河南省欒川縣磨坪地區(qū)土壤地球化學(xué)特征及找礦預(yù)測

楊水旺，尚凱凱，王劍鋒，陳春景，喬海霞

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016)

0 引言

土壤地球化學(xué)作為一種重要的勘查地球化學(xué)方法，以基巖風(fēng)化為主的殘坡積物分布的地區(qū)，可以有效地圈定異常形態(tài)和規(guī)模，較好的反應(yīng)礦化蝕變情況，對找礦勘探工作的開展有著良好的指導(dǎo)作用，廣泛地用于找礦工作中(張善明等，2011；王巧玲等，2021；張宇等，2022)。研究區(qū)位于河南省欒川境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°19′02″～111°23′12″，北緯33°50′04″～33°54′28″。研究區(qū)位于華北陸塊成礦區(qū)，屬小秦嶺—豫西金鉬鉛鋅成礦帶，成礦地質(zhì)條件極為有利。2019—2021年在欒川磨坪地區(qū)開展1∶10000土壤地球化學(xué)測量工作，研究區(qū)圈定綜合異常8處，其中乙3類異常1個(gè)，通過對綜合異常的查證工作，評價(jià)了其找礦意義，為欒川磨坪地區(qū)下一步地質(zhì)勘查提供了地球化學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華北陸塊南緣，黑溝—欒川斷裂與馬超營斷裂之間，受區(qū)域性斷裂的控制影響，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜(王長明等，2005；朱曉冰，2015)(圖1)。

圖1 盧氏欒川地質(zhì)簡圖(據(jù)王長明等，2005修改)1—古近系；2—下古生界陶灣群；3—上元古界欒川群；4—中元古界熊耳群；5—中元古界管道口群；6—太古宇太華群；7—燕山期花崗巖；8—堿性花崗巖；9—礦點(diǎn)；10—地質(zhì)界線；11—斷層；12—研究區(qū)

區(qū)域出露的地層有太古宇太華群，蓋層自北而南主要為中元古界熊耳群、管道口群，上元古界欒川群和震旦系陶灣群。蓋層各組段地層均呈近東西向條帶狀展布，大多數(shù)為斷層接觸。(呂文德和孫偉志，2004)

區(qū)域巖漿活動(dòng)頻繁強(qiáng)烈，中基性—酸性巖均有出露；活動(dòng)方式表現(xiàn)為火山噴發(fā)(溢)和巖漿侵入。以黑溝—欒川斷裂帶為分界，北部區(qū)域出露主要為燕山期巖漿巖。燕山期是區(qū)域最重要的巖漿活動(dòng)期，呈巖株、巖瘤、巖墻、巖筒產(chǎn)出，形成了大小不等的巖體(群)。南部寬坪群內(nèi)大面積巖體侵入，主要為中細(xì)粒斑狀二長花崗巖的老君山巖體。老君山巖體內(nèi)后期侵入大量帶狀巖脈，主要有花崗巖脈、二長花崗巖脈及鉀長花崗巖脈等。

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)分布明顯受控于地質(zhì)構(gòu)造單元，主要分布于盧氏—欒川陸緣褶斷帶中。目前區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn))共十幾處(呂文德等，2005；段士剛等，2009；劉國印等，2007；胡昕凱等，2015；曹華文等，2013,2014,2016；徐令兵和劉國印，2021)。

據(jù)《河南盧氏—欒川地區(qū)鉛鋅銀礦評價(jià)成果報(bào)告》(呂文德等，2005)，與全國平均值相比，盧氏—欒川地區(qū)Au、Ag、Pb、Zn等元素總體平均含量高于全國平均值，具有較好的富集趨勢和較強(qiáng)的變異作用及后生地質(zhì)—地球化學(xué)作用疊加，具備較好的地球化學(xué)成礦條件，Ag、Pb、Zn、Au元素是盧氏—欒川地區(qū)的優(yōu)勢礦種(表1)。

表1 盧氏—欒川地區(qū)部分元素地球化學(xué)特征值表

2 土壤地球化學(xué)樣品采集與測試

2.1 點(diǎn)位布設(shè)及采集

在欒川縣磨坪研究區(qū)進(jìn)行1∶10000土壤地球化學(xué)測量，采用1∶10000規(guī)則測網(wǎng)(100 m×20 m)部署，測線方向?yàn)?°，測線間距100 m、點(diǎn)距20 m，土壤地球化學(xué)采樣面積15 km2，共采集樣品7191個(gè)。

2.2 樣品分析測試

樣品測試是由具有巖礦測試甲級資質(zhì)的“河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院”承擔(dān)。本次研究工作分析測試Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ba、W、Mo共11種元素。各元素檢出限及分析方法見表1所示。各個(gè)元素的分析精度符合土壤地球化學(xué)測試的規(guī)范要求。

