Geological Characteristics and Genetic Type of the Nagengkangqieer Silver Polymetallic Deposit in East Kunlun
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摘要: 那更康切尔银多金属矿是东昆仑东段地区新近发现的一个大型矿床,探明银金属量超过2 000 t,成为青海省发现的首个大型独立银矿,具有成为超大型矿床的潜力。笔者通过对矿区地质背景、矿体特征和矿石结构构造及围岩蚀变进行研究,分析了矿床的控矿要素和找矿方向,探讨了矿床的成因,认为其与三叠纪陆相火山活动有关,矿体赋存于以流纹岩、安山岩和英安岩为主的火山建造中,受NW向断裂控制,属于浅成低温热液矿床之陆相火山-次火山岩型(又称火山热液型)。Abstract: The Nagengkangqieer silver polymetallic deposit, with proved silver quantity of over 2 000 tons, is a large-scale deposit recently discovered in the eastern part of the East Kunlun area, which has become the first large independent silver deposit discovered in Qinghai Province and also has a potential of being supergiant one in size. Based on the study of the geological background, deposit characteristics, ore structure and country rock alteration of the mining area, the ore controlling elements and prospecting direction of this deposit have been analyzed in this paper, and the origin of this deposithas been discussed, which is considered to be related to the volcanic activity of Triassic continental facies. The ore body is located in the volcanic formation, mainly consisting of rhyolite, andesite and dacite, which has been controlled by the NW fault and belongs to the continental volcanic-subvolcanic type of the epithermal deposit(also known as the volcanic hydrothermal type).
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厄立特里亚主体位于努比亚地盾南侧,受新元古代东非造山运动影响,广泛发育NE向及NW向断裂及韧性剪切带构造,同时形成了大量造山型及VMS型金矿(Johnson,2011,2017;姚华舟等,2019;向文帅等,2022;李福林等,2022),已知金矿床的构造控矿特征明显。近些年来,大量矿业企业持续在该国东部的阿斯马拉成矿带开展地质–地球化学勘查工作,取得了较好的Au-Cu-Zn-Ag矿勘查成果,并在成矿地质条件及规律上有了进一步的认识(Guiraud,2005;Ghebreab,2009;向鹏等,2013;蒋文程等,2017;成曦晖等,2017;Perelló et al.,2020;赵凯等,2020;Fu et al.,2021),但是针对该国西部碧沙成矿带的勘查研究工作还相对薄弱,区内尚无系统的区域地球化学勘查工作。GASH金矿集区位于厄立特里亚西南部毕沙成矿带南端,基于该地区1∶10万水系沉积物地球化学测量数据,笔者采用多元统计方法分析区内Au及相关伴生元素的地球化学特征,并进行有利异常信息提取,结合地质成矿条件分析,对各异常的成矿潜力及找矿指示意义进行评价,为矿集区内的Au找矿远景区圈定及矿产勘查工作部署提供地球化学方面的依据。
