豫西干樹金礦鉆孔原生暈地球化學特征及成礦預測

梁新輝 劉耀文 王 輝 黃 嵐 程蓓雷 張怡靜

（1.河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質礦產調查院，河南 洛陽 471023；2.生態(tài)與勘查地球化學應用工程技術研究中心，河南 洛陽 471023；3.自然資源部貴金屬分析與勘查技術重點實驗室，河南 洛陽 471023）

干樹金礦床位于豫西洛寧縣境內（東經111°32'55″～111°33'46″，北緯34°09'16″～34°11′32″），由河南省地礦局第一地質礦產調查院于20世紀80年代末勘探發(fā)現(xiàn)，與周圍上宮、虎溝、七里坪、西青崗坪金礦組成了上宮金礦田。上宮金礦田在全國“358”找礦突破戰(zhàn)略行動期間開展了“老礦山接替資源勘查”、“整裝勘查”等礦床深部勘查工作，新增備案金資源量60 t以上，上宮金礦田累計備案金資源量達到140 t以上，干樹金礦深部找礦取得重大突破是上宮金礦田深部勘查最重要的成果之一。

1989年，河南省地礦局第一地質礦產調查院通過開展填圖、槽探、鉆探工作，提交了干樹金礦床詳細普查報告，查明金金屬量1.6 t，后續(xù)勘查始終難以取得突破。深部勘查工作通過對礦區(qū)控礦構造傾向上的變化特征分析，避開了+900～+600 m標高之間的無礦段實施深部鉆探工程，見礦后布置鉆孔對礦體走向和傾向上進行追索，最終在深部發(fā)現(xiàn)了盲礦體，資源量達大型礦床規(guī)模。深部勘查工作開展期間，圍繞上宮金礦田深部礦床的研究取得了一些進展，對于進一步開展區(qū)域深部勘查找礦工作起到了一定的指導作用。如王曉輝［1］歸納了上宮金礦床地層、構造、巖漿巖三位一體的控礦機制，提出了3個典型的找礦標志［1］；宋凱等［2］以幔枝構造理論為指導分析了構造控礦特征，指出地幔熱柱多級演化溝通了深部通道，為礦床形成提供了充足的物源，重點找礦部位應為深大斷裂與拆離帶的交匯部位［2］；胡新露等［3］探討了金的遷移形式和沉淀機制，指出礦床成礦流體為中溫、中低壓、低鹽度、酸性、還原性的含碲流體，Au在流體中主要以AuHS的形式遷移，早階段到晚階段，成礦流體的溫度降低、HS?活度減小、氧逸度降低、pH升高，導致溶液中金的溶解度降低從而使金沉淀［3］；馮紹平等［4］通過對蝕變過程中常量元素遷移規(guī)律的探討，指出鐵白云石化、鉀長石化、絹云母化、綠泥石化與金礦化密切相關［4］；王俊德等［5］基于MapGIS軟件的空間分析功能，采用厚度品位權值數(shù)據(jù)，對劉秀溝Ⅳ、Ⅴ號礦脈礦體展布趨勢進行了預測，并指出了深部找礦方向［5］；梁新輝等［6］總結了礦體分段富集、構造疊加控礦、NE向構造礦體走向延長大于傾向等構造控礦特征，建立了礦床尺度的含礦流體運移成礦模式，闡述了干樹深部大型盲礦體的發(fā)現(xiàn)過程［6-7］。上述研究主要圍繞礦床構造控礦特征、圍巖蝕變、成礦機制、礦床成因等方面展開，對深部礦床地球化學特征的討論鮮有涉及。

深部勘查實施過程中，采取了大量的鉆孔原生暈樣品，高曉等［8］對83個鉆孔、8 378組原生暈數(shù)據(jù)（含以往勘查收集）的特征進行了研究，并通過micromine軟件初步建立了上宮金礦田的三維地球化學模型，并開展了局部的成礦預測［8］?？紤]到礦田尺度三維地球化學模型選取的鉆孔疏密不均、模型建立中對礦床控礦因素（斷裂帶）的關注不足等原因，模型對礦田內各個礦床的適用性及匹配程度有待進一步研究。本研究通過對上宮金礦田干樹金礦F1斷裂帶鉆孔原生暈特征進行研究，并通過對鉆孔原生暈的異常剖析，為后續(xù)找礦預測工作提供一定的依據(jù)。

