河南桐柏馬道地區(qū)水系沉積物地球化學(xué)特征及找礦方向

張紅強(qiáng)， 張紅鵬， 王 斌， 安 超， 李 佳

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院， 河南鄭州450001)

0 引 言

河南桐柏馬道地區(qū)橫跨秦嶺造山帶東段，區(qū)內(nèi)欒川—羊冊—明港韌性剪切帶以北為華北地臺南緣，西官莊—松扒—龜梅韌性剪切帶以南為南秦嶺造山帶，兩者之間為北秦嶺造山帶(河南省地質(zhì)調(diào)查院，2011)。

馬道地區(qū)面積性1∶5萬水系沉積物地球化學(xué)測量工作對As、Ba、Bi、Co、Cr、Cu、F、Fe、La、Li、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Y、Zn、Au、Ag共21種元素進(jìn)行了測試，分析了地球化學(xué)特征，劃分了找礦遠(yuǎn)景區(qū)，為該區(qū)進(jìn)一步地質(zhì)找礦工作指明了方向。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)屬北秦嶺地層區(qū)，以大河斷裂帶為界，北側(cè)為二郎坪—信陽小區(qū)，南側(cè)為蛇尾小區(qū)。出露地層為古元古界秦嶺巖群郭莊巖組、雁嶺溝巖組，下古生界歪頭山組、二郎坪群大栗樹組、張家大莊組、劉山巖組，古近系核桃園組和第四系(圖1)。

區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造橫跨秦嶺造山系及華北陸塊(河南省地質(zhì)調(diào)查院，2011)，北西—南東向大河斷裂、老和尚廟斷裂、與區(qū)域構(gòu)造方向一致的次級斷裂帶及褶皺與成礦關(guān)系密切(彭三國等，2012)。

研究區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁，加里東期和燕山期最為強(qiáng)烈，巖性以基性、中酸性巖為主。

區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，是我國重要的礦集區(qū)之一。區(qū)內(nèi)有貴金屬、有色金屬、黑色金屬、非金屬、能源礦產(chǎn)以及建材、裝飾石材等礦種，大中小型礦床、礦(化)點(diǎn)上百處。其中優(yōu)勢礦種為金、銀、銅、鉛、鋅、富鐵等金屬礦產(chǎn)，以及螢石、水泥原料、裝飾材料等非金屬礦產(chǎn)，具成群成帶分布特征(圖1)。

2 水系沉積物地球化學(xué)特征

2.1 樣品采集、加工與分析測試

研究區(qū)河流眾多、水系發(fā)育，采樣點(diǎn)大多分布在一級及二級水系中，三級水系少量，每個(gè)樣點(diǎn)控制的匯水盆地面積為0.125～0.25 km2，平均采樣密度為4.52個(gè)/km2。采樣位置一般選在河床底部、河道岸邊與水面接觸處等細(xì)粒物質(zhì)易于聚集處。野外采樣以1∶5萬水系沉積物測量點(diǎn)位布置圖作為手圖，采用手持GPS導(dǎo)航并結(jié)合地形地物進(jìn)行定點(diǎn)，定點(diǎn)誤差<10 m。樣品介質(zhì)為淤泥、粉砂、細(xì)砂等細(xì)粒物質(zhì)，原始樣品過0.25 mm(60目)篩，質(zhì)量≥150 g，然后過0.074 mm(200目)篩，采用等離子體質(zhì)譜法、等離子體發(fā)射光譜法、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法、化學(xué)光譜法、粉末發(fā)射光譜法、離子選擇電極法、極譜法等多種方法進(jìn)行分析測試。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用GeoChem Studio 6 軟件。基于平均值(X1)、標(biāo)準(zhǔn)離差(S)、變異系數(shù)(CV)、富集系數(shù)(K1、K2)及礦化系數(shù)等指標(biāo)研究區(qū)內(nèi)水系沉積物地球化學(xué)特征和規(guī)律(中華人民共和國國土資源部，2015；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，2016；孫社良等，2018；楊育振等，2019；嚴(yán)新濼等，2019)。

2.3 元素分布和富集特征

研究區(qū)各元素分布、富集特征見表1。

(1) Ag、Cu、Pb元素的富集系數(shù)(K1)>1.5，富集分布，Ag元素區(qū)域上豐度值較高；Ni、Zn、Cr、Co、Au、Sb、Y元素富集系數(shù)(K1)在1.2～1.5之間，呈高背景分布；Sn、Mn、W、Bi、Mo、As、La、Li、Ba、F元素富集系數(shù)(K1)在0.8～1.2之間，呈背景分布。