1. 区域地质概况
厄立特里亚自西向东可划分为Barka、Hagar、Adobha Abi、Nakfa与Arig等5个地体,Adobha Abi与Barka地体东侧为Baden剪切带(BSZ),与Nakfa地体呈韧性剪切带接触关系。其中,Nakfa地体主要由绿片岩相的变火山沉积岩和不同碰撞阶段的花岗岩组成(Stern,1994;Teklay,2003;赵凯等,2018;向文帅等,2021),研究区位于该地体的西南部(图1a)。
区内出露的地层主要为元古宙变质地层和全新世沉积物,元古宙的变质沉积岩的岩性主要为大理岩、变质碎屑沉积岩和变砾岩等;全新世沉积物的类型可以分为冲积物、残坡积物和土壤层。
区内岩浆岩分布广泛,岩浆活动主要集中于元古代,岩性以中酸性为主,脉岩较为发育。粉色花岗岩在区内呈岩株和岩床产出,主要分布于研究区的南西、南部和东部,多被第四系覆盖,仅沿河床可见少量露头,岩石多呈红色,中细粒结构,块状构造,岩石风化破碎严重,局部节理、裂隙发育;变形花岗岩在区内大面积出露,该类侵入体在平面上多呈现NE向的分布特征;中性侵入岩则以片理化的闪长岩为主;此外区内有多处辉长岩、斜长辉石岩体等基性-超基性岩体出露;火山岩则是以古元古代岩石出露面积较大,主要由一套中性火山岩组成,岩性为安山岩、斑状安山岩、安山质凝灰岩、夹有少量的火山碎屑角砾岩,各类岩石之间界限不明显,呈渐变过渡关系;新生代火山岩主要以玄武岩为主,此外有少量长英质火山岩分布。
区域上NE向的韧性剪切带构成了本区的基本格架,控制着NE向和NEE向断层的展布,同时也控制了元古代岩浆岩的分布(图1b)。
2. 样品采集与测试
GASH金矿集区1500 km2的1:10万水系沉积物地球化学测量于2019年完成,采样工作按照《区域地球化学勘查规范DZ/T 0167-2006》的要求开展,采样单元格为1 km×1 km,取样粒级为-20~80目,共采集1547件水系沉积物样品。样品分析测试工作由自然资源部武汉矿产资源监督检测中心承担,统一进行Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Sn、Bi、Cr、Ni、Co、V、Ti、Fe2O3、MgO等39种元素分析测试,本次研究使用的Au数据采用ICP-MS分析方法,采样点位及19种常用元素的分析方法和检出限见图2。
3. 化探异常信息提取
3.1 元素含量参数特征
对19种元素的富集系数、变异系数等特征地球化学参数进行统计(表1),用以说明各元素在研究区的分布特征,结果显示主成矿元素Au及其他与热液活动相关的Hg、Bi、W等元素的变异系数达到1.3以上,呈强分异的分布特征,指示其在研究区地质体中存在明显的分散与富集,具有较好的成矿前景(袁和等,2017;徐云峰等,2021),As、Cr的变异系数为1~1.3,同样存在较强的分异性,剩余元素的变异系数均在1以下,分异性相对较弱;相对于地壳克拉克值,研究区Au、Fe2O3的富集系数在2以上,表现为强富集分布,As、Sb、W、Mo、Cu等元素的富集系数为1.2~2,同样具有较强的富集特征。综上可知,研究区Au呈强富集-强分异的分布特征,显示出区内优异的Au找矿前景,同时W及As也分别呈富集-强分异的分布特征,其对区内的Au矿勘查也具有一定的指示意义。
表 1 各元素地球化学特征参数Table 1. Statistical characteristics of elements geochemical values元素 平均值 中值 最大值 均方差 克拉克值 变异系数 富集系数 Au 3.88 1.40 71.00 8.63 0.90 2.22 4.32 Ag 0.04 0.04 0.42 0.03 0.06 0.63 0.70 As 3.21 2.19 43.50 3.73 2.40 1.16 1.34 Sb 0.24 0.21 0.94 0.12 0.18 0.50 1.34 Hg 0.0049 0.004 0.05 0.01 0.01 2.24 0.49 W 0.85 0.62 17.30 1.18 