粵北南雄地區(qū)水系沉積物地球化學(xué)特征及找礦預(yù)測(cè)

虞 航，龐雅慶，祁家明，劉佳林，陳軍軍，張 闖

(1.中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中核集團(tuán)核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關(guān) 512000)

南雄地區(qū)位于南嶺中段諸廣山南麓、青嶂山北麓，行政區(qū)劃隸屬廣東省南雄市。研究區(qū)成礦帶區(qū)劃屬南嶺中段青嶂山礦集區(qū)西北部，成礦地質(zhì)條件良好，具有一定的找礦前景[1-2]。1993年，廣東省地礦局區(qū)調(diào)大隊(duì)對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了1∶200 000水系沉積物測(cè)量工作，但受當(dāng)時(shí)條件限制，地球化學(xué)測(cè)量的分析元素種類相對(duì)較少，研究程度相對(duì)薄弱，制約了化探找礦的深入展開。本文在南雄幅1∶50 000水系沉積物測(cè)量的基礎(chǔ)上，分析研究區(qū)主成礦元素及指示元素的元素變異系數(shù)規(guī)律、元素相關(guān)性及異常元素組合特征等，采用規(guī)范化方法對(duì)綜合異常區(qū)評(píng)序，并劃分成礦預(yù)測(cè)區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南雄地區(qū)所處南嶺中段青嶂山礦集區(qū)主要

位于地殼成熟度較高的粵北贛南加里東褶皺帶的南緣及其外側(cè)附近。從古構(gòu)造上，這一地區(qū)正是古華夏地塊西緣活動(dòng)帶，是構(gòu)造、巖漿長期活動(dòng)的地區(qū)，有利于鈾及多金屬的成礦。中生代發(fā)生大規(guī)模巖漿巖侵入事件及區(qū)域伸展構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成中間為北東向南雄盆地、兩側(cè)以印支-燕山期酸性巖漿巖為山體的盆-嶺構(gòu)造格局[3]。

研究區(qū)南部主要巖性為花崗巖及變質(zhì)巖，該地區(qū)巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈。研究區(qū)北部約占50%的面積由白堊紀(jì)南雄組(K2)紅色砂礫巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，屬內(nèi)陸湖泊相、山間盆相紅色復(fù)陸屑碎屑巖建造。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育3種構(gòu)造帶，以NE～NEE向構(gòu)造為主、其次為EW向構(gòu)造和NW向構(gòu)造(圖1)。

圖1 南雄地區(qū)地質(zhì)簡圖及水系沉積物地球化學(xué)綜合異常分布圖Fig.1 Geological map of Nanxiong area and geochemical anomaly distribution map of stream sediment

2 地球化學(xué)特征

2.1 地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

區(qū)內(nèi)1∶50 000 水系沉積物測(cè)量面積為448.43 m2，由于城鎮(zhèn)、水庫、地勢(shì)等因素影響，工作區(qū)仍有幾處未有采集點(diǎn)控制，各類采樣點(diǎn)1 778個(gè)，控制采樣面積407.43 km2。每個(gè)樣品分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、W、Sn、Mo、Cd、Co、Cr、Ni、U、Th、K、Be等20種主要成礦元素和指示元素的含量，分析方法采用以電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)為主的分析配套方案，全部樣品測(cè)試工作在中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成，各項(xiàng)指標(biāo)均按中國地質(zhì)調(diào)查局技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[4-8]。應(yīng)用中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所開發(fā)的化探數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)(Geochem Studio 2.0)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，對(duì)全部數(shù)據(jù)采用X±3S迭代剔除法統(tǒng)計(jì)全區(qū)各元素含量的平均值(X)、標(biāo)準(zhǔn)離差(S)和變異系數(shù)(CV)(表1)[9-11]。

表1 南雄地區(qū)水系沉積物地球化學(xué)參數(shù)Table 1 Geochemical parameter of stream sediment in Nanxiong area

