豫西牛頭溝金礦土壤地球化學(xué)特征及找礦預(yù)測(cè)

趙玉龍 孫中原 李鵬霄

摘要：牛頭溝金礦位于豫西小秦嶺—熊耳山成礦帶中部。本文通過(guò)1∶10000土壤地球化學(xué)測(cè)量，統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)As、Sb、Hg、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Mo、W、Sn、Bi共14種元素的含量特征、分布特征及組合特征，異常整體呈北西向展布，且嚴(yán)格受北西向主控礦構(gòu)造控制，與礦區(qū)北東向斷裂帶和北西西—近東西向、近南北向斷裂交匯部位有很好的吻合，異常的高值點(diǎn)均分布于構(gòu)造部位。圈定了11處綜合異常，并在異常查證中發(fā)現(xiàn)金礦體2條，礦化體3條，找礦效果較好，對(duì)下一步的找礦預(yù)測(cè)有著重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：牛頭溝金礦；土壤地球化學(xué)；異常查證；找礦預(yù)測(cè)

引言

牛頭溝金礦位于我國(guó)第二大金礦基地：小秦嶺—熊耳山成礦帶中部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造—巖漿活動(dòng)頻繁，受巖漿熱液與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的聯(lián)合作用，發(fā)育大量不同類(lèi)型的金礦床，大地構(gòu)造位置優(yōu)越[1]。為尋找和發(fā)現(xiàn)新的礦化蝕變線(xiàn)索及異常靶區(qū)，為下一步找礦工作提供地質(zhì)依據(jù)，2019年筆者在該區(qū)開(kāi)展了1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量工作。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于華北地臺(tái)南緣，馬超營(yíng)斷裂以北，華山—熊耳山臺(tái)隆東段，熊耳山隆斷區(qū)中的鷹咀山短軸背斜南翼。區(qū)內(nèi)出露地層為太華群、熊耳群、汝陽(yáng)群、官道口群、欒川群等以及顯生宙地層。構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，斷裂較為發(fā)育，以近EW向和NE向斷裂構(gòu)造為主，其次為NW向及近SN向，夾持于洛寧山前斷裂與馬超營(yíng)斷裂之間。巖漿活動(dòng)頻繁，巖漿作用貫穿本區(qū)整個(gè)地質(zhì)演化歷史，具有長(zhǎng)期性、多次活動(dòng)性的特點(diǎn)，燕山期大規(guī)模的巖漿活動(dòng)與本區(qū)金、鉛、銀、鉬等礦產(chǎn)密切相關(guān)[1]。

2.礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古界太華群石板溝組和中元古界熊耳群許山組，呈不整合接觸。太古界太華群石板溝組位于不整合界限以北，巖性以斜長(zhǎng)角閃片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖和角閃巖四種巖性為主；中元古界熊耳群許山組位于不整合界限以南，巖性以杏仁狀斑狀安山巖、斑狀安山巖、杏仁狀安山巖和安山巖四種巖性為主。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形作用強(qiáng)烈，總體來(lái)看，礦區(qū)褶皺基本不發(fā)育，而斷裂十分發(fā)育。受馬超營(yíng)斷裂和五丈山巖體上侵的影響，礦區(qū)主要發(fā)育四組斷裂：北西向斷裂、近南北向斷裂、北西西—近東西向斷裂、北東向斷裂，其中北西向斷裂為該區(qū)主要斷裂，以上幾組斷裂的時(shí)空分布構(gòu)成了礦區(qū)的基本構(gòu)造格架，也控制了金礦床與各種蝕變的形成與分布。

礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要是東側(cè)出露、形成于燕山期的五丈山花崗巖體，其巖性主要是二長(zhǎng)花崗巖等。此外，礦區(qū)內(nèi)還發(fā)育有一系列次一級(jí)的中小型中酸性巖體，如上莊石英斑巖體、西嶺花崗斑巖體、松里溝石英斑巖脈、沙土凹、木耳溝角礫巖體，以及其它一些小型花崗斑巖體、閃長(zhǎng)巖脈、石英斑巖脈、偉晶巖脈等。

3.本次研究方法及樣品測(cè)試

礦區(qū)位于豫西熊耳山地區(qū)中部，屬濕潤(rùn)半濕潤(rùn)中低山景觀(guān)區(qū)，土壤發(fā)育較好，適宜開(kāi)展土壤地球化學(xué)測(cè)量。依據(jù)規(guī)范和測(cè)區(qū)實(shí)際情況，本次工作測(cè)線(xiàn)布設(shè)方向26°，垂直于已知含礦構(gòu)造走向，測(cè)網(wǎng)網(wǎng)度100m×40m，點(diǎn)距40m，礦化地段適當(dāng)加密，采樣定點(diǎn)采用GPS結(jié)合地形地貌方法定位，共采集土壤樣品5235件（含重復(fù)樣），均為C層或B+C層樣品，采樣粒級(jí)為-10～+60目。根據(jù)礦區(qū)成礦特點(diǎn)及找礦方向需求，結(jié)合工作區(qū)實(shí)際情況，選擇As、Sb、Hg、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Mo、W、Sn、Bi共14種元素進(jìn)行測(cè)試。

