土壤地球化學(xué)測量在汝城縣蘊(yùn)坪礦區(qū)的找礦應(yīng)用

肖其鵬，肖 諄

( 湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南 長沙 410015 )

0 引言

湖南省汝城縣蘊(yùn)坪礦區(qū)位于湘桂復(fù)向斜的東緣，是贛湘粵桂古臺(tái)隆(華南造山帶)與華夏板塊兩個(gè)Ⅱ級構(gòu)造單元的接壤地帶，區(qū)域成礦條件極為有利，隸屬湘東南地區(qū)汝城—桂東成礦帶，區(qū)域內(nèi)進(jìn)行過較系統(tǒng)的化探工作，在汝城—桂東地區(qū)圈出了以W、Ag、Pb、Zn、Cu、As為主要元素組合的8個(gè)水系沉積物綜合異常[1]。由于以往所開展的地質(zhì)工作程度低，所取得的地質(zhì)找礦成果有限。本文試圖以在該區(qū)開展的1∶1萬土壤地球化學(xué)測量為依托，對礦區(qū)進(jìn)行土壤地球化學(xué)研究，分析礦區(qū)元素的分布、富集規(guī)律，圈定土壤地球化學(xué)異常并進(jìn)行靶區(qū)預(yù)測和工程驗(yàn)證，總結(jié)礦區(qū)找礦規(guī)律，為礦區(qū)下一步找礦工作提供依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)主要出露地層由老至新有下南華統(tǒng)天子地組(Nh1t)、中泥盆統(tǒng)跳馬澗組(D2t)和棋梓橋組(D2q)、上泥盆統(tǒng)佘田橋組(D3s)和錫礦山組(D3x)、下石炭統(tǒng)馬欄邊組(C1m)、上侏羅統(tǒng)白香帶組(J2b)及第四系(Q)(圖1)。其中泥盆系是礦區(qū)主要賦礦地層[2]。

礦區(qū)發(fā)育一NNE向倒轉(zhuǎn)向斜，該向斜位于田心—井水坳一帶。區(qū)內(nèi)主要見有兩組斷層，一組為NE走向，有F1、F2；另一組為NW向，有F3、F4、F5等。其中NE走向斷層F1、F2均為逆斷層，NW傾向，F(xiàn)1斷層位于礦區(qū)南東角，傾角47°～85°，斷層帶內(nèi)發(fā)育有構(gòu)造角礫巖，F(xiàn)2斷層位于礦區(qū)中部，傾角70°～88°，斷層帶內(nèi)部分地段方解石脈發(fā)育、巖石碎裂化。其余斷層為不明性質(zhì)斷層。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖未見發(fā)育。

2 土壤地球化學(xué)研究

2.1 樣品采集、加工和測試

根據(jù)野外地質(zhì)勘查，進(jìn)行100 m×40 m測網(wǎng)的土壤地球化學(xué)測量(圖1)，取樣對象為土壤B層，即黃色黏土層。共采集土壤樣品2875個(gè)，所有樣品曬干過40目篩后再粉磨至180目，送湖南省有色地質(zhì)勘查研究院測試中心，定量分析W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Hg、Au、Sb共12種元素。

圖1 蘊(yùn)坪礦區(qū)地質(zhì)及土壤地球化學(xué)測量點(diǎn)位分布圖

2.2 元素分布型式

對本區(qū)全部土壤樣品分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并作單元素含量分布直方圖(圖2)。

由圖2可知，各元素分布特征如下：

圖2 各元素含量直方圖

1)Ag、Au、Bi、Cu、Hg、Sn、W、Zn元素分布形式均近似服從正態(tài)單峰分布，其中Ag、Bi、Sn、W元素分布集中程度較高，分布范圍比較窄，離散程度相對較小，Au、Cu、Hg、Zn元素分布更離散，更易形成土壤地球化學(xué)異常。

