張海洪,王福亮,李存直,薛昊日,姜雪飛,付 濤,李 陽

(1.長春工程學院，吉林長春 130021；2.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林長春 130061)

0 引言

吉黑東部成礦帶行政區(qū)劃屬于吉林和黑龍江兩省的東部，是東北地區(qū)重要的多金屬成礦帶，按成礦構(gòu)造環(huán)境、區(qū)域成礦地質(zhì)特征被進一步劃分為小興安嶺-張廣才嶺、佳木斯-興凱成礦帶和完達山成礦帶三個次級成礦帶(張興洲等，2006；李立興等，2009；譚成印，2009)。近年來，在小興安嶺-張廣才嶺成礦帶陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量多金屬礦床，尤其是霍吉河、鹿鳴、大黑山、季德屯、大石河、五道嶺鉬礦等一系列與斑巖體有關的(超)大型鉬礦床的發(fā)現(xiàn)，取得了重大的找礦突破，此成礦帶也受到地質(zhì)工作者的高度關注(王成輝等,2009；楊言辰等，2012；陳衍景等,2012；譚紅艷等,2012；孫慶龍等,2015；Zhou et al.,2018)。水系沉積物和土壤地球化學測量在進行包括鉬礦在內(nèi)的有色金屬勘查時，能夠直接高效地確定有利區(qū)域，并有效確定找礦范圍和異常源頭，找礦效果顯著(韓振哲等，2009；侯朝勇等，2011；趙榮軍等，2013；郭玉乾等，2020)，在吉林省大中型鉬礦發(fā)現(xiàn)中也顯示突出找礦效果(史致元等，2008；王玉增等，2014)。自20世紀80年代開始，吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所等在爾站地區(qū)開展了1:20萬的地球化學測量和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，圈定了水系沉積物綜合異常，但尚未發(fā)現(xiàn)礦化線索和含礦蝕變帶。本次研究在系統(tǒng)收集以往資料的基礎上，在爾站礦區(qū)開展了1:5萬水系沉積物測量，并對異常進行排序、篩選，優(yōu)選出1處水系異常進行重點查證，在此基礎上進行1:1萬土壤測量和路線地質(zhì)測量，經(jīng)工程驗證在晚古生代侵入巖中發(fā)現(xiàn)鉬礦體。在爾站礦區(qū)開展鉬礦地質(zhì)地球化學特征及其與礦體相關性研究，可為晚古生代鉬等有色金屬勘查與成礦研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位于天山-興蒙造山系(Ⅰ-1)小興安嶺-張廣才嶺弧盆系(Ⅱ-2)的三級構(gòu)造單位東風山-爾站地塊(Ⅲ-7)和張廣才嶺花崗巖帶(Ⅲ-13，黑龍江地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993；譚印成，2009)。礦區(qū)所處由牡丹江斷裂、敦化-密山斷裂、伊通-依蘭斷裂三條斷裂控制的楔形區(qū)域內(nèi)，距離敦化-密山斷裂較近(圖1a)。區(qū)域內(nèi)出露地層以古生代和中生代地層為主，巖漿巖主要以古生代-中生代中酸性侵入巖為主(圖1b)。成礦區(qū)帶屬于吉黑成礦省(Ⅱ級)東部的小興安嶺-張廣才嶺(Ⅲ級)多金屬成礦帶(李立興等，2009)，有學者將其劃歸到吉中-延邊(活動陸緣型)Mo-Au-As-Cu-Zn-Fe-Ni-W成礦帶中的吉中成礦亞帶(葛文春等，2007)。

圖1 吉林敦化爾站礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a,據(jù)Wu et al.,2007修改)和區(qū)域地質(zhì)圖(b,含水系綜合異常)

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

爾站礦區(qū)位于吉林省敦化市以北約70 km處的黑龍江和吉林兩省交界處。區(qū)內(nèi)以中元古代變質(zhì)巖系為基底，與拼接造山作用伴生的侵入巖呈帶狀分布，而且具多期次活動特點，形成了復雜的構(gòu)造巖漿巖帶，構(gòu)成區(qū)內(nèi)主體部分。區(qū)域上出露地層主要為前寒武系代表了微陸塊，包括中元古代青龍村群的爾站組(Pt2er)和葦蘆河組(Pt2w)，新元古代一面坡群固安屯組(Pt3g)。爾站組地層零星出露，部分呈殘片狀于二疊紀和中生代巖漿巖中，巖性為灰黑色黑云石英片巖、灰綠色微晶片巖。葦蘆河組僅在礦區(qū)北部出露，巖性為黃褐色黑云二長變粒巖、斜長變粒巖、含紅柱石二云母斜長片巖夾灰綠色微晶片巖和大理巖透鏡體，與下伏爾站組地層整合接觸。固安組在區(qū)內(nèi)西北出路，巖性為灰黑色粉砂質(zhì)板巖夾片理化粉砂巖。石炭系楊木崗組(C2y)，區(qū)內(nèi)老爺嶺附近零星出露，巖性為絹云母板巖、絹云母千枚巖、絹云綠泥板巖，片理化粉砂巖夾片理化角礫凝灰?guī)r。二疊系楊家溝組(P2y)在區(qū)內(nèi)小北溝南部有出露，巖性為灰黃色-灰綠色二云母長英質(zhì)角巖、灰黑色角巖化粉砂巖夾酸性角礫凝灰?guī)r。第四系主要分布于區(qū)內(nèi)溝谷之中，由亞粘土、砂、礫石組成。