注：CV1為未剔除異常值前的原始變異系數(shù)；CV2為剔除異常值后的變異系數(shù)；CV1/CV2為元素離散度

與中國水系沉積物系列平均值(即背景值)對(duì)比，研究區(qū)As、Ag、Cd、Pb、Bi、W元素的平均值略高，其他元素近似或偏低[12]。就平均值對(duì)比結(jié)果而言，僅能反映本區(qū)與地殼元素平均值的相對(duì)高低，并非代表該區(qū)所有元素的總體分布態(tài)勢(shì)，即平均值較低的元素在局部區(qū)段仍有相對(duì)富集的可能[13]。變異系數(shù)反映元素在測(cè)區(qū)內(nèi)的變異程度，一般認(rèn)為變異系數(shù)越大成礦希望越大，反之則越小，剔除特高特低值后，各元素變異系數(shù)多為不均勻或極不均勻分異(圖2)。變異系數(shù)(CV2)較大的有Cr、Co、Ni、 Cu、As、Ag、Cd、Sb、Au等元素，說明這些元素在區(qū)內(nèi)的背景起伏變化較大。元素離散度可采用剔除和未剔除特高特低值變化系數(shù)的比值來表示，離散度越大的元素越易存在局部活化富集。Bi、Mo、Sb、Pb、W、Au、Cu、Cd、Sn等元素原始變化系數(shù)相對(duì)較大，對(duì)應(yīng)離散度也較大，說明這些元素可形成局部富集[14-16]。結(jié)合本區(qū)成礦地質(zhì)背景[17-18]，認(rèn)為本區(qū)主要成礦元素為Bi、Mo、Pb、W、Au、Cu、Sn。

圖2 各元素變異系數(shù)解釋圖Fig.2 Variation coefficient interpretation chart of each element

2.2 元素相關(guān)性分析

應(yīng)用R型聚類方法[11]，分析區(qū)內(nèi)元素之間的相關(guān)程度(圖3)并探索元素組合與區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造背景的內(nèi)在聯(lián)系。將區(qū)內(nèi)20種元素劃分為4個(gè)簇群：1) Pb-Sb，與巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的低溫異常元素組合；2) U-Th，與多期次巖漿巖活動(dòng)或晚期巖脈密切相關(guān)的元素組合；3) Cr-Ni-Co-Zn-As-Mo-W-Bi-Cd-Cu，與深源物質(zhì)相關(guān)的、巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的高溫富集元素組合；4) Au、Hg與其他元素相關(guān)性較差，表明Au元素的遷移、富集規(guī)律明顯異于其他元素，具有獨(dú)立富集成礦的潛力。

圖3 南雄地區(qū)水系沉積物元素聚類分析譜系圖Fig.3 Cluster analysis of stream sediment element in Nanxiong area

2.3 因子分析

采用初始因子荷載矩陣法對(duì)20種元素進(jìn)行R型因子分析，累計(jì)方差貢獻(xiàn)值取大于70%，選取5個(gè)主因子，每個(gè)因子代表1個(gè)元素組合。F1因子是該區(qū)主要礦化因子，代表元素組合為Mo-Ag-Cd-Bi-W，其中W、Mo、Bi元素與高溫?zé)嵋何g變?cè)朴r化密切相關(guān)，易于在酸性花崗巖中富集，與贛南地區(qū)鎢鉬礦元素的組合、富集特征相同；F2因子代表元素組合為Cr-Co-Ni-Zn-As，其中Cr、Co、Ni屬于親鐵元素，在超基性巖和基性巖中共生，可指示區(qū)內(nèi)超基性巖和基性巖或深源物質(zhì)的存在；F3因子代表的組合為Pb-Sb，易在中酸性花崗巖中含量較高，可指示本區(qū)可能存在熱液活動(dòng)；F4因子代表的組合為U-Th，代表本區(qū)酸性富鈾、富釷侵入巖的存在；F5因子代表元素組合為K2O，其特征值和方差貢獻(xiàn)率不高，可指示該區(qū)中酸性巖漿巖巖體富鉀。

2.4 異常圈定及組合異常特征

對(duì)全區(qū)20種元素共1 727個(gè)樣品采用X和2S計(jì)算異常下限，Bi異常外、中、內(nèi)帶以異常下限的4、8、12倍圈定，Mo、Cd、Sn、W以異常下限的2、4、8倍圈定，其他元素以異常下限的1、2、4倍圈定。