0.60 1.40 1.41 Mo 0.64 0.54 9.10 0.57 0.50 0.88 1.29 Bi 0.09 0.06 4.37 0.21 0.14 2.22 0.67 Sn 1.26 1.21 3.73 0.40 1.40 0.32 0.90 Cu 37.04 30.60 169.00 23.66 26.00 0.64 1.42 Pb 8.05 7.60 34.30 3.02 15.00 0.37 0.54 Zn 51.67 46.80 187.00 25.36 76.00 0.49 0.68 Co 19.41 15.60 207.00 17.12 19.00 0.88 1.02 Cr 65.24 48.60 879.00 74.63 76.00 1.14 0.86 Ni 27.29 20.50 256.00 24.27 31.00 0.89 0.88 Ti 4422.00 4114.00 26651.00 2550.00 4000.00 0.58 1.11 V 129.22 117.00 804.00 72.53 112.00 0.56 1.15 Fe2O3 5.78 5.35 29.18 2.88 2.45 0.50 2.36 MgO 1.56 1.39 10.50 1.02 3.16 0.65 0.49 注:粗体标注元素变异系数大于1.3,富集系数大于1.2,在特征参数分析工作中需重点关注。Au含量为10–9;Fe2O3、MgO含量为%;其余元素含量为10–6。 3.2 Au成矿选择性分析
本次研究在元古宙火山岩区、变质沉积岩区、花岗岩区、闪长岩区、辉长-辉石岩区等5个主要岩石单元各采集了10件反映其背景特征的岩石样品,并进行了与水系沉积物样品相同的测试分析,其中各岩石单元的Au含量特征见表2。
表 2 研究区主要岩石单元Au含量特征Table 2. The Au content of main rock unit in study area岩石单元 Au含量均值(10–9) 岩性特征 元古宙火山岩 0.95 岩性以蚀变安山岩为主,在研究区广泛分布,整体呈NE向展布 元古宙变沉积岩 0.82 岩石的片理化特征明显,多与火元古宙山岩相邻分布,呈NE向展布 花岗岩区 1.74 颜色较闪长岩浅,常见构造变形特征,整体呈NE向展布,分布面积较大 闪长岩区 1.73 岩石具有明显的片理化特征,颜色较花岗岩深,区内分布面积相对较小 辉长-辉石岩区 0.61 岩石颜色较深,矿物颗粒较大,在区内呈零星分布 由表2可见,元古宙中酸性侵入岩中Au含量明显高于其他岩石类型,其中闪长岩中Au含量均值为1.73×10–9,花岗岩中Au含量均值为1.74×10–9,达到其他岩石类型中Au含量的两倍及以上,说明区内Au成矿可能与岩浆侵入活动具有一定相关性。
3.3 元素组合分析
成矿元素通过相应的成矿地质过程迁移、集聚、沉淀最终形成可供利用的矿产,具有相似地球化学特征的元素在空间分布上具有较强的关联性。相较于单元素分析,多元素组合分析可以更加准确的反映出成矿及找矿指示元素在研究区内的分布特征,化探数据处理中通常利用R型聚类或因子分析来研究各单元素间的相关性(刘亚剑等,2008;于俊博等,2014;杨龙坤等,2015;杨笑笑等,2018),文中结合上述两种分析方法对单元素进行处理并分类,以揭示各元素在研究区不同地质单元中的富集及亲疏关系。
3.3.1 R型聚类分析
利用Pearson相关系数来表征各元素(组合)间的亲疏关系。结果表明,相关系数均在0.6以上的元素可主要分为3组:①W-Mo-Bi等高温热液元素组合。②As-Sb等低温热液元素组合。③Co-Ni-Cr-MgO-V-Fe2O3-Ti-Zn-Cu等亲铁–亲硫元素组合,Au与其他所有元素的相关性均较差,元素R型聚类分析谱系图见图3。
3.3.2 因子分析
因子分析其实质为R型聚类分析的发展延伸,同样是将多个单一变量进行降维(孔祥超等,2023),在简化研究变量的同时,保留原始变量中的主要信息,其基础为选取的不同单一变量之间的相关性,计算所得到的同一因子内的单一变量具有较好的相关性(刘永胜等,2023),而不同因子之间的变量间的相关性则较差,实际应用中会选择能表征大部分变量信息的主要因子进行分析讨论,其余的变量则作为特殊因子(姚旺等,2018)。对化探数据进行因子分析,各主要因子包含的元素组合可以较好地厘定研究区内特定地质成矿作用,利用各采样点位在不同主因子中的得分可以有效反映出不同类型元素组合在空间上的分布规律,并作为成矿预测的有利依据(赵少卿等,2012;袁玉涛,2015;陈建平等,2019)。其操作一般按照以下步骤开展:原始数据标准化并求解相关系数矩阵、求解初始因子载荷矩阵、矩阵正交旋转、根据正交旋转因子载荷矩阵得出各因子表达式、通过个采样点位的因子得分开展综合评价工作(苏为华,2000)。