礦區(qū)距敦化-密山斷裂較近，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以北東向為主，近東西向的天北-爾站斷裂次之，北西向斷裂局部發(fā)育，它們的發(fā)生與發(fā)育控制了區(qū)內(nèi)地層和巖體的產(chǎn)狀和邊界(圖1b)。其中，光禿山北東向的斷裂及其次級構(gòu)造，控制了爾站礦區(qū)晚二疊世酸性巖體和中元古界爾站組古老地塊殘片的方向，也為含礦熱液提供了通道(圖1b)。

區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育古生代至中生代巖漿巖，主要有晚二疊世、三疊紀、侏羅紀花崗巖三期。出露面積最大的是位于禿頂子附近的晚二疊世似斑狀二長花崗巖、二長花崗巖和少量花崗閃長巖。前人1:20萬地質(zhì)填圖中將其定為武陵期以及加里東期的侵入巖(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990)。最新采集新鮮巖石進行鋯石U-Pb年齡測定(采樣點位見圖1b)，結(jié)果顯示原定為武陵期、加里東期的侵入巖的年齡介于272±2～257±1Ma，屬于晚二疊世(Long et al.,2019)。此外礦區(qū)內(nèi)零星出露的巖漿巖有侏羅紀正長花崗巖、花崗閃長巖，三疊紀石英閃長巖和輝長巖巖株零星分布，以及大面積出露于老爺嶺附近的古生代花崗巖(圖1b)。

3 礦區(qū)地球化學特征

3.1 水系沉積物地球化學特征

本次對沙蘭站地區(qū)1:5萬水系沉積物測量結(jié)果顯示，HS-21號水系沉積物綜合異常較好。該異常呈北東向展布，面積為37.33 km2，異常元素主要由W(7個單元素異常)、Mo(6個)、Sn(7個)、Bi(10個)等元素異常組成。該異常中心位于爾站小北溝林場北東2.5 km處的光禿山一帶，并與20世紀80年代開展的沙蘭站幅1:20萬水系沉積物測量圈定的敦沙-88-HS-21號(Mo-Cu-Zn-Bi-Au)異常位置吻合較好，重疊面積大(圖1b)。在HS-21號水系沉積物綜合異常中，Mo元素異常強度大、襯度高，濃集中心明顯，具有內(nèi)-中-外的濃度分帶，Bi元素具有中-外帶，Sn和W元素具有外帶，元素分帶不明顯，濃集中心較分散。HS-21號水系沉積物綜合異常中，各異常呈北東向展布，與北東向構(gòu)造方向具有一致性，特別是與侵入構(gòu)造關系密切(圖1b)，元素異常強度較大，峰值較高，Mo極值16.50×10-6；Sn極值5.20×10-6；Bi極值1.07×10-6；W極值3.40×10-6。

HS-21水系異常區(qū)范圍的地質(zhì)體主要由晚二疊世似斑狀二長花崗巖、二長花崗巖、少量花崗閃長巖以及中元古界青龍村群爾站組黑云石英片巖的透鏡體殘片組成(圖1b)。

3.2 土壤地球化學異常特征

在1:5萬爾站Hs-21號水系沉積物綜合異常圈定基礎上，選擇異常值較高、成礦地質(zhì)條件較好的地段開展了1:1萬土壤測量和查證工作(圖1b)。共采集樣品1017件，包含重復樣50件。重復樣品合格率為92. 6%，分析結(jié)果可靠。分析了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Mo、Sn、Bi等11個種元素，測量結(jié)果表明，水系沉積物異常與土壤異常吻合程度很好，圈出6個土壤綜合異常。其中Ht-1、Ht-2異常面積較大，基本呈北東及東西走向帶狀分布，異常強度高，各元素異常套合較好，土壤沉積物中以Mo、W、Bi、Cu、Zn、Ag、As等元素異常為主，濃度分帶明顯，異常中心主要圍繞晚二疊世似斑狀二長花崗巖體及與爾站組圍巖接觸帶分布，Mo和As元素呈大面積片狀分布，其他元素小面積分布其中(圖1b和圖2；表1)。