2)As、Mo、Pb、Sb元素不服從正態(tài)分布，呈單峰分布。其中As、Sb元素向右邊高含量值區(qū)傾斜，Mo、Pb元素向坐標(biāo)低含量值區(qū)傾斜，這些元素分布范圍均較廣，離散程度也較高。表明這些元素參與了次生富集成暈作用及過程，在表生作用下易形成明顯的地球化學(xué)異常[3]。

2.3 元素含量特征

對礦區(qū)土壤地球化學(xué)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和富集系數(shù)等計(jì)算(表1)，除Cu、Hg外其他元素變異系數(shù)均大于1，富集系數(shù)均大于1，其中富集系數(shù)大于2的有As、Au、Bi、Hg、Mo、Pb、Sb、Sn、W等元素。礦區(qū)As、Au、Bi、Mo、Pb、Sb、Sn、W元素相對富集，變異系數(shù)較大，表明這些元素參與了次生富集成暈作用及過程，易形成土壤地球化學(xué)異常，對礦區(qū)找礦具有指示性意義[4]。

表1 土壤地球化學(xué)元素參數(shù)Table 1 List of geochemical soil element parameters

2.4 元素組合分析

地殼中元素之間存在各種聯(lián)系，單個(gè)元素異常并不能全面反映出這個(gè)元素的空間分布特征?；跀?shù)學(xué)地質(zhì)的理論和方法，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對12種元素進(jìn)行相關(guān)性分析、R型聚類分析和R型因子分析。該手段有助于進(jìn)一步了解元素間的共生組合規(guī)律和區(qū)域成礦特點(diǎn)[6]。

2.4.1 元素相關(guān)性

相關(guān)分析是度量兩個(gè)連續(xù)變量之間相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)分析方法，其相關(guān)系數(shù)是用于度量兩個(gè)變量之間線性相關(guān)程度和相關(guān)方向的指標(biāo)[7]。元素的相關(guān)性反映了兩種元素間的密切程度以及變化關(guān)系，具有相關(guān)性代表著兩種元素可能在成因和來源上有一定的關(guān)聯(lián)[8]。通過對礦區(qū)土壤樣品分析數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析(表2)，發(fā)現(xiàn)Ag-W-Sn-Bi、Cu-Sn、Pb-Zn相關(guān)性好，各元素之間明顯呈正相關(guān)，反映了主成礦元素的次生組合特征。Cu-Pb-Ag-Mo、As-Sb-Pb-Zn、Cu-Bi-Mo、Cu-W-Mo、W-Sn-Mo相關(guān)性較好，其余元素相關(guān)性較差。

表2 土壤地球化學(xué)元素相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix of geochemical soil elements

2.4.2 聚類分析

R型聚類分析是對變量進(jìn)行分類處理，揭示元素在成暈成礦過程中的聚合趨勢、成因聯(lián)系，從而了解元素及元素組合之間的親疏關(guān)系[9]。為進(jìn)一步了解不同元素之間地球化學(xué)行為的相似性，對土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析，得出聚類分析譜系圖(圖3)。由圖3可見，在相關(guān)系數(shù)取0.5時(shí)，可將12種元素分成四類：① Pb、Zn、Bi、W、Sn、Ag、Cu、Mo；② As、Sb；③ Au；④ Hg。這四類元素組合之間相關(guān)性較低，基本可以代表不同的成礦元素組合。結(jié)合測區(qū)地質(zhì)特征及相關(guān)性分析結(jié)果，認(rèn)為第①類元素組合基本代表了礦區(qū)成礦元素的次生富集組合特征，其中Pb、Zn、W為直接指示元素，Bi、Sn、Ag、Cu、Mo為間接指示元素[10]。

圖3 土壤地球化學(xué)元素R型聚類分析譜系圖Fig.3 Pedigree chart of R-type clustering analysis ofgeochemical soil elements

