河南秧城一帶金礦預(yù)查區(qū)土壤地球化學(xué)測(cè)量樣品采樣層位、加工粒級(jí)對(duì)比研究

王東曉

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 信陽(yáng) 464000)

0 引言

桐柏山—大別山地區(qū)地處中國(guó)亞熱帶和暖溫帶的地理分界線(秦嶺—淮河)上，屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，北亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，為濕潤(rùn)半濕潤(rùn)中低山景觀區(qū)[1]。該地區(qū)以往開展水系沉積物及土壤測(cè)量樣品加工粒級(jí)為-60目，礦區(qū)土壤測(cè)量樣品加工粒級(jí)均按照1∶5萬(wàn)和1∶20萬(wàn)水系沉積物測(cè)量(土壤測(cè)量)的樣品加工粒級(jí)使用，而該地區(qū)山區(qū)土壤覆蓋較淺，多為0～30 cm，僅在山麓及第四系覆蓋較厚，為避免丟失較大粒級(jí)土壤元素含量信息，尋求土壤中Au、Ag等元素最佳的富集層位和富集粒級(jí)，本文以大別山北坡秧城一帶金礦預(yù)查工作為基礎(chǔ)，進(jìn)行土壤元素富集層位、粒級(jí)試驗(yàn)[2]，探討適合該區(qū)域的土壤樣品采樣層位和篩選粒級(jí)，圈出清晰的元素地球化學(xué)異常。

1 地質(zhì)概況

桐柏山—大別山地區(qū)處于華北地臺(tái)與秦嶺造山帶結(jié)合部位。以明(港)—固(始)斷裂帶為界，北部為華北地臺(tái)南緣，南部為秦嶺造山帶東延的桐柏—大別造山帶。兩大地質(zhì)單元在長(zhǎng)期的地質(zhì)歷史時(shí)期，經(jīng)歷了俯沖、碰撞、匯聚、拼貼等多種類型、多期的地質(zhì)作用，營(yíng)造了有利的成礦地質(zhì)條件，形成了豐富的礦產(chǎn)資源，是河南省重要的成礦區(qū)帶之一[3]，也是我國(guó)一個(gè)重要的金銀銅鉬多金屬礦產(chǎn)基地[4]。

秧城一帶金礦預(yù)查區(qū)位于大別山北坡，屬秦—祁—昆成礦域(I2)，秦嶺—大別成礦省(東段)(II-7)，大別Mo-Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Fe-螢石-金紅石成礦帶(III-2)，薄刀嶺Ag-Au-Pb-Zn成礦亞帶(III-2-①)[5]。該區(qū)中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，大的花崗巖基和中酸性小巖體共存，既有深成相，也有淺成相、超淺成相和噴發(fā)相，時(shí)代從早白堊世的中性巖開始，到晚白堊世的酸性巖結(jié)束[6]。侵入巖主要分布在桐柏—商城斷裂兩側(cè)及以南地區(qū)，陸相火山巖主要分布于龜(山)—梅(山)斷裂兩側(cè)及以北地區(qū)。

河南省已發(fā)現(xiàn)的金礦主要為巖漿熱液成因礦床[7]，大別山地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)金礦成礦均為燕山期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，其形成時(shí)間主要集中145～118 Ma之間，形成巖漿熱液型礦床①。其中中酸性小巖體是該區(qū)金銅、銅(鉬)、鉬等礦床主要含礦巖漿熱液來(lái)源。該區(qū)巖漿熱液型金礦明顯受構(gòu)造控礦作用明顯，以脆性鏟式斷裂為主，成礦類型為構(gòu)造蝕變巖型和石英脈型[8]。目前該成礦帶已發(fā)現(xiàn)有泌陽(yáng)縣月兒灣小型金礦、界嶺金礦、光山縣油榨金礦等。

預(yù)查區(qū)內(nèi)出露地層主要為早古生界二郎坪群大栗樹組(Pz1d)、張家大莊組(Pz1z)和劉山巖組(Pz1l)[9]；巖漿巖占預(yù)查區(qū)總面積的65%以上，主要為早古生界馬畈序列、早白堊世馬鞍山花崗巖及脈巖；斷裂構(gòu)造主要為近EW向、近SN向及NE向，以脆性斷裂為主(圖1)。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣點(diǎn)布設(shè)與采集方法

預(yù)查區(qū)隸屬河南省羅山縣周黨鎮(zhèn)和光山縣馬畈鎮(zhèn)管轄，為大別山山前低緩丘陵區(qū)，屬于我國(guó)中東部濕潤(rùn)半濕潤(rùn)中低山景觀區(qū)，面積36.27 km2。在預(yù)查區(qū)已知金礦化地段內(nèi)，選擇39線、49線、50線做3條土壤試驗(yàn)剖面，在剖面上定位土壤試驗(yàn)樣品采樣點(diǎn)22處，同一采樣點(diǎn)按不同深度層位采集土壤樣品。

