陜南何家埡地區(qū)土壤地球化學(xué)特征及找礦預(yù)測

王 東 羅先熔 韋彥婷 劉攀峰 歐陽菲 張小明 游 軍 邱 偉

（1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541004；2.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安710068；3.青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海西寧810012）

勉略寧三角區(qū)地處揚子板塊北緣與南秦嶺造山帶之間，總體成特殊的楔形三角塊體［1］。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，巖漿作用與變質(zhì)作用強烈，一直是地質(zhì)工作飽受爭議的地區(qū)。近年來，隨著認識不斷提高，找礦工作不斷深入，在區(qū)內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了具有一定工業(yè)價值的鐵、鎳、金、猛等多金屬礦床。研究區(qū)整體上地質(zhì)工作相對薄弱，2017年，“陜西省勉略寧地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查”項目完成了1∶50 000水系沉積物的測量，Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As等元素在區(qū)內(nèi)均有異常顯示，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景認為，該區(qū)有著良好的多金屬成礦潛力。

土壤地球化學(xué)測量是一種直接、快速、有效尋找淺覆蓋區(qū)礦體的勘查方法［2-6］。為進一步明確找礦方向，縮小、圈定找礦靶區(qū)，本研究在陜南何家埡地區(qū)開展了1∶10 000土壤地球化學(xué)測量工作，并對所測量元素進行數(shù)理統(tǒng)計、成礦潛力分析，為該區(qū)下一步找礦工作提供有利依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地層特征

區(qū)域上出露地層主要包括新元古界變質(zhì)火山巖系過渡性基底以及古生界沉積蓋層，主要包括新元古界陽壩巖組（Pt3y）、巨亭巖組（Pt3j）和秧田巖組（Pt3yt）、震旦系陡山沱組（Z1d）和燈影組（Z2dn）、下泥盆統(tǒng)踏坡組（D1t）、泥盆—石炭系略陽組（D2-Cll）等7個地層。

侵入巖時代主要為新元古代白雀寺—石甕子基性雜巖體，巖性主要為輝石巖、輝石閃長巖、閃長巖、二長花崗巖、花崗巖與堿長花崗巖，另有少量輝綠巖脈侵入（圖1）。

1.2 區(qū)域構(gòu)造特征

研究區(qū)所在區(qū)域?qū)倜懵詫幦菂^(qū)（圖1），其大地構(gòu)造位置位于揚子板塊北緣碧口地塊東段，地處秦嶺造山帶、松潘—甘孜造山帶以及揚子板塊交接部位，是中國大陸中央造山系的重要組成部分［7-9］。晉寧期以來，碧口巖群先后經(jīng)歷了加里東—海西—印支期、燕山期、喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運動［10］，構(gòu)造作用、巖漿作用、變質(zhì)作用的頻繁發(fā)生，不僅帶來充分的成礦所需物質(zhì)，同時也創(chuàng)造了很好的成礦地質(zhì)條件。區(qū)域整體上處于梨坪—狀元碑斷裂、兩河口—略陽斷裂、青川—陽平關(guān)斷裂帶、銅錢壩—楓相院斷裂之間，向東呈三角形逐漸尖滅。受大的大地構(gòu)造背景影響，勉略寧三角區(qū)內(nèi)部斷裂不甚發(fā)育，在三角區(qū)北部其斷裂以NW向為主，南部斷裂以NE向為主。

1.3 區(qū)域礦產(chǎn)特征

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)主要為鐵、銅、金，目前已知礦床有中壩子鈦磁鐵礦床，賦存于白雀寺基性雜巖體中東部中壩子一帶蝕變輝長巖帶中，共有毛山、胡家溝和窯灣3個礦段，礦體呈NE向條帶展布。另在白雀寺基性雜巖體南部發(fā)現(xiàn)數(shù)條鈦磁鐵礦化帶。已知金礦點為高譚子砂金礦點，位于嘉陵江沿岸。另在區(qū)域上外圍東部煎茶嶺一帶，于煎茶嶺超基性巖中產(chǎn)出煎茶嶺大型鎳礦床，也是“勉略寧”地區(qū)唯一的鎳礦床。礦體呈透鏡狀、環(huán)繞狀產(chǎn)出于新元古代花崗斑巖北部及強蝕變超基性巖中，礦床成因類型為巖漿熔離—熱液疊加改造型鎳礦床，礦床的形成與新元古代煎茶嶺超基性巖體的退化蝕變以及稍晚期花崗斑巖的侵入與巖漿期后熱液活動、以及韌性變形作用密切相關(guān)。區(qū)域多金屬礦產(chǎn)發(fā)育，說明整個區(qū)域具備良好的成礦地質(zhì)背景及找礦潛力［11］。

