甘肃北山黑山头一带1∶1万岩屑地球化学特征及找矿前景分析

Geochemical Characteristics and Prospecting Potential Analysis of 1∶10 000 Rock Debris in Heishantou Area of Beishan， Gansu Province

摘要

甘肃北山黑山头一带属剥蚀戈壁景观区，采用常规的土壤测量方法，其找矿效果不佳。为解剖1∶5万水系沉积物异常并查明引起异常的原因，进而实现找矿突破，选择AS-13异常开展1∶1万岩屑地球化学测量，利用R型聚类分析对元素组合特征进行研究。结果表明，研究区Au、As、Cu和Mo等元素异常套合较好，异常强度高，浓集中心明显，具有良好的找矿潜力。本次岩屑测量工作圈定了以Au为主的综合异常5处，通过槽探工程查证AR-5异常，新发现金矿（化）体5条，均位于韧性剪切带内，矿化蚀变主要有硅化、毒砂化、赤铁矿化和黄钾铁矾化等。通过与区域内典型金矿床进行对比研究可知，黑山头金矿点不仅在控矿构造、矿石类型、金属矿物及蚀变组合等方面与其他矿床具有相似的特征，而且地球化学异常特征和成矿元素富集规律也表现出高度的相似性，认为黑山头一带深部具有较大的找矿潜力。1∶1万岩屑地球化学测量作为土壤地球化学测量的补充方法，在北山剥蚀戈壁区取得了良好的找矿效果，对该类景观区地质找矿工作具有一定的借鉴意义。

Abstract

The geochemical survey, recognized as a direct and efficient method for geochemical prospecting, is characterized by a well-established workflow and proven effectiveness in mineral exploration. The Heishantou area, located within the southern belt of the Beishan region in Gansu Province, is part of the Beishan denudation Gobi zone's geochemical landscape. Within this study area, sixteen composite anomalies were identified through a stream sediment survey conducted at a 1∶50 000 scale. To further refine these anomalies, investigate their underlying causes, and achieve significant breakthroughs in prospecting, the AS-13 anomaly was selected for a more detailed lithochemical geochemical survey at a 1∶10 000 scale. This surface sampling involved the collection of rock fragments or lithic debris ranging from 2 to 20 mm in size, utilizing sampling media that included weathered bedrock fragments, fault breccias, and altered lithic debris exhibiting significant mineralization. A comprehensive analysis was conducted on eleven elements, namely Au, Ag, Cu, Pb, Zn, W, Sn, Mo, As, Bi and Sb. Employing correlation analysis and R-type cluster analysis, the characteristics of element associations were examined and synthesized. Preliminary findings suggest that the regional element associations are characterized by: 1) Au, As, Cu, and Zn, indicative of the mineralization phase; and 2) W, Mo, Pb, and Ag, which are reflective of early-stage complex hydrothermal activity. The results reveal that anomalies of elements such as Au, As, Cu, and Mo within the study area exhibit strong spatial coherence, high intensity, distinct enrichment centers, and considerable potential for mineral exploration. Based on the element association characteristics and the geological framework, the anomalies are predominantly aligned along the NW-trending ductile shear zone. Verification through trenching exploration at the composite anomaly AR-5 identified five gold-mineralized bodies. These ore bodies have lengths ranging from 75 to 185 meters, thicknesses from 0.45 to 1.10 meters, and gold grades between 1.09×10^-6 and 15.6×10^-6. The ore type is classified as quartz vein-type. The gold mineralized bodies are located within a ductile shear zone and are closely associated with mineralization-alteration processes such as silicification, arsenopyritization, hematitization, and jarositization. By comparing the regional characteristics, geochemical signatures, orebody features, wall-rock alteration, and ore-controlling factors of typical gold deposits within this ductile shear zone, it is inferred that the Heishantou area holds significant potential for the formation of ductile shear zone-type gold deposits, with promising prospects for exploration. Our study concludes that the 1∶10 000 scale lithogeochemical survey has proven highly effective in verifying anomalies within the denuded Gobi regions of the Beishan area. This method facilitates rapid anomaly targeting and serves as a valuable complement to soil geochemical surveys, demonstrating strong prospecting efficiency in the denuded Gobi regions of the Beishan area in Gansu Province. This approach provides valuable references for geological prospecting in similar landscape regions.