1 礦床地質特征

1.1 區(qū)域地質背景

豫西熊耳山地區(qū)是河南省著名的金、銀、多金屬生產基地。該區(qū)處于華北板塊南緣，熊耳山隆斷區(qū)，結晶基底為太古宇太華群片麻巖，蓋層為中元古界熊耳群火山巖、官道口群白云巖；區(qū)域斷裂構造發(fā)育，主要為近EW向的馬超營斷裂、NE向的七里坪—康山斷裂、焦園斷裂；燕山期巖漿活動頻繁，出露花山、五丈山等花崗巖體及一些小的斑巖體、爆破角礫巖體等，成礦地質條件非常優(yōu)越，形成了上宮、干樹構造蝕變巖型金礦床、祁雨溝、店房爆破角礫巖型金 礦床、鐵爐坪銀鉛鋅礦床、雷門溝鉬礦床等［1-2］（圖1）。

1.2 礦區(qū)地質特征

礦區(qū)地層總體上呈EW向展布，出露地層從老到新依次為熊耳群的許山組、雞蛋坪組、馬家河組，互為整合接觸，地層總體南傾，傾角40°左右。許山組、馬家河組巖性主要為安山巖類，雞蛋坪組巖性有紫紅色流紋巖、英安巖夾小杏仁安山巖、粗安巖及火山碎屑巖等，熊耳群許山組下段與下伏的太華群地層為角度不整合接觸。NE向的F1（七里坪—康山斷裂其中一段）為礦區(qū)主要的斷裂構造，斷裂帶寬數(shù)十米至上百米，傾向NW，傾角55°～68°。斷裂帶由碎裂巖、構造角礫巖、絹英巖化安山巖、斷層泥等組成，斷層性質主要表現(xiàn)為扭性、張性、壓扭性構造活動的多次疊加改造。礦區(qū)內巖漿活動形成了一些淺成相的巖脈及超淺成次火山相侵入體，鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)有角閃石英二長巖、閃長巖等脈巖分布，另外，構造頂?shù)装甯浇写位鹕綆r相的玄武安山巖分布。

1.3 礦床地質特征

金礦床的產出嚴格受斷裂構造控制，礦體主要賦存于F1斷裂帶內。根據(jù)斷裂帶內構造巖類特征及礦化情況將F1斷裂分為Ⅰ（近底板帶）、Ⅱ（中間帶）、Ⅲ（近頂板帶）3條構造蝕變帶，共圈出不同規(guī)模的礦體53條，其中以Ⅰ7礦體規(guī)模最大。Ⅰ7礦體為深部勘查發(fā)現(xiàn)的盲礦體，埋深+512～1 210 m，走向長1 892 m，最大延深637 m，向北東側伏，側伏角約40°。礦體形態(tài)呈似板狀、大脈狀，平均走向55°，平均傾向325°，平均傾角 62°。礦體厚度0.53～5.66 m，平均1.91 m，Au品位（0.32～53.94）×10-6，平均5.14×10-6。

1.4 礦床成礦機制

熊耳山地區(qū)金礦床形成機制可以概括為：上地幔和深部地殼中大量的金等成礦元素，隨著基性火山噴發(fā)和海相沉積作用分布于太華群及熊耳群地層中，后經與多期構造熱事件有關的區(qū)域變質、巖漿活動，金等成礦物質發(fā)生活化、遷移、再分配，并局部富集，經燕山期重熔花崗巖漿活動形成巖漿期后熱液或成礦流體，在有利的儲礦構造空間（引張空間）充填沉淀富集成礦，屬于中—低溫巖漿期后熱液作用形成的構造蝕變巖型金礦床。該礦床成礦時代研究主要集中在燕山中晚期，也存在一些分歧，部分學者將礦床成礦時代擴展至印支期［5，9-13］。

2 樣品采集、測試

本研究原生暈樣品采集自干樹金礦F1斷裂第10#～82#勘探線共20個鉆孔。對每個鉆孔由地表向深部連續(xù)取樣，圍巖取樣基本間距為10 m，構造蝕變帶加密采樣間距至2 m左右，共采集原生暈樣品3 017件。樣品由河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質礦產調查院化驗室分析測試，分析的元素為Au、Ag、Pb、Zn、As、Cu、Ba、Mn、W、Mo、Sb、V、Hg共13種，分析測試儀器采用光柵光譜儀（WPG-100、80080）、雙道原子熒光光度計（XDY-3）。