(2) As、Bi、Li元素富集系數(shù)(K2)>2，次生富集明顯；Sb、Sn、Pb、W、La、Zn、Y、F、Cu、Ag、Mn、Mo、Ba元素富集系數(shù)(K2)為1.02～1.85，弱次生富集或次生富集；Co、Au、Ni、Cr元素富集系數(shù)(K2)<1，次生貧化明顯。

(3) Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Ag、Au元素的礦化系數(shù)均>20%，在一定程度上反映了元素的成礦能力或異常強(qiáng)度，具有重要的找礦指示意義(表2)。

表2 研究區(qū)水系沉積物各元素礦化系數(shù)Table 2 Mineralization coefficients of each element in stream sediments of the study area

2.4 元素分異特征

Pb、Ag、Au、Bi、Cu、Zn元素變異系數(shù)(CV)>2，元素離散程度很大，分異性極強(qiáng)，分布極不均衡，極易富集形成強(qiáng)異常；Ni、W、Cr、Sb、Mo、Sn元素CV在1～2之間，其中Sn元素變異系數(shù)為0.99，元素離散程度大，分異性強(qiáng)，分布不均衡，能富集形成強(qiáng)異常；As、Co、F、Mn、Ba、La、Fe、Li、Y元素CV<1，離散程度不大，分異性較弱，分布較均衡，雖富集形成異常，但多數(shù)無找礦意義或意義不大，其中Fe元素異常明顯分布在含鐵礦的大栗樹組地層，間接反映了已知鐵礦床、礦點(diǎn)。

2.5 元素組合特征

為研究區(qū)內(nèi)成礦元素與伴生元素的關(guān)系，對元素作出合理的分類和解釋，利用GeoChem Studio軟件對水系沉積物樣品21種元素的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。在相關(guān)系數(shù)0.100水平上，全區(qū)元素分為3類：第一類為Cr-Ni-Co-Fe-Mn-Sn，其中Ni、Cr元素關(guān)系極為密切；第二類為Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-W-Li，在相關(guān)系數(shù)0.300水平又分為2個(gè)亞類，即Au-Ag-Cu-Pb-Zn元素組合(其中Pb、Ag元素關(guān)系密切)、As-Sb-W-Li元素組合；第三類為Ba-La-F-Y-Bi-Mo，其中Bi、Mo元素關(guān)系較密切(圖2)(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，2016)。

圖2 研究區(qū)水系沉積物元素R型聚類分析譜系圖Fig. 2 R-type cluster analysis pedigree of elements in the stream sediment of the study area

2.5.1 Cu、Pb、Ag、Au、Zn 與桐柏—信陽地區(qū)1∶20萬水系沉積物測量平均含量相比，區(qū)內(nèi)Cu、Pb、Ag富集分布，Au、Zn呈高背景分布。Cu、Pb、Ag、Au、Zn分異性強(qiáng)，礦化系數(shù)≥10%。元素特高值點(diǎn)主要分布于歪頭山組，其次分布于奧長花崗巖、大栗樹組，反映了該區(qū)貴金屬多金屬成礦地質(zhì)背景。

2.5.2 Cr、Ni、Co、Fe、Mn、Sn 與桐柏—信陽地區(qū)1∶20萬水系沉積物測量平均含量相比，區(qū)內(nèi)Co、Cr、Ni呈高背景分布，Sn、Mn正常分布，Co、Mn元素不均勻分布，F(xiàn)e均勻分布；Ni、Cr呈強(qiáng)分異而Sn呈分異。Cr、Ni、Co礦化系數(shù)≥10%，Cr、Ni、Co元素特高值點(diǎn)主要出現(xiàn)于變質(zhì)侵入體中，反映該區(qū)中基性、超基性小巖體的地質(zhì)背景；Fe元素特高值點(diǎn)出現(xiàn)在大栗樹組，反映該區(qū)已知的鐵礦成礦地質(zhì)背景；Mn與Pb、Zn、Ag特高值點(diǎn)均出現(xiàn)于奧長花崗巖；Sn高值點(diǎn)出現(xiàn)在二郎坪群雁嶺溝巖組。

