安徽省欄桿地區(qū)土壤地球化學(xué)特征及找礦潛力

◎ 湯磊鑫，徐干干，劉清風(fēng)

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325 地質(zhì)隊(duì)，安徽 淮北 235000

為明確找礦方向、縮小工作區(qū)范圍、圈定找礦靶區(qū)，研究小組在安徽省欄桿地區(qū)開展了1 ∶5 萬土壤地球化學(xué)測量工作，并對所測量的Au、Ag、Cu、Co、Pb、Zn、As、Hg、Sb、Cr、Ni、Bi 等12 種元素進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)、成礦潛力分析以及找礦靶區(qū)預(yù)測，為該地區(qū)下一步找礦工作提供有利的地球化學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

欄桿地區(qū)位于安徽省北部，屬安徽省宿州市埇橋區(qū)管轄，面積約670 km2。研究區(qū)處于黃淮平原腹地，屬淮北平原的一部分，第四系覆蓋區(qū)海拔一般在20～50 m，地勢西北高、東南低，平原、丘陵地形地貌，高地有黑峰嶺、青銅山，海拔約210 m，山脈NNE 向及NE 向，基巖裸露區(qū)植被不發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)河流屬淮河水系，由西北向東南流入淮河和洪澤湖。研究區(qū)屬于半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，處于亞熱帶和溫暖帶的過渡帶。冬季干寒，夏季多雨，四季分明，土壤肥沃，日照雨水充裕。研究區(qū)物產(chǎn)豐富，是小麥、棉花、油料的主要產(chǎn)地，林木資源豐富。

1.1 地 層

研究區(qū)內(nèi)出露的地層主要包括南華系賈園組（Nh1j）、趙圩組（Nh1z）、倪園組（Nh1n）、九頂山組（Nh1jd）、張渠組（Nh2zh）、魏集組（Nh2w），震旦系史家組（Z1sh）及望山組（Z1w），上統(tǒng)金山寨組（Z2j）、溝后組（Z2g），寒武系猴家山組（∈1hj）、昌平組（∈1ch）、饅頭組（∈1m）及毛莊組（∈2m）、徐莊組（∈2x）、張夏組（∈2z）。

侵入巖主要為基性侵入巖，巖體為老寨山巖體，巖性以輝綠巖為主，伴以輝長—輝綠巖。

1.2 構(gòu) 造

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬華北地臺（Ⅰ級）淮河臺坳（Ⅱ級）淮北陷褶斷帶（Ⅲ級）的靈璧臺穹（Ⅳ級），是Ⅲ級構(gòu)造單元淮北陷褶斷帶最東邊的一個次級構(gòu)造單元[1]。中元古代該區(qū)屬隆起剝蝕狀態(tài)，自晚元古代南華系開始才全面接受地臺相沉積。南華紀(jì)、震旦紀(jì)和寒武紀(jì)形成的大面積穩(wěn)定的陸表淺海沉積組成了該區(qū)地臺蓋層的第一個下構(gòu)造層[2]。印支運(yùn)動和燕山早期運(yùn)動在研究區(qū)形成時(shí)窯背斜、黑峰嶺—青銅山向斜。蓋層構(gòu)造變動相對微弱，為NE向和緩開闊背斜及向斜，未見次級褶皺，且伴生的斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

1.3 礦產(chǎn)特征

研究區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)以鐵、銅、金、金剛石為主。目前已知礦床有巍山鐵礦，處于時(shí)窯背斜西翼、巍山斷裂西側(cè)，主要被第四系掩蓋。巍山斷裂對礦體的形成起控制作用。礦體產(chǎn)于輝綠巖脈與望山組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及金山寨組含藻灰?guī)r接觸帶及其NW 向的張扭性斷裂中[3]。研究人員在欄桿金山寨組底礫巖中發(fā)現(xiàn)金剛石及鎂鋁榴石、鉻透輝石、鉻鐵礦等指示礦物，屬尋找金剛石礦前景有利地區(qū)[4]。

2 采樣方法及元素分析

研究小組根據(jù)地物、地貌標(biāo)志，手持移動GPS 定位進(jìn)行地形圖野外定點(diǎn)。在正式開展工作前，研究小組在研究區(qū)內(nèi)選擇3 個以上控制點(diǎn)（GPS 三級水準(zhǔn)點(diǎn)）對GPS 進(jìn)行校準(zhǔn)，定位誤差＜5 m，采樣時(shí)保留GPS 航跡。研究小組采用500 m×250 m 網(wǎng)度布設(shè)，樣品采集部位為殘坡積層中下部，采樣深度30 cm 以下；在采樣點(diǎn)周圍30 m 范圍內(nèi)多點(diǎn)采集組合樣（3～5處），采樣重量＞300 g（干燥后）；采用記錄卡編錄，內(nèi)容包括圖幅名稱、工作地區(qū)、采樣位置、樣品成分、地質(zhì)及地貌特征、采樣點(diǎn)附近出露基巖名稱，以及蝕變、礦化特征、第四系厚度、植被發(fā)育等情況。