1.4 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)出露地層為新元古界碧口巖群巨亭巖組第一巖段，下部為變基性熔巖（Pt3j1β）、上部為基性凝灰?guī)r（Pt3j1btf）（圖2）。出露白雀寺—石甕子基性雜巖體的東南部分，主要由輝長巖與花崗巖組成，輝長巖為研究區(qū)主要的侵入巖體，侵入形態(tài)為大巖株狀，花崗巖也有小規(guī)模的侵入，總體呈小巖株狀或巖脈狀，兩者之間為平直接觸，侵入的先后順序不明顯。

研究區(qū)位于勉略寧三角區(qū)中部，斷裂及韌性變形帶發(fā)育，主構(gòu)造方向以NE、NNE向為主，該構(gòu)造方向控制著區(qū)內(nèi)火山巖帶及巖漿巖以及礦產(chǎn)的展布形態(tài)，是區(qū)內(nèi)最重要的構(gòu)造方位。由于研究區(qū)斷層出入不明顯，現(xiàn)已查明的斷裂構(gòu)造僅為一條韌性剪切帶。

2 采樣方法與元素分析

根據(jù)野外的實際地質(zhì)工作，本研究開展1∶10 000土壤地球化學(xué)測量工作時采用羅盤作為輔助工具，手持GPS進行采樣點定位，所布測線主線4條，除黑石巖地區(qū)主測線與鄰近主測線線距為180 m之外，其余主測線線距均為100 m，點距為40 m。其中在通過銅鎳礦化點主測線兩側(cè)各50 m處分別布置點距為20 m的加密短測線，所有測線方向均為300°，所采樣品均來自土壤B層。測線方向與研究區(qū)主要的構(gòu)造方向垂直且通過已發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦點（圖2）。

本研究所采土壤樣品均嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行干燥、敲碎、過篩、稱重、裝袋、裝箱處理，中途防止樣品間相互污染，每袋樣品質(zhì)量均保證大于150 g。樣品送往具有國家認證檢測資質(zhì)的核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心，定量分析Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9種元素含量。

3 土壤地球化學(xué)特征與異常評價

3.1 相關(guān)參數(shù)特征

根據(jù)土壤地球化學(xué)元素測試分析數(shù)據(jù)，計算Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9種元素的含量均值X、標準偏差S、變異系數(shù)CV以及富集系數(shù)q等相關(guān)參數(shù)并進行統(tǒng)計（表1）。

根據(jù)表1相關(guān)參數(shù)的計算分析可知，區(qū)域Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、As元素豐度與上陸殼元素豐度比較明顯偏高，Au元素相對虧損；研究區(qū)Ti、V、Mn、Zn、Cu、Ni、Au、As元素的平均值與區(qū)域元素豐度相比明顯偏高，Pb元素相對虧損。變異系數(shù)>1的元素有Cu、As，說明這兩種元素具有極強的分異性，活動性較強［12-13］；富集系數(shù)>1 的元素有 Ti、V、Mn、Cu、Ni、Au、As，說明這7種元素在土壤中較為富集。結(jié)合變異系數(shù)、富集系數(shù)以及各元素平均值與區(qū)域、上陸殼相關(guān)元素豐度比較可知，上述分析元素在研究區(qū)明顯有著次生富集成暈的作用，從土壤地球化學(xué)角度來看，研究區(qū)具備多金屬找礦的潛力。

注：Au含量單位為（×10-9）；區(qū)域元素豐度據(jù)1∶50 000化探數(shù)據(jù)。

3.2 單元素異常特征

對于各元素異常的圈定，背景值的確定有著決定性的作用。本研究單元素背景值確定所采用的方法為直方圖解法。元素直方圖曲線反映了元素在該研究區(qū)的分布情況，利用SPSS軟件中的箱圖法對元素數(shù)據(jù)進行篩選，直到元素直方圖曲線呈正態(tài)分布。跟據(jù)所得各元素的背景值、標準差，采用α+nβ（α為背景值，n為倍數(shù)，β為標準差）來劃分各元素異常的外、中、內(nèi)帶值（表2）［14］。異常圖制作由MapGIS軟件完成（圖3）。