圖2 爾站礦區(qū)1:1萬土壤元素異常剖析圖

表1 爾站礦區(qū)土壤地球化學異常特征表

Ht-1號異常元素多且濃集中心明顯，異常規(guī)模大(∑NAP值為13.86)，其中Mo和As元素具有內(nèi)、中、外帶，Ag、Cu、Zn具中、外帶，W具外帶，同時元素分布具分帶性，由中心向四周元素分布規(guī)律為Mo-As-Ag(Cu)-Zn-W(圖2，表1)。Mo元素以5.25×10-6為異常下限圈定異常面積3.95 km2,并具有11處濃集中心，Mo元素峰值為106.3×10-6,異常規(guī)模最大(NAP值為8.69)。As元素異常面積2.65 km2，具有4處濃集中心，As元素峰值為72.98×10-6。Mo和As元素的濃集中心具有一致性(圖2)。Ht-2號異常中Bi元素具內(nèi)、中、外帶，As、Zn元素具中、外帶，異常面積和規(guī)模較小。Ht-1號異常主體位于晚二疊世似斑狀二長花崗巖和前寒武紀爾站組地層的接觸部位，局部位于三疊紀期粗?；◢弾r。Ht-2中Bi元素異常面積0.41 km2,并具有內(nèi)、中、外帶，異常分布于晚二疊世粗?；◢忛W長巖與似斑狀二長花崗巖接觸部位(圖2)。

3.3 元素組合特征

R型聚類分析是通過多個變量間的相關系數(shù)大小定量研究各元素間聚集和分離，對單變量組合之間的親疏關系數(shù)據(jù)化(鄭濟林等,1987；張再天等，2013；韓榮文等，2016；王占彬等，2020；李超等，2020)。該方法是厘清測區(qū)內(nèi)沉積物中各元素相關性和元素組合特征的有效途徑，廣泛應用到地質(zhì)找礦中，可確定成礦地質(zhì)過程中各成礦元素親疏關系，判斷成礦期次、礦床的類型和成因以及成礦元素的遷移，進而為地球化學找礦模型建立和指導找礦提供依據(jù)(張科等，2004；孫華山等，2005；李明等，2011；于俊博等，2014；張娜等，2015；雷源保等，2020)。根據(jù)研究區(qū)土壤地球化學數(shù)據(jù)結(jié)果，對分析的11種元素進行R型聚類分析(圖3)，發(fā)現(xiàn)在相關系數(shù)0.4相似水平時，可將11種元素劃分成3組:①Mo、As、W；②Cu、Pb、Sb、Bi、Sn、Zn、③Au、Ag。通過R型聚類分析得出的主要結(jié)論:主成礦元素Mo與W、As的相關性較好。

圖3 爾站礦區(qū)土壤樣品元素相關度R型聚類分析譜系圖

4 異常查證結(jié)果

在土壤異常區(qū)布置了3條綜合剖面(Pm 01～03)，綜合剖面方位90°，總長6. 20 km(圖4)。通過綜合剖面Pm 01～03測量，顯示在晚二疊世似斑狀二長花崗巖及其與中元古代爾站組的接觸帶位置土壤Mo元素地球化學異常最為顯著，局部露頭裂隙發(fā)育處見有絹云母化和星點狀黃鐵礦化，在三疊紀花崗閃長巖異常較弱，W元素異常整體不顯著。同時，激電剖面顯示蝕變和礦化的似斑狀二長花崗巖具有比較顯著的低阻和高極化特征(圖4和圖5)，低阻和高極化區(qū)域平面上呈北東向帶狀分布(圖4)。