土壤地球化學(xué)樣品分析由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325 地質(zhì)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)，共測試土壤樣品2 767 個，土壤地球化學(xué)樣品的分析指標(biāo)為Au、Ag、Cu、Co、Pb、Zn、As、Hg、Sb、Bi、Ni、Cr 等12 種元素的含量。地球化學(xué)樣品分析按照《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 1030—2006）中的規(guī)定進(jìn)行。為確保分析方法的準(zhǔn)確度和精確度，研究小組對研究區(qū)土壤進(jìn)行土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS1—8）測試分析，各項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量參數(shù)均優(yōu)于規(guī)范所規(guī)定的分析方法準(zhǔn)確度和精確度的要求。

3 土壤地球化學(xué)特征及異常評價(jià)

3.1 元素含量特征

通過地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)未經(jīng)剔除和逐步剔除±3 倍標(biāo)準(zhǔn)離差后的數(shù)據(jù)的土壤樣品地球化學(xué)參數(shù)如表1 所示。其中Au、Ag、Cr、Zn 元素分布不均勻，離散程度較大，可能富集成礦。Au 元素變異系數(shù)＞0.5，為弱變異型；Hg 元素變異系數(shù)＞1，為變異型。

一般來說，成礦作用總是出現(xiàn)在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地質(zhì)作用多次疊加的地區(qū)。因此，不服從正態(tài)分布的地質(zhì)體才具有找礦前景。其中，Sb、Hg、Bi、Ni、Pb 元素基本符合正態(tài)分布，顯示為單一地球化學(xué)作用；Zn、As、Cu、Au、Ag 元素顯示正偏分布，這表明可能存在后期礦化原因（見圖1）。

圖1 研究區(qū)元素概率分布直方圖

3.2 元素組合特征

研究小組以12 種元素為變量，進(jìn)行R 型因子分析，選取元素含量對數(shù)值為變量，計(jì)算得出KMO 值為0.7。選取公因子方差累計(jì)貢獻(xiàn)＞80%的因子作方差極大正交旋轉(zhuǎn)，確定各因子的元素組合；同時(shí)，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)特征，進(jìn)行元素共生組合的特征研究，結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)元素Cu﹣Co、Co﹣Ni﹣Cu、Co﹣Cr﹣Ni 的相關(guān)性較好，其他元素的相關(guān)性一般（見表2）。

研究小組選取7 個因子（對所有變量的方差總貢獻(xiàn)占80%）進(jìn)行R 型因子分析，結(jié)果表明：F1 因子為Ni、Cu、Co、Cr、Zn 元素組合，主要反映為有基性巖分布；F2 因子為Ag、Au、Zn 元素組合，反映為Ag、Au 元素及伴生元素組合；F3 因子為Pb、Au 元素組合，反映為熱液型鉛礦化；F4、F5、F6、F7 為As、Hg、As、Bi 元素的獨(dú)立因子，地質(zhì)意義不明（見表3）。

3.3 地球化學(xué)異常分析

研究小組根據(jù)土壤樣品元素地球化學(xué)參數(shù)值（見表1），計(jì)算理論異常下限值（異常下限值=算術(shù)平均值＋2×離差），再結(jié)合研究區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征及地球化學(xué)特征確定各元素異常下限，并將其劃分為外、中、內(nèi)3 個濃度分帶（見表4）。

表1 土壤測量地球化學(xué)參數(shù)表

表2 研究區(qū)元素相關(guān)系數(shù)表

表3 R 型因子分析表

表4 各元素異常下限及分帶表

3.3.1 單元素異常

通過對土壤地球化學(xué)測量樣品的數(shù)理統(tǒng)計(jì)，研究小組圈定Au、Cu、Pb、Zn、Ag 等12種元素異常，Au、Cu、Zn、Ag、As、Cr 元素具有明顯的濃集中心，Pb、Sb、Co、Ni、Bi、Hg 元素異常僅零星分布。其中，Au 元素異常濃度最大值為18.6×10-9，異常圍繞青銅山周邊分布；Cu 元素異常在研究區(qū)內(nèi)整體呈EN 向條帶狀分布，有大面積異常濃集中心，異常濃度最大值為121×10-6，異常主要沿輝綠巖出露地層分布；Zn 元素異常與Cu 元素異常走向一致，且套合良好，有大面積異常濃集中心，有單點(diǎn)高值存在，異常濃度最大值為614×10-6，異常位于老寨山附近，呈不規(guī)則狀展布，異常濃度具有外、中帶，分帶清晰；Ag 元素異常分布在黑峰嶺—青銅山一帶，呈NE 向散點(diǎn)狀，近似等距離分布；Co 元素異常主要位于老寨山—貓頭山—九頂山一帶，呈明顯的NE 向條帶狀分布；Cr 元素異常具有外、中2 個濃度帶，異常濃度最大值為561×10-6，面積約為1.2 km2，分布形式與Co 元素一致；Ni 元素異常濃度最大值為170.88×10-6，主要位于輝綠巖體出露區(qū)，部分位于輝綠巖體與第四系接觸帶上。