注：Au含量單位為（×10-9）。

從所圈定的單元素地球化學(xué)異常來看，Ti、V、Mn、Cu、Ni、Au、As異常具有明顯的濃集中心，且內(nèi)、中、外帶劃分清晰；Zn、Pb異常相對較弱，僅具有外帶或中、外帶。Cu、Ni、As、Mn、Zn異常主要分布在研究區(qū)銅鎳礦點附近，其中Cu、Ni異常套合最好，展布方向為NE向，且銅鎳礦點在Cu、Ni異常之中，說明此次土壤地球化學(xué)測量的數(shù)據(jù)具有較高的準確性，認為Cu、Ni異常是銅鎳礦點以下存在的銅鎳礦化帶或隱伏銅鎳礦體所致；Ti、V異常主要分布在研究區(qū)西北部，兩者異常套合較好，認為是研究區(qū)西北部鈦磁鐵點以下可能存在的鈦磁鐵礦化帶延伸所致；Au異常主要分布在研究區(qū)西北端及東南端，在銅鎳礦化體附近也有一定面積分布；Pb元素在研究區(qū)內(nèi)也有異常分布，但總體異常弱小、分散。整體上，單元素的異常區(qū)域主要集中于研究區(qū)東南部和西北部。

3.3 元素組合劃分

在地球化學(xué)找礦中元素組合能更全面地反映成礦過程中各元素在空間分布上的密切關(guān)系。對于一個多元素的地球化學(xué)暈，將其中具有指示意義的元素含量以某種方式組合，能圈出更為清晰的異常。本研究通過R型聚類分析與R型因子分析分析數(shù)據(jù)，來判定元素之間的相關(guān)性，進而確定元素組合，所用統(tǒng)計學(xué)軟件為SPSS24。

R型聚類分析是對變量進行分類處理，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［15-16］。利用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS進行R型聚類分析（圖4），以相關(guān)系數(shù)R=15為界，可把元素組合成4組，即：①Cu-Ni-Au-As；②Ti-V；③Mn-Zn；④Pb。

因子分析的基本思路是根據(jù)相關(guān)性大小將原始變量分組，使得同組內(nèi)的變量之間相關(guān)性較高，而不同組的變量間的相關(guān)性較低［17］。元素的含量數(shù)據(jù)是否適合進行因子分析，首先需利用BartIett與KMO檢驗方法［18-19］對數(shù)據(jù)的相關(guān)性進行檢驗。BartIett檢驗結(jié)果為Sig0.00，KMO度量值為0.604，符合Kaiser給的>0.6的標準，表明R型因子分析可用于研究區(qū)土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理。本研究采用主成分方法與四次冪極大旋轉(zhuǎn)法得到R型因子分析的解釋總方差（表3）和旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣（表4）。由表3、表4可知：研究區(qū)前3個主因子方差的累積貢獻為71.026%，說明表3中前3個主因子可以代表研究區(qū)大部分數(shù)據(jù)信息，將相關(guān)性大于0.5的歸為一組，從表4中可分為3組因子，即 F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）。

由R型因子分析可知，Pb元素與其他測試元素相關(guān)性較低，且Pb元素整體含量低、異常小、異常分散，對找礦的指示意義不大。其余測試元素與R型聚類分析結(jié)果一致，由此可以將研究區(qū)的元素組合確定為3組因子組合即：F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）。

3.4 組合異常劃分及組合異常特征

根據(jù)本研究R型因子分析與R型聚類分析的結(jié)果，采用異常襯度法來進行元素組合異常圈劃。異常襯度法具有強化弱異常、突出多元素套合異常的特征［20-21］。利用各元素原始含量與其背景值之比求出單點襯度值，然后將各組合內(nèi)相關(guān)元素的單點襯度值進行累加得到組合襯度。本研究組合異常背景值同樣采用直方圖解法，得到各組合的背景值、標準差，并采用α+nβ（α為背景值，β為標準差）來劃分各組合異常的外帶、中帶、內(nèi)帶值（表5），異常圖制作由MapGIS軟件完成（圖5）。

F1組合異常主要分布于研究區(qū)西北部與東南部，具有明顯的3級濃度分帶，由Cu、Ni、Au、As元素組成，具有多個明顯的濃集中心，且各元素襯度異常套合較好，異?？偯娣e為0.163 km2。銅鎳礦化點在F1因子組合異常面積最大的內(nèi)帶之中，側(cè)面說明此次土壤地球化學(xué)元素測量異常的圈劃具有較高的準確性。F1因子組合異常展布方向為NE向，與研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的韌性剪切帶構(gòu)造方向和所處區(qū)域的主要大地構(gòu)造方向基本平行，且韌性剪切帶通過東南端的異常，表明異常受構(gòu)造作用控制明顯。結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征，認為F1因子（Cu-Ni-Au-As）為高、低溫成礦元素組合，Cu、Ni、Au、As元素又為親硫元素，Cu與Ni可與巖漿早期的基性—超基性成礦流體相伴生，F(xiàn)1因子組合對研究區(qū)尋找銅鎳硫化物礦床具有較強的指示意義。

