中蒙边界地区金地球化学分布特征及远景区预测

Geochemical distribution of gold in the China-Mongolia boundary region and its implications for gold prospecting

摘要

中蒙边界地区成矿地质条件优越，是世界上重要的金属成矿省和全球3大斑岩型铜、金、钼成矿带之一，资源潜力巨大，是国内外地学研究和贵金属、三稀资源勘查的热点地区。文章依托中蒙边界1∶1 000 000地球化学填图数据，探讨了汇水域沉积物中金的地球化学参数和区域地球化学分布特征。中蒙边界地区汇水域沉积物金元素含量中位值和平均值分别为0.79×10^-9和1.34×10^-9;华北陆块和阿尔泰构造带金含量最高，区域浓集系数分别为1.43和1.36,是金的富集优势区。以金含量累积频率85%(1.55×10^-9)、92.5%(2.22×10^-9)和97.5%(4.03×10^-9)划分外、中和内带，共圈定28处地球化学远景区，为该区寻找金等贵金属矿床提供了重要选区。研究填补了中蒙边界地区金地球化学空间分布的空白，为两国边境地区金等贵金属矿床对比提供基础数据。

关键词

金 / 地球化学分布 / 地球化学填图 / 中蒙边界地区

Key words

gold / geochemical distribution / geochemical mapping / Sino-Mongolia border area

0 引言

中蒙边界地区成矿地质条件优越,是世界上重要的金属成矿省和全球3大斑岩型铜、金、钼成矿带之一,分布有浩尧尔忽洞超大型金矿、奥尤陶勒盖(Oyu Tolgoi)超大型斑岩型铜金矿、查干苏布尔加(Tsagaan Suvarga)大型斑岩型铜钼矿、图木尔廷敖包(Tumurtin Ovoo)大型锌矿、可可托海大型稀有金属矿、白云鄂博世界最大稀土矿等,资源潜力巨大,是国际、国内地学研究和贵金属、三稀资源勘查的热点地区。本文所指的中蒙边界地区大体上沿两国边界线各自向国内延伸约100 km范围,中国境内自西向东涉及新疆维吾尔自治区、甘肃省、内蒙古自治区,蒙古境内自西向东涉及巴彦乌列盖省、科布多省、戈壁阿尔泰省、巴彦洪戈尔省、南戈壁省、东戈壁省、苏赫巴托尔省、东方省,大地构造位置地处华北克拉通与西伯利亚地台之间的古生代褶皱带内。区内古生代地层出露广泛,深大断裂纵横交错,岩浆岩十分发育,是中亚成矿带的重要组成部分^[1-2]。中蒙边界地区I级构造单元主体隶属于阿尔泰—兴蒙造山系,部分属塔里木-华北陆块区,阿尔泰—兴蒙造山系细分为10个II级、27个III级和69个IV级构造单元,塔里木-华北陆块细分为2个II级、2个III级和4个IV级构造单元^[3];成矿区带属古亚洲成矿域和滨太平洋成矿域(叠加在古亚洲成矿域之上),划分出5个II级成矿省、16个III级成矿带和34个IV级成矿亚带^[4]。中国一侧自20世纪70年代末陆续开展了中国区域化探扫面计划(1∶200 000),完成了基岩出露区的扫面工作,并获得了良好的找矿效果,盆地和覆盖区受方法技术限制未能完全覆盖^[5]。蒙古一侧仅开展了零星的1∶50 000金属量测量工作,使用半定量光谱分析了常量元素和铜铅锌等贱金属元素,没有系统的地球化学数据,地球化学调查程度较低^[6]。围绕国家“一带一路”倡议和利用“两种资源、两个市场”对矿产信息的急迫需求,发挥中国先进的地球化学填图技术优势,采集中蒙边界地区地球化学数据,为资源评价、环境变化和跨境成矿带对比提供科学数据。