綜上所述，在異常區(qū)的中部貓頭山—老寨山一帶，有明顯的Cu、Cr、Ni 3 種元素的異常，各元素的異常濃度最大值出現(xiàn)的部位雖不完全一致，但其形成異常的范圍都在老寨山輝綠巖床或輝綠巖脈的中心或兩側(cè)。各元素異常一般呈NE 向延伸，與輝綠巖床（或巖脈）的走向一致。其中，Cr、Ni 2 種元素暈的生成與輝綠巖有直接關(guān)系，Cu 元素異常出現(xiàn)于輝綠巖與望山組灰?guī)r接觸帶上，這可能與輝綠巖及其后期含礦熱液的礦化作用有關(guān)。

3.3.2 組合異常特征

研究小組利用化探一體化軟件分析，篩選并圈定了4 處組合異常，編制了研究區(qū)元素的組合異常圖。

（1）AS1 是以Cu、Cr、Ni 元素為主的組合異常。AS1 組合異常主要位于貓頭山—九頂山一帶范圍內(nèi)，出露地層為震旦系望山組及第四系地層，輝綠巖脈接觸帶附近巖體非常發(fā)育。異常面積約27 km2，呈帶狀分布，NE 走向。異常組合元素有Au﹣Cu﹣Pb﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co﹣Cr﹣Ni，Au、Cu、Cr、Zn、Ni 元素異常有外、中2 個濃度帶，其他元素只有外帶，Au、Pb、Bi 元素異常只見零星分布（見圖2）。Cu、Co、Cr、Ni 元素異常封閉，異常濃度最大值分別為120.58×10-6、53.13×10-6、355.06×10-6、170.88×10-6，異常套合好，呈明顯的帶狀分布，NE 走向。Cu 元素與Zn 元素局部異常濃集中心一致，這可能與不同地層接觸帶有關(guān)。

圖2 AS1 異常特征圖

（2）AS2 是以Cu、Cr、Ni 元素為主的組合異常。AS2 組合異常主要分布在老寨山附近，出露地層為饅頭組、溝后組、望山組及第四系地層，巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、石英砂巖、粉砂質(zhì)頁巖，NE 向的輝綠巖脈非常發(fā)育。組合異常面積約11.7 km2，呈帶狀分布，NW 走向。異常組合元素有Au﹣Cu﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co﹣Cr﹣Ni，各元素異常封閉，組合異常近SN 走向。以Cu 元素異常面積最大，Cu、Zn、Cr、Ni 元素異常，出現(xiàn)外、中2 個濃度帶，Co 元素只有外濃度帶，其他元素異常只見零星分布（見圖3）。Cu、Co、Cr、Ni 元素異常套合好，有明顯的濃集中心；Cu元素與Zn 元素異常一致。Cu、Zn、Cr、Ni 元素的異常濃度最大值分別為122.689×10-6、222.09×10-6、360.75×10-6、143.75×10-6，這可能與不同地層接觸帶有關(guān)。

圖3 AS2 組合異常剖析圖

（3）AS3 是以Au、As 元素為主的組合異常。AS3 組合異常主要分布在小紅山—茅山一帶，出露南華系下統(tǒng)倪園組、趙圩組、賈園組及第四系地層，并有NE 向正長斑巖脈及輝綠巖脈出露。Ag 元素與Au、As、Sb 元素異常套合部分主要位于南華系下統(tǒng)倪園組下段與趙圩組接觸帶上；Au、As、Sb 元素異常套合部分位于南華系下統(tǒng)賈園組與第四系地層接觸帶上。組合異常面積約10 km2，異常組合元素有Au﹣Cu﹣Pb﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co，只有Ag、As元素異常有外、中2 個濃度帶，且中帶較?。黄渌禺惓Ｖ挥型鈳?，且Cu、Pb、Zn、Co 元素異常僅零星分布；As 元素異常分布最廣。Au、As、Sb 元素異常局部套合較好，Ag元素異常與Au、As、Sb 元素也有部分套合，且Au、Sb、Ag 元素異常封閉。AS3 組合異常呈不規(guī)則狀分布，整體走向NNE（見圖4）。Au、Ag、As 元素的異常濃度最大值分別為8.16×10-9、231×10-9、22.2×10-6，這可能與不同地層接觸帶及正長斑巖脈相關(guān)。