本研究区内各元素的因子分析进行了KMO和Bartlett检验,其中KMO值为0.88>0.6,Bartlett球形度检验的显著性水平为0.00<0.05,因此可判定数据之间的相关性较好,适宜应用因子分析的方法对数据进行处理,分析结果中特征值大于1的5个主因子的累积方差达到72.06%,说明这5个因子可提供原始数据的大部分信息,可以有效包括Au在内的相关元素的含量变化特征,具体因子特征参数见表3,其中F1主因子为Ti-V-Fe2O3-Cu-Zn等亲铁-亲硫元素组合、F2主因子为Ag-Bi-Mo-W等中-高温热液元素组合、F3主因子为As-Sb-Pb等中-低温热液元素组合、F4主因子为Co-Cr-Ni-MgO等亲铁元素组合、F5主因子为Au-Hg等主成矿指示元素组合。
表 3 因子分析特征参数统计Table 3. Characteristic parameters of factor analysis因子 因子特征值及方差贡献率 元素 正交旋转载荷矩阵 特征值 方差贡献率(%) 累积贡献率(%) F1 F2 F3 F4 F5 F1 6.66 35.03 35.03 Ag 0.09 0.68 0.32 0.18 0.12 F2 2.86 15.08 50.11 As 0.10 0.02 0.84 0.14 0.04 F3 1.61 8.47 58.58 Bi −0.06 0.90 −0.07 −0.05 0.11 F4 1.54 8.13 66.70 Co 0.14 0.08 0.52 0.61 0.06 F5 1.02 5.36 72.06 Cr 0.31 −0.02 −0.08 0.82 0.01 F6 0.91 4.81 76.87 Cu 0.65 0.32 0.43 0.14 0.13 F7 0.72 3.81 80.69 Hg 0.09 0.12 0.15 0.02 0.75 F8 0.54 2.86 83.55 Mo 0.06 0.81 0.18 0.03 0.10 F9 0.53 2.78 86.33 Ni 0.15 −0.01 0.20 0.89 0.01 F10 0.48 2.55 88.88 Pb 0.12 0.21 0.61 −0.04 0.08 F11 0.42 2.20 91.08 Sb 0.11 0.15 0.88 0.11 0.08 F12 0.35 1.83 92.91 Sn 0.52 0.30 0.28 −0.13 0.11 F13 0.30 1.59 94.51 Ti 0.88 0.05 0.17 0.01 0.07 F14 0.27 1.41 95.91 V 0.79 0.13 0.22 0.28 0.08 F15 0.22 1.14 97.06 W −0.04 0.80 0.03 −0.03 0.10 F16 0.21 1.11 98.16 Zn 0.82 0.13 0.24 0.22 0.09 F17 0.20 1.06 99.22 Fe2O3 0.85 0.16 0.26 0.31 0.10 F18 0.08 0.44 99.67 MgO 0.52 0.05 −0.005 0.71 0.05 F19 0.06 0.33 100.00 Au −0.001 0.17 0.03 0.04 0.79 注:表中左侧粗体为特征值大于1的因子项,反映数据主要信息的主因子;右侧粗体反映5个主因子分别代表的元素载荷。 如前所述,完成因子分析后,可针对每个采样点位的因子得分对每个主因子开展综合评价,提取其中的有利地质信息。
3.4 异常信息提取