根据中蒙双方签署的《中蒙地球化学填图合作协议》,开展了中蒙跨境地区国家尺度(1∶1 000 000)地球化学填图工作,覆盖面积约130万km²。笔者以中蒙边界地区1∶1 000 000地球化学填图数据为依托,统计中蒙边界地区汇水域沉积物金地球化学参数,研究金含量特征;绘制中蒙边界地区汇水域沉积物金地球化学图,研究金空间分布特征;优选金资源勘查远景区,为该区寻找金等贵金属矿床指明方向。

1 区域地质概况

中蒙边界地区主体构造为古大陆边缘地体拼接带,记载了华北克拉通与西伯利亚地台分而再合的历史,留下了古蒙古洋板块扩张、消亡及其与古大陆碰撞对接过程的痕迹^[1-2]。新元古代早期,华北地台和西伯利亚地台是同一个古大陆,具有相似的结晶基底、沉积盖层、古生物群落和古地磁学特征^[2]。新元古代中—晚期,古陆块在张裂构造的影响下发生裂解,形成南、北两个不同的古陆块,之间夹广阔的古蒙古洋,两大古板块南、北两侧均属被动型陆缘构造环境^[1]。早古生代,古蒙古洋壳向华北地台开始全方位俯冲,促使其北缘成为活动型陆缘,诱发了大规模构造-岩浆活动,形成了一系列向南凸出的弧形陆缘山系^[1-2]。晚古生代早期,西伯利亚地台在古大陆边缘地体拼贴与增生作用的影响下向南扩展至中国大兴安岭中部、东乌珠穆沁旗、二连浩特市、额济纳旗北以及蒙古国南部一线;晚古生代晚期,随着古洋壳与陆壳的多期次俯冲与消减,华北地台和西伯利亚地台之间的大洋盆地逐渐发生收缩,两大古陆块最终沿中国苏尼特右旗至蒙古国索朗克尔一线发生碰撞对接,拼为一体^[1-2,7-8]。中生代,受库拉(太平洋)板块向欧亚大陆的俯冲和北侧蒙古-鄂霍茨克洋剪刀式闭合双重作用的影响,中蒙边界中东段发生强烈的断块升降、中酸性火山喷发和岩浆侵入活动,进而形成一系列北东-北东东向断陷带和断隆带^[1-2,7-8]。古生代,洋壳向古大陆的俯冲作用和中生代陆壳的再活化作用,致使洋或陆壳岩层(体)发生重熔(或同熔)作用形成花岗质岩浆,岩浆上侵定位过程中发生自身的结晶分异演化并遭受早期岩层(体)的同化混染,形成含矿花岗岩类熔浆^[1-2,7-8]。

中蒙边界地区广泛分布古生界和中—新生界火山-沉积岩,局部出露中—新元古界弧岛状或条带状变质岩,并被古生界火山-沉积岩所挟持和包裹(图1^[9])^[2-3,10-11]。中蒙边界地区奥陶系主要分布在西部和西北部,岩石类型主要有玄武岩、安山岩、凝灰岩等火山岩和片岩、板岩、千枚岩等变质岩^[10-11];志留系主要分布在中部和中东部,岩石类型主要有安山岩、英安岩、流纹岩等火山岩和硬砂岩、灰岩等沉积岩^[10-11];泥盆系以分布范围广、出露厚度大、层序较齐全为特点,岩石类型主要有英安岩、流纹岩等火山岩和粉砂岩、泥岩、生物灰岩等沉积岩^[10-11];石炭系岩石类型主要有安山岩、英安岩、流纹岩等火山岩和板岩、砂岩、灰岩等沉积岩^[10-11];二叠系主要分布在中部和东部,岩石类型主要有英安岩、流纹岩、火山角砾岩、凝灰岩等火山岩和砂岩、板岩、生物碎屑灰岩等沉积岩^[10-11];三叠系受地壳隆升和剥蚀作用的影响,仅零星出露^[10-11];侏罗系和白垩系以分布范围广、厚度变化大和岩性组合复杂为特点,岩石类型主要有各类熔岩、凝灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩等^[10-11]。该区近东西向、北东向和北西向深大断裂极为发育,既是古板块碰撞、对接和俯冲带,也是岩浆和含矿流体上升运移的通道,不同规模和各种类型的侵入岩也十分发育(图1)^[2-3,10-11]。

