内蒙古标山地区地气测量地球化学特征及找矿预测

Geochemical Characteristics and Prospecting Prediction of Geogas Survey in the Biaoshan Area， Inner Mongolia

摘要

标山地区位于内蒙古北山造山带，月牙山—洗肠井蛇绿岩带以北，红石山—百合山蛇绿岩带以南，区内成矿作用强烈。为进一步圈定找矿靶区，在标山南测区布设了7条地气地球化学剖面，通过分析单元素异常特征和元素组合特征，研究区内地气异常特征。结果表明：标山南测区Cu元素异常范围大，异常值高，为本区成矿前景最好的元素，元素组合异常显示，Bi、Sb、Cu、Pb和Zn元素异常规模大，套合性好，说明主成矿元素为Cu，伴生Bi、Sb、Pb和Zn等成矿元素。结合成矿地质背景，圈定了2处综合异常，通过对综合异常进行分析，优选1处异常开展异常查证工作。根据异常检查，揭露铜矿化体1条，取得较好的找矿效果，认为区内具备中—低温热液型铜多金属矿找矿潜力。研究结果证明，地气测量方法是干旱、半干旱覆盖区寻找隐伏铜多金属矿的有效手段。

Abstract

The Biaoshan area located within the Beishan Orogenic Belt in Inner Mongolia, is geographically positioned north of the Yueyashan-Xichangjing ophiolite belt and south of the Hongshishan-Baiheshan ophiolite belt. This area is part of the Shibanjing-Heidashan Cu, Au, Fe, Ni metallogenic belt. Recent discoveries, including the Elegenwulanwula Cu-Mo deposit, Xiaohulishan Mo deposit, Dulongbao Mo deposit, and Zhusilenghaierhan Cu deposit, underscore the region’s intense mineralization and promising potential for fur-ther exploration. However, the increasing challenges associated with surface exploration and the interference of cover layers with traditional geochemical methods, necessitate the use of deep-penetrating geochemical techniques to elucidate the causes of anomalies and accurately identify target areas for future mineral exploration. This study examines the elemental migration characteristics and anomaly response mechanisms of geogas survey in the Biaoshan area, establishing seven geogas geochemical profiles in the southern Biaoshan region. Through a detailed analysis of single-element anomalies and element associations, the geogas anomaly characteristics within the region were systematically investigated. The findings reveal that the copper（Cu） element displays an extensive anomaly range and elevated anomaly values, identifying it as the most promising element for mineralization within the area. The geogas element association anomalies further demonstrate that bismuth（Bi）, antimony（Sb）, copper（Cu）, lead（Pb）, and zinc（Zn） exhibit significant anomaly scales and strong spatial coincidence. This suggests that copper is the primary mineralizing element, with bismuth, antimony, lead, and zinc serving as associated mineralizing elements. In light of the geological context of mineralization, two comprehensive anomalies were delineated. Subsequent analysis of these anomalies led to the selection of one for further investigation. Anomaly inspection, revealed a copper orebody, characterized by a width of 1~3 m and an extension exceeding 30 m. This orebody is hosted within the third formation of the Beishan group and altered gabbro, and is accompanied by alterations such as malachite, chalcopyrite, goethite, and silicification. The mineralization is controlled by northwest-trending faults and associated secondary structures, with the spatial distribution of the mineralization body closely aligning with the anomaly morphology. Considering the geological conditions conducive to mineralization, it is posited that the region holds potential for the discovery of medium-temperature to low-temperature hydrothermal copper polymetallic deposits. Prospecting indicators for this category of mineral deposits have been identified. The findings of this study indicate that the geogas survey technique is an effective method for detecting concealed copper polymetallic deposits in arid and semi-arid regions with surface cover.

Graphical abstract

关键词

地气测量 / 地球化学特征 / 矿床成因 / 找矿预测 / 标山地区

Key words

geogas survey / geochemical characteristics / genesis of deposit / prospecting prediction / Biaoshan area

内蒙古标山地区位于内蒙古—甘肃—新疆交会的北山地区，地处塔里木板块、哈萨克斯坦板块和华北板块的交会区域，地质背景复杂。该区隶属于石板井—黑大山铜、金、铁、镍、锑成矿带，近年来发现了额勒根乌兰乌拉铜钼矿、小狐狸山钼矿、独龙包钼矿和珠斯楞海尔罕铜矿，表明区内成矿作用强烈，具有良好的找矿前景（聂凤军等，2003；江思宏等，2006；Xiao et al，2010；丁建华等，2016；张善明等，2018）。然而，随着找矿工作程度的逐步提高，找矿难度逐渐加大，加之区内覆盖层较厚，稀释了矿化元素的含量，利用传统方法提取的化探异常已经不能满足新的找矿需求。