F2因子組合異常主要分布于研究區(qū)西北部，具有3級濃度分帶，由Ti、V元素組成，有明顯的濃集中心，Ti、V元素襯度異常套合較好，異?？偯娣e為0.06 km2，認為F2因子（Ti-V）為高溫成礦元素組合。Ti與V為親Fe元素，與鄰近的中壩子鈦磁鐵礦對比以后發(fā)現(xiàn)研究區(qū)與其具有相似的地質(zhì)條件，且中壩子鈦磁鐵礦中Ti、V、Fe 3種元素關(guān)系密切，礦體主要賦存于蝕變的輝長巖體中，認為F2因子組合可作為尋找鈦磁鐵礦的依據(jù)。從異常圖上來看，異常主要分布在蝕變輝長巖上，但在花崗斑巖上也有分布，認為Ti、V元素在地表發(fā)生了一定的遷移、分散，造成異常在花崗斑巖上有小面積分布的現(xiàn)象。

F3因子組合異常主要分布于研究區(qū)東南部，與F2因子組合異常疊加較好，具有3級濃度分帶，有濃集中心，Mn、Zn元素襯度異常套合較好，異?？偯娣e為0.084 km2。結(jié)合研究地質(zhì)特征認為F3因子（Mn-Zn）組合為高、中溫成礦元素組合，Mn與Zn在高溫條件下可能在形成的閃鋅礦中相伴生［22］。

4 找礦靶區(qū)預(yù)測及評價

跟據(jù)土壤地球化學(xué)測量 Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9種元素經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到的元素組合F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）與其組合襯度異常的分布情況，結(jié)合研究區(qū)成礦地質(zhì)背景、地質(zhì)條件來圈定預(yù)測找礦靶區(qū)，在區(qū)內(nèi)共圈定了A類找礦靶區(qū)一處，B類找礦靶區(qū)一處（圖6）。

A靶區(qū)面積為0.03 km2，位于研究區(qū)東南部，土壤地球化學(xué)測量的Cu、Ni、Au、As、Mn、Zn元素在靶區(qū)內(nèi)均有異常且含量較高，異常主要分布在蝕變的輝長巖體上。Cu、Ni、Au、As、Mn、Zn 異常強度分別為137.1×10-6、91.7×10-6、2.45×10-9、39.8×10-6、1 512×10-6、128×10-6。

B靶區(qū)面積為0.029 km2，位于研究區(qū)西北部，土壤地球化學(xué)測量的Ti、V元素在靶區(qū)內(nèi)均有異常且含量較高，同樣主要分布在蝕變的輝長巖體上。Ti、V異常強度分別為9 810×10-6、259×10-6。

5 成礦潛力分析

研究區(qū)位于勉略寧三角區(qū)西部，其經(jīng)歷的加里東運動（早古生代）、海西期（晚古生代）、印支—燕山期、喜山運動為該區(qū)多金屬的富集、成礦創(chuàng)造了有利條件。本研究土壤地球化學(xué)圈定的A找礦靶區(qū)位于銅鎳礦化點上方，銅鎳礦化賦存于蝕變的輝長巖體中。研究表明：銅鎳硫化物礦可以在早、中期幔源巖漿上升侵入過程中通過巖漿的熔離作用形成［23］，對蝕變輝長巖中的金屬礦物經(jīng)鏡下鑒定與電子探針分析均證實為黃銅礦化、鎳黃鐵礦化、磁鐵礦化（圖7），且顯示可能為熱液成因，預(yù)示深部可能存在銅鎳硫化物的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此本研究認為，研究區(qū)銅鎳礦點的形成與深部基性巖漿的侵入有著密不可分的關(guān)系，在銅鎳礦點下方很可能存在著巖漿熔離型的銅鎳硫化物礦床。從A靶區(qū)異常套合情況及元素之間的相關(guān)性來看，F(xiàn)1（Cu-Ni-Au-As）與F3（Mn-Zn）均在靶區(qū)內(nèi)，兩者異常疊加較好，說明靶區(qū)內(nèi)可能具有多期次的巖體侵入。綜合上述分析，認為A靶區(qū)尋找銅鎳等多金屬礦的潛力較大。