3 原生暈數(shù)據(jù)分析

為詳細分析原生暈數(shù)據(jù)各個元素之間的相關性、親疏程度，對各元素進行分類處理，本研究利用SPSS軟件對原生暈樣品元素進行相關性分析、R型聚類分析?？紤]到構造蝕變巖型金礦床成礦流體的運移及影響范圍僅限于斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶，與成礦過程有關的地球化學信息在斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶體現(xiàn)也更為明顯，本次在采集的3 017件原生暈樣品中剔除了圍巖樣品后，僅對1 175件斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶中的樣品進行數(shù)據(jù)分析。

3.1 數(shù)據(jù)KMO和Bartlett’s球度檢驗

對該組數(shù)據(jù)進行KMO和Bartlett's球度檢驗，KMO檢驗值接近0.6，相關性尚可；Bartlett's球度檢驗Sig.值為0，小于顯著性水平0.05，拒絕Bartlett's球度檢驗的零假設（表1）。因此認為這組數(shù)據(jù)具有一行相關性，適合進行因子分析。

注：“df”代表自由度；“Sig.”代表顯著性

3.2 相關性分析

利用SPSS軟件對該組數(shù)據(jù)進行相關性分析，得出了各元素之間的相關系數(shù)矩陣（表2）。從相關系數(shù)矩陣表中可以看出，除了Ba、Mn以外，其他元素與主成礦元素Au均呈現(xiàn)正相關關系，但是僅Ag、Cu、Hg 3種元素與Au的相關系數(shù)大于0.25，相關性略強，其他元素與Au的相關性較差；與礦山可回收的伴生元素Ag相關性較好的元素是Hg，相關系數(shù)達到0.569；Pb與Zn、As、Cu具有一定的相關性；As和Mo、Mn和V具有一定的相關性。礦床內不存在與主成礦元素相關性很強的元素，所有元素相互之間的相關系數(shù)均小于0.6，或許是礦床多期次成礦的又一佐證。

3.3 聚類分析

利用SPSS軟件對該組數(shù)據(jù)進行R型聚類分析，得出聚類分析譜系圖（圖2）。以距離15為限，可將該組數(shù)據(jù)13個元素分為4個族群：第1群包括Ag、Hg、Cu、Au，為中、低溫元素組合，同時包含了成礦元素Au、伴生元素Ag以及與Au相關性較強的指示元素Hg、Cu，該群元素與成礦元素關系最為密切；第2群為Pb、Sb、Zn、Ba、W，包含了中、低溫元素及高溫元素，反映多金屬硫化物礦化的元素組合；第3群為Mn、V，二者具有較強的相關性，但與成礦關系不大；第4群為As、Mo，同樣與成礦關系不大。聚類分析得出的結果與上述相關性分析結果基本一致，同樣反映出礦床具有多期次成礦的特征。

4 原生暈軸向分帶序列

4.1 原生暈軸向分帶序列確定

研究礦床原生暈的軸向分帶序列，對于判斷礦體的剝蝕程度、埋深以及深部延伸情況具有一定的作用［14］。本研究采用格里戈良分帶指數(shù)法確定干樹金礦礦床原生暈的軸向分帶序列，首先選取代表性較強的26#線剖面，該剖面采樣鉆孔分布標高作為4個中段，分別為+585 m、+442 m、+300 m、+180 m中段。首先計算各中段線金屬量，并將線金屬量數(shù)值進行標準化處理。隨后應用分帶指數(shù)公式求出各元素在不同中段的分帶指數(shù)值，見表3。分帶指數(shù)量大值所在中段就是該元素在垂直分帶中的位置，初步得到一個由淺到深分帶序列：（Ag、Hg）→（Au、As、W、V）→（Cu、Mn、Mo、Sb）→（Pb、Zn、Ba）。

注：下劃線數(shù)據(jù)即為各元素分帶指數(shù)最大值。

由于同一中段同時出現(xiàn)兩個以上元素分帶指數(shù)最大值，為確定其在分帶序列中的確切位置，應用分帶指數(shù)的變異性指數(shù)G及變異性指數(shù)梯度的差值ΔG來進一步確定。