中蒙边界地区矿产资源丰富,主要包括铁等黑色金属、铜等有色金属、金等贵金属以及稀土、铌、钽等稀有稀土矿产^[4],大多数矿床的形成时间主要为海西期和印支—燕山期,与构造-岩浆活动高峰期相吻合,暗示了金属元素成矿是地壳特定演化阶段构造-岩浆活动的产物^[2]。区内金矿主要分布在阿尔泰成矿带、北山成矿带、南蒙古成矿带西段和华北陆块北缘乌拉山—大青山,典型矿床有浩尧尔忽洞超大型金矿、马庄山大型金矿、朱拉扎嘎大型金矿、野马泉金矿、奥尤陶勒盖(Oyu Tolgoi)铜金矿、查干陶勒盖(Tsagaan Tolgoi)金矿、巴尔拉高尔(Barlag Gol)砂金矿等^[2,12]。

2 工作方法

按照《中蒙地球化学填图合作协议》的规定,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所和蒙古地质调查中心联合完成了中蒙边界地区约1 300 000 km²的国家尺度(1∶1 000 000)地球化学填图工作,工作区范围是东西方向东经86°~120°,南北方向沿边境线向两国境内各延伸约100 km(图2)。

2.1 样品采集

中蒙边界地区1∶1 000 000地球化学填图以1∶250 000或1∶200 000地形图作为野外工作用图,以经纬度划分采样网格,经度差7.5',纬度差5.0',面积大约100 km²,每个网格内采集一件样品或组合样品(图3)。汇水域沉积物是低密度地球化学填图的最理想采样介质^[13],若采样网格中单一水系能够覆盖一半以上的面积,应在此水系汇入更高一级水系的入口处单点布样,如图3中左上网格a点;若采样网格中有多条水系,应选择控制面积最大的水系交汇口处布样,如图3中右上网格b点;若采样网格存在多条水系,每一条水系均无法控制一半以上的面积,应在多个水系分别布样,如图3中左下网格c1和c2点,右下网格d1和d2点;采样点分布兼顾样品均匀性与最有效控制汇水域原则,样品在50 m范围内多点组合采样(3~5个点),所有采样点位筛取-100目的细粒级样品,由于样品粒度细且介质均匀,代表性强,同时细粒级样品具有独特的吸附特性,可以将含矿信息捕获与富集^[13⇓-15]。

2.2 样品分析

为满足矿产勘查、基础地质和生态环境的需要,中蒙边界地区1∶1 000 000地球化学填图分析了包括金在内的69种元素(Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Cl、Co、Cr、Cs、Cu、F、Ga、Ge、Hf、Hg、I、In、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Ta、Te、Th、Ti、Tl、U、V、W、Zn、Zr、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O和C),所有样品在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室加工、分析,采用地壳全元素配套分析方案及分析质量监控系统^[16],以保障样品分析数据的准确性和一致性。实验室分析流程:称取10 g无污染加工后的样品,置于瓷坩埚内加热至650 ℃灼烧后利用王水消解,在王水(5%)中用聚氨酯泡沫塑料吸附富集Au,再用纯水将泡沫塑料清洗干净后,用硫脲溶液(1.2%)于沸水浴中解脱,采用特种长寿命石墨管、最大功率升温、峰高测量和塞曼背景校正技术,以抗坏血酸为基体改进剂,原子吸收光谱法测定^[16],分析检出限为0.04×10^-9,报出率为100%。每一个分析批(50件样品)以密码方式插入4件国家一级标准物质,同样品一起分析后,计算标准物质测定值与标准值的对数差(Δlg C)以监控分析过程的准确度^[16],计算对数差的标准偏差(λ)监控分析批次内的精密度^[16],准确度和精密度合格率均达到100%,标准物质合格率为100%。按样品总数10%的比例抽取实验室内部密码重复样品,计算基本分析值与重复性分析值相对偏差(RD)控制日常分析中的批次偏差,重复样合格率为99.2%。