2.5.3 As、Sb、W、Li 與桐柏—信陽地區(qū)1∶20萬水系沉積物測量平均含量相比，區(qū)內(nèi)Li、W、As正常分布，Sb呈高背景分布，Li分布均勻，As分布不均勻；W呈強(qiáng)分異，Sb呈分異。As、Sb與Ag、Au、Cu、Pb、Zn高背景區(qū)局部吻合，分布于中部破山—銀洞坡金銀礦帶歪頭山組及西南角雁嶺溝巖組；W高背景區(qū)分布于西南部大廟組、郭莊巖組和蔡家凹組，其次分布于北西部似斑狀二長花崗巖體及第四系；Li在雁嶺溝巖組、郭莊巖組局部富集呈高背景分布。

2.5.4 Ba、La、F、Y、Bi、Mo 與桐柏—信陽地區(qū)1∶20萬水系沉積物平均含量相比，區(qū)內(nèi)Y呈高背景分布，Ba、La、Bi、Mo呈背景分布，F(xiàn)呈低背景且不均勻—均勻分布；Mo元素呈強(qiáng)分異，Bi分異極強(qiáng)。Ba、La、F元素高背景區(qū)分布于南西部郭莊巖組、雁嶺溝巖組、劉山巖組；Y高背景區(qū)分布于花崗閃長巖、似斑狀二長花崗巖、奧長花崗巖，其次分布于郭莊巖組、雁嶺溝巖組及劉山巖組；Bi、Mo高背景區(qū)分布于東南部郭莊巖組、雁嶺溝巖組、劉山巖組，其次分布于歪頭山組、大栗樹組，以及奧長花崗巖、似斑狀二長花崗巖體。

3 化探異常圈定及評序

3.1 化探異常圈定

分別按異常下限的2、4倍劃分中帶與內(nèi)帶(左瓊?cè)A等，2016；郝玉軍等，2017；劉邦定等，2019)，共圈定831個(gè)單元素異常(表3)。以元素成因上的共生關(guān)系及地理位置的重疊為基本原則，結(jié)合各元素的富集特征、成礦地質(zhì)條件，使用GeoChem Studio軟件圈定綜合異常27個(gè)(圖3)(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，2016)。

表3 研究區(qū)水系沉積物各元素異常下限及含量分帶 Table 3 Abnormal lower limits and content zoning of elements in the stream sediment of the study area

3.2 綜合異常評序

異常評序的意義是評價(jià)異常的相對找礦遠(yuǎn)景，根據(jù)異常分布特征及所處成礦地質(zhì)環(huán)境對區(qū)內(nèi)27個(gè)綜合異常進(jìn)行評序(表4)(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，2016)。

4 找礦遠(yuǎn)景區(qū)

在異常圈定、查證、解釋的基礎(chǔ)上，根據(jù)異常所處的地球化學(xué)背景、規(guī)模、強(qiáng)度、元素組合特征及成礦地質(zhì)環(huán)境，圈定4處具有一定找礦潛力的遠(yuǎn)景區(qū)(圖3)(陳力子等，2015；劉勁松等，2016；閆家偉等，2018；河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，2019)。

圖3 研究區(qū)水系沉積物地球化學(xué)綜合異常圖1-第四系；2-下古生界劉山巖組；3-下古生界張家大莊組；4-下古生界大栗樹組；5-下古生界歪頭山組；6-古元古界雁嶺溝巖組；7-古元古界郭莊巖組；8-似斑狀二長花崗巖；9-斜長花崗巖；10-二長花崗巖；11-輝石巖；12-花崗巖；13-閃長巖；14-英云閃長巖；15-花崗閃長巖；16-花崗斑巖；17-輝長巖；18-地質(zhì)界線；19-實(shí)測逆斷層；20-實(shí)測正斷層；21-實(shí)測性質(zhì)不明斷層；22-推測逆斷層；23-剝離斷層；24-脆韌性斷層；25-大型礦床；26-中型礦床；27-小型礦床；28-礦點(diǎn)；29-礦化點(diǎn)；30-1∶5萬水系沉積物測量地球化學(xué)綜合異常；31-找礦遠(yuǎn)景區(qū)Fig. 3 Comprehensive geochemical anomaly map of the stream sediment in the study area

4.1 圍山城金銀多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)

