地區(qū)地球化學特征及多金屬找礦預測

季亞旗，曾艾平，楊建中，陳 煒，周安保，周久林

(1.湖北省海外地質事業(yè)中心，湖北 武漢 430034；2.湖北省地質局第八地質大隊，湖北 襄陽 441000)

鶴峰地區(qū)位于湘西-鄂西-黔東北地區(qū)層控鉛鋅多金屬成礦帶內，是我國“揚子型”鉛鋅礦床重要產區(qū)之一，區(qū)內廣泛分布的新元古代至早古生代地層還是金、銅、錳礦的重要富集層位。近年來針對區(qū)域內鉛、鋅、錳礦等礦產找礦預測取得了不少的成果和認識(何謀惷 等，2022；李江力 等，2021；李琳靜 等，2021；安正澤 等，2019；曹文勝 等，2018；劉志臣 等，2018，趙爽 等，2016，李堃 等，2017；文永華 等，2017，楊登銀 等，2014)，但局限于單一或兩種成礦元素。本次研究采用地球化學系統(tǒng)思維，通過區(qū)內水系沉積物地球化學測量Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cd、Mo、As、Sb、Hg、Ba、Au、Ag13種元素的測試數(shù)據(jù)處理分析，圈定元素地球化學異常并分析其在空間上的分布特征，研究各元素共生組合規(guī)律，從而為本地區(qū)多金屬礦勘查提供有用找礦信息。

1 地質概況

研究區(qū)位于湖北省恩施州東南部鶴峰縣境內，研究區(qū)東距縣城約15 km。大地構造位置位于揚子陸塊區(qū)(Ⅱ)上揚子古陸塊(Ⅱ2)上揚子南部被動邊緣褶沖帶(Ⅱ2-3)和川中前陸盆地(Ⅱ2-4)中，屬揚子地層區(qū)之上揚子地層八面山分區(qū)。區(qū)域內地層除侏羅系至新近系地層缺失外，自寒武系至第四系出露地層基本齊全。研究區(qū)處于八字山背斜近軸部之南東翼，區(qū)域內形成了由一系列隔擋式或隔槽式褶皺及北東向斷裂構成基本構造格架(見圖1)。

圖1 官莊河地區(qū)構造綱要圖(據(jù)湖北省地質局，1990)Fig.1 Outline map of the structure in Guanzhuang river area (after the second geological brigade of Hubei geological bureau，1988)1—(1)獅子關向斜；2—(2)高羅背斜；3—(3)長潭河向斜；4—(4)洗馬坪背斜；5—(5)沙道溝-麻水向斜；6—(6)八字山背斜；7—(7)來鳳-鶴峰向斜；8—(8)二坪背斜；9—(F1)小溪溝斷裂；10—(F2)二臺坪斷裂；11—(F3)八字山斷裂；12—(F4)沙園斷裂；13—(F5)二坪斷裂

古生代至三疊紀中期，加里東運動、海西運動使區(qū)內差異升降，接受海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積及風化剝蝕；三疊紀晚期-侏羅紀中期，受印支運動影響，區(qū)內形成繼承性凹陷盆地，接受陸相碎屑沉積；侏羅紀晚期，燕山運動強烈發(fā)展，寒武紀-三疊紀地層強烈褶皺，形成區(qū)內基本構造格架；喜馬拉雅運動以抬升剝蝕夷平為主，并形成松散的第四紀沉積物。區(qū)域礦產資源較為豐富，已發(fā)現(xiàn)有赤鐵礦、煤、硫鐵礦等沉積型礦產，以及與構造活動有關的銅礦等低溫熱液礦產。前人工作在該區(qū)發(fā)現(xiàn)各類礦(床)點共計19處，其中銅礦點10個、赤鐵礦點5個、煤礦點1個、中型硫鐵礦床1個、金礦(化)點2個(據(jù)湖北省地質局，1990)。