Graphical abstract

关键词

地球化学勘查 / 岩屑地球化学测量 / 韧性剪切带 / 黑山头金矿点 / 北山地区 / 甘肃省

Key words

geochemical exploration / geochemical measurement of rock debris / ductile shear zone / Heishantou gold mine / Beishan area / Gansu Province

勘查地球化学异常查证方法主要有土壤地球化学测量、岩石地球化学测量和岩屑（碎屑）地球化学测量等。在风化剥蚀强烈、残坡积物稀薄的干旱—半干旱丘陵和戈壁区，采用常规的土壤测量方法进行找矿效果往往不佳，而基岩露头测量又难以实现面状覆盖。岩屑地球化学测量作为一种针对此类特殊景观的有效补充手段，通过系统采集地表风化残积、运移不远的岩石碎屑样品（粒径通常为2~20 mm），能够较好地反映下伏基岩的地球化学特征，是连接区域化探异常与原生矿化体的重要桥梁（王学求，2013）。岩屑地球化学测量方法在甘肃北山和祁连山一带得到了广泛应用，并取得了显著的找矿效果（赵吉昌等，2021；陈海云等，2023；Li et al，2025），如：在甘肃北山剥蚀戈壁区先后发现了盐池黑山南金矿（刘永彪等，2022）、三白墩金砷矿（雷自强等，2022）和前红泉大型金矿（张晶等，2024）等。以往实践证明，该方法是一种便捷、高效的地球化学找矿方法（刘永彪等，2024）。

甘肃省北山黑山头一带地质工作始于20世纪50年代，前人在研究区及外围开展了大量的地质找矿和科研工作，包括不同比例尺的基础地质调查和物化探工作，发现了前红泉、金庙沟、小西弓和红柳河等具有代表性的金矿床，积累了丰富的基础地质和矿产资料（陈柏林等，2007）。区内1∶20万水系沉积物测量、岩石测量和重砂测量分别圈定异常4处、2处和6处（陈世明等，2022）。由于采样密度、采样粒级、采样方法和试验分析测试精度所限，区内圈定的异常面积较大，异常浓集中心不明显，找矿效果不理想（樊新祥等，2022）。近年来，通过开展1∶5万水系沉积物测量工作，在区内圈定综合异常16处（陈世明等，2022），其中，在AS-3号异常内发现了前红泉金矿，矿床规模达大型，验证了地球化学测量在北山南带具有良好的找矿效果（杨镇熙等，2023）。

尽管该地区1∶5万水系沉积物测量圈定了大量的综合异常（陈世明等，2022），但除AS-3等少数异常发现矿床之外，大多数异常（AS-13）仍缺乏大比例尺精细查证，其异常源、地质成因及找矿潜力尚不明确。鉴于此，进一步运用1∶1万岩屑地球化学测量浓缩异常，发现矿化富集地段，采用地质草测和槽探施工等方法对AS-13号综合异常进行了重点查证，大致了解了区内含矿地层、构造、地球化学特征和矿（化）体分布特征，通过与周边典型金矿床进行对比，分析了研究区的找矿前景，对该区域金矿床的找矿勘查工作具有重要意义。

1 地质概况

研究区处于塔里木陆块之敦煌地块北缘柳园裂谷与敦煌基底杂岩隆起的结合部位（赵吉昌等，2021），属小西弓—帐房山华力西—印支期金钨成矿带（陈世明等，2022）。该成矿带已发现前红泉、小西弓、东虎沟、红柳河和金庙沟等大中型金矿床和矿点数十处（图1）（杨镇熙等，2023），均与北山南带巨型韧性剪切带关系密切（李省晔等，2025）。

研究区内大面积出露长城系古硐井群（图2），受红旗山—前红泉韧性剪切带控制，岩石变质变形强烈（丁书宏，2009）。侵入岩主要分布在南北两侧，南侧为晚二叠世石英二长闪长岩，北侧为中三叠世糜棱岩化二长花岗岩（杨镇熙等，2021），脉岩有辉绿岩脉、石英闪长岩脉、花岗岩脉、花岗闪长岩脉和石英脉等。其中，平行（或近平行）分布于韧性剪切带边部20~300 m范围内的花岗闪长岩脉，为区内金矿的二次叠加富集提供了主要热源，对金成矿具有重要的促进作用（杨镇熙等， 2023），石英脉与金矿化关系密切。区内韧性剪切构造较发育，呈带状展布，走向125°，与区域构造线方向相近，该韧性剪切带为重要的控矿构造，小西弓和前红泉等金矿床均位于该韧性剪切带内（杨镇熙等，2023），具有良好的金矿找矿前景。

