岩屑地球化学测量是一种采集岩石碎屑的测量方法，适用于基岩出露较差和岩石碎屑发育的地区，特别是干旱荒漠区和森林覆盖区。岩屑地球化学是地质矿产勘查工作的重要技术手段（张义等，2005；张玉鹏等，2022），在甘肃、内蒙古、黑龙江和新疆等地区的找矿工作中得到了广泛应用。近年来，甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院运用岩屑地球化学测量方法在甘肃北山盐池黑山南金矿（刘永彪等，2022）、小冰沟铅锌矿（叶红刚等，2014）和前红泉金矿（杨镇熙等，2023）开展了地质找矿工作，找矿效果显著。

破城山东铜金矿位于甘肃北山干旱荒漠戈壁残山区（Dai et al.，2020），基岩出露中等。由于该地区气候干旱，岩石风化以物理风化为主，化学风化和生物化学作用十分有限，使得地表岩石碎屑发育，适合开展岩屑地球化学测量（冯治汉等，2002；徐仁廷，2006）。1988年，甘肃省地质矿产勘查开发局酒泉地质矿产调查队在该区开展过1/5万区域地质调查，建立了破城山一带地层层序，重新厘定了寒武系破城山组，首次采集到大量的三叶虫和腕足类化石，并对各期次侵入岩的性质和岩石化学特征进行了分析研究，初步了解了岩体与成矿作用之间的关系，查清了区域断裂系统与各组断裂的相互关系，指出近EW和NE向断裂与成矿关系密切（赵恩厚等，1988）。2009—2011年，甘肃省地质调查院在该区开展了1/5万矿产地质调查工作，研究了侵入岩与成矿之间的关系，结果表明晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩对金成矿十分有利，并通过1/5万水系沉积物测量工作，圈定了2处以金、铜为主的综合异常（王建军等，2012）。然而，对于破城山一带水系沉积物测量所圈定的金、铜综合异常，目前尚未开展详细的查证工作，导致对该区域的矿产分布规律和找矿方向的认识仍不清晰。

为进一步查明破城山东铜金矿找矿前景，基于以往研究工作，选择破城山东作为研究对象，开展了1/1万岩屑地球化学测量，并进行了1/1 000岩屑剖面及探槽工作，深入剖析了破城山东的地质地球化学特征及成矿规律，以期为该地区后续矿产勘查工作提供明确的找矿思路和方向。

破城山东铜金矿区大地构造位置处于天山—兴蒙造山系（Ⅰ），额济纳—北山弧盆系（Ⅰ-9），公婆泉岛弧（Ⅰ-9-4）（图1），划属破城山—玉石山金银（铜铅锌）叶腊石成矿亚带（陈毓川等，2006）。区域内出露地层主要有太古宇—古元古界敦煌岩群、长城系古硐井群、蓟县系平头山组、寒武系破城山组、石炭系白山组、三叠系珊瑚井组、侏罗系水西沟组、新近系苦泉组和第四系（王磊等，2015；黄博涛等，2023）。区内岩浆活动十分强烈，与金成矿关系密切，形成了众多金矿床（江思宏等，2006），如南金山金矿、南金山南金矿和盐池黑山南金矿等（刘永彪等，2022）。区域构造复杂，构造线方向为近EW向，对各类矿床具有明显的控制作用。

研究区出露地层由老到新为长城系古硐井群（ChG）、三叠系珊瑚井组（Ts^）、第四系全新统（Qh ^apl ）。长城系古硐井群（ChG）岩性以绿泥石英片岩、绢云石英片岩、大理岩和石英岩为主，是区内重要的含矿地层；三叠系珊瑚井组（Ts^）为一套灰绿、紫红色河湖相磨拉石建造，岩性为复成分砾岩、含砾砂岩及岩屑砂岩；第四系为冲洪积砾石和砂土层（刘永彪等，2023）。区内侵入岩较发育，主要为晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩，呈岩株或岩枝状产出，近EW向展布，明显受区域构造控制，岩体内普遍发育弱—中等程度韧性剪切变形，见旋转碎斑和细粒化等变形组构。区内褶皱和断裂非常发育，褶皱构造线呈EW向，受后期断裂破坏明显；断裂划分为EW、NEE和NW向3组，其中EW向断裂最为发育，与总体构造线一致，控制着区内地层和岩体的展布，F₃断裂是重要的导矿和容矿构造，F₄断裂是长城系古硐井群与三叠系珊瑚井组的分界（图2）。

样品采集参照《地球化学详查规范》（DZ/T 0353-2020）。研究区按照100 m×40 m的网度进行样品采集，在矿化蚀变地段采样网度加密为100 m×20 m，样品由地表采样点周围点线距的1/3范围内的3~5处岩石碎屑组合而成，采样粒级为2~20 mm，共采集岩屑样品888件，采样密度为277.5个/km²，重复样34件，重复样占比为3.83%。