选取F5(Au-Hg元素组合)主因子进行异常信息提取,用于指导进一步的Au矿勘查工作。从地球化学场中提取的异常信息的准确性主要取决于异常下限的计算方法和取值(张宝一等,2018),而异常是否能够反映出有利找矿信息则主要取决于其是否为矿致异常。异常下限的确定方法较多,在实际生产应用中,较主流的方法有累积频率法、迭代剔除计算法、衬值滤波法(张小静,2009)、分形法及在其基础上发展出的奇异性理论(Cheng,2007)。利用迭代剔除计算的方法进行异常下限值确定,异常下限根据原始数据进行均值±2倍标准差迭代剔除后的数据,利用X(均值)±2×S(标准差)所对应的值(弱异常阀值)为基准,按异常面积的多少适当提高或降低一个含量级别,作为异常下限值,采用异常下限含量的2倍、4倍作为异常中带和内带值,最终得出的F5因子异常分带值为0.25、0.5、1.0,数值无具体量纲。
4. 异常圈定及评价
根据异常下限值,初步圈定出F5因子的异常区后,针对单点异常,仅保留极高值单点异常,针对无采样点的异常,则直接删除,最终圈定出10处F5(Au-Hg)因子异常,涵盖了区内包括Augaro、Antore、Hadish、Anagulu及Meraf砂金在内的已知Au矿床(点),异常均呈现出较好的NE、N-NE向展布特征,受断裂构造的控制明显,除3号异常外,其余9处F5(Au-Hg元素组合)异常均具有较好的三级浓度分带,具体异常分布见图4,现对各异常的特征和成矿潜力进行评价。
1号异常位于研究区北部的Hadish-Aburna一带,面积达47.78 km2,呈NE向带状展布,三级浓度分带较好,有多个明显的浓集中心,异常强度较高,分布有Hadish及Anagulu两处金矿床,为典型的矿致异常,区内主要出露元古宙变质沉积岩及火山岩,同时辉长岩和斜长辉石岩等基性-超基性侵入岩体发育,NE向的区域主断裂构造穿过该异常区,区内多见矿化石英脉(图5a),显示出该区优异的Au找矿前景。
3号、4号及6号异常位于Anagulu以东的区域,整体呈NE向的串珠状展布,面积分别为8.63 km2、14.84 km2、9.93 km2,其中4号及6号异常具有较好的三级浓度分带特征,有多个明显的浓集中心,具有一定的异常强度,区内现无已知矿床(点),区内主要出露元古宙变沉积岩,在4号及6号异常区内,可见孔雀石化的斑状花岗岩(图5b),显示出一定的找矿潜力。
5号异常位于研究区东部的Meraf-Tokumbia一带,异常同样呈明显的NE向带状展布,异常的强度和规模巨大,面积达99.28 km2,浓集中心非常明显,异常点位均值和极值远大于异常下限值,其形成主要是由于该地区广泛分布的砂金矿导致水系沉积物中Au含量普遍较高,异常区地质体组成也相对复杂,主要有元古宙变沉积岩、火山岩及闪长岩和花岗岩等侵入岩体。
7号异常位于工作区西部的Augaro地区,异常整体呈N-NE向带状展布,面积达40.98 km2,异常具有较好的三级浓度分带特征,强度较高,有多个明显的浓集中心,Augaro石英脉型金矿床便位于该异常区,含金石英脉(图5c)说明其为典型的矿致异常,具有较好的Au找矿前景,区内同样出露元古宙火山岩及变沉积岩,9号异常位于Antore以西的区域,面积达9.30 km2,其地质背景与7号异常相似,两处异常在空间分布上也具有一定的延续性,同样具有一定的找矿前景。
8号及10号两处异常位于西南部的Antore-Damonoscilla一带,区域NE向主断裂构造较好的穿过这两处异常,其中8号异常为单点极高值异常,面积为1.31 km2,10号异常成NE向的带状展布,面积8.45 km2,三级浓度分带特征较好,具有多个明显的浓集中心,Antore石英脉型金矿点便位于该异常区,区内孔雀石化的石英脉发育(图5d),显示出两处异常具有较好的找矿前景,区内同样以出露元古宙火山岩及变沉积岩为主。
综上所述,本次圈定的10处异常多位于元古宙变沉积岩及火山岩区,异常均具有明显的定向展布特征,显示出非常明显的构造控制特征,这与区域成矿规律也较吻合,异常区内矿化蚀变发育,除3号异常的剩余9处异常均具有较好的找矿前景,其总面积达235.13 km2,占研究区总面积的15.67%,其中5号异常为砂金矿的重点找矿远景区,面积为99.28 km2,1~2、4、6~10等8处异常为原生岩金矿的重点找矿远景区,面积为135.73 km2。
5. 断裂构造推断