2.4.3 因子分析

因子分析是利用降維的思想，由研究原始變量相關(guān)矩陣內(nèi)部的依賴關(guān)系出發(fā)，把一些具有錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)綜合因子的一種多變量統(tǒng)計(jì)分析方法[11]。因此進(jìn)一步利用R型因子分析來研究區(qū)成礦元素的遷移、富集規(guī)律等成巖成礦特點(diǎn)。選用主成分方法和最大方差旋轉(zhuǎn)法，按照特征值>1和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率68.872%為閾值[12]，以絕對值大于0.5的因子載荷為標(biāo)準(zhǔn)，可提取3組因子(表3)。F1因子 (Ag-Bi-Cu-Mo-Sn-W) 方差貢獻(xiàn)率為38.2619%，是研究區(qū)土壤測量元素的主導(dǎo)因子，為中高溫元素組合，本元素組合與區(qū)內(nèi)構(gòu)造熱液活動(dòng)有關(guān)，能很好地揭示含礦斷裂構(gòu)造的可能存在位置；F2因子 (Pb-Zn) 方差貢獻(xiàn)率為19.7648%，中低溫元素組合，Pb與Zn元素關(guān)系密切，代表本礦區(qū)主要成礦元素的次生富集組合；F3因子 (Au-As-Sb) 方差貢獻(xiàn)率為10.8452%，為典型的低溫元素組合，推測其與構(gòu)造熱液活動(dòng)關(guān)系密切。

表3 正交旋轉(zhuǎn)因子載荷及各因子方差貢獻(xiàn)率Table 3 Orthogonal rotation factor load andvariance contribution rate of each factor

3 土壤地球化學(xué)找礦

3.1 背景值和異常下限的確定

本次研究采用迭代法計(jì)算各元素異常下限，具體為迭代法循環(huán)剔除原始數(shù)據(jù)中均值±3倍均方差外的值，不同元素分別經(jīng)過了3～6次迭代運(yùn)算后求取算術(shù)平均值作為背景值，再以均值+2倍均方差作為異常下限，在對異常下限進(jìn)行取整后，對于各元素異常采用異常下限的1、2、4倍劃分出異常外帶、中帶、內(nèi)帶三級濃度分帶(表4)。

表4 各元素背景值、異常下限值及濃度分帶值Table 4 Background value， anomaly lower limit and concentration band value of each element

3.2 單元素異常特征

由圖4可知，各元素在空間分布上存在較大差異，現(xiàn)分述如下：

圖4 蘊(yùn)坪礦區(qū)單元素異常圖Fig.4 Anomaly map of each element in Yunping mining area

1)Ag、Pb、Zn、W、Bi五個(gè)元素異常套合較好，異常主要分布在礦區(qū)中、南部，呈條帶狀NE走向，規(guī)模大，強(qiáng)度高，濃集中心和峰值明顯，均具三級濃度分帶特征，且異常均分布于泥盆紀(jì)地層中。其中南東部異常均受礦區(qū)構(gòu)造破碎帶控制，于構(gòu)造破碎帶密集或交叉處峰值和濃集中心明顯；其他處異常范圍小且分散。

2)Sn元素異常呈條帶狀NE走向貫穿礦區(qū)中部，規(guī)模大，強(qiáng)度高，濃集中心和峰值明顯，均具三級濃度分帶特征，分布于泥盆紀(jì)地層中。該兩元素異常與斷層F2延伸方向?qū)?yīng)較好，明顯受斷層F2控制。

3)Au、As、Sb三元素異常套合好，異常主要分布于礦區(qū)中部及南東角，呈不規(guī)則狀，規(guī)模較小，強(qiáng)度較小，濃集中心和峰值較明顯，均具三級濃度分帶特征，異常均受礦區(qū)構(gòu)造破碎帶控制，于斷層F2、F5和F1、F3交叉處峰值和濃集中心明顯，異常主要分布于泥盆紀(jì)地層中。

4)Mo元素異常主要分布于礦區(qū)中部及南部，呈條帶狀近NE向展布。異常規(guī)模較大，強(qiáng)度較高，濃集中心和峰值較明顯，具三級濃度分帶，異常主要分布于泥盆紀(jì)地層中，其中中部異常于斷層F2、F5交叉處顯示峰值和濃集中心，南部的異常中心展布方向與F2延伸方向?qū)?yīng)較好，受斷層F2控制。