依據(jù)元素組合特征，結(jié)合元素化學(xué)屬性，將區(qū)內(nèi)20種元素主要分為3種族組合元素：1) 與巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的低溫異常元素組合，Pb-Sb-Ag-Cu-Zn-Au；2) 與多期次酸性巖漿巖活動(dòng)或晚期巖脈密切相關(guān)的元素組合，U-Th-Be；3) 與巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的高溫富集元素組合，Mo-W-Bi-Cd-Sn。

3 綜合異常評(píng)序及解釋評(píng)價(jià)

3.1 綜合異常評(píng)序

結(jié)合區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件、元素組合、異常元素的相關(guān)性及套合程度，獲得8個(gè)地球化學(xué)綜合異常，其中甲類綜合異常3個(gè)、乙類綜合異常1個(gè)、丙類綜合異常4個(gè)，分別為HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb、HS1-甲2 Sb-Pb-Sn-Au-Mo-W-Cu、HS4-甲2 Bi-W-Be-Au-Mo、HS6-丙2 Bi-Mo-U-Sb-W-Sn-Be、HS8-丙2 Au-Pb-Ag、HS2-丙3 W-Mo-Sb-Ag-Bi-Sn、HS3-丙3 Cu-Zn-Au、HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu。根據(jù)面積(Aa)、平均襯度(Ac)、規(guī)格化面金屬量之和(ΣNAP)等地球化學(xué)異常特征參數(shù)，對(duì)圈定的各綜合異常進(jìn)行評(píng)序，并采用上述3個(gè)參數(shù)的規(guī)范化數(shù)據(jù)之和Σ對(duì)綜合異常進(jìn)行綜合定量排序(表2)。

3.2 重要綜合異常的解釋評(píng)價(jià)

1) HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb

該綜合異常位于測(cè)區(qū)西南部，面積為22.759 8 km2；異常區(qū)內(nèi)出露白堊系南雄組下亞段紫紅色淺紅色花崗質(zhì)砂巖、砂礫巖，印支期粗粒斑狀黑云母花崗巖，異常區(qū)南部出露燕山晚期花崗斑巖，區(qū)內(nèi)有近北東向區(qū)域斷裂構(gòu)造和近南北向和東西向次級(jí)斷裂構(gòu)造交錯(cuò)。

表2 南雄幅1∶50 000水系沉積物測(cè)量元素地球化學(xué)綜合異常評(píng)序表Table 2 Quantitative ranking scale of integrated anomaly by 1∶50 000 stream sediment survey in Nanxiong area

異常元素組合Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb，以Mo、Bi、Cu、W為主要異常元素，在空間分布上，Mo異常濃集中心與Bi、Cu、W、Cd、Sn、Zn等元素異常套合較好。Mo規(guī)格化面金屬量和值最高，為136.606 7。Mo異常下限為1.564 μg/g，Mo-9異常點(diǎn)數(shù)為22個(gè)，Mo含量平均值為21.352 μg/g，最大值為258 μg/g，Mo-11異常點(diǎn)數(shù)為2，Mo含量平均值為5.210 μg/g，最大值為8.010 μg/g；Bi異常下限為3.752 μg/g，Bi-4異常Bi含量平均值為41.367 μg/g，最大值為476.000 μg/g；Cu異常下限為28.24 μg/g，Cu-5異常Cu含量平均值為164.20 μg/g，最大值為951.00 μg/g。異常分布特征如圖4所示。

該綜合異常位于近南北向、北西向和近東西向交錯(cuò)的次級(jí)斷裂構(gòu)造帶上，燕山晚期花崗脈巖出露。以Mo、Bi、Cu、W異常為主，呈高溫元素組合特征。異常成因與W、Mo、Cu的成礦作用有關(guān)，異常范圍與已知棉土窩鎢、鉬、銅多金屬礦床吻合，外圍有一定的找礦潛力。

2) HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu

該綜合異常位于測(cè)區(qū)西南部，面積為10.992 3 km2；異常區(qū)內(nèi)出露印支期粗粒斑狀黑云母花崗巖和細(xì)粒二云母花崗巖，區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向區(qū)域性斷裂構(gòu)造。