根据研究区成矿地质背景，以及以往地球化学工作，确定分析元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、W、Sn和Mo，样品测试工作由甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院完成。其中，Cu、Zn、Mo、W、Pb和Au元素采用ICP-MS电感耦合等离子体质谱法测定；Sb和As元素采用原子荧光法测定；Sn和Ag元素采用发射光谱法测定。样品分析质量合格率大于95%，各元素报出率均大于98%，精密度和准确度的合格率为100%。

对研究区888件岩屑样品的原始数据进行统计分析，求得各元素最小值、最大值、均值、变异系数和标准离差等地球化学参数，详见表1。由表1可知，变异系数（Cv）大于2的元素有Cu、Mo、W、Pb、As、Sb、Ag和Au，表明分异显著；富集系数（Kk）大于1.5的元素有Cu、Mo、W、Pb、As、Ag和Au，表明这些元素具有强富集程度，元素迁移程度明显。研究区地球化学特征显示，Cu、Mo、W、Pb、Ag和Au是成矿有利元素，具有形成地球化学异常的可能。其中，Au和Cu元素富集趋势更加明显，成矿潜力较大。

（1）R型聚类分析

R型聚类分析是对采集样品的变量聚类，从样品数据中了解元素与元素之间的亲疏关系，对分析元素进行分类处理，揭示研究区地质成矿作用与地球化学元素的聚合趋势及成因联系（袁和等，2017；何旺等，2019；苏艺怀等，2021；刘永胜等，2023）。利用GeolPAS软件进行R型聚类分析，综合考虑区内地质特征和各元素地球化学异常分布特征，以R型聚类分析中相关系数0.5为界，成矿元素可划分为5组（图3），分别是Mo-As-Sb-Ag、Au-Pb-Zn、Sn、Cu和W，后3组元素单独为一类，与其余元素相关性较弱。Mo-As-Sb-Ag为低、高温元素组合；Au-Pb-Zn为低中温元素组合；Cu元素显示成矿的独立性。

（2）相关性分析

利用GeolPAS软件对研究区样品数据进行相关性分析（表2），可以看出，Au与Pb、Zn、Mo、As、Ag元素具有较强的正相关性（相关系数为0.201~0.635），Ag与Cu、Zn、Mo、Pb、As元素具有较强的正相关性（相关系数为0.349~0.626）。结合研究区成矿地质背景，初步认为Au元素富集成矿与多期次的后期热液叠加改造相关（姚宾宾等，2018），Cu与Ag元素具有较强的正相关性（相关系数为0.357）。

（3）单元素异常特征

单元素异常图采用GeolPAS绘制，按照异常下限值的1倍、2倍和4倍划分为3个浓度带，勾绘异常外带、中带和内带。异常下限计算公式可表示为Ca=X¯+2S₀（X¯为背景值，S₀为标准离差）。

根据研究区地球化学背景、相关分析、R型聚类分析和单元素异常等特征，将空间上密切相伴的元素异常叠加在一起，并以该异常最外边界线（最低浓度线）手绘综合异常线，归并为一个综合异常（李欢等，2019）。研究区1/1万岩屑测量工作圈定以Au元素为主的综合异常3处，以Cu元素为主的综合异常1处，编号分别为Ay-1、Ay-2、Ay-3和Ay-4（图2），Au和Cu为该区主成矿元素，异常规模大、高值点多，异常浓集中心明显，且浓集中心呈带状产出，地球化学晕与矿化带对应较好，成矿潜力较大。主要综合异常特征（表3）如下：

Ay-3综合异常：异常面积达0.48 km²，异常走向近EW向，呈椭圆状。异常元素组合为Au、Cu、Pb、W、Mo、As、Sb、Zn和Ag，元素套合好，Au、Ag、As、Sb和Pb元素均具有内、中、外三级浓度分带。Au元素浓集中心清晰，Au元素峰值大于1 000×10^-9，Ag元素峰值大于10 000×10^-9，Cu元素峰值为1 209×10^-6，Pb元素峰值为1 036×10^-6（图4）。经查证，该综合异常由金矿体引起。

Ay-4综合异常：位于研究区南东侧，异常面积为0.35 km²，呈椭圆状，沿近EW向展布，与断层走向一致。异常元素组合为Cu、Au、W、Ag、As、Sb、Pb和Mo（图5），主成矿元素为Cu，其中Cu、Au、Ag、As、Sb和Mo元素均具内、中、外三级浓度分带，Cu元素浓集中心清晰，峰值大于10 000×10^-6。

根据1/1万岩屑测量圈定的Ay-3和Ay-4综合异常，结合研究区成矿地质背景，分析异常组合及其展布方向，垂直异常展布方向稀疏布置槽探工程揭露，发现金矿体1条、铜矿体2条。金矿体长度为340 m，厚度为2.23 m，金平均品位为4×10^-6，矿体产状为2°∠73°，金矿石类型为蚀变花岗闪长岩型，矿石矿物为黄铁矿、方铅矿、毒砂和自然金，脉石矿物为石英和长石等。金矿石围岩蚀变强烈，具有黄铁绢英岩化、硅化、赤褐铁矿化、方铅矿化和碳酸盐化等［图6（a）、6（b）］，具有蚀变岩型金矿特征。铜矿体长度为240~400 m，厚度为2.05~2.17 m，铜平均品位为0.66%~1.11%，矿体产状为357°∠69°，铜矿石类型为石英脉型，矿石矿物为孔雀石、铜蓝和黄铜矿［图6（c）、（d）］，脉石矿物为石英和绢云母。