研究區(qū)內出露寒武紀至志留紀地層，區(qū)內分布八面山背斜及八字山斷裂，地層走向與構造走向基本一致，呈北東75°方向。寒武系石牌組構成了八字山背斜核部，由核部至北翼沿地層傾向345°方向連續(xù)分布著從寒武紀石牌組至寒武系天河板組的地層，由核部至南翼沿地層傾向165°方向連續(xù)分布從寒武紀石牌組至志留紀紗帽組的地層，整套地層間基本上呈整合接觸。八字山主斷裂于八面山背斜南翼北東向貫穿寒武系上統(tǒng)覃家廟組，形成了高角度正斷層及一系列次級斷裂(見圖2)。

圖2 官莊河地區(qū)地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of Guanzhuanghe area1—寒武系石牌組；2—寒武系天河板組；3—寒武系石龍洞組一段；4—寒武系石龍洞組二段；5—寒武系覃家廟組一段；6—寒武系覃家廟組二段；7—寒武系婁山關組一段；8—寒武-奧陶系婁山關組二段下亞段；9—寒武-奧陶系婁山關組二段中亞段；10—寒武-奧陶系婁山關組二段上亞段；11—奧陶系南津關組；12—奧陶系紅花園組；13—奧陶系大灣組；14—奧陶系牯牛潭組；15—奧陶系寶塔組；16—奧陶-志留系龍馬溪組；17—志留系新灘組；18—志留系羅惹坪組；19—志留系紗帽組；20—地質界線；21—八子山斷裂

2 數(shù)據(jù)測試分析與地球化學特征值研究

2.1 樣品采集與測試

本次共在研究區(qū)內采集水系沉積物樣品684件，采樣面積58.88 km2，采樣點位主要分布于一級水系上游、分支口及溝口。原始樣品經日曬→干燥→揉碎→過篩→混均→稱重→裝袋→裝箱流程進行后，送湖北省地質局第六地質大隊實驗室化驗分析。分析元素為Au、Ag、Hg、Cu、Pb、Zn、Cd、Mo、Ni、Co、As、Sb、Ba共13種。其中對Ag、Cu、Pb、Zn、Cd、Mo 6種采用原子吸收法分析，對Au采用化學-光譜法分析，對Ba、Ni、Co采用X射線-熒光光譜法分析，對Hg、As、Sb采用原子熒光法分析。樣品加工及測試方法流程符合水系沉積物樣品加工測試質量要求(任天祥 等，1998)。

2.2 單元素異常特征分析

為了解研究區(qū)元素背景和集散特征，統(tǒng)計了研究區(qū)內水系沉積物中的元素背景平均值c、變異系數(shù)(CV)(數(shù)據(jù)標準離差/數(shù)據(jù)算術平均值)、濃集比率(k2)(研究區(qū)水系沉積物元素平均含量/我國高寒山區(qū)水系沉積物元素平均含量)、富集系數(shù)(a)(研究區(qū)水系沉積物元素平均含量/區(qū)域巖石元素平均含量)。當濃集比率(k2)或富集系數(shù)(a)≥1.2時為相對富集，k2<0.8為相對貧化。元素分異性用變異系數(shù)CV來衡量。CV>1為元素分布極不均勻，屬強分異型。1.0>CV>0.7表示元素分布不均勻，屬分異型。0.70.5為分布較均勻，屬弱分異型。CV<0.5則為均勻分布，屬無明顯分異(遲清華 等，2006；任天祥 等，1998)。

研究區(qū)元素地球化學特征見表1。

表1 研究區(qū)元素地球化學特征表①②Table 1 Geochemical characteristics of elements in the study area

2.3 元素在地質單元的地球化學分布特征

為對比研究區(qū)地質單元元素的集散特征，根據(jù)區(qū)內水系沉積物元素分析原始數(shù)據(jù)進行計算，統(tǒng)計了研究區(qū)內Cu、Pb、Zn、Au四種元素在各地層單元中的變異系數(shù)、濃集比率和成礦指數(shù)(見表2)，并對此進行分析。

表2 Cu、Pb、Zn、Au 4種元素在地質單元分布特征統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of distribution characteristics of Cu，Pb，Zn and Au in geological units