注: M—總體平均含量；S—標(biāo)準(zhǔn)離差；CV—變異系數(shù)；K—濃集比率；KK—濃集克拉克值；A—沉積本底含量；ω(Au,Ag)/×10-9；ω(其它元素)/×10-6。

表2 研究區(qū)土壤地球化學(xué)測試各元素分析方法及檢出限

3 元素地球化學(xué)特征

3.1 元素主要地球化學(xué)參數(shù)特征

根據(jù)研究區(qū)1∶10000土壤地球化學(xué)測量全部樣品(數(shù)據(jù)7191個(gè))分析結(jié)果，各元素最高值、最低值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)離差、變異系數(shù)和富集系數(shù)等地球化學(xué)參數(shù)見表3，元素含量直方圖見圖2。

表3 元素主要地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

由圖2各元素含量(或豐度)分布直方圖可知，Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb元素呈對數(shù)正態(tài)分布，Pb、Ba、As元素呈偏對數(shù)正態(tài)分布。

研究區(qū)元素有以下3種情況：

(1)富集系數(shù)大而變化系數(shù)大的元素有Ag、Pb、Zn、W、Mo、As、Sb、Ba、Bi，表明這些元素在區(qū)內(nèi)整體具高背景—強(qiáng)富集分布且具分異—極強(qiáng)分異能力，其中Pb、Bi呈強(qiáng)富集、極強(qiáng)分異；Ag為富集、極強(qiáng)分異；Sb、Ba為富集、較強(qiáng)分異現(xiàn)象；Zn、Mo為高背景、較強(qiáng)分異現(xiàn)象；As為強(qiáng)富集、較強(qiáng)分異現(xiàn)象；W為富集、較強(qiáng)分異現(xiàn)象。Pb、Bi、Ag等元素在區(qū)域內(nèi)局部富集成礦的可能性大。

(2)富集系數(shù)較大而變化系數(shù)大的元素有Au，在區(qū)域內(nèi)整體呈背景狀態(tài)，但具有極強(qiáng)分異的特征，具有局部一定地質(zhì)條件下富集成礦的可能性。

(3)富集系數(shù)較小而變化系數(shù)較小的元素有Cu，表明該元素在區(qū)內(nèi)整體呈貧化狀態(tài)，且分異能力弱，成礦可能性較小。

圖2 元素含量(或豐度)分布直方圖注：ω(Au)/×10-9；ω(其他元素)/×10-6

3.2 元素相關(guān)組合特征

研究區(qū)11種元素(7191件樣品)R型聚類分析及因子分析，得到各元素之間的相關(guān)關(guān)系見圖3，因子分析組合特征見表4。

圖3 土壤地球化學(xué)測量元素R型聚類分析譜系圖

表4 土壤地球化學(xué)測量元素因子分析表

元素R型聚類分析相關(guān)系數(shù)(圖3)顯示除Ba外，其它元素有著較高度的相關(guān)性，在相關(guān)系數(shù)r=0.810的水平上，11種元素劃分為兩個(gè)簇群。第一簇群：Au、Zn、Sb、W、Mo、Bi、As、Cu、Pb、Ag；第二簇群：Ba。

研究區(qū)元素因子分析得各元素之間的組合關(guān)系(表4)：F1因子Au、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb、Pb、As；F2因子Ba；F3因子Ag、Pb、Sb、Zn；F4因子Pb；F5因子Cu。

根據(jù)研究區(qū)元素因子分析結(jié)果，結(jié)合土壤中元素R型聚類分析，可見元素Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb、Pb、As之間相關(guān)性較強(qiáng)，Ba與其他元素之間相關(guān)性較疏遠(yuǎn)。Au、Ag與Pb、Zn等是區(qū)內(nèi)主要成礦元素，元素或單獨(dú)成礦出現(xiàn)，或伴生出現(xiàn)，形成銀、金、鉛鋅礦(化)體；As、Sb、Cu、W、Mo、Bi可作為找金、銀鉛、鋅礦的間接指示元素。

4 異常下限的確定及異常圈定

4.1 異常下限的確定

研究區(qū)采用剔除迭代法求出區(qū)內(nèi)各元素異常下限。迭代法處理方法為：首先計(jì)算全區(qū)各元素原始數(shù)據(jù)的均值(X)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)，按大于X±3S的數(shù)據(jù)的條件剔除一批高值后獲得一個(gè)新數(shù)據(jù)集，再計(jì)算此數(shù)據(jù)集的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，重復(fù)第二步，直至無特高值點(diǎn)存在，求出最終數(shù)據(jù)集的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差(胡昕凱等，2022)。

計(jì)算的異常下限值只是一種參考，成圖異常下限值是根據(jù)計(jì)算值，結(jié)合元素地球化學(xué)圖或區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征最終確定(戴慧敏等，2010；張文博等，2022)(見表5)。