首先用變異性指數(shù)G確定處于最上中段及最下中段中初步確定的元素序列的確切位置。Ag、Hg同處于最上中段，本研究計算的各元素的變異性指數(shù)為：G(Ag)=23.618 3，G(Hg)=30.145 6，G(Hg)＞G(Ag)，變異性指數(shù)G值越大排序越靠上，因此確定以上兩個元素由淺至深的順序為Hg→Ag。按照同樣的方法確定處于最下中段Pb、Zn、Ba由淺至深的順序為Zn→Pb→Ba。

其次用變異性指數(shù)梯度的差值ΔG確定中間兩個中段元素序列的確切位置。Au、As、W、V同處于第二中段，計算各自的變異性指數(shù)梯度差值ΔG=G下-G上（G下、G上分別為向下的變異性指數(shù)、向上的變異性指數(shù)），ΔG(Au)=7.807 7，ΔG(As)=21.902 8，ΔG(W)=-67.778 1，ΔG(V)=164.818 7，ΔG越大的元素排序越靠上，因此確定這4個元素由淺至深的順序為V→As→Au→W。按照同樣的方法確定處于第三中段Cu、Mn、Mo、Sb由淺至深的順序為Sb→Mn→Mo→Cu。

通過以上分析、計算，最終得到干樹金礦26#線原生暈軸向分帶序列（從淺到深）為Hg→Ag→V→As→Au→W→Sb→Mn→Mo→Cu→Zn→Pb→Ba。

4.2 原生暈軸向分帶序列討論

李慧等［15-16］總結出了我國典型金礦床指示元素分帶序列為B-As-Hg-F-Sb-Ba（礦體前緣及上部）→Pb-Ag-Au-Zn-Cu（礦體中部）→W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-Ti（礦體下部及尾暈）。將以上確定的干樹金礦26#線原生暈軸向分帶序列與典型分帶序列進行對比，存在局部的一致性，但總體差別比較大。指示元素As、Hg出現(xiàn)在成礦元素Au之前與典型分帶序列相符。近礦暈元素Ag出現(xiàn)在前緣暈元素As之前，近礦暈元素Cu、Zn、Pb出現(xiàn)在尾暈元素Mo、W之后，前緣暈元素Ba出現(xiàn)在序列的最后，軸向分帶序列出現(xiàn)前緣暈、尾暈、近礦暈元素的疊加，軸向分帶序列較為復雜，具有多期疊加成礦的特點。近礦暈元素Cu、Zn、Pb及前緣暈元素Ba出現(xiàn)在序列最后，尾暈元素W出現(xiàn)在中部，呈現(xiàn)出明顯的“反分帶”特征，預示著礦脈向深部還有很大的延深或者有第二個隱伏礦體存在。實際上，干樹金礦各勘探線上鉆孔控制的礦體向深部均未封閉，這與原生暈軸向分帶討論的結論是一致的。

5 原生暈分布特征及成礦預測

首先根據(jù)勘探線剖面圖，用各鉆孔揭露到的F1斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶的中點位置標高以及該位置的平面坐標，投影至F1斷裂帶得到垂直縱投影圖。將各個鉆孔F1斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶中每種元素的原生暈數(shù)值取平均值，用均值代表該鉆孔各元素在垂直縱投影圖上的原生暈數(shù)值。采用Kring泛克里格法將數(shù)據(jù)網格化，應用Section軟件的等值線功能生成了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Hg、Mo 8個元素在縱投影圖上原生暈分布的等值線圖，如圖3所示。

由圖3分析可知：

（1）Au異常范圍略大于礦體分布范圍，但總體一致，形成3個明顯的濃集中心，異常范圍自10#～42#線向深部發(fā)散；Cu異常范圍總體低于礦體分布范圍，異常最高值位于礦體深部，異常范圍自01#～42#線向深部有升高趨勢。上述相關分析說明Cu與成礦元素Au相關性最強，根據(jù)Au、Cu的異常分布范圍及趨勢，同時考慮到北東方向的燕山期花山花崗巖體在礦床成礦中具有的重要作用，預測礦體向深部仍有延伸趨勢且向北東側伏。

（2）Ag在26#線+600 m標高附近形成濃集中心，+300 m標高向深部略有升高的趨勢。作為礦床主要回收的伴生組分，Ag分布特征與Au差別很大，可能與Ag在礦體與非礦體部位數(shù)據(jù)浮動較大而總體均值較低有關。