續(xù)表

2.3.1 Cu

研究區(qū)平均含量29.51 μg/g，各地層間含量差別不大，奧陶系新灘組、龍馬溪組、寶塔組、牯牛潭組大灣組、紅花園組、南津關組地層平均含量高于測區(qū)平均值，其他地層含量低于背景值。研究區(qū)的北部為低背景和低值區(qū)，南部為高背景區(qū)。Cu元素異常主要分布于研究區(qū)南部八字山背斜南東翼，與奧陶系和志留系地層相關；在婁山關組地層中，也有零星異常分布。異常面積不大，八字山背斜的核部地層中也有少量的Cu異常分布，但異常規(guī)模都很小，基本都為單點異常。

根據(jù)研究區(qū)內Cu、Pb、Zn、Au 4種元素的各地質單元元素特征值編制地球化學圖(張釗韋 等，2010)，對各元素的區(qū)域分布特征分述如下：

2.3.2 Pb

研究區(qū)平均含量38.19 μg/g ，各地層間含量差別較大，奧陶系紅花園組、南津關組、寒武系婁山關組二段和一段地層含量均高于研究區(qū)背景值，志留系羅惹坪組基本與背景值持平，其余系地層含量低于背景值。八字山背斜核部及北西翼為低背景和低值區(qū)八字山背斜南東翼為高背景和高值區(qū)。Pb元素異常主要分布于上述高背景區(qū)和高值區(qū)內，與寒武系婁山關組、奧陶系南津關組和紅花園組地層相關，異常面積一般不大，在寒武系婁山關組地層中異常強度要高于奧陶系地層，且規(guī)模相對較大，Pb異常在整個研究區(qū)內的分帶程度低，基本只有外帶，沒有明顯的濃集中心。

2.3.3 Zn

研究區(qū)平均含量95.65 μg/g ，志留系羅惹坪組、志留系新灘組、奧陶系-志留系龍馬溪組、奧陶系寶塔組、奧陶系牯牛潭組、奧陶系大灣組、奧陶系紅花園組、奧陶系南津關組及寒武系-奧陶系婁山關組[規(guī)范地層名稱]二段上亞段地層含量高于研究區(qū)背景值，其他地層則含量較低，遠低于背景值。研究區(qū)八字山背斜核部地層為低背景和低值區(qū)，八字山背斜南東翼地層為高背景和高值區(qū)。寒武系婁山關組地層中零星分布高異常區(qū)，可見較明顯的小規(guī)模濃度分帶。

2.3.4 Au

研究區(qū)平均含量1.24 ng/g，寒武系石牌組、天河板組地層含量遠高于區(qū)背景值，志留系羅惹坪組、志留系新灘組和奧陶系-志留系龍馬溪組地層含量略高于區(qū)背景值，其余地層含量均低于區(qū)背景值，且在石牌組、天河版組成礦指數(shù)分別為2.72和6.25。八字山背斜核部石牌組和天河板組地層中金的平均含量高，屬高背景-高值區(qū)，奧陶系和上寒武系地層中平均含量低，屬低背景-低值區(qū)。研究區(qū)中Au元素異常較多，有3個面積較大的異常，其中2個分布于核部的寒武系石牌組和寒武系天河板地層當中，異常面積較大，異常強度較高，可以發(fā)現(xiàn)明顯的濃集中心和濃度分帶；1個分布在志留系地層中，異常面積較大，但強度低。Au異常主要分布于研究區(qū)北部八字山背斜核部石牌組天河板組地層和區(qū)南部志留系地層當中。元素的富集在志留系地層當中可能與高背景有關，元素在八字山背斜核部寒武系石牌組和天河板組中富集可能與后期構造熱液蝕變有關，斷裂構造發(fā)育地段是Au礦化的主要區(qū)域。

圖3 Cu、Pb、Zn、Au 4種元素地球化學圖Fig.3 Geochemical map of Cu，Pb，Zn and Au

2.4 元素組合異常特征

根據(jù)綜合異常圖中元素異常的空間分布，結合地質構造背景和各元素的地球化學特征，研究區(qū)自北向南大致上可劃分為3個地球化學異常區(qū)多金屬帶(見圖4)，現(xiàn)分述如下：