5)Cu、Hg兩元素異常范圍小且分散，規(guī)模小，強(qiáng)度低，濃集中心不明顯，多呈單點(diǎn)異常。

3.3 綜合異常評價(jià)

根據(jù)各單元素的異常分布特征，圈出了3處綜合異常，編號為 AP1、AP2、AP3(圖5)。

圖5 蘊(yùn)坪礦區(qū)綜合異常圖Fig.5 Comprehensive anomaly map of Yunping mining area

AP1綜合異常：該異常位于礦區(qū)北部的下胡-留富巖一帶，異常面積約為1.31 km2，呈不規(guī)則狀近SN向展布，斷層F2、F5穿過該異常中心，異常中心與斷層吻合。該異常主要由W、Pb、Zn、Mo、Bi、Hg、Au、Ag、Sb、As元素組合而成，異常規(guī)模大，組合復(fù)雜，異常形態(tài)完整。主要成礦元素為Pb、Zn、W，且均達(dá)三級濃度帶，各單元素異常套合好，濃集中心明顯，襯度高，規(guī)模較大。其中W的異常面積大(0.45 km2)，峰值高(102.1×10-6)，平均值：15.22×10-6，襯度：3.04，規(guī)模：1.37；Pb的異常面積0.23 km2，峰值：1679.7×10-6，平均值：202.42×10-6，襯度達(dá)3.11，規(guī)模達(dá)：0.71，和W吻合相當(dāng)好；Zn的異常面積較小：0.15 km2，峰值達(dá)：3241.1×10-6，平均值：528.79×10-6，襯度：2.94，規(guī)模相對較?。?.43 ，但與W、Pb吻合較好。Au、Bi、Mo也具較大的異常面積、峰值、襯度和規(guī)模，且主要發(fā)育在Pb、Zn、W異常中，在此，Au、Bi、Mo是W、Pb、Zn的主要伴生元素亦可作為作為重要的指示元素。Hg、Ag、Sb、As異常面積較小，規(guī)模及強(qiáng)度也較小，但相互間有較好的套合，對主成礦元素具有一定的指示作用。

AP2綜合異常：該異常位于礦區(qū)中部的銅田一帶，異常面積約為0.41 km2，呈橢圓狀NE向展布。該異常主要由Pb、Ag、Zn、Hg、As、Sb元素組合而成，組合較簡單，濃度分帶明顯，異常中心突出，異常規(guī)模較大，但面積較小。主要成礦元素Pb具三級濃度帶，異常面積：0.24 km2，峰值高：7108.5×10-6，平均值達(dá)676.46×10-6，襯度達(dá)10.41，規(guī)模為2.47；Ag、Zn、Hg也具較大的異常面積、峰值、襯度和規(guī)模，同時(shí)具三級濃度分帶，且與主成礦元素Pb吻合相當(dāng)好，可以作為Pb的主要伴生元素；As、Sb異常面積較小，規(guī)模及強(qiáng)度也較小，但與其他元素有較好的吻合，對主成礦元素具有一定的指示作用。

AP3綜合異常：位于礦區(qū)東南角的田心一帶，呈近SN向展布，面積為0.89 km2，主要表現(xiàn)為Pb、Au、Sb、Ag、Zn、As、Hg組合，具明顯濃集中心，元素疊加較好，Pb、Au、Sb、Ag、Zn元素峰值分別達(dá)1531.8×10-6、102.3×10-6、66.85×10-6、1.51×10-6、672.7×10-6。該異常為中低溫元素組合異常。