2.3 数据统计及成图

中蒙边界地区元素地球化学参数统计、直方图、箱图在SPSS软件中执行;元素等值线图在GeoExpl软件中执行,离散数据网格化间距15 km,计算模型采用指数距离加权模型,等值线按累积频率0、2.5%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97.5%和100%划分,以呈现元素的地球化学分布特征:累积频率<25%的数值区间为低值区,用深蓝色—蓝色表示,指示金元素强烈亏损或负异常区;25%~75%的数据区间为背景区,金含量分布在总体背景范围内起伏,用50%累积频率所对应的含量值进一步划分为25%~50%的低背景区(淡蓝色,金元素轻微亏损)和>50%~75%的高背景区(绿色—黄色,金元素轻微富集);>75%~85%的数据区间为高值区,用橙色表示,表明金元素明显富集;>85%的数值区间为异常区,用红色—深红色表示,表明金元素含量显著高于正常值,为值得关注的异常靶区。针对异常区以累积频率85%、92.5%和97.5%划分外、中和内带制作地球化学异常图,预测金资源勘查远景区。

3 金地球化学分布特征

3.1 金地球化学数据统计特征

中蒙边界地区汇水域沉积物金地球化学参数见表1。中蒙边界地区汇水域沉积物金含量大致具有对数正态分布特征,在25%~75%分位数区间内较为集中(图4),金含量变化范围为(0.02~235)×10^-9,中位值和平均值分别为0.79×10^-9和1.34×10^-9。中蒙边界地区汇水域沉积物金含量低于中国地球化学基准计划获得的金含量(表层汇水域沉积物金含量中位值为1.3×10^-9,算术平均值为2.3×10^-9)^[17]。中蒙边界地区依据板块构造理论共划分为12个II级构造单元(图2),各构造单元内金地球化学参数见表1。勘查数据分析(exploratory data analysis,EDA)技术中的中位数(50%分位数)属于稳健统计学参数,具有很强的抵抗“野”数据干扰的能力^[18-19],Reimann和Garrett^[20]提出中位数作为背景值的估计值。本文以中位数作为背景值的估计值,来比较各构造单元内汇水域沉积物中金含量的大小。金含量以中位值排序:华北陆块>阿尔泰构造带>东西准噶尔弧盆系>塔里木陆块>苏林希尔—满都拉—霍林郭勒弧盆系>戈壁阿尔泰弧盆系>准噶尔地块>全区>北山—戈壁天山弧盆系>阿尔泰南缘弧盆系>巴鲁恩—胡塔格—东乌旗—阿尔山弧盆带>巴音毛道—雅干—巴恩陶勒盖构造带>额仁达瓦-额尔古纳微陆块(图5)。金在不同构造单元内分布不均一,地球化学勘查正是利用元素局部的不均一性,通过逐级加大采样密度刻画出地球化学分布模式的细节变化,为逐步追踪矿化体奠定基础^[15]。

构造单元内不同的地质背景和构造岩浆活动造就了不同构造单元内汇水域沉积物具有不同的元素含量特征,区域浓集系数(regional concentration coefficient,RCC)不仅能够反映元素分散与富集规律,也能够确定区域内的主要成矿元素^[15]。中蒙边界地区不同构造单元内汇水域沉积物金的RCC(不同构造单元内金含量中位值与全区中位值之比)见图6。华北陆块和阿尔泰构造带金含量最高,RCC值分别为1.43和1.36,表明该构造单元是金元素的富集区。本文涉及的华北陆块仅包括华北陆块北缘一部分,主要位于中国境内的乌拉特中旗—白云鄂博—太仆寺旗一线,包括乌拉山-色尔腾山古陆块和白云鄂博元古宙陆缘裂谷^[3],属于华北陆块成矿省的华北陆块北缘西段Au-Fe-Nb-REE-Cu-Pb-Zn-Ag-Ni-Pt-W-石墨-白云母成矿带^[4]。阿尔泰构造带位于中蒙边界两侧的阿尔泰山区,包括阿尔泰被动大陆边缘盆地、Huhei-Huurai结合带和Hovd-Ölgii结合带^[1,3],属于阿尔泰成矿省的北阿尔泰Li、Be、Rb、Cs-Pb-Zn-Au-白云母-宝石成矿带和南阿尔泰Cu-Pb-Zn-Fe-Au-Li、Be、Rb、Cs-白云母-宝石成矿带^[4]。华北陆块和阿尔泰构造带富含金等贵金属元素,为大型矿床的形成提供了充足的巨量元素供给^[21]。