樣點(diǎn)布設(shè)：3條土壤剖面均垂直礦(化)體方向，每條土壤剖面首先在礦(化)體上確定取樣中心點(diǎn)，依次在此點(diǎn)東西兩側(cè)20 m、40 m、60 m、80 m、100 m處取樣，根據(jù)實(shí)際地形盡可能取至金地球化學(xué)低背景及正常場(chǎng)。

采樣方法：在采樣點(diǎn)土壤垂向截面上，從地表至深部依次在B層、C層采集樣品，編號(hào)為采樣點(diǎn)加B、C(表1)。C層只取一個(gè)樣品，B層視厚度不同，采集1～3個(gè)樣品，具體為：B層厚度小于30 cm，只取一個(gè)樣品，編號(hào)為采樣點(diǎn)加B；B層厚度介于30～60 cm，在B層上部、中下部各取一個(gè)樣品，編號(hào)為采樣點(diǎn)加B1、B2；B層厚度大于60 cm時(shí)，在B層上部、中部、下部各取一個(gè)樣品，編號(hào)為采樣點(diǎn)加B1、B2、B3。樣品介質(zhì)粒度主要為-10目以下粒級(jí)，以保證原始樣重量約為2 kg。

該試驗(yàn)采集B、C層樣品共計(jì)50件。其中B層樣品計(jì)29件(B、B1、B2、B3分別為17、5、5、2件)，C層樣品21件。采樣深度一般B層小于60 cm，大多能采至C層樣品；少量B層厚度大于60 cm，實(shí)際采樣時(shí)不易采到C層樣品。

圖1 秧城一帶地質(zhì)及剖面位置示意圖(地質(zhì)底圖據(jù)河南省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，2018)Fig.1 Geological sketch map and section location of Yangcheng area1—第四系黏土層 2—張家大莊組 3—片麻狀花崗巖 4—片麻狀閃長(zhǎng)巖 5—斜長(zhǎng)角閃巖 6—絹云斜長(zhǎng)片巖 7—花崗斑巖脈8—石英斑巖脈 9—閃長(zhǎng)玢 10—石英脈 11—構(gòu)造角礫巖 12—金礦化體 13—金礦體及編號(hào) 14—實(shí)測(cè)地質(zhì)界線 15—糜棱巖帶 16—剖面位置及編號(hào)(含采樣點(diǎn))

表1 土壤剖面、樣點(diǎn)、層位及樣品數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical table of soil profiles，samples，stratigraphic positions and sample numbers

2.2 試驗(yàn)樣品加工與測(cè)試

樣品加工：樣品風(fēng)干揉碎后，樣品全量過(guò)篩進(jìn)行加工。五層套篩由上至下依次疊放10目、20目、40目、60目、80目樣篩及托盤，分別截取-10目～+20目、-20目～+40目、-40目～+60目、-60目～+80目、-80目等5個(gè)粒級(jí)的介質(zhì)。每個(gè)介質(zhì)粒級(jí)為1個(gè)樣品，分別進(jìn)行編號(hào)，即層位樣品編號(hào)后加-1、-2、-4、-6、-8，分別對(duì)應(yīng)-10目～+20目、-20目～+40目、-40目～+60目、-60目～+80目、-80目等5個(gè)粒級(jí)。

抽取50線部分樣品稱取5種不同粒級(jí)重量，經(jīng)統(tǒng)計(jì)和全部篩樣過(guò)程中觀察，單個(gè)樣品5個(gè)粒級(jí)樣重所占比例大致為：-10目～+20目約占30%，-20目～+40目約占17%，-40目～+60目約占17%，-60目～+80目約占6%，-80目約占30%；+10目粒級(jí)剩余少量、未參與比例計(jì)算。由此可見，粗粒級(jí)和細(xì)粒級(jí)樣重所占比重較大，為接近中間3個(gè)粒級(jí)樣重的總合。

3個(gè)剖面22個(gè)采樣點(diǎn)50件樣品，每件樣品5個(gè)粒級(jí)，共計(jì)分析250件試驗(yàn)樣品。每件試驗(yàn)樣品分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Mo、As、Sb、Bi十項(xiàng)元素，共計(jì)分析2500個(gè)數(shù)據(jù)。

3 樣品各粒級(jí)元素含量特征

3.1 各粒級(jí)元素含量分配特征

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按不同粒級(jí)統(tǒng)計(jì)其元素平均值及分值，以研究各粒級(jí)元素含量分配特征，分析對(duì)比不同粒級(jí)元素富集程度。分值統(tǒng)計(jì)方法：依據(jù)5種不同粒級(jí)的元素平均值由大到小取值，最大者分值取5，次之分值取4，依次降低分值取3、2、1。計(jì)算總得分為同一粒級(jí)10種元素分值之和，總得分由大到小進(jìn)行排序，最高者排序?yàn)?、依次為2、3、4、5。全區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的元素平均值及分值列表2。