通過對綜合剖面的結(jié)果分析和異常中心路線地質(zhì)調(diào)查，在Ht-1異常區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有鉬礦化轉(zhuǎn)石，見有輝鉬礦細脈狀分布于晚二疊世似斑狀花崗巖裂隙中，脈寬1～2 mm。取化學樣測試結(jié)果Mo為0.158%。經(jīng)異常區(qū)施工2條探槽進行檢查，發(fā)現(xiàn)有絹云母化、浸染狀黃鐵礦化、輝鉬礦化，取樣分析結(jié)果Mo 0.011%；WO3為0.054%，但蝕變帶寬度尚未控制。因此，為探索物化探異常中心深部是否存在鉬礦體，實施了1口深度為353.3 m的鉆孔,巖心主要巖性為黑云石英片巖和蝕變的似斑狀二長花崗巖(圖6a～d)，揭露礦體6條，見礦深度最淺為9 m，最深為273.4 m，其中③和⑤層礦體厚度大、品位高。③號礦體厚11.20 m，品位0.187%～0.222%，平均品位0.210%，⑤號礦體厚18.50 m，品位0.011%～0.443%，平均品位0.115%。輝鉬礦主要以細脈狀、浸染狀于裂隙發(fā)育的似斑狀二長花崗巖(圖6b、e)和黑云石英片巖中(圖6a)，少量呈星散狀分布，黃鐵礦化較為普遍，染狀和星點狀黃鐵礦分布于蝕變巖中，偶見毒砂，蝕變類型主要為絹云母化、綠泥石化和硅化(圖6b、e、f)。異常檢查和現(xiàn)有工程初步揭露出礦化蝕變帶約1000 m，礦化體長約400 m，走向北東，傾向南東，礦體較陡，傾角產(chǎn)狀約45°～50°，推測礦體向東南部深部延伸(圖4)。從異常規(guī)模及鉆探工程驗證結(jié)果來看，爾站礦區(qū)地球化學異常與鉬礦體關系密切，有找礦潛力。

圖5 Pm01綜合地質(zhì)剖面圖

5 勘探思路及找礦分析

5.1 成礦背景

東北地區(qū)在古生代期間受古亞洲洋閉合及額爾古納、興安、松嫩-張廣才嶺等多個陸塊的碰撞拼合，中生代期間古太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖作用疊加，形成了巨量古生代-中生代花崗巖(Wu et al.,2004,2007,2011;Xu et al.,2013;李錦軼,2009;Liu et al.,2019,Wang et al.,2019;圖1b)。以往研究表明東北地區(qū)鉬(銅)多金屬礦床的形成時代多為中生代，與花崗巖分布范圍基本一致，幾乎都與中酸性中淺成侵入巖或次火山巖有關(168～190 Ma，白令安等,2012;孫景貴等,2012;陳衍景等,2012;松權(quán)衡等,2016;孫海瑞等,2016;Zhou et al.,2018;Hu et al.,2019;Guo et al.,2018)。在小興安嶺-張廣才嶺多金屬成礦帶之上，同樣分布大量中-晚二疊世的花崗巖分布(圖1b，Long et al.,2019)，多期斷裂疊加和巖漿活動可能為斑巖型鉬礦床形成提供了熱源、物源和賦礦空間。爾站地區(qū)位于多條區(qū)域性深大斷裂交匯帶上，區(qū)內(nèi)晚古生代至中生代巖漿侵入活動強烈，具有多期巖漿活動特點，熱液活動跡象明顯，具備較好的地質(zhì)條件。

5.2 成礦條件分析

(1)地球化學與地球物理條件：根據(jù)工程驗證結(jié)果，爾站地區(qū)的地球化學異常是鉬礦體發(fā)現(xiàn)的重要條件，異常區(qū)域與成礦巖體的分布具有一致性。區(qū)域內(nèi)水系與土壤沉積物各元素異常的套合程度高，異常Mo為主要和優(yōu)勢成礦元素，具有較大成礦潛力，As、W、Sn、Bi等元素與Mo礦化關系密切，是研究區(qū)重要的找礦指示元素。Mo元素異常主要來自成礦巖體中的輝鉬礦，而As元素異常則應與鉆井巖心揭示的浸染狀和星點狀黃鐵礦(含毒砂)有關。綜合剖面中物探剖面低阻和高極化是成礦的有利區(qū)域，并與地球化學異常中心具有一致性，二者均在晚二疊世似斑狀二長花崗巖體以及與中元古界爾站組變質(zhì)巖殘片接觸帶異常顯著，與賦輝鉬礦和黃鐵礦關系密切。由于該位置礦化體埋藏較淺(最淺9 m)，更容易進入水系和土壤沉積物中富集形成元素異常。

圖6 爾站礦區(qū)代表性巖心及顯微照片(正交偏光)

(2)巖漿巖與圍巖條件：爾站礦區(qū)成礦作用與晚二疊世似斑狀二長花崗巖體及其邊緣和巖體中存在前寒武紀爾站組黑云石英片巖的殘片關系密切。礦化主要發(fā)育在似斑狀二長花崗巖、二長花崗巖以及爾站組圍巖或殘片接觸帶附近，表現(xiàn)為巖體和圍巖接觸帶含礦、破碎帶富礦的特點。晚二疊世淺成的酸性巖漿活動不僅為成礦作用提供了部分物質(zhì)來源，還提供了熱量和成礦熱液。