圖4 研究區(qū)元素組合異常圖Fig.4 Combination anomaly map of elements in the study area1—Cu異常區(qū)；2—Pb異常區(qū)；3—Zn異常區(qū)；4—Au異常區(qū)；5—綜合異常區(qū)；6—異常帶

2.4.1 老莊咀一下板莊-官莊河異常帶

位于研究區(qū)北部、八字山背斜核部，圈定有3個綜合異常，呈北東走向沿八字山背斜核部的寒武系天河板組和寒武系石牌組地層展布，長約6千米。帶內異常元素主要以Au、As、Ag、Co、Cd為主，局部零星有小型的Pb、Cu異常。各元素異常規(guī)模不大、強度不高，但疊合較好、濃集中心明確。其中官莊河Au異常分布面積廣，并且顯示了一定的強度，可見到明顯的濃度分帶。As、Ag、Co、Cd主體異常與Au異常擬合度較好，具一定規(guī)模。該位于八字山背斜核部，且與八子山斷裂關系密切，與區(qū)域內大河坪金異常對應，是尋找金礦的有利地段。

2.4.2 銅廠坡-舒佳坪-麻旺三組-賀家灣異常帶

位于研究區(qū)中部，八字山背斜南東翼近核部、八字山斷裂南東段，共圈定有8個綜合異常，呈條帶狀主要分布于上寒武系婁山關組地層中，部分異常在奧陶系南津關組中也有分布，異常帶長約12千米。區(qū)內異常元素組合較為復雜，以Pb、Zn、Mo、As、Ag、Hg、Cd、Sb、Cu為主。各元素異常規(guī)模小、強度低，疊合相對較好，但濃集中心不明確。麻旺三組鋅異常區(qū)中，通過施工探槽發(fā)現(xiàn)有礦化現(xiàn)象，鑒定為菱鋅礦，次為黃鐵礦和褐鐵礦，推測成礦類型為沉積改造型。

圖5 麻旺三組異常區(qū)鋅礦點礦化現(xiàn)象圖Fig.5 Mineralization spot map of zinc in abnormal area of group 3 in Mawang

2.4.3 樅陽坡-堰塘坪-槍桿坪-唐家灣異常帶

位于研究區(qū)南部，呈北東向帶狀分布于奧陶系上統(tǒng)和志留系地層中，共圈定有10個綜合異常，異常帶約14 km。帶內異常元素組合較復雜，異常套合較差。其中部分Au異常具有一定的規(guī)模，但強度低；其他元素異常規(guī)模不大，強度不高，沒有明顯的異常濃集中心。異常區(qū)位于八字山背斜南東翼，成礦地質條件有限，其出現(xiàn)的異常可能與區(qū)內地層的碎屑巖巖性有關。

3 結論

(1)通過分析研究區(qū)13種元素濃集比率(k2)、富集系數(shù)(a)、變異系數(shù)(CV)等，確定了鉛(Pb)、鋅(Zn)、銅(Cu)、金(Au)為區(qū)內主成礦元素。

(2)寒武系婁山關組地層為鉛(Pb)、鋅(Zn)高異常區(qū)主要分布層位，推測鉛(Pb)和鋅(Zn)的高背景高值區(qū)。但鉛(Pb)異常區(qū)內濃集分帶不明顯，鋅(Zn)異常區(qū)零星分布，且可見明顯的小規(guī)模濃度分帶，麻旺三組異常區(qū)內發(fā)現(xiàn)具菱鋅礦化點，具有尋找鋅礦的潛力；寒武系南津關組至志留系新灘組為銅(Cu)高異常區(qū)主要分布層位，但異常規(guī)模較小，銅(Cu)成礦潛力不大；石牌組、天河板組地層為金(Au)異常區(qū)主要分布層位，2個較大的金(Au)高異常區(qū)有明顯的濃集中心和濃度分帶，Au富集推測與后期構造熱液蝕變有關，是區(qū)內尋找金礦的有利地段。