4.元素地球化學(xué)特征

對(duì)礦區(qū)5106件土壤樣品進(jìn)行了平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、濃度克拉克值等地球化學(xué)參數(shù)的計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1

與中國(guó)土壤元素含量相比，Au、Ag、Pb、Co、Ni、W、Mo、Bi、Hg共8項(xiàng)元素富集明顯，其中Au、W、Mo、Bi為強(qiáng)富集型，Ag、Pb、Co、Ni為富集型；Au具有最大濃集系數(shù)（13.46），Cu、Zn、As、Sb、Sn介于或接近于背景值；與上地殼克拉克值相比，Au、Ag、Pb、Co、Ni、W、Mo、As、Sb、Bi、Hg為強(qiáng)富集型，Cu、Zn、Mo介于或接近于背景值，Sn虧損。

從元素變化系數(shù)表中可以看出，Au、Ag、Pb、W、Mo、Bi、Hg變異系數(shù)很高，且除W外其他6種元素變異系數(shù)均大于2，具極強(qiáng)分異性，Cu也具一定的分異性，Zn、Co、Ni、As、Sb、Sn分布均勻。

根據(jù)元素濃集程度和變異程度發(fā)現(xiàn)：調(diào)查區(qū)強(qiáng)富集元素和強(qiáng)變異元素均為Au、Ag、Pb、W、Mo、Bi、Hg共計(jì)7項(xiàng)，表明這幾種元素遷移富集能力較強(qiáng)，極易富集形成礦異常和強(qiáng)異常。

5.元素組合分析

本次工作以調(diào)查區(qū)5106個(gè)有效土壤樣品測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)各元素進(jìn)行相關(guān)分析、聚類(lèi)分析、因子分析，對(duì)調(diào)查區(qū)各元素組合規(guī)律進(jìn)行了研究。

依據(jù)調(diào)查區(qū)元素之間的相關(guān)性分析，以“r”相關(guān)系數(shù)衡量各元素變量組之間的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，各元素相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

因子分析方法是研究多變量的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，利用變量之間的相關(guān)性，通過(guò)因子分析將多變量減少為幾個(gè)因子，對(duì)因子進(jìn)行解釋可探索各種地質(zhì)現(xiàn)象的成因聯(lián)系[3]。根據(jù)本次工作選擇特征值≥1來(lái)確定合適的因子數(shù)，提取5個(gè)有效因子。

由于正交旋轉(zhuǎn)因子負(fù)載矩陣比初始因子負(fù)載矩陣等所反映的元素組合更具合理性和可解釋性，采用方差最大法正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣來(lái)劃分元素組合類(lèi)型，結(jié)果如下：

（一）F1因子：Au、Ag、Pb、Zn；

（二）F2因子：As、Sb、Sn；

（三）F3因子：Co、Ni；

（四）F4因子：Bi、Hg、Cu；

（五）F5因子：W、Mo。

從因子分析結(jié)果（表3）可以看出，F(xiàn)1和F2因子的方差貢獻(xiàn)率分別為24.522%和14.907%，是工作區(qū)內(nèi)占主要地位的兩個(gè)因子。根據(jù)因子分析的基本原理，可以認(rèn)為這5個(gè)因子分別代表了工作區(qū)中的5種元素組合類(lèi)型，分述如下：

第一因子：對(duì)Au、Ag、Pb、Zn元素荷載較大，結(jié)合因子得分空間分布圖和工作區(qū)地質(zhì)特征分析，這是一組與中低溫?zé)嵋航饘倭蚧锍傻V作用有關(guān)的元素組合類(lèi)型。Ag、Pb、Zn作為Au的主要伴生元素，其中Ag與Au的相關(guān)性比較密切，且由于A(yíng)g的地球化學(xué)性質(zhì)與Au極為相似，Ag往往出現(xiàn)在礦體暈中，因此可作為Au礦床的直接找礦標(biāo)志，硫化物因子元素Pb、Zn為Au礦體中部指示元素。

第二因子：對(duì)As、Sb、Sn元素荷載較大，其中As、Sb元素荷載較高，Sn較低，元素組合反應(yīng)酸性巖漿巖或酸性熱液指示元素組合特征，As、Sb多作為地球化學(xué)找金的前緣元素，Sn在石英脈型金礦、和酸性巖有關(guān)的金礦中與Au關(guān)系密切，多以SnO2產(chǎn)出，常作為金礦的尾暈指示元素，在這里出現(xiàn)說(shuō)明礦化具有多期疊加的特征。該類(lèi)礦化因子與酸性侵入體關(guān)系密切。

第三因子：對(duì)Co、Ni元素荷載較大，Co、Ni在幾乎大部分金礦中與Au伴生，但是需要注意的是，由于Co氧化后不容易在土壤中富集，往往次生暈效果并不理想，指示意義不大。