異常元素組合Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu，以Bi為主要異常元素，在空間分布上，Bi異常濃集中心與Pb、Sn、Mo、W、Cu等元素異常套合較好。Bi異常分布面積大，異常強(qiáng)度高。Bi異常下限為3.752 μg/g，Bi-4異常點(diǎn)數(shù)為4，Bi含量平均值為20.423 μg/g，Bi含量最大值為62.400 μg/g；Pb異常下限為77.7 μg/g，Pb-5異常Pb含量平均值為351.0 μg/g，Pb含量最大值為857.0 μg/g，Pb-4異常Pb含量平均值為92.1 μg/g；Sn異常下限為19.93 μg/g，Sn-6異常Sn含量最大值為118.00 μg/g。異常分布特征如圖5所示。

該綜合異常位于北東向斷裂構(gòu)造帶上，燕山晚期巖體出露。以Bi、Pb、Mo異常為主，異常元素組合特征基本與HS5-甲1綜合異常一致，以高溫元素為主，且位于棉土窩鎢、鉬、銅多金屬礦床東側(cè)，具有較大的找礦潛力。

4 成礦預(yù)測(cè)區(qū)

依據(jù)地球化學(xué)異常特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探等資料[19-20]，選擇3片最有利成礦遠(yuǎn)景地段劃為找礦預(yù)測(cè)區(qū)，分別為棉土窩鉬、鎢、銅多金屬找礦預(yù)測(cè)區(qū)，鴉子寨-天瑤地鉬、鎢、鈾找礦預(yù)測(cè)區(qū)，全安銻、鉛找礦預(yù)測(cè)區(qū)。

其中，棉土窩鎢、鉬多金屬找礦預(yù)測(cè)區(qū)位于測(cè)區(qū)西南角，面積為39.00 km2，包含上述HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb和HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu兩片綜合異常。異常元素組合Mo-Bi-Cu-W、Bi-Pb-Sn-Mo-W均為高溫異常元素組合，受燕山晚期小巖體、斷裂構(gòu)造控制作用明顯。

5 結(jié)論

1) 單元素地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)研究表明，大多數(shù)元素變化系數(shù)為不均勻分異或極不均勻分異，其中Bi、Mo、Sb、Pb、W、Au、Cu、Cd、Sn元'素離散度較大，易形成局部富集。綜合分析認(rèn)為本區(qū)主要成礦元素為Bi、Mo、Pb、W、Au、Cu、Sn。

圖4 HS5-甲1綜合異常剖析圖Fig.4 Anatomic drawing of No. HS5-A1 comprehensive geochemical anomaly

圖5 HS7-乙3綜合異常剖析圖Fig.5 Anatomic drawing of No.HS7-B3 comprehensive geochemical anomaly

2) R聚類相關(guān)性分析和因子分析結(jié)果認(rèn)為，Pb-Sb相關(guān)性強(qiáng)，是與巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的低溫異常元素組合；U-Th相關(guān)性較強(qiáng)，是與多期次巖漿巖活動(dòng)或晚期巖脈密切相關(guān)的元素組合；Cr-Ni-Co-Zn-As-Mo-W-Bi-Cd-Cu相關(guān)性一般，是與深源物質(zhì)相關(guān)的、巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)的高溫富集元素組合；Au、Hg與其他元素相關(guān)性較差，但仍具有獨(dú)立富集成礦的潛力。

3) 根據(jù)面積、平均襯度、規(guī)格化面金屬量之和等地球化學(xué)異常特征參數(shù)，對(duì)圈定的各綜合異常進(jìn)行評(píng)序，并采用上述3個(gè)參數(shù)的規(guī)范化數(shù)據(jù)之和對(duì)綜合異常進(jìn)行綜合定量排序， HS5-甲1、HS1-甲2和HS4-甲2綜合異常位列前三。

4) 圈定3片最有利成礦遠(yuǎn)景地段劃為找礦預(yù)測(cè)區(qū)，分別為棉土窩鉬、鎢多金屬礦預(yù)測(cè)區(qū)，鴉子寨-天瑤地鉬、鎢、鈾找礦預(yù)測(cè)區(qū)和全安銻、鉛找礦預(yù)測(cè)區(qū)。

感謝中核集團(tuán)核工業(yè)二九〇研究所黃國龍研究員、曹豪杰研究員在該項(xiàng)目實(shí)施過程中給予的大力支持與幫助；感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所高艷芳研究員在化探數(shù)據(jù)一體化處理系統(tǒng)軟件應(yīng)用方面給予的幫助。