2 1∶1万岩屑测量工作方法

2.1 地球化学景观特征

研究区地处甘肃北山南带，地球化学景观为北山剥蚀戈壁区（Dai et al，2020），属大陆性半荒漠气候区，四季干燥，少雨多风，夏季炎热，冬季酷寒，日照充足，昼夜温差大。海拔高程为1 355~1 630 m，相对高差一般为100~200 m，总体地貌南高北低。岩石风化作用较强，以物理风化为主，地表多为风化后的残坡积物，岩石碎屑迁移距离短，表生作用和化学作用对化探样品成矿元素及伴生元素的影响相对较小，适合开展1∶1万岩屑测量工作（王振等，2023；Peng et al，2025）。

2.2 研究方法

在研究区开展1∶5万水系沉积物测量工作时，圈定了以Au和W为主的AS-13号综合异常（杨镇熙等，2024）（图3），异常面积为24.57 km²，呈不规则状沿NW向韧性剪切带展布（杨镇熙等，2020），异常元素组合为Au、W、Co、Ni、Nb、Cu、Cd、Zn、As、Ag和Mo等，异常强度高，浓集中心明显，各元素之间套合较好，其中Au元素为主成矿元素，具有三级浓度分带，元素峰值为386.4×10^-9（表1）。该异常区内地质特征、矿化蚀变和元素异常等均与区域内已发现的前红泉金矿床高度相似，认为区内具有寻找与韧性剪切带有关的金矿床的潜力。为了进一步缩小异常范围，查证引起水系沉积物异常的地质因素，在该异常区部署了1∶1万岩屑测量工作。

本次1∶1万岩屑地球化学测量的测网网度为100 m×40 m，采样点距为20~40 m，蚀变矿化地段加密至3~5 m，采用掌上机导向和定点。采样部位选取风化层顶部残积层，在1/3线距范围内采用多点法（不少于5个点）进行采样，采取地表粒径为2~20 mm的岩石碎块或岩屑，采样介质为基岩风化碎块、断层角砾和蚀变较强的岩屑等（杨镇熙等，2023）。样品实际重量均大于300 g，分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、As、Bi和Sb共11种。样品由甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院实验室进行加工和分析测试，分析仪器主要有一米平面光棚摄谱仪（分析Ag和Sn元素）、电感耦合等离子体质谱仪（分析Au、Cu、Pb、W和Mo元素）、X射线荧光光谱仪（分析Zn元素）和原子荧光分光光度计（分析As、Bi和Sb元素）等。

3 岩屑地球化学测量结果及异常特征

3.1 岩屑地球化学特征

通过统计研究区岩屑测量元素地球化学参数（表2）可知，相对甘肃北山地区岩石测量元素平均值而言，本区浓集元素（1.0<K_k<2.0）有Cu、Zn、Mo、W、Pb和Au共6种；贫化元素（K_k≤1）有Bi、As、Sb和Sn共4种。

离散程度大（S≥10）的元素由强到弱依次为Zn、Pb、Cu和Ag；强分异（Cv>2.0）的元素由强到弱依次为Au、Bi和W；具有强叠加作用（D≥5）的元素由强到弱依次为Au、Bi、As、W和Mo。综上所述，研究区内Au、Bi和W元素具有一定的富集，分异性强，后期叠加作用明显，具有良好的成矿前景。

3.2 元素组合特征

对研究区岩屑地球化学测量数据作Z得分标准化变换，然后运用欧式距离进行聚类分析。由R型聚类分析谱系图（图4）可知，以距离系数10为界，元素可划分为7组。其中，第一组为Mo、Ag和Pb，元素组合复杂，高温、中温和低温元素均有分布，与多期次的热液活动有关；第二组为As、Cu和Au，为一组中低温亲硫元素组合，是典型的金矿化指示元素，其余元素相关性不强。

为进一步确定元素的组合特征，使用R型因子分析法对元素进行分析，由相关系数矩阵（表3）可知，其结果与R型聚类分析元素组合特征基本相似。通过因子特征值统计及旋转后因子载荷矩阵参数统计（表4和表5），可识别出前4个因子特征值大于1，认为前4个因子已包含原始变量的大部分信息。其中，F1因子方差贡献率为28.979%，为研究区占主要地位的因子，主要元素为Au、As、Cu和Pb，次要元素为Zn，主要为中低温亲硫元素组合，是典型的中低温热液型金矿化指示元素；F2因子方差贡献率为11.183%，为工作区占次要地位的因子，主要元素为Ag和Mo，次要元素为Pb，为中低温元素和高温元素组合，推测与多期次热液活动有关；F3因子方差贡献率为9.438%，主要元素为W和Sn，为高温亲氧元素组合；F4因子方差贡献率为9.222%，主要元素为Bi。