(3)構(gòu)造條件：爾站地區(qū)距敦化-密山斷裂較近，區(qū)內(nèi)北東向斷裂控制了區(qū)內(nèi)地質(zhì)體產(chǎn)狀和邊界，也控制了爾站礦區(qū)晚二疊世酸性巖體和中元古界爾站組古老地塊殘片的方向(圖1a和b)。該斷裂與疊加的北西向構(gòu)造的交匯復合部位，為巖漿和含礦熱液提供了通道，并發(fā)育蝕變破碎帶，進而控制了礦體和礦化蝕變帶，其產(chǎn)狀具有北東-南西走向和傾向南東的特點(圖4和圖5)。

(4)礦體特征與礦化蝕變條件：工程揭露鉬礦(化)體6條，長約400 m，礦化蝕變帶約100 m，礦體產(chǎn)狀傾向南東，傾角約50°。在前寒武爾站組與似斑狀二長花崗巖接觸帶礦體埋藏較淺(9 m處揭示鉬礦體Mo①)。結(jié)合礦體產(chǎn)狀和成礦元素異常分布特征推測Mo①～⑥的走向上延伸的淺部和南東向延伸的深部具備較大成礦可能。與成礦關系密切的蝕變標志為似斑狀二長花崗巖及圍巖發(fā)育綠泥石化、絹云母化和硅化，礦化標志為發(fā)育浸染狀、細脈狀的輝鉬礦化和黃鐵礦化。

5.3 找礦分析與工程布置優(yōu)選

綜合以上含礦巖體與圍巖產(chǎn)狀、礦體產(chǎn)狀、地球化學和地球物理異常特征，依據(jù)驗證工程的成礦有利部位，一方面在位于礦體傾向延伸的南東方向的異常濃集中心處靶區(qū)1的優(yōu)選區(qū)域進行鉆探為主工程布置(圖4)，有望在深部揭露現(xiàn)有礦體Mo①～⑥向南東向延伸的深部礦體，查明礦體的形態(tài)、厚度和規(guī)模。另一方面，由于1:5萬水系沉積物和1:1萬土壤地球化學異常與斷裂和成礦巖體北東向展布，具有一致性，目前發(fā)現(xiàn)的礦體位置與三條綜合地質(zhì)剖面的顯著Mo地球化學高值區(qū)、地球物理剖面顯示的低阻和高極化區(qū)域重疊，整體呈北東向展布，因此在該區(qū)域北東向延伸的靶區(qū)2內(nèi)進行槽探淺部為主的工程布置(圖4)，如確定了鉬礦體在北東方向上的延伸，則可在靶區(qū)2內(nèi)開展鉆探工程，預期可揭露礦體類似靶區(qū)1的礦體。在更大范圍的水系異常區(qū)內(nèi)，建議在沿北東向延伸方向，特別是在區(qū)域上殘存中元古代地層殘片的中-晚二疊世花崗巖區(qū)域開展找礦工作，是下一步工作方向重點找礦地段，有望在小興安嶺-張廣才嶺地區(qū)古生代鉬礦實現(xiàn)找礦突破。

6 結(jié)論

(1)水系、土壤地球化學測量與異常查證結(jié)果表明，Mo、As等元素地球化學異常與鉬礦體及其中輝鉬礦、黃鐵礦金屬礦物具有密切的相關性，Mo為研究區(qū)的優(yōu)勢成礦元素，具有較大成礦潛力，As、W、Sn、Bi、等元素與Mo礦化關系密切，是研究區(qū)重要的找礦指示元素。

(2)爾站礦區(qū)是與斑巖體有關的鉬礦床，其北東向斷裂構(gòu)造和晚二疊世似斑狀二長花崗巖共同控制區(qū)內(nèi)礦脈的分布，蝕變標志為綠泥石化、絹云母化和硅化，礦化標志為發(fā)育浸染狀、細脈狀的輝鉬礦化和黃鐵礦化。

(3)圈定靶區(qū)2處，靶區(qū)1位于已揭露礦體傾向南東延伸的異常濃集中心處，優(yōu)先實施鉆探工程，有望揭露深部礦體。靶區(qū)2位于已揭露礦體北東向延伸區(qū)域，優(yōu)先實施槽探工程，揭露相同產(chǎn)狀礦體則可繼續(xù)開展鉆探工程，預期可揭露深部礦體。區(qū)域上殘存前寒武系(如爾站組地層)殘片的晚二疊世花崗巖區(qū)域是研究區(qū)重點找礦地段。