礦潛力良好，下一步應重視該區找礦工作。