位于破山—圍山城—朱莊一帶。出露地層為下古生界歪頭山組和大栗樹組，歪頭山組為成礦遠(yuǎn)景區(qū)的主要賦礦層位。構(gòu)造主要為北西向朱莊復(fù)式背斜和疊加其北翼之上的A型褶皺、北西—南東向剪切帶以及北東—南西向斷裂帶(孫保平等，2007)。遠(yuǎn)景區(qū)北部和西部分布有早古生代斜長花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖，早白堊世似斑狀二長花崗巖以及石英脈、煌斑巖脈等巖脈。

表4 地球化學(xué)異常評序

該區(qū)包括5-甲1-1、11-甲1-1、17-甲2-1、15-乙3、16-乙3、27-丁共6個(gè)綜合異常。① 5-甲1-1綜合異常：呈不規(guī)則面狀，主要異常元素為Pb、Zn、Ag，伴生Cu、W、Au、As、Sb等弱小異常，其中Pb、Zn、Ag元素相互套合程度高，異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，富集中心明顯，分帶清晰，1∶1萬地質(zhì)地球化學(xué)探測綜合剖面內(nèi)Pb、Zn、Ag元素異常強(qiáng)度高，規(guī)模大，局部地區(qū)Ag含量達(dá)122 g/t，Pb含量為1 024～3 800 g/t，Zn含量為1 029～5 300 g/t，該異常反映了已知的破山銀(鉛鋅)礦。② 11-甲1-1綜合異常：呈不規(guī)則分枝狀，主要異常元素為Pb、Zn、Ag、Au，伴有As、Sb、Cu弱小異常，其中Pb、Zn、Ag、Au異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，含量分帶清晰，1∶2 000地球化學(xué)剖面水系沉積物異常局部重現(xiàn)性較好，硅化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、絹云母化發(fā)育，共發(fā)現(xiàn)9條礦(化)蝕變帶。

區(qū)內(nèi)由西向東依次分布破山銀礦、銀洞坡金礦以及銀洞嶺銀多金屬礦、螢石礦等金屬及非金屬礦礦(化)點(diǎn)。

綜上所述，該找礦遠(yuǎn)景區(qū)化探異常規(guī)模大，強(qiáng)度高，元素套合好，成礦地質(zhì)背景優(yōu)越，是尋找鉛、鋅、金、銀多金屬礦的良好地段。

4.2 劉山巖銅鋅多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)

呈北西—南東向帶狀沿周家莊—?jiǎng)⑸綆r—張家大莊一帶展布。區(qū)內(nèi)出露地層主要為下古生界劉山巖組和張家大莊組，其中劉山巖組富含Cu、Zn、Cr、Ni元素(代元平，2010)。構(gòu)造為大河斷裂、與區(qū)域構(gòu)造線一致的韌脆性剪切帶以及北東向斷裂帶、層間斷裂帶。巖漿巖為石英斑巖、花崗斑巖等。

該區(qū)包括14-甲3-1、9-甲2-1、23-丙、26-丙共4個(gè)綜合異常。① 9-甲2-1呈不規(guī)則帶狀，主要異常元素為Cu、Zn。其中，Zn45、Cu22異常的極大值分別為656、180 g/t，Cu異常規(guī)模大、強(qiáng)度中等，Zn異常強(qiáng)度高，富集中心明顯。該異常反映了已知的劉山巖銅鋅礦床。② 14-甲3-1呈不規(guī)則帶狀，北西—南東向展布，主要異常元素為Cu，伴生Ag、As、Au、Zn、Sb、Pb。其中Cu異常規(guī)模大、強(qiáng)度中等，含量分帶清晣，As、Sb、Zn、Pb、Ag異常套合較差，反映了區(qū)內(nèi)已知的多金屬礦化點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)劉山巖中型銅鋅礦、方老莊小型銅鋅礦，以及銅、鉛、鋅礦多金屬礦(化)點(diǎn)。

綜上所述，該區(qū)成礦地質(zhì)背景優(yōu)越，化探異常較好，是尋找劉山巖式海相火山噴流沉積型銅鋅多金屬礦的有利地段。

4.3 月兒灣金銀多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)