研究区大地构造位置处于额济纳—北山弧盆系，公婆泉岛弧。成矿带位于磁海—公婆泉Fe-Cu-Au-Pb-Zn-Mn-W-Sn成矿带，该成矿带内主要分布有蚀变岩型金矿、石英脉型金矿和斑岩型铜矿，代表性金矿有金窝子金矿（中型规模）、南金山金矿（中型规模）和南金山南金矿（小型）等，金成矿时代主要为印支期。

破城山东位于磁海—公婆泉Fe-Cu-Au-Pb-Zn-Mn-W-Sn成矿带的北缘，金矿化赋存于长城系古硐井群与晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩接触带，近EW向断裂是重要的控矿构造，次级断裂为成矿热液提供了容矿空间，同时也决定了矿化强度以及矿体的空间定位。通过对比分析破城山东晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩与长城系古硐井群中金含量发现，糜棱岩化花岗闪长岩中金平均含量（3.94×10^-9）是长城系古硐井群中金平均含量（1.61×10^-9）的2.45倍，说明糜棱岩化花岗闪长岩可能是金成矿的重要矿源。

区域上金窝子金矿产于花岗闪长岩中（Yu et al.，2020），受张性断裂控制，已发现160余条含金石英脉，金矿体长达数十米至数百米，厚度为0.1~8.4 m，延深可达500 m以上（牛亮等，2014）。金窝子金矿形成时代为印支期。研究区内金成矿与岩浆作用关系密切，通过与区域上相同类型的金窝子金矿的成矿作用、矿床类型进行对比研究（Chen et al.，2021），初步认为本区金成矿期为印支期。

研究区金成矿具有一个明显的特征：分布在晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩与长城系古硐井群接触带附近（图7），受近EW向断裂控制。近EW向挤压断裂破碎带及其次级断裂为含矿热液活动提供了空间场所，含矿热液在上升、运移过程中萃取了糜棱岩化花岗闪长岩中以金为主的有用组分，在运移至地表浅部或构造裂隙后，由于压力减小、温度降低和围岩条件变化，使得热液中的Au元素在构造裂隙等有利空间中沉淀析出，充填交代形成蚀变和矿化，多期蚀变和矿化叠加形成了中—低温热液蚀变岩型金矿。

区域上金矿床成因类型主要为中—低温热液型，工业类型有石英脉型和蚀变岩型。区域内EW和NE向断裂是主要的控矿和容矿构造；SN向断裂规模较小，主要分布于岩体中，对矿体具有破坏性。从破城山东金矿化与岩体的空间关系分析，成矿类型主要是分布在岩体中的石英脉型和分布在接触带中的蚀变岩型。

根据区域成矿地质背景和研究区成矿地质条件，区内主攻矿种为金和铜，矿床成因类型为蚀变岩型和石英脉型，以Au和Cu为主成矿元素的1/1万岩屑测量综合异常区是找矿有利地段。晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩是金成矿的重要矿源，近EW向断裂及其次级断裂为成矿流体的运移提供了有利空间及场所。综合认为，研究区晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩呈大面积出露，为金成矿提供了良好的条件，区内具有较好的金、铜矿找矿前景，今后应重点加强在糜棱岩化花岗闪长岩与长城系古硐井群接触部位，沿走向继续寻找蚀变岩型金矿，并对已发现且未圈闭的金、铜矿体开展探槽工程揭露，同时对研究区圈定的Ay-1和Au-2综合异常进行详细查证，以期发现新的矿（化）体。

（1）研究区开展了1/1万岩屑测量，通过R型聚类分析和相关分析发现，Au元素与Pb、Zn、Mo、As、Ag元素的相关性较强，而Cu元素显示出独立的成矿性。区内圈定了以Au和Cu为主成矿元素的综合异常4处，重点对Ay-3和Ay-4综合异常进行查证，发现金矿体1条，铜矿体2条，显示出岩屑地球化学方法应用于甘肃北山干旱荒漠区是切实可行的，具有良好的找矿效果。

（2）对破城山东铜金矿成矿地质条件和成矿规律的研究表明，金矿化赋存在长城系古硐井群与晚志留世糜棱岩化花岗闪长岩的接触带，近EW向断裂控制着金矿化的展布，铜矿化赋存在EW向分布的石英脉中。成矿类型为蚀变岩型金矿和石英脉型铜矿。

（3）研究区具有较好的金、铜矿找矿前景，今后应重点加强在糜棱岩化花岗闪长岩与长城系古硐井群接触部位寻找蚀变岩型金矿。