第四因子：對(duì)Bi、Hg、Cu元素荷載較大，對(duì)Au元素亦有一定荷載，元素組合反應(yīng)中低溫?zé)嵋合嚓P(guān)特征，Bi為Au礦體尾暈指示元素，在這里出現(xiàn)說(shuō)明礦化具有多期疊加的特征；Hg為前緣暈指示元素，出現(xiàn)在同一因子中表明Au礦體的深部有盲礦體存在；Cu代表中溫元素，指示礦體中部，但需要注意的是，在土壤地球化學(xué)中，由于兩者的性質(zhì)不一樣，Cu常常滲透到下層或隨地下水帶走，而Au總是可以原地富集。

第五因子：對(duì)W、Mo元素荷載較大，為Au礦體原生暈尾暈指示元素，反應(yīng)酸性巖漿巖或酸性熱液指示元素組合特征，值得注意的是，W、Mo在區(qū)內(nèi)富集程度和變異程度特別高，在第一礦化因子內(nèi)亦有一定載荷，同時(shí)Cu、Sn元素在該因子內(nèi)也有荷載，反映該類(lèi)礦化因子元素組合參與多期次熱液活動(dòng)，富集遷移能力較強(qiáng)，具有很好的找礦前景，且Mo元素載荷0.742為該因子主成礦元素，與豫西金鉬礦礦集區(qū)實(shí)際情況較貼合。

綜合分析調(diào)查區(qū)各元素富集、分異程度、元素組合特征、成礦因子分布特征等，可推測(cè)調(diào)查區(qū)主要有利礦種及地段為：

（一）斷裂帶及斷裂交匯部位。

（二）在五丈山酸性侵入體及其接觸帶附近尋找與酸性巖漿活動(dòng)有關(guān)的金鎢鉬錫等多金屬礦產(chǎn)有利地段。

6.異常解釋評(píng)價(jià)

本次1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量共圈定各單元素異常312個(gè)，化探綜合異常11個(gè)，其中甲級(jí)綜合異常6個(gè)，均為礦致異常。異常整體呈北西向展布，且嚴(yán)格受北西向主控礦構(gòu)造控制，與礦區(qū)北東向斷裂帶和北西西-近東西向、近南北向斷裂交匯部位有很好的吻合，異常的高值點(diǎn)均分布于構(gòu)造部位。

根據(jù)綜合異常分類(lèi)及優(yōu)選、評(píng)序情況（表5），對(duì)調(diào)查區(qū)6個(gè)甲級(jí)綜合異常進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)地質(zhì)找礦路線(xiàn)檢查，采集了必要的揀塊樣品進(jìn)行分析，其中AP2綜合異常位于調(diào)查區(qū)中部，該異常區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)兩條金礦體，均賦存于F102構(gòu)造蝕變帶中，走向近東西，控制其寬度3m～5m，兩邊延伸約150m左右。巖性主要為蝕變巖，呈角礫狀、碎裂狀、局部具泥塊狀，產(chǎn)狀175°～185°～50°～65°，蝕變有硅化、鉀化、綠泥石化等，礦化有黃鐵礦化、褐鐵礦化。另外在該異常區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)礦化蝕變帶三條，分別為F101東段、F102、F103，在金異常高值點(diǎn)取樣分析LT0709-2Au品位32.71×10-6，LT0709-3Au品位1.28×10-6。

7.結(jié)論

（一）本次1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量工作對(duì)14種元素的區(qū)域背景特征和區(qū)域空間上的分布特征作了全面分析、總結(jié)，對(duì)調(diào)查區(qū)元素組合特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究分析，對(duì)各元素組合地球化學(xué)場(chǎng)特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析、總結(jié)；將調(diào)查區(qū)成礦因子歸結(jié)為5組，其中以Au、Ag、Pb、Zn等為主成礦元素礦化因子具較好成礦特征顯示。

（二）在調(diào)查區(qū)共圈出綜合異常11個(gè)，其中甲級(jí)綜合異常6個(gè)，乙級(jí)綜合異常5個(gè)，并對(duì)重要6個(gè)甲級(jí)綜合異常進(jìn)行了詳細(xì)查證，新發(fā)現(xiàn)礦化帶3條、礦體兩條。綜合分析認(rèn)為：牛頭溝礦區(qū)為金多金屬富集區(qū)，異常影響范圍較大，異常中心分帶性好。Au、Ag、Pb、Zn、W、Mo、Bi等異常整體呈北西向展布，且嚴(yán)格受北西向主控礦構(gòu)造控制，與礦區(qū)北東向斷裂帶和北西西—近東西向、近南北向斷裂交匯部位有很好的吻合，異常的高值點(diǎn)均分布于構(gòu)造部位。本次工作圈定的6個(gè)甲級(jí)綜合異常帶均為礦致異常，具有良好的找礦前景，為礦區(qū)今后工作的重點(diǎn)靶區(qū)。

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