综上所述，结合野外地质调查认识，初步分析认为：

（1）研究区经历了多期成矿热液活动，早期为较复杂的热液活动，从高温至低温元素均出现不同程度的异常；另一期与后期热液活动关系密切，从元素组合特征分析，以中低温热液活动为主，亲硫元素也在该期大量富集，由此认为该期热液活动为区内主要成矿期。

（2）从形成独立因子分析，Bi难以成矿或成矿规模相对有限，与其他元素未表现出相关性。

（3）初步确定全区元素组合如下：代表成矿期的元素组合为Au、As、Cu和Zn；代表早期较复杂的热液活动的元素组合为W、Mo、Pb和Ag。

3.3 单元素异常特征

运用迭代剔除法计算各元素背景值，取T=X+2S为理论异常下限，分别按照异常下限的1倍、2倍和4倍圈定异常外、中、内带。研究区主成矿元素为Au，与As元素套合较好，是金矿化的重要指示元素；Cu、Pb和Zn元素多以硫化物形式出现，与成矿作用关系密切，对区内寻找金矿具有指示意义；其他元素与主成矿元素的套合程度一般，指示意义不明显。

3.4 综合异常特征

根据元素组合特征，结合区域地质背景，在研究区共圈定5处综合异常，这些异常主要沿NW向韧性剪切带展布（图5）。AR-5号综合异常位于研究区中部，呈不规则状，异常面积为0.26 km²，异常元素组合为As、Cu、Au、Mo、W、Pb、Zn和Sb，各元素之间套合较好（图6和表6），其中，Au、As、Cu、Pb、Zn和Mo元素具有三级浓度分带和浓集中心。异常总体上以矿（化）体为中心，Cu元素峰值为673×10^-6，Pb元素峰值为1 089×10^-6，Zn元素峰值为1 179×10^-6，Au元素峰值为1 335×10^-9，As元素峰值为144.4×10^-6，Mo元素峰值为35.5×10^-6。

4 异常查证及找矿前景分析

4.1 查证情况

在AR-5号异常中通过地质填图、槽探施工等手段圈定金矿（化）体5条（表7），矿体长度为75~185 m，厚度为0.45~1.10 m，金品位为1.09×10^-6~15.60×10^-6，矿石类型为石英脉型金矿石（图7和图8）。其中，Au-3矿体长度为75 m，厚度为0.9 m，顶板围岩为大理岩，底板围岩为硅化大理岩，金平均品位为15.60×10^-6。矿石结构以粒状变晶为主，局部发育碎裂结构；矿石构造主要为块状，其次为稀疏浸染状；金属矿物组合为自然金、孔雀石、针铁矿、黄铁矿、毒砂和金红石等，大多呈星点状和微细脉状。金矿物赋存形式主要为裂隙金［图7（f）］，其次为包裹金［图7（g）］；脉石矿物由石英和绢云母等组成。矿化蚀变主要为硅化、毒砂化、赤铁矿化、黄钾铁矾化和孔雀石化等，其中硅化、毒砂化与金矿化密切相关。

4.2 找矿前景分析

（1）研究区位于白墩子—小西弓—前红泉韧性剪切带东部，是北山南带重要的金矿富集地段，近年来随着前红泉和小西弓金矿地质勘查工作取得新突破，显示出良好的区域找矿前景（杨镇熙等，2023）。实践工作表明，小西弓金矿带地表为石英脉型金矿，深部过渡为蚀变岩型金矿，且从地表向深部，具有矿体厚度增大、金品位升高的变化趋势。本研究新发现的金矿（化）体严格受韧性剪切带的控制，韧性剪切带是区内主要的导矿和容矿构造，韧性剪切带规模大，延伸稳定，具有良好的找矿前景。

（2）本研究共圈定以Au为主的综合异常5处，其中AR-5号异常元素组合为Au、As、Cu、Pb、Zn和Mo，异常规模大且强度高，浓集中心明显，对该异常进行重点检查，圈定出5条金矿（化）体，矿（化）体品位高，延伸稳定，具有良好的找矿前景。同时，由于查证力度不足，目前其他异常尚未发现工业品位矿体，但结合AR-5号异常找矿经验，认为其余异常也具有一定的找矿前景。