表5 研究區(qū)各元素地球化學(xué)平均值與異常下限

4.2 元素異常特征

使用原始數(shù)據(jù)繪制單元素異常圖，從Au、Ag與Pb、Zn等元素的地球化學(xué)異常圖可以看出，元素的分布與地層、構(gòu)造等具有一定的相關(guān)性(段士剛等，2010a，2010b)。

圖4 研究區(qū)元素地球化學(xué)異常圖1—第四系；2—陶灣群秋木溝組上段；3—陶灣群秋木溝組下段上層；4—陶灣群秋木溝組下段下層；5—陶灣群風(fēng)脈廟組上段；6—陶灣群風(fēng)脈廟組下段；7—陶灣群三岔口組；8—欒川群魚庫組；9—欒川群大紅口組；10—寬坪群四岔口組；11—寬坪群謝塆組；12—正長斑巖；13—輝長(綠)巖；14—花崗斑巖；15—地質(zhì)界線；16—斷層；17—研究區(qū)范圍；18—土壤地球化學(xué)采樣范圍

研究區(qū)中各元素地球化學(xué)空間分布呈不規(guī)則帶狀、小面狀、線狀及孤點(diǎn)狀。Au、Ag、Pb、Zn等元素多處高值區(qū)套合性較好。

Au元素濃集分布特征：Au元素高值區(qū)主要集中分布在秋木溝組下段(Pz1q1)絹云石英白云石大理巖中，多呈不規(guī)則帶狀、小面狀分布。少部分布在魚庫組(Pt3yk)石英大理巖中，呈小面狀分布。北部上院—?jiǎng)⒓仪f、前屹塔—?jiǎng)⒓仪f一帶高值區(qū)呈小面狀分布于秋木溝組下段(Pz1q1)絹云石英白云石大理巖中，高值區(qū)由礦化蝕變帶引起。中東部楊樹凹—楊柳樹溝一帶高值區(qū)呈近東西向帶狀分布于秋木溝組下段(Pz1q1)絹云石英白云石大理巖中，與F3斷層和2號礦化蝕變帶走向基本一致。東坡根—亂石垅一帶高值區(qū)呈小面狀分布于魚庫組(Pt3yk)石英大理巖中。高值區(qū)附近見3號礦化蝕變帶和F11斷層。南部東紅巖溝—廟底一帶高值場呈近東西向帶狀分布于秋木溝組下段(Pz1q1)絹云石英白云石大理巖中，與花崗斑巖(γπ)巖脈及礦化蝕變帶走向基本一致。

Ag、Pb、Zn、Cu元素濃集分布特征及地質(zhì)背景：Ag、Pb、Zn、Cu元素高值區(qū)呈不規(guī)則帶狀、小面狀、孤點(diǎn)狀分布于研究區(qū)多地，其中Ag、Pb面積大，規(guī)模更顯著。秋木溝組下段(Pz1q1)地層中高值區(qū)與礦化蝕變帶有關(guān)。魚庫組(Pt3yk)地層中Pb、Zn、Ag數(shù)值較高。北部前坪—?jiǎng)⒓仪f處大紅口組(Pt3d)粗面巖與秋木溝組下段(Pz1q1)絹云石英白云石大理巖接觸部位的F1斷裂帶附近Ag、Cu呈不規(guī)則帶狀分布，Pb、Zn呈小面狀分布；前屹塔—?jiǎng)⒓仪f一帶的秋木溝組下段(Pz1q1)地層中，Ag、Pb、Cu、Zn呈小面狀分布，由礦化蝕變帶引起。中部魚庫組(Pt3yk)與秋木溝組下段(Pz1q1)地層中，Ag、Pb、Zn呈不規(guī)則帶狀分布于青崗溝、楊樹凹及東坡根南一帶，Cu呈不規(guī)則帶狀分布于安家?guī)X莊、小面狀分布于楊樹凹及東坡根南一帶。南部Ag、Pb、Cu、Zn呈小面狀分布于六道叉—東紅巖溝、安家莊東、白云山南一帶的秋木溝組下段(Pz1q1)，高值區(qū)主要由礦化蝕變帶引起。Ag、Cu呈小面狀分布于下地西南秋木溝巖組上段(Pz1q2)與四岔口組(Pt2-3s)地層中。