3.4 靶區(qū)預(yù)測

由前述元素組合分析可知，Pb、Zn、W為礦區(qū)主成礦元素，Bi、Sn、Ag、Cu、Mo為間接指示元素。礦區(qū)地質(zhì)成礦背景條件和土壤地球化學(xué)異常特征顯示，土壤地球化學(xué)元素異常與斷層破碎帶關(guān)系密切，斷層破碎帶密集或交叉處是該區(qū)成礦有利地段。NE向主干斷層F1、F2和NW向斷層F3、F4、F5交叉處各元素顯示明顯的峰值和濃集中心，且各元素異常均分布于中泥盆統(tǒng)棋梓橋組的構(gòu)造破碎帶及層間破碎帶中，結(jié)合前人對桂東—汝城地區(qū)成礦認(rèn)識，認(rèn)為泥盆紀(jì)地層是礦區(qū)有利賦礦層位，NE向斷裂及NW斷裂交匯部位是成礦的有利部位。據(jù)此優(yōu)選出YP1、YP2、YP3三個(gè)找礦預(yù)測靶區(qū)(圖6)。

圖6 土壤地球化學(xué)測量靶區(qū)預(yù)測及工程驗(yàn)證圖Fig.6 The map of target area prediction of geochemical soil survey and engineering verification

YP1靶區(qū)：位于礦區(qū)北部的下胡-留富巖地段，面積1.25 km2，Pb、Zn、W元素異常套合程度高，濃集中心和峰值明顯。靶區(qū)內(nèi)主要出露泥盆紀(jì)地層，靶區(qū)內(nèi)發(fā)育有NE向F2和NW向F5斷裂構(gòu)造，其中NE向斷裂F2于靶區(qū)中部貫穿整個(gè)靶區(qū)，斷層走向與異常展布方向吻合較好，地質(zhì)成礦條件較好，預(yù)測靶區(qū)內(nèi)有較大的Pb、Zn、W礦成礦潛力。

YP2靶區(qū)：位于礦區(qū)中部的銅田一帶，面積0.37 km2，靶區(qū)出露地層為泥盆系，Pb、Zn元素異常套合好，均具三級濃度帶，濃集中心和峰值明顯。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，有NE向F2和NW向F4斷裂構(gòu)造，地質(zhì)成礦條件較好，預(yù)測靶區(qū)內(nèi)有較大的Pb、Zn礦成礦潛力。

YP3靶區(qū)：位于礦區(qū)東南角的田心一帶，面積0.43 km2，Pb、Zn元素異常套合程度高，濃集中心和峰值明顯。靶區(qū)內(nèi)主要出露泥盆系棋梓橋組、佘田橋組和錫礦山組，靶區(qū)內(nèi)發(fā)育有NE向F1和NW向F3斷裂構(gòu)造，其中NW向斷裂F3穿過異常中心，F(xiàn)1和F3斷層交匯處與靶區(qū)異常中心吻合較好，地質(zhì)成礦條件較好，預(yù)測靶區(qū)內(nèi)有較大的Pb、Zn礦成礦潛力。

4 工程驗(yàn)證

根據(jù)土壤測量異常、構(gòu)造帶及礦化出露情況，在3個(gè)找礦預(yù)測靶區(qū)內(nèi)開展1∶1000土壤地球化學(xué)剖面測量，土壤剖面樣品分析結(jié)果表明Pb、Zn、Ag異常的存在。在此基礎(chǔ)上，開展槽探(剝土)和鉆探工程對異常進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，YP1靶區(qū)中部的TC2槽探見0.16%的鉛礦化和1.5%的鋅礦體，后經(jīng)ZK11101號鉆孔進(jìn)一步驗(yàn)證見厚度為0.49 m，Pb+Zn的品位為1.83%工業(yè)鉛鋅礦(圖7)。YP2靶區(qū)北西部的TC10102槽探見Pb+Zn的品位0.81%～10.43%工業(yè)鉛鋅礦，后經(jīng)ZK10101號鉆孔進(jìn)一步驗(yàn)證見厚度為0.87 m，Pb的品位為2.46%、Zn的品位為1.72%工業(yè)鉛鋅礦。YP3靶區(qū)中部的ZK20301鉆孔見工業(yè)鉛鋅礦，厚度為0.65 m，Pb+Zn的品位為1.26%(圖6)。