圖4 AS3 組合異常剖析圖

（4）AS4 是以Cu、Zn 元素為主的組合異常。AS4 組合異常分布在金山寨附近，出露寒武系下統(tǒng)饅頭組、昌平組、猴家山組、溝后組、金山寨組、望山組、史家組及第四系地層，巖性主要為灰?guī)r、白云質(zhì)含藻灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、鈣質(zhì)頁巖及鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及第四系地層粉質(zhì)黏土；NW—NE向輝綠巖脈非常發(fā)育，金山寨平移斷層位于該異常中心部位。組合異常面積約5.3 km2，呈帶狀分布且封閉，NW 走向。異常組合元素有Au﹣Cu﹣Zn﹣Ag﹣Sb﹣Bi﹣Co。只有Cu元素出現(xiàn)外、中2 個濃度帶，其他元素異常只有外帶，且Sb、Bi 元素異常零星分布（見圖5）。Cu、Zn 元素異常套合好，異常濃度最大值分別為139.8×10-6、196.875×10-6，這可能與不同地層接觸帶及斷層有關(guān)。

圖5 AS4 組合異常剖析圖

4 成礦潛力分析

研究區(qū)內(nèi)生礦產(chǎn)的形成與分布規(guī)律主要受構(gòu)造體系控制[5]，弧形構(gòu)造為研究區(qū)主要的控礦構(gòu)造。含礦巖漿以構(gòu)造體系為前提的侵入活動及圍巖是內(nèi)生礦產(chǎn)形成的直接因素[6]。含礦巖漿的侵入時(shí)期及與其相聯(lián)系的成礦時(shí)期，與構(gòu)造體系的生成過程密切相關(guān)。2 組斷裂的交匯處是研究區(qū)找礦的重點(diǎn)地段，成因多為高中溫?zé)嵋盒汀?/p>

各種內(nèi)生金屬礦產(chǎn)的形成，往往與一定時(shí)期、一定類型的侵入巖有關(guān)[7]。老寨山巖體附近礦化與斷裂關(guān)系密切，礦化多在壓性、壓扭性斷裂與EW 向張扭性斷裂交匯處。另外，AS2 區(qū)土壤地球化學(xué)金屬量Ti、Co、Cu 元素異常和重砂鈷礦異常的反應(yīng)，可作為Ti、Fe、Cu 元素的找礦靶區(qū)。

地層對礦化的控制，其實(shí)質(zhì)是由巖性決定的，圍巖的理化性質(zhì)不同，對不同成因的礦床控礦作用不同，理化性質(zhì)對礦液的交代沉淀起著重要作用，利于形成接觸交代型多金屬礦床[8]。青銅山地區(qū)地層富含Mg、Ca 質(zhì)碳酸鹽巖，在巖漿和構(gòu)造條件下，圍巖裂隙發(fā)育，有利于礦液充填交代。在圍巖與巖體的接觸帶上，局部見石榴石矽卡巖或矽卡巖化白云質(zhì)灰?guī)r。結(jié)合AS3 區(qū)土壤地球化學(xué)Au、Cu 元素異常，Au﹣As﹣Ni 元素組合異常，可作為Au、Cu 元素的找礦靶區(qū)。

5 結(jié) 語

（1）研究小組通過分析土壤地球化學(xué)測量樣品的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圈定了Au、Cu、Pb、Zn、Ag 等12 種元素異常，異常分布與研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件吻合較好，Au、Cu、Zn、Ag、As、Cr 元素具有明顯的濃集中心。

（2）研究區(qū)內(nèi)元素共生組合的特征研究結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)元素Cu﹣Co、Co﹣Ni﹣Cu、Co﹣Cr﹣Ni 相關(guān)性較好，濃度分帶清晰，具有多個濃集中心，分布面積較廣，規(guī)模較大，各單元素異常之間套合較好，具有較好的找礦前景。

（3）研究小組根據(jù)土壤測量數(shù)據(jù)結(jié)果，篩選并圈定了4 處組合異常，綜合研究區(qū)成礦地質(zhì)背景、元素異常特征、成礦物質(zhì)來源等特征劃定老寨山、青銅山2 處靶區(qū)，其中老寨山地區(qū)，具備較好的Cu、Fe、Ti 多金屬找礦前景；青銅山地區(qū)具備較好的Au、Cu 找礦前景。