3.2 金地球化学空间分布特征

中蒙边界地区汇水域沉积物中金的地球化学空间分布见图7和图8。金低值区(深蓝色—蓝色区域,Au含量<0.51×10^-9)主要分布在工作区中部和东部的部分区域;高值区(橙色—红色区域,Au含量>1.21×10^-9)主要分布在工作区西部和中东部的部分区域,阿勒泰、乌列盖、科布多、戈壁阿尔泰、白云鄂博、奥尤陶勒盖东侧和东南侧、赛音山达、新巴尔虎左旗、乔巴山北侧呈现出多个浓集中心。

4 讨论

4.1 金矿床与金地球化学时空分布特征

中蒙边界地区金矿床主要成因类型有火山-次火山热液型(含浅成低温热液型)、热液型、石英脉型、蚀变岩型、斑岩型、层控-热液叠加型和砂金型,少量风化淋滤型,主要分布在阿尔泰成矿带、北山成矿带、南蒙古成矿带西段和华北陆块北缘乌拉山—大青山成矿带。金矿在古生代、中生代、新生代都有产出,最重要的岩金矿化多与二叠纪、三叠纪、侏罗纪的岩浆活动有关,砂金主要形成于白垩纪、新近纪和全新世;从地域分布而言,古生代的金成矿作用主要见于西部地区,而中生代的金矿则主要见于东部地区。同时,也要关注蒙古南部与晚古生代斑岩型铜矿共伴生的金矿资源。典型矿床主要有:浩尧尔忽洞超大型金矿,位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗新忽热苏木,我国黑色岩系金矿的典型代表,赋存于白云鄂博群比鲁特组的碳质板岩中,品位低而可采储量大^[12];马庄山大型金矿,位于北山裂谷北部,赋矿围岩是次火山岩相的马庄山石英斑岩,矿石主要为石英-金属硫化物型,金属矿物以自然金、银金矿和黄铁矿等为主,脉石矿物以石英为主^[22];朱拉扎嘎大型金矿位于内蒙古朱拉扎嘎近北北西向褶皱与近南北向断裂交汇处,矿体主要分布在NE向层间裂隙和断裂中,NNW向深大断裂贯穿矿体,含矿层主要赋存于阿古鲁沟组含钙质的浅变质碎屑岩中^[23];野马泉西金矿位于康古尔塔格韧性剪切带的东延苦水—雅满苏韧性剪切带,矿体主体产于韧性剪切带内,地表为沿断裂构造发育的石英脉,金属矿物以黄铁矿、黄铜矿和自然金为主,属构造蚀变岩型金矿^[24];萨热阔布金矿床位于阿尔泰造山带南缘克兰火山-沉积盆地内,矿体呈脉状产于康布铁堡组上亚组中,控矿构造为NW向阿巴宫断裂和克因宫断裂,金属矿物以自然金、银金矿、黄铁矿和黄铜矿为主,脉石矿物以石英、钾长石和斜长石为主^[25];奥尤陶勒盖斑岩型铜金矿位于蒙古国南戈壁省汗包格德县,地处西伯利亚板块与华北陆块之间古生代造山带蒙古地幔异常区南缘,南蒙古后贝加尔褶皱系肯特—杭爱弧形断块内,区内发育泥盆纪、石炭纪岛弧火山岩和沉积岩,矿田位于泥盆纪基性-中性火山岩、火山碎屑岩和沉积岩内,晚泥盆世侵入岩被石炭纪火山岩和沉积岩所环绕^[26];查干陶勒盖金矿位于蒙古国科布多省西北部明嘎图苏木,蒙古阿尔泰造山带Harhiraa构造变形带内,矿区出露晚志留世闪长岩和花岗岩以及科布多杂岩,矿石矿物主要有细粒浸染状黄铜矿和黄铁矿、薄膜状孔雀石和蓝铜矿^[27-28];库尔曼努尔(Khulman Nuur)热液型金矿和巴尔拉高尔砂金矿位于蒙古国阿尔泰山脉科布多省和戈壁阿尔泰省交界处的科布多成矿带库尔曼努尔金矿区,构造上属于科布多大陆边缘弧区域断裂带,矿区地层为奥陶纪—志留纪海相-陆相沉积建造^[6]。