4.3 綜合異常區(qū)圈定及異常特征

根據(jù)異常所處的地質(zhì)特征結(jié)合各元素異常之間互相重疊、關(guān)連現(xiàn)象，綜合考慮異常在地質(zhì)體中的位置、各元素異常濃集中心的吻合情況以及主要異常元素的規(guī)模，根據(jù)不同區(qū)域的差異及元素的相關(guān)組合特征的差異性等進(jìn)行綜合異常區(qū)圈定(張宇等，2022)，研究區(qū)共圈定了8處綜合異常。編號為HT-1～HT-8號。依據(jù)《土壤地球化學(xué)測量規(guī)范》(DZ/T0145—2017)，將研究區(qū)內(nèi)8個(gè)異常中HT-8劃分為乙3類異常，其余7個(gè)為丙類異常。對異常進(jìn)行評序排隊(duì)，在后續(xù)的化探異常查證可以有效的分清主次，提供找礦依據(jù)。

本次綜合異常評序采用規(guī)模指標(biāo)法，即求取綜合異常中各達(dá)到異常下限的元素規(guī)模累加之和作為評序值，然后依據(jù)評序值對綜合異常進(jìn)行定量評序。元素組合—規(guī)模表達(dá)式中前列若干元素的規(guī)模值累加，直至累加值占表達(dá)式中所有元素規(guī)模值之和的比例大于或等于70%為止，這些前列元素即為各綜合異常的特征元素組合。(表6)

表6 綜合異常組合特征表

5 找礦靶區(qū)圈定

根據(jù)異常的分類優(yōu)選出1個(gè)找礦預(yù)測靶區(qū)(HT-8異常區(qū))。該異常區(qū)出露的地層主要為下古生界陶灣群秋木溝巖組下段絹云石英白云石大理巖(Pz1q1)，區(qū)北部、中部均有東西向展布的花崗斑巖巖脈(γπ)出露。

異常區(qū)總體北東向展布，是一處異常元素組合較全、規(guī)模較大、局部元素套合較好的綜合異常。Pb異?？偯娣e0.122 km2，最高值30860×10-6，具內(nèi)、中、外三級濃度帶；Ag異?？偯娣e0.099 km2，最高值24.095×10-6，多具內(nèi)、中、外三級濃度帶；Au異常總面積0.089 km2，最高值65.3×10-9，多具內(nèi)、中、外三級濃度帶；Cu異?？偯娣e0.020 km2，最高值438.7×10-6；Zn異常面積0.032 km2，最高值886.1×10-6。Pb、Ag異常相對規(guī)模較大，多呈不規(guī)則狀；其它元素異常多呈小型面狀、小橢圓狀分布。

經(jīng)異常檢查和地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)一條礦化蝕變帶(K4)，地表由探槽LD01、LD03、LD12控制，為了驗(yàn)證礦(化)體深部延伸情況，經(jīng)綜合研究在402勘查線上施工1個(gè)鉆孔ZK4021，401勘查線上施工1個(gè)鉆孔ZK4011(圖5)。礦體主要賦存在秋木溝巖組下段大理巖中，沿構(gòu)造裂隙充填，見硅化、褐鐵礦化、方鉛礦化等，長約100 m，總體走向220°，傾向130°～150°，傾角40°～50°，礦體厚1.0～1.2 m，品位為Pb1.37%～2.13%。經(jīng)綜合研究分析，認(rèn)為該靶區(qū)是尋找Zn、Pb等多金屬礦產(chǎn)的有利地段(楊帆等，2015；郭海明等，2021)。

圖5 靶區(qū)1土壤地球化學(xué)測量綜合異常剖析圖注：ω(Au)/×10-9；ω(其他元素)/×10-61—第四系；2—陶灣群秋木溝組下段；3—花崗斑巖脈；4—地質(zhì)界線；5—靶區(qū)范圍及編號；6—老硐及編號；7—勘探線及編號；8—礦體及編號；9—見礦鉆孔；10—未見礦鉆孔

6 結(jié)論

(1)通過對磨坪地區(qū)1∶10000土壤地球化學(xué)測量，基本查明了該區(qū)Au、Ag、Cu、Pb、Zn等11種元素的分布特征和富集規(guī)律，共圈定1處乙類異常，7處丙類異常，為該區(qū)地質(zhì)找礦奠定了基礎(chǔ)。

(2)元素異常圖中顯示，Au、Ag、Pb、Zn元素異常發(fā)育，規(guī)模較大，強(qiáng)度較高，濃集中心比較明顯。研究區(qū)元素異常的發(fā)現(xiàn)，為區(qū)內(nèi)鉛鋅礦的發(fā)現(xiàn)提供了重要地球化學(xué)找礦信息。

(3)通過綜合分析，在研究區(qū)圈定一處找礦靶區(qū)，靶區(qū)內(nèi)地球化學(xué)異常顯著，濃集中心突出且各元素套合較好，具有較大找礦潛力，指明了該區(qū)下一步找礦工作方向。

注 釋

① 呂文德，宋要武，孫衛(wèi)志,肖中軍,曹月懷.2005 .河南盧氏-欒川地區(qū)鉛鋅銀礦評價(jià)成果報(bào)告[R].鄭州：河南省地質(zhì)調(diào)查院.