（3）区域研究表明，该韧性剪切带控矿系统具有垂向分带性，浅部以石英脉型为主，向深部渐变为蚀变岩型乃至糜棱岩型矿化（陈柏林等，2007；Chen et al，2021；杨伟等，2024）。研究区距离前红泉金矿15 km，平均海拔为1 368 m，前红泉金矿平均海拔为1 463 m，在同一构造剥蚀体系下，研究区剥蚀程度相对较低。目前发现的金矿化主要赋存在石英脉中，根据韧性剪切带型金矿垂向分带特征及相对剥蚀程度，认为研究区深部具有良好的成矿潜力。

（4）将本次发现的矿（化）点与前红泉、小西弓金矿床进行系统对比（表8）发现，三者不仅在控矿构造（韧性剪切带）、矿石类型（石英脉型）、金属矿物（自然金、黄铁矿、毒砂）及蚀变组合（硅化、毒砂化等）上表现出高度的相似性，而且其地球化学异常特征（Au-As-Cu组合）与成矿元素富集规律也高度一致，表明黑山头金矿点与区域大—中型金矿床很可能属于同一成矿系统，受同一构造—流体事件控制。前红泉金矿从异常查证到探明大型规模的过程表明，该成矿系统具有巨大的资源潜力。相比之下，目前黑山头地区勘查程度极低，地表已发现高品位金矿体且异常规模可观，其深部及周边未被工程控制的广阔区域，是寻找同类型、可能具规模价值金矿体的最有利地段。

5 结论

（1）采用1∶1万岩屑地球化学测量对1∶5万水系沉积物AS-13号综合异常进行查证，将其进一步浓缩为5处综合异常，其中Au元素异常规模大且强度高，浓集中心明显，具有较大的成矿潜力。

（2）对AR-5号异常开展槽探工程查证，初步圈定金矿（化）体5条，矿（化）体受韧性剪切带控制，矿石类型为石英脉型。与区域典型金矿床进行对比研究发现，黑山头金矿点的控矿构造、矿石类型、矿化蚀变和地球化学异常元素组合等特征，与区域上典型韧性剪切带型金矿床具有高度相似性，认为黑山头一带具有寻找规模达中型及以上韧性剪切带型金矿床的潜力，具备较好的找矿前景。

（3）本研究证实，1∶1万岩屑地球化学测量在北山剥蚀戈壁区查证效果明显，能够快速锁定异常，可作为土壤地球化学测量方法的有效补充。

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[34] Yang Zhenxi， Zhang Jing， Wang Xiaoqiang，et al，2024.Mineral geological survey report of 1∶50000 in Qianhongquan Heishan Beitan Area，Yumen City，Gansu Province ［R］.Jiuquan：Fourth Institute of Geological and Mineral Exploration of Gansu Bureau of Geology and Mineral Resources.

[35] 张晶，杨镇熙，陈世明，等，2024.甘肃北山南带发现前红泉大型金矿床（30.6 t）［J］.中国地质，51（4）：1443-1444.

[36] Zhang Jing， Yang Zhenxi， Chen Shiming，et al，2024.Discovery of Qianhongquan large gold deposit（30.6 t）in the South Beishan orogenic belt，Gansu Province［J］.Geology in China，51（4）：1443-1444.

[37] 赵吉昌，杨镇熙，陈晔，等，2021.甘肃北山 1∶5万前红泉等三幅矿产远景调查新进展［J］.地质找矿论丛，36（3）：366-372.

[38] Zhao Jichang， Yang Zhenxi， Chen Ye，et al，2021.New progress made from mineral resources potential survey of three sheets of Qianhongquan etc.in Beishan Mountain area at scale 1∶50000［J］.Contributions to Geology and Mineral Resources Research，36（3）：366-372.

基金资助

甘肃省省级自然资源领域科技创新与应用研究项目“甘肃北山前红泉金矿构造叠加晕及深部找矿预测研究”(202423)

甘肃省重点人才项目“甘肃北山南带韧性剪切带型金矿成矿机制、成矿规律及找矿方向研究”(2023RCXM04)

甘肃省重大专项计划项目“甘肃祁连山—北山重要矿集区金铜钨多金属矿成矿与增储示范”(26ZDFF001)

甘肃省省级基础地质调查项目“甘肃省玉门市前红泉—黑山北滩地区1∶5万矿产远景调查”(甘资财环〔2020〕28号)

甘肃省地质勘查基金项目“甘肃省玉门市前红泉金矿普查”(202301-D01)

甘肃省矿产资源勘查重点实验室开放课题“甘肃北山前红泉金矿剥蚀保存机制与深部找矿预测研究”(202507)