表2 土壤試驗(yàn)樣品中元素平均值及分值表(樣品數(shù)50件)Table 2 List of average values and scores of elements in soil test samples (50 samples)

注：元素量單位為wB/10-6,其中w(Au)/10-9。

從表2五種不同粒級(jí)總得分及排序結(jié)果可以看出：元素主要富集粒級(jí)為-10～+20目，其次富集粒級(jí)為-40～+60、-60～+80目；-80目粒級(jí)元素富集較弱，-20～+40目粒級(jí)元素富集最弱。其中，Au、Ag、Pb、As、Bi主要富集于粗粒級(jí)的-10～+20目中，其次在-20～+40、-40～+60目中富集；Cu、Zn、Sb相對(duì)富集粒級(jí)為-80、-60～+80目；W、Mo主要在-40～+60、-20～+40目較粗粒級(jí)中富集。由此可見，元素主要富集于粗粒級(jí)的-10～+20目中。

3.2 各粒級(jí)元素含量直觀對(duì)比分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按不同粒級(jí)制作元素含量曲線，直觀對(duì)比分析元素富集的粒級(jí)。5種不同粒級(jí)的10種元素含量對(duì)比曲線：計(jì)算同一粒級(jí)同一元素同一采樣點(diǎn)B(含B1、B2、B3)層和C層樣品的平均值，依此平均值作5種不同粒級(jí)同一元素含量對(duì)比曲線(圖2)。

圖2 Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-Bi-Mo-W元素不同粒級(jí)含量對(duì)比曲線Fig.2 Contrast curve diagram of Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-Bi-Mo-W contents in different grain sizes

由圖2可見：

1)各元素相對(duì)富集粒級(jí)：Au相對(duì)富集粒級(jí)為-10～+20、-40～+60目、-60～+80目；Ag、As相對(duì)富集粒級(jí)為-10～+20、-20～+40、-40～+60、-60～+80目；Cu、Zn差異不大，相對(duì)富集粒級(jí)為-40～+60、-60～+80、-10～+20、-80目；Pb相對(duì)富集粒級(jí)為-10～+20、-20～+40目；Mo、Bi相對(duì)富集粒級(jí)為-10～+20、-40～+60目、-20～+40；W富集粒級(jí)為-20～+40目、-40～+60目；Sb相對(duì)富集粒級(jí)為-10～+20、-80目、-60～+80。

2)5種不同粒級(jí)元素在總體層位富集或降低的趨勢(shì)：Cu、Zn、As、Bi一致程度最高；Au、Ag、Pb、Sb、Mo一致程度較高；W一致程度相對(duì)較差。

4 試驗(yàn)樣品各層位元素含量特征

4.1 10種元素在B層、C層含量對(duì)比

作同一元素在B層、C層平均值含量對(duì)比曲線，以直觀比較元素在不同層位的變化趨勢(shì)(圖3)。B層取值：B層只取一個(gè)樣品時(shí)，取該樣品5種粒級(jí)元素含量平均值；若取有多個(gè)樣品(B1、B2、B3)，則計(jì)算多個(gè)樣品5種粒級(jí)元素含量平均值。C層取值：取該樣點(diǎn)C層樣品5種粒級(jí)元素含量平均值。

由圖3可見，Au、Pb、W、Mo在C層的含量比B層較大、高點(diǎn)較多，在C層相對(duì)較富集。Ag、Cu、Zn在B層、C層含量近一致，差異不大。As、Sb、Bi在B層的含量比C層較大、高點(diǎn)較多，在B層相對(duì)較富集。整體來(lái)看，此10項(xiàng)元素在B、C層含量曲線變化程度近一致，均能反映層位富集或降低的趨勢(shì)。也反映了礦區(qū)構(gòu)造蝕變熱液成礦的特點(diǎn)，Au、Pb、W、Mo，反映高溫?zé)嵋涵h(huán)境，受花崗巖影響；Ag、Cu、Zn反映中溫?zé)嵋涵h(huán)境，受大栗樹組、張家大莊組控制；As、Sb、Bi，反映了低溫?zé)嵋涵h(huán)境，最先運(yùn)移、剝蝕，從而在土壤中富集。

4.2 不同深度(B1、B2、B3、C)元素含量變化

根據(jù)表1取樣點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，22個(gè)取樣點(diǎn)中，39-154、39-156、39-157、50-100、50-105五個(gè)取樣點(diǎn)土壤覆蓋較厚，B層均取有2～3個(gè)樣品；其中39-157為第四系中的取樣點(diǎn)，取有B1、B2、B3三個(gè)樣品，無(wú)C層樣品。該5個(gè)點(diǎn)位為剖面兩端背景取樣點(diǎn)，與其他取樣點(diǎn)景觀一致，采樣層位一致，具有代表性和普遍性。統(tǒng)計(jì)5個(gè)取樣點(diǎn)(16個(gè)樣品)B1、B2、(B3)、C層元素含量，以比較預(yù)查區(qū)不同深度土壤元素含量變化。