根據(jù)土壤地球化學(xué)圈定的B靶區(qū)內(nèi)出露的巖體同樣為蝕變的輝長巖。鄰近的中壩子鈦磁鐵礦Ti、V、Fe 3種元素關(guān)系密切，相互伴生。中壩子鈦磁鐵礦體主要分布于中壩子一帶輝長—閃長巖雜巖體間分異出的蝕變輝長巖體中，礦體富集與巖體流動分異作用有密切關(guān)系［24］。B靶區(qū)與鄰近的中壩子鈦磁鐵礦具有相似的成礦地質(zhì)背景與條件。從整個區(qū)域地質(zhì)背景來看，中壩子鈦磁鐵礦體所賦存的蝕變輝長巖體，與B靶區(qū)出露的蝕變輝長巖體均來源于研究區(qū)碧口—大安構(gòu)造巖漿巖帶的呂梁—晉寧期侵入巖［24］，并同時受控于白雀寺基性雜巖體，基性巖漿的侵入不僅帶來了大量Ti、V、Fe等成礦元素，而且也使輝長巖發(fā)生蝕變，是形成礦體賦存巖體——蝕變輝長巖的主要因素。因此，本研究認為研究區(qū)根據(jù)Ti、V元素襯度組合異常圈定的B靶區(qū)蝕變輝長巖體中具有尋找鈦磁鐵礦的潛力。根據(jù)元素組合及其襯度異常所圈定的A、B靶區(qū)，預(yù)測賦礦巖體均為蝕變的輝長巖體，但從土壤地球化學(xué)測量圈定的單元素異常來看，在B靶區(qū)中Cu、Ni、Mn、Zn無異常分布，Au、As異常分布也不明顯，故而認為A、B靶區(qū)可能存在的銅鎳硫化物礦和鈦磁鐵礦成因上有著本質(zhì)的不同，前者屬于巖漿熔離型，后者屬于熱液蝕變型且與二者有關(guān)的侵入巖漿為不同組分的非同源巖漿。

根據(jù)研究區(qū)土壤次生暈測量元素異常的套合情況、成礦地質(zhì)條件、成礦背景圈定的B靶區(qū)為鈦磁鐵礦潛力找礦靶區(qū)，A靶區(qū)為銅鎳等多金屬礦潛力找礦靶區(qū)。鈦磁鐵礦是具有強磁性、低阻高極化的金屬礦，因此激電法和磁法對于勘探鈦磁鐵礦非常適合［25］。結(jié)合何家埡一帶實測激電—磁法綜合剖面（圖8），圈定的B靶區(qū)所對應(yīng)的電法曲線（電阻率曲線、視極化率曲線）表現(xiàn)低阻、中極化，磁化率曲線相對低緩，為負異常，但在靶區(qū)范圍內(nèi)也略有升高趨勢，說明B靶區(qū)內(nèi)物探電法曲線所反映的信息與鈦磁鐵礦具有的物探曲線信息特征有一定的吻合性，但吻合度一般；A靶區(qū)中DHJ1-1已知銅鎳礦點所對應(yīng)的電法曲線表現(xiàn)為低阻、高極化，磁化率曲線為負異常，與DHJ1-1相鄰且同屬于A靶區(qū)的ADHJ1-2所對應(yīng)的電法曲線、磁化率曲線同樣表現(xiàn)為低阻、高極化、負異常，表明DHJ1-2對應(yīng)的物探信息與已知銅鎳礦體上方物探所反映出的地質(zhì)信息具有較高的吻合度。通過對物探曲線的簡單分析，在一定程度上驗證了此次在研究區(qū)應(yīng)用土壤地球化學(xué)方法獲得的找礦工作成果及所圈定的找礦靶區(qū)，對于區(qū)域鈦磁鐵礦、銅鎳等多金屬礦的尋找具有一定的指導(dǎo)意義。

6 結(jié) 論

（1）陜南何家埡地區(qū)開展土壤地球化學(xué)測量的成礦元素，其異常分布與區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件高度吻合，表明土壤地球化學(xué)測量在該地區(qū)有著良好的多金屬找礦效果，對下一步找礦工作具有一定的指導(dǎo)意義。

（2）根據(jù)元素組合及其襯度異常的分布規(guī)律，在研究區(qū)共圈出A類找礦靶區(qū)一處，B類找礦靶區(qū)一處。經(jīng)過分析單元素異常分布特征，結(jié)合研究區(qū)所處勉略寧三角區(qū)的地質(zhì)特征，認為何家埡地區(qū)可能具有多期性成礦的特點。

（3）綜合何家埡地區(qū)成礦地質(zhì)背景、元素異常特征、成礦物質(zhì)來源、物探曲線特征，并與鄰近中壩子鈦磁鐵礦區(qū)對比分析后認為，在該區(qū)圈定的A靶區(qū)具備較好的銅鎳等多金屬礦的找礦潛力，圈定的B靶區(qū)有著很好的尋找鈦磁鐵礦的前景。