本文以汇水域沉积物中金含量累积频率85%(1.55×10^-9)作为异常下限,制作了中蒙边界地区金地球化学异常图(图8),并收集到了区域内173处金矿床/矿化点(超大型1处,中大型8处,中型1处,小型51处,矿化点112处),绝大部分金矿床/矿化点分布于地球化学异常范围内,仅有少量小型矿床和矿化点分布于地球化学异常范围外,中大型矿床与地球化学异常空间对应关系较好(表2)。

4.2 金地球化学异常筛选与远景区预测

地球化学省是相对较大的地质单元,各省的化学组分及其含量平均值有较大差异,可以提供具有相当经济意义的初始勘查靶区^[29]。巨量成矿物质供应和聚集是形成大型-超大型矿床的必要条件,而地球化学省为矿集区的形成提供了丰富的物质基础,地球化学省内可能会存在潜在的矿集区,可利用地球化学异常/省预测新的矿集区^[13,30]。周建等^[31]利用内蒙古1∶200 000区域化探扫面数据和中蒙边界地区内蒙古段1∶1 000 000地球化学填图数据,发现内蒙古已知大、中型金矿与地球化学异常具有良好的空间对应关系,并建立了大型金矿地球化学预测指标:异常具有套合结构,局部异常被区域异常包裹,区域异常被地球化学省包裹;异常面积通常大于1 000 km²,达到地球化学省规模;异常衬度大于2.2;异常区或周边一般发育有火成岩或区域性深大断裂及其次级断裂等构造,据此圈定了14个大型金矿集区。本文以汇水域沉积物中金含量累积频率85%(1.55×10^-9)、92.5%(2.22×10^-9)和97.5%(4.03×10^-9)划分外、中和内带并圈定地球化学异常,优选地球化学省/远景区28处,地球化学异常参数及描述见表3,与矿集区之间存在密切的对应关系,可作为进一步勘查选区的依据。结合地质、构造、矿产等资料,利用低密度地球化学填图方法寻找潜在的大型、超大型矿靶区是一条高效率、低成本的可行途径。

5 结论

中蒙合作边界地区1∶1 000 000地球化学填图以汇水域沉积物为采样介质,覆盖了约1 300 000 km²,采用地壳全元素配套分析方案和分析质量监控系统,获得了高质量地球化学数据和图件,本文以此为依托探讨了中蒙边界地区汇水域沉积物中金区域地球化学分布特征,结果表明:(1)全区金元素含量中位值和平均值分别为0.79×10^-9和1.34×10^-9;(2)华北陆块、阿尔泰构造带金含量最高,区域浓集系数分别为1.43和1.36,是金的富集优势区;(3)以金含量累积频率85%(1.55×10^-9)、92.5%(2.22×10^-9)和97.5%(4.03×10^-9)划分外、中和内带,共圈定28处地球化学远景区,为该区寻找金等贵金属矿床指明了方向。

感谢所有参与样品采集和样品分析测试的工作者!感谢审稿人和责任编辑提出的宝贵修改意见!

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基金资助

中国地质调查局地质调查项目(DD20230623)

中国地质科学院基本科研业务费项目(JKYZD202327)

中国地质科学院基本科研业务费项目(AS2022P03)