针对覆盖区矿产勘查的难题，国内外学者发展了多种深穿透地球化学勘探方法，主要包括地电化学（罗先熔等，2002；孙彬彬等，2015；刘映东等，2017）、元素活动态（Wang et al，2016； 张必敏等，2016；孙跃等，2023）、土壤微细粒（张必敏等，2013；刘汉粮等，2014）和地气测量（童纯菡等，1990；王学求等，1995；Wang et al，1997；汪明启等，2006；叶荣等，2012）等方法。其中，地气测量在覆盖区找矿工作中取得了很好的应用效果，该方法的实质是对土壤气体中的微量纳米级金属颗粒进行测量，进而发现异常（王学求，1998）。该方法不仅在已知矿区成功探测到与矿体位置吻合的地气多元素综合异常（申勇胜等，2009），而且在常规化探效果不佳的干旱戈壁覆盖区，圈定了与隐伏矿体位置高度吻合的异常，证明其在特殊景观条件下解决深部找矿问题具有独特优势（郭祥义等，2019；韩伟等，2019）。此外，该方法不仅适用于典型金属硫化物矿床，也适用于获取伟晶岩型稀有金属矿床的深部矿化信息（周四春等，2023）。前人对标山地区成矿潜力开展了一系列研究，通过系统的1∶5万区域地质矿产调查，初步形成了对该区成矿地质背景的认识，并圈定了以铁、铜为主的多金属成矿远景区，为该区后续找矿工作指明了方向。此外，为进一步优选找矿靶区，在标山北开展了1∶1万土壤地球化学测量工作，发现Cu、Cr和W等元素异常显著，工程验证显示，部分靶区的铜和全铁含量达到工业品位，证实该区具有铜铁多金属矿勘探潜力（李超等，2020；王永开，2021）。虽然前人研究成果为覆盖区找矿提供了重要线索，但是由于该地区自然条件恶劣，深穿透地球化学方法的系统性应用及异常成因解析仍缺乏实证。鉴于此，本文聚焦标山地区地气测量的元素迁移特征及其异常响应，通过在标山南测区开展1∶2.5万地气测量工作，运用深穿透地球化学方法分析元素分布特征和富集规律，圈定重点找矿区域，并开展路线地质调查工作进行查证，进而评价地气测量在区内的应用效果，以期为下一步找矿工作提供方向。

1 地质概况

内蒙古北山地区位于华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交会处［图1（a）］，处于一个巨大的构造楔形区内，构造特征极为复杂。在漫长的地质演化过程中，该地区经历了多次俯冲—碰撞造山作用和多期次构造—岩浆演化旋回，从而形成了多期次的区域成矿作用（杨合群等，2008；Xiao et al，2010）。北山地区产出多条呈近EW向的蛇绿岩带和深大断裂（左国朝等，1990；毛启贵，2008），由南向北可划分为敦煌陆块、花牛山弧、明水—旱山地块、黑鹰山弧和雀儿山弧［图1（b）］。标山地区位于内蒙古北山北带，大地构造位置位于明水—旱山地块东侧，南侧受控于月牙山—洗肠井蛇绿岩带，北邻白梁—三个井构造带（辛后田等，2020）。

研究区出露地层主要为古元古界北山岩群（Pt₁B），整体为一套陆源碎屑岩夹碳酸盐岩建造（图2）。根据岩石组合特征，进一步将其划分为4个岩组：第一岩组主要由灰色、灰白色和浅粉色浅粒岩构成，局部与深灰色变粒岩或粉色长石石英岩交替层理；第二岩组以厚层和块层状石英岩为主；第三岩组则以片岩和变粒岩为主体；第四岩组只在研究区外小面积出露，岩性较为单一，以硅化大理岩为主（徐旭明等，2018）。岩浆岩以古生代侵入岩为主，主要分布于研究区西部，其中晚奥陶世侵入岩岩性为片麻状石英闪长岩，规模较大，呈岩基状产出。早志留世侵入岩岩性为片麻状细—中粒花岗闪长岩和片麻状中—细粒含黑云二长花岗岩，整体呈断续带状分布于晚奥陶世片麻状石英闪长岩南侧。早泥盆世侵入岩岩性为辉长岩，主要呈岩株或岩脉状出露于西南侧，侵入围岩主要为古元古代北山岩群。区内断裂发育，以近EW和NWW向断裂为主，少量为NE向（李超等，2020）。