研究区的主要地质体及主体断裂构造均呈NE、N-NE向展布(图1),断裂构造作为开放性的构造体系,不仅可以控制岩体及地层的分布,同时对含矿热液流体的迁移和沉淀也具有非常明显的影响,导致其对元素异常的空间展布形态产生非常明显的控制作用(彭礼贵等,1995;李春华等,2010;窦小雨等,2022),如受热液活动控制明显的元素的含量在断裂带附近形成明显的浓度梯度,沿断裂带形成线状、串珠状或者带状展布的异常形态(吕古贤等,2011;张宝一等,2017;董凯,2018)。本次筛选出的5个主因子中,F1及F4主因子分别为Ti-V-Fe2O3-Cu-Zn等亲铁-亲硫元素组合和Co-Cr-Ni-MgO等亲铁元素组合,其对基性-超基性组分含量相对较高的地质体空间分布具有很好的指示意义(向运川等,2014;刘旭洋,2021)。因此,笔者在此处选择F2、F3、F5等3个与热液活动关系密切的主因子进行分析,推断区内的断裂构造分布特征。
F5主因子作为重点研究成矿指示元素组合,在前述异常信息提取及评价中已作详细分析,基于10处Au-Hg元素组合异常的定向展布特征可较好推断出F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7等断裂构造(图4)。
F2主因子(Ag-Bi-Mo-W元素组合)高值区展布形态相对简单,呈近NE向贯穿整个研究区,其中西南部的高值区呈NE向的带状展布,与该地区的已知NE向区域主断裂构造近乎重合,高值区内可见明显的NE向片理化构造(图6a),东北部的高值区呈多条NE向的串珠状展布,区内主要以出露元古宙变沉积岩为主,可推断出NE向断裂构造F8,区内常见NE向的小型断裂构造(图6b、图6c),在西部的Augaro地区可见强度相对较弱的N-NE向高值区展布,据此推断出的F5断裂构造在F3及F5因子高值区分布中有非常好的体现,区内常见的断裂构造见图6d。整体来看,Ag-Bi-Mo-W中-高温热液元素组合的迁移活动能力相对较弱,高值区沿主断裂构造分布明显,对次级断裂构造的反映相对较差。
F3主因子高值区的展布形态则相对较复杂,这主要是由于As、Sb、Pb等3种元素均为在热液活动中迁移能力较强的远程指示元素,其分布受区内的构造控制非常明显,最终致使其在平面的展布形态上表现的相对复杂,但是其整体仍呈现出NE、N-NE向的定向展布的特征,东北部Hadish-Aburna一带分布的高值区较好的反映了近NE向的区域主断裂,区内常见NE向的片理化构造(图7a),高值区主要位于元古宙变沉积岩及火山岩,Tokumbia-Anagulu一带的高值区同样呈NE向的串珠状分区,区内可见的小断裂构造见图7b、图7c,在Anagulu处有金矿点出露,因此,推断有F10断裂的存在,西南部的Damonoscilla一带存在近N–NE向展布的高值区,该高值区与Augaro地区的高值区在空间分布上存在一定的延续性,均位于元古宙的变沉积岩区,区内可见的断裂构造见图7d。因此,推断该区存在F12断裂构造。
6. 结论
(1)研究区内Au-Hg-As-W-Bi等元素呈强分异的分布特征,Au-As-Sb-W具有强富集的分布特征,通过R型聚类及因子分析提取出相关性较强的F1(Ti-V-Fe2O3-Cu-Zn亲铁–亲硫元素组合)、F2(Ag-Bi-Mo-W中–高温热液元素组合)、F3(As-Sb-Pb中–低温热液元素组合)、F4(Co-Cr-Ni-MgO亲铁元素组合)、F5(Au-Hg主成矿元素组合)5组主因子。其中,F5因子异常覆盖了区内已知的所有Au矿床(点),对于Au矿勘查具有非常好的指示意义。
(2)选取F5因子(Au-Hg元素组合)开展异常信息提取,有效圈定出反映区内原生岩金及砂金矿床(点)分布的异常10处,通过各异常区的地球化学特征和Au地质矿化信息的综合分析,确定出8处具有较好的原生岩金矿勘查前景的异常区,总面积为135.73 km2。
(3)选取F2、F3、F5等3组主因子对区内的断裂构造进行了推断。其中,F2主因子(Ag-Bi-Mo-W元素组合)主要代表迁移活动能力相对较弱的中–高温热液元素,高值区主要反映了已知区域主断裂构造的分布;F3主因子(As-Sb-Pb元素组合)、F5主因子(Au-Hg元素组合)主要代表迁移活动能力相对较强的中–低温热液元素,其高值形态特征相对复杂,对区域次级断裂构造具有较好的反映。
致谢:野外工作中得到王建雄正高级工程师、雷义均正高级工程师、吴发富高级工程师、向鹏高级工程师、张奋翔高级工程师的帮助,在此一并感谢。
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