圖7 地球化學(xué)-地質(zhì)剖面簡圖Fig.7 Geochemical and geological section map

綜合ZK10101、ZK11101、TC10102及TC2的見礦情況，在YP1和YP2靶區(qū)圈定工業(yè)鉛鋅礦體Pb-Zn-1，該礦體受NE向F2斷裂構(gòu)造控制，賦存于泥盆系棋梓橋組灰?guī)r中。礦體產(chǎn)狀100°～180°∠60°～72°，礦體產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀一致，局部地段受斷層影響產(chǎn)狀變化大，地表礦體延伸長大于2000 m，控制礦體斜深85～136 m，礦體平均厚1.26 m，Pb的平均品位為2.19%，Zn的平均品位為0.83%。礦石主要為鉛鋅礦石，具鐵錳碳酸鹽化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、硅化、重晶石化、絹云母化等蝕變特征。

根據(jù)ZK20301見礦情況，在YP3靶區(qū)圈定工業(yè)鉛鋅礦體Pb-Zn-2，該礦體受NE向F1斷裂構(gòu)造控制，賦礦圍巖主要為佘田橋組泥灰?guī)r。該礦(化)體為一盲礦體，主要通過鉆探工程驗(yàn)證化探異常時(shí)發(fā)現(xiàn)，揭露到鉛鋅礦(化)體厚0.72 m，礦體延伸長大于200 m，Pb的品位為1.01%，Zn的品位為0.25%。主要圍巖蝕變有鐵錳碳酸鹽化、碳酸巖化、黃鐵礦化、硅化。

5 找礦標(biāo)志

根據(jù)前述地球化學(xué)異常特征及礦區(qū)成礦地質(zhì)特征，總結(jié)出蘊(yùn)坪礦區(qū)鉛鋅鎢礦的地質(zhì)、地球化學(xué)找礦標(biāo)志：礦區(qū)內(nèi)鉛、鋅、鎢礦找礦指示元素為Bi、Sn、Ag、Cu、Mo等，異常規(guī)模大、濃度分帶好、濃集中心和峰值明顯、各元素套合程度高，且Pb、Zn、Ag濃集中心吻合的異常，其成礦條件最好；礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和泥盆紀(jì)地層發(fā)育的地區(qū)，成礦條件較好。

6 結(jié)論

1)對蘊(yùn)坪礦區(qū)土壤地球化學(xué)測量分析的12種元素進(jìn)行了組合分析，得出Pb、Zn、W為礦區(qū)主成礦元素，Bi、Sn、Ag、Cu、Mo為間接指示元素。

2)礦區(qū)內(nèi)Ag、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Bi元素異常強(qiáng)度大，分帶好，濃集中心和峰值明顯，異常范圍受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造破碎帶、泥盆紀(jì)地層等控制。

3)在礦區(qū)范圍內(nèi)圈定了3個(gè)找礦靶區(qū)，通過槽探及鉆探工程驗(yàn)證于YP1和YP2內(nèi)發(fā)現(xiàn)了Pb-Zn-1號鉛鋅礦體，在YP3內(nèi)發(fā)現(xiàn)了Pb-Zn-2號鉛鋅礦體，分別賦存于泥盆系棋梓橋組及泥盆系佘田橋組中，且均受斷層控制。泥盆紀(jì)地層及斷裂構(gòu)造破碎帶是蘊(yùn)坪礦區(qū)地質(zhì)找礦標(biāo)志，下一步找礦工作的重心應(yīng)落在泥盆紀(jì)地層以及斷裂構(gòu)造破碎帶上。

4)在礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩條鉛鋅礦體，表明土壤地球化學(xué)測量在蘊(yùn)坪礦區(qū)是一種有效的找礦手段，同時(shí)證明該方法在亞熱帶丘陵地貌、植被覆蓋率高、濕潤多雨地區(qū)可以取得良好的找礦效果，在下一步找礦工作中可以廣泛應(yīng)用。