2 样品采集及测试

在标山南测区布设地气测量剖面7条，采样网度为250 m×50 m，采样方位为南北向。地气采集方式采用主动抽气法，通过定量抽取气体，捕集以游离状存在于覆盖层土壤气体中的纳米金属颗粒，再利用化学分析手段，测定纳米金属微粒的含量，从而圈定异常（张必敏等，2018）。在野外工作之前，为了减少工作装置对样品的污染，对所使用的捕集器和捕集剂器皿进行了去离子水清洗和硝酸溶液浸泡清洗。本次工作选用由超纯水和BV-Ⅲ级硝酸配制而成的3%硝酸溶液作为捕集剂。

地气测量流程如下：首先通过钢钎向地下打一个0.5~1.0 m的小孔，然后将螺纹钻钻入地下，保证钻入深度大于0.3 m，每个点位打孔3个，每个孔用抽气筒抽气2次，抽取3 L气体，平均每个孔需采样1~2 min，在局部土壤致密地段，由于游离状气体含量相对较少，每个孔抽气需在10 min以上。抽气过程中，向上匀速拉动抽气筒，抽气筒的容量为1.5 L，待抽气筒拉到顶端后，观察捕集剂气泡情况，当不再有气泡产生或只有极少量气泡产生时完成抽气，将捕集剂装入塑料容器中密封。

地气样品分析工作在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所应用地球化学实验室完成，采用高分辨率等离子体质谱法（HR-ICP-MS）进行测试，分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Li、Be、Sb、Co、Ni、As、Bi和Cr，分析方法检出限见表1。由表1可知，各元素报出率均大于95.6%，整体报出率为99.5%。为监测分析质量，每条测线插入1件标准物质溶液同时进行分析，标准物质测定合格率为100%，保证了地气样品分析结果的可靠性。

3 地气测量元素地球化学特征

3.1 元素含量统计特征

通过对研究区229个样品数据进行综合整理，利用SPSS软件对单元素数据平均值、标准离差和变异系数等地球化学特征值进行计算。由表1可知，该区元素离散程度较高，平均值远大于中值，除Au元素之外，其他元素的变异系数均大于1，显示出分异—强分异的特征，表明Au元素分布较为均匀，矿化异常特征不明显，而其他元素分布相对集中，异常特征较为明显，成矿可能性较大。

3.2 元素组合特征

通过对区内地气数据的相关性分析，获得元素间的相关系数，有助于确定元素间亲疏关系。由表2可知，Co、Cr、Mo、W和Ni的相关系数大于0.9，表现出明显的相关性；Bi、Cu、Pb、Sb和Zn的相关系数以及As、Be和Li的相关系数均大于0.7，表现出较为明显的相关性；而Au和Ag等元素的相关系数均小于0.4，相关性较差。

对15种元素进行R型聚类分析，得到聚类分析谱系图如图3所示。由图3可知，在R=18相关水平上，可将元素划分为5个组合。第1簇元素为Co、Cr、Mo、Ni和W，为一组中—高温元素组合，反映了与中—高温热液成矿作用有关，主要为与基性岩关系密切的元素组合；第2簇元素为Bi、Sb、Cu、Pb和Zn，为一套中—低温元素组合，但其中又夹有高温元素Bi，推测可能具有多期热液活动叠加的特征，主要为与热液活动有关的多金属矿化元素组合；第3簇元素为As、Be和Li，为一套低温元素组合，主要为与酸性岩关系密切的元素组合；第4簇元素为单元素Au，形成的异常较弱，与其他元素的相关系数均较差，表明其具有相对独立的地球化学行为，反映该区蚀变辉长岩体对Au的富集作用影响较小；第5簇元素为单元素Ag，与其他元素相关性较差，可能为局部构造热液活动的反映。

3.3 元素含量分布特征

为了解元素在空间的分布特征，通过Min-Max标准化将原始数据线性转换到指定的区间范围内，然后利用元素标准化值形成研究区元素分布折线图（图4~图6）。由图4可以看出，Co、Cr、Mo、W和Ni元素在空间上的分布具有一致性，在1线和2线的南段具有较多高值点，尤其在1号线的25号点，5种元素在该处均具有最大值。向东段高值点减少，且高值也相对较小，至最东段的7号线，高值点基本不存在。从高值点分布的地质情况来看，高值点主要出露于蚀变辉长岩体及其附近，而25号点处于岩体外侧，北山群1段和2段的岩性分界上。

由图5可以看出，Bi、Cu、Pb、Sb和Zn元素的分布也较一致，其高值点主要分布在1线的14号点、2线的13号点和15号点、3线的13号点、4线的18号点、6线的14号点和21号点以及7号线的14号点，其异常点形成2条高值带，分别位于断层两侧。其中，Ⅰ号高值带近似分布在岩体与地层的接触带上，Ⅱ号高值带分布在辉长岩体的外接触带上，与岩体的距离约为100 m，说明岩体控制了该异常的展布。