分別計(jì)算16個(gè)樣品同一元素5種不同粒級(jí)含量的平均值，將每個(gè)樣品元素平均值標(biāo)準(zhǔn)化同一數(shù)量級(jí)[10]，依此作每個(gè)采樣點(diǎn)元素在不同深度標(biāo)準(zhǔn)化含量變化曲線，直觀比較不同元素的含量隨深度變化趨勢(shì)。

由圖4可見，Au、Ag、Cu、W、Mo、As、Sb、Bi、Zn元素曲線起伏不大、含量近一致；Pb元素曲線起伏較大，含量在不同采樣點(diǎn)不同深度有高有低，變化不一?？傮w來(lái)看，元素含量隨深度變化差異不大。

5 試驗(yàn)確定粒級(jí)及層位

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合預(yù)查區(qū)土壤覆蓋較淺情況，確定采集層位為B—C層；為尋求土壤元素含量的集合富集，篩樣粒級(jí)確定為10目篩下部分，即-10目物質(zhì)。

圖4 五個(gè)采樣點(diǎn)的10種元素在不同深度含量(標(biāo)準(zhǔn)化)變化曲線Fig.4 Normalized variation curve diagram of ten elements in five sampling points at different depths

6 應(yīng)用效果

經(jīng)檢查證明，秧城一帶開展的1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量采用的方法，有效凸顯金異常，使各元素異常清晰度明顯增高，取得明顯的找礦效果。本次開展的1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量共圈定綜合異常15處，異常規(guī)模較大，元素相互套合，元素異常強(qiáng)度高，Au元素高達(dá)1570×10-9，Ag元素最高值為15.9×10-6，Pb元素最高值為19160×10-6，Zn元素最高值為1711×10-6，均具有明顯濃集中心及濃度分帶，達(dá)到礦化。經(jīng)過(guò)異常查證，在6處綜合異常中發(fā)現(xiàn)金礦(化)體。如HT-11綜合異常(圖5)，異常由4種元素6個(gè)單元素異常組成，套合好，規(guī)模大，強(qiáng)度高，濃集中心和濃度分帶明顯，異常呈近SN向展布，主成礦元素Au異常強(qiáng)度高，平均值為157×10-9，極大值為1570×10-9，施工槽探工程查證，發(fā)現(xiàn)Au-18金礦化體一條，Au品位為0.15×10-6～24.34×10-6，礦化體賦存在馬畈序列花崗巖與花崗斑巖接觸部位，受近垂直的脆性構(gòu)造控制，礦石類型為黃鐵絹英巖化花崗巖型。

圖5 HT11綜合異常剖析圖Fig.5 Comprehensive analysis diagram of HT11 anomaly1—第四系 2—早古生代馬畈序列第四單元片麻狀花崗巖 3—花崗斑巖脈 4—金礦化體 5—金礦體 6—地質(zhì)界線 7—化探綜合異常

7 結(jié)論

1)土壤粒度試驗(yàn)樣品采樣深度，一般B層小于60 cm，大多能采至C層樣品；少量B層厚度大于60 cm，實(shí)際采樣時(shí)不易采到C層樣品。樣品5個(gè)粒級(jí)樣重所占比例，粗粒級(jí)(-10～+20目)和細(xì)粒級(jí)(-80目)各占30%，中間3個(gè)粒級(jí)(-20～+40目、-40～+60、-60～+80目)約占40%。顯示該景觀區(qū)土壤樣品各粒級(jí)物質(zhì)占比較均一。

2)元素主要富集粒級(jí)為-10～+20目，其次富集粒級(jí)為-40～+60、-60～+80目；-80目粒級(jí)元素富集較弱，-20～+40目粒級(jí)元素富集最弱。

3)同一元素在B、C層含量曲線變化程度近一致，元素隨深度變化含量差異不大。該結(jié)論顯示，野外采集樣品不必一味追求采樣深度，只要采集到合適的土壤層位，也能反映出土壤元素含量信息。

4)篩樣粒級(jí)確定為-10目，相比-60目粒級(jí)，能更好的圈出清晰的元素地球化學(xué)異常。該試驗(yàn)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，對(duì)桐柏山—大別山地區(qū)此類景觀區(qū)開展1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量工作具有借鑒意義。

注釋：

① 唐相偉，郭躍閃，熊平良，等. 河南省羅山縣秧城一帶金礦預(yù)查報(bào)告[R]. 信陽(yáng)：河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局廳第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，2019.