位于黑石山—月兒灣—汪莊一帶，出露地層為下古生界大栗樹組和張家大莊組，巖漿巖為早古生代花崗閃長巖、二長花崗巖和斜長花崗巖，構(gòu)造以北東—南西、北西—南東向斷裂帶以及層間褶皺構(gòu)造為主(王東曉等，2014)。

該區(qū)包括1-甲2-1、6-丙、2-甲3-1、7-丙、19-丁共5個(gè)綜合異常。① 1-甲2-1呈彎曲帶狀，北東轉(zhuǎn)北西向。Au為主要異常元素，Au2異常面積大、強(qiáng)度高，富集中心明顯，最大值達(dá)107 mg/t，該異常反映了月兒灣金礦床。② 2-甲3-1呈北西西向展布，Zn為主要異常元素，其中Zn7異常規(guī)模大，最大值為3 745 g/t。1∶2 000土壤地球化學(xué)剖面顯示Pb、Zn異常強(qiáng)度高，異常連續(xù)，呈強(qiáng)烈富集態(tài)勢，Zn、Pb最大值分別為402、2 205 g/t,Ag、Au最大值分別為4.75、80.9 mg/t。硅化、褐鐵礦化發(fā)育，局部可見細(xì)粒黃鐵礦化、方鉛礦化，異常區(qū)發(fā)現(xiàn)2條礦(化)蝕變帶。

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)月兒灣金礦床、汪莊金礦點(diǎn)以及小型礦化點(diǎn)多處。

綜上所述，區(qū)內(nèi)Au、Ag、Pb、Zn、Fe等化探異常特征明顯，礦化明顯，成礦條件有利，是尋找金、銀、鐵、鉛鋅多金屬礦床的有利地段。

4.4 老和尚帽銀多金屬礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)

夾持于大河斷裂和松趴—龜梅斷裂之間，北西—南東向，沿老和尚帽—柳樹莊—大河一帶呈帶狀展布。主要出露地層為秦嶺巖群雁嶺溝巖組、郭莊巖組以及二郎坪巖群劉山巖組，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，構(gòu)造為大河斷裂、松趴—龜梅斷裂以及次級斷裂帶。

該景區(qū)由8-甲3-1、13-甲3-1、24-甲2-2、12-甲3-1、25-乙3共5個(gè)綜合異常組成。① 24-甲2-2呈不規(guī)則面狀，主要異常元素為Bi、Ni、Cr、Sn、Mo，伴生F、La、Ba、Mn、Co、Fe，該異常反映了柳樹莊蛇紋巖(鎳礦)礦；② 12-甲3-1大致呈東西走向，主要異常元素為W、Sb、Ag、Pb，伴生As、Au、Zn、Cu、Li，其中Ag、Pb、Sb、W元素異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，含量分帶清晰，富集中心明顯；③ 13-甲3-1呈帶狀，北西—南東展布，異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，含量分帶清晰，其中Zn為主要異常元素。

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)歇馬嶺小型金礦、老虎頂小型銀礦和二十畝地銀礦、柳樹莊鎳礦、桐柏縣孤山頭銅鉛鋅礦點(diǎn)等。

綜上所述，該區(qū)成礦條件有利，礦化明顯，找礦潛力大，是尋找和發(fā)現(xiàn)金、銀多金屬礦床的有利地段(楊澤強(qiáng)，2007)。

5 結(jié) 論

(1) 水系沉積物地球化學(xué)測量具有查明區(qū)內(nèi)地球化學(xué)特征、確定找礦靶區(qū)的指示意義，共圈定831個(gè)單元素異常、27個(gè)綜合異常，為下一步地質(zhì)找礦工作指明了方向。

(2) 根據(jù)異常特征及所處成礦地質(zhì)環(huán)境，對綜合異常進(jìn)行了篩選、評序。其中，24-甲2-2綜合異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，含量分帶清晰，Cr、Ni、Bi異常套合程度高，富集中心明顯。該異常反映了已知的柳樹莊蛇紋巖(鎳礦)礦。

(3) 在異常圈定、解釋、查證的基礎(chǔ)上圈定了找礦遠(yuǎn)景區(qū)4處。其中圍山城、月兒灣、老和尚帽找礦遠(yuǎn)景區(qū)是尋找中低溫?zé)嵋航疸y多金屬礦的有利地段，劉山巖找礦遠(yuǎn)景區(qū)是尋找劉山巖式海相火山噴流沉積型銅鋅礦多金屬礦的潛力區(qū)域。