（3）As、Pb、Mo具有類似的分布特征，均在已知礦體中心部位形成一個濃集中心，3種元素分別是金礦典型分帶序列中的前緣暈元素、近礦暈元素、尾暈元素，反映了礦床多期疊加成礦的特點，高溫元素Mo含量向深部降低，也說明礦體向深部仍有很大的延深。

（4）Zn與Pb具有完全相反的分布特征，在已知礦體中心部位形成一個負異常中心，而在無礦的66#線西側形成濃集中心，可能與該礦床中Pb、Zn元素并非密切共生有關。74#線、82#線鉆孔雖不見礦，向深部、淺部也無其它工程控制，極強的Zn異常說明在已揭露斷裂帶的深部或者淺部仍有很大的找礦潛力。

（5）Hg作為金礦典型分帶序列中的前緣暈元素，在已知礦體部位形成了一條負異常帶，向深部、淺部均具有升高的趨勢。向淺部升高符合前緣暈元素的變化特征，向深部升高反映了原生暈的疊加，預測礦體深部仍有很大延深。

（6）將F1斷裂深部-1 000～0 m標高、上宮41#線至干樹66#線作為一個預測單元。計算上宮、干樹已知礦體的平均厚度為1.48 m，Au平均品位為5.34×10-6，0 m標高至地表已探明區(qū)域的含礦系數(shù)為54%，已知礦體的礦石平均密度為2.71 t/m3，由以上數(shù)據(jù)預測的單元內金資源量為52.56 t（表4）。

6 預測可靠性驗證

深部勘查過程中，在F1斷裂帶深部近北東側、06#勘探線附近布設了一個孔深2 000 m的深部鉆孔（縱投影圖上大致位置見圖3），這也是熊耳山地區(qū)設計單孔孔深最大的鉆孔，深部鉆孔顯示出了良好的見礦效果（表5、圖4）：鉆孔揭露的F1斷裂位于-495～-562 m標高，斷裂帶共圈出了4層礦體或礦化帶（達到邊界品位為礦體，達到1/2邊界品位為礦化帶），其中Au單樣品位最高2.21×10-6，Ag單樣品位最高 30.10×10-6，Pb 單樣品位最高 1.70×10-2，Zn單樣品位最高1.27×10-2；另外在F1斷裂帶及其頂?shù)装宕渭墧嗔褞е谐霈F(xiàn)多層礦體或礦化帶，其元素組合由中淺部單一的Au礦化變?yōu)锳u-Ag-Pb-Zn-Cu多金屬礦化。特別是在-226 m標高附近，揭露一層2.01 m厚的Au-Ag-Pb-Zn-Cu多金屬礦體，Au單樣最高品位2.60×10-6，Ag單樣最高品位2 550×10-6，Cu單樣最高品位1.16×10-2，Pb單樣最高品位14.50×10-2，Zn單樣最高品位15.52×10-2。

7 結 論

（1）F1斷裂帶及頂?shù)装逦g變帶原生暈樣品相關性分析、聚類分析表明，各元素相互之間的相關系數(shù)均小于0.6，反映了礦床經歷多期次成礦作用。Ag、Hg、Cu與Au關系最為密切，可以作為地球化學找礦的指示元素。

（2）采用格里戈良分帶指數(shù)法確定礦床原生暈的軸向分帶序列為Hg→Ag→V→As→Au→W→Sb→Mn→Mo→Cu→Zn→Pb→Ba，對比金礦典型分帶序列差別較大，反映礦床多期疊加成礦的特點；明顯的“反分帶”特征，預示著礦脈向深部還有很大的延深或者有第二個隱伏礦體存在。

（3）通過對垂直縱投影圖上原生暈等值線圖的分析，預測礦體向深部仍有很大的延深、且向北東側伏，在F1斷裂深部0～-1 000 m標高、上宮41#線至干樹66#線預測金資源量52.56 t。北東側的深部工程顯示出了良好的見礦效果，揭露了多層礦體或礦化帶，證實了礦體向F1斷裂帶深部繼續(xù)延深，同時發(fā)現(xiàn)深部元素組合由中淺部單一的Au礦化變?yōu)锳u-Ag-Pb-Zn-Cu多金屬礦化，說明本研究成礦預測結果較為可靠。

注：Au、Ag單位為（×10-6）。