由图6可以看出，Ag、As、Au、Be和Li元素的分布趋势不一致。其中，Ag的高值点较多，主要分布在1线、2线、3线的南段和7线的北段，南段主要为辉长岩体的内外接触带，北段主要分布在北侧的断裂与北山岩群1段、2段的岩性界面之间；As、Be和Li的高值点主要分布在3线的2号点；Au的高值点分布在6线的9号点，且高值点较少。

4 异常查证

根据异常特征和成矿地质条件，对Ⅰ号高值带进行了野外异常查证。异常区出露地层主要为北山岩群第三岩组，岩性主要为二云石英片岩；侵入岩主要为早泥盆世蚀变辉长岩，呈不规则岩株状产出；高值带附近发育一条NW走向的走滑断层。

通过路线地质调查，在异常区西侧发现1条矿化体，宽度为1~2 m，局部达3 m，地表断续出露长度大于30 m，走向290°~300°。矿化主要分布于古元古代北山岩群第三岩组和蚀变辉长岩中，矿化体与围岩呈渐变过渡关系，在矿化体附近发现了较好的孔雀石化、铜蓝矿化、褐铁矿化、硅化和绿帘石化等矿化蚀变现象（图7），矿体受NWW向断裂和NEE向次级断裂控制。地球化学资料显示，北山岩群和早泥盆世辉长岩Cu、Co和Ni等成矿元素具有明显富集的特征，推测蚀变辉长岩为金属矿产的富集提供了热源和物质来源，NW向断裂及其次级断裂则为成矿热液提供了运移通道和容矿空间，初步认为矿床成因类型为中—低温热液型。铜矿化体与Cu元素高值带引起的异常重合，表明地气地球化学测量在研究区具有较好的找矿效果，建议下一步对地气高值带进行槽探工程控制，从而更有效地评价异常。

5 找矿标志

结合研究区地气地球化学异常特征、异常查证情况和成矿地质条件分析，认为标山地区是寻找中—低温热液铜多金属矿的有利区，找矿标志主要有以下5个方面：

（1）地层标志。区内中—低温热液型铜矿产赋存于古元古代北山岩群内，尤其是北山岩群第一岩组和第三岩组是主要的赋矿层位，二者是本区寻找中—低温热液型铜矿产的地层标志。

（2）构造标志。断裂对该类矿床的分布具有明显的控制作用，矿化体多发育在NWW向断层破碎带内或其次级构造带内，多呈脉状展布。因此，区内NW向和NWW向断裂是主要的控矿构造。

（3）侵入岩标志。区内中—低温热液型铜矿产与早泥盆世蚀变辉长岩关系密切，区内该期侵入岩Cu等主要成矿元素呈明显的富集特征，为热液型多金属矿床的形成提供了丰富的成矿物质来源，其侵入围岩均为古元古代北山岩群，二者共同作用为区内中—低温热液型铜矿产的形成创造了条件。

（4）围岩蚀变标志。通过路线地质调查，在地气异常高值区发现了较好的孔雀石化、铜蓝矿化、褐铁矿化、硅化和绿帘石化，这些蚀变类型是寻找中—低温热液型铜多金属矿的重要找矿标志。

（5）地球化学元素组合标志。通过对地气地球化学元素异常进行分析可知，Cu元素的异常范围大，异常值高，为主攻矿种，以Cu-Pb-Zn-Bi-Sb为主的地球化学元素组合异常规模大，套合性好，是寻找中—低温热液型铜多金属矿的重要找矿标志。

6 结论

（1）地气单元素异常显示，研究区Cu元素的异常范围大，异常值高，为本区成矿前景最好的元素。地气元素组合异常显示，Bi、Sb、Cu、Pb和Zn元素异常规模大，套合性好，说明主成矿元素为Cu，伴生Bi、Sb、Pb和Zn等成矿元素。

（2）本次工作对地气异常高值区进行了野外异常检查，揭露铜矿化体1条，矿化体位置与地气异常形态套合较好，表明地气地球化学测量在研究区具有较好的找矿效果，建议下一步对高值区进行槽探工程控制，从而更有效地对异常进行评价。

（3）铜矿化体主要分布于蚀变辉长岩中，受NWW向断裂控制，矿化类型以孔雀石化和褐铁矿化为主，结合地气地球化学特征和野外地质调查，认为蚀变辉长岩与NW向构造破碎带的结合部位是成矿有利空间。

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基金资助

中国地质调查局项目“内蒙古额济纳旗北山北带金多金属资源调查评价”(DD20243183)

中国地质调查局地球物理调查中心科技创新基金“内蒙古北山北带斑岩型矿床成矿规律研究”(DKC20230002)