河南盧氏三官廟鉬多金屬礦區土壤地球化學特征及成礦預測

孫 雨 神 元 魯正清 彭瓊斌(河南省地質礦產勘查開發局第四地質勘查院，河南 鄭州 450001)

我國秦嶺地區花崗巖廣布，與花崗巖有關的成礦作用非常顯著，是我國鉬礦資源極為豐富的一個構造成礦區[1-4]。西秦嶺地區的鉬礦資源以溫泉斑巖型鉬礦為主[5-6]，絕大多數與花崗巖相關的中生代斑巖鉬礦及相關的脈型鉛鋅礦都集中于東秦嶺地區，并具有明顯的斷裂控礦特征[7-10]。近年來，學者們對東秦嶺構造帶內的前范嶺、肖畈、秋樹灣、湯家坪、姚沖、千鵝沖鉬礦床等斑巖型輝鉬礦的地質特征、同位素年齡和成礦規律進行了深入研究[11-16]。河南省盧氏地區地處華北陸塊與秦嶺褶皺帶的結合部位，經歷了多期變形變質作用，構造線方向為近EW向和NWW向[17-18]。盧氏三官廟鉬多金屬礦區在區域構造上屬于東秦嶺地區，位于華北陸塊南緣盧氏—欒川陸緣褶斷帶中西部。2006年至今，河南省地質調查院開展了包括預查區在內的官道口地區1∶5萬戰略性礦產資源調查，完成了1∶5萬區域地質修測、1∶5萬水系沉積物測量、1∶5萬地面高精度磁法測量和礦產概略檢查工作，圈出了一大批物化探異常。總體上，礦區地質構造復雜，斷裂褶皺發育，巖漿活動頻繁，化探異常發育，礦化蝕變普遍，正長斑巖、鉀長花崗巖發育，為尋找鉬鎢鉛鋅金銀多金屬礦的有利地區。

化探為主、物探為輔的綜合找礦方法在鉬礦勘查中已得到有效應用[19-22]，此外，多元統計法與地球化學方法的有效結合也有助于高效圈定找礦靶區[23-24]。本研究以三官廟鉬多金屬礦區為例，采用多元統計分析方法中的經過去量綱標準化的Euclidean距離法對區內的土壤地球化學元素數據進行聚類分析，在此基礎上進行找礦靶區圈定，并結合物探方法以及槽探、鉆探方法進行靶區驗證分析，為礦區后續找礦工作提供可靠依據。

1 區域地質背景

1.1 地 層

研究區位于伏牛山北麓，屬中—低山區(圖1)。該區總體地勢北高南低，地層由老至新為：①中元古界熊耳群(Pt2xn)，主要巖石類型為安山巖、杏仁狀安山巖、英安巖、杏仁狀角閃英安巖、凝灰質英安巖；②中元古界官道口群(Pt2gn)，主要巖性為石英砂巖、泥巖、灰綠色細砂巖和泥質粉砂巖、白云巖等；③新元古界欒川群(Pt3ln)，主要由泥質板巖、粉砂巖、細晶白云巖、泥板巖構成；④震旦系(Z)，主要巖性為灰黑色鈣質礫巖及含礫板巖、石英片巖，含方解石的條帶狀石英大理巖等；⑤下古生界寒武系(∈)，主要巖石類型有角礫白云巖及砂質白云巖與白云質砂巖、灰色綠泥絹云千枚巖、暗灰色條帶狀變白云質灰巖等；⑥第四系(Q)，主要為全新統(Qh1pal)坡積、沖積堆積的亞砂土、亞黏土、砂土及中更新統(Qp2l)離石黃土。

圖1 研究區區域地質特征Fig.1 Regional geological characteristics of the study area

1.2 構 造

研究區位于華北陸塊南緣，經歷了漫長而又復雜的地質構造演化，受燕山期陸內造山作用影響，褶皺、斷裂極為發育。褶皺構造包括水泉一拐峪復式倒轉向斜和四明山倒轉背斜，向斜受自北而南的應力作用而使褶皺發生倒轉。背斜在廟灣一帶傾伏，轉折端被兩側斷裂破壞。

研究區斷裂構造發育有3組，喬陰—五里廟斷裂呈NWW向展布，斷裂帶中動力變質及熱液蝕變強烈，巖漿及熱液活動明顯，金屬硫化物有鉛、銅、銀、金、鉬等；石門—王河斷裂帶控制了區域地層分布，呈NWW向展布于區內南部石門—肖原—王河一線，斷裂受多期次構造疊加作用，早期主要表現為韌性剪切特征，帶內可見糜棱巖化巖石，構造片巖等，晚期表現為脆性變形特征，沿斷裂帶巖層破碎，片理化、構造角礫巖隨處看見；夜長坪—銀家溝斷裂帶位于區域東南部，長約30 km，由數條壓性斷裂組成，沿斷裂帶發育有碎裂巖、角礫巖，礦化主要有輝鉬礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化和磁鐵礦化等，形成了夜長坪大型鉬礦、銀家溝大型硫鐵礦和眾多礦(化)點，為區內重要的多金屬成礦帶。

1.3 巖漿巖

區內巖漿巖主要包括印支期后期木桐溝正長斑巖，燕山期侵入巖包括燕山期早期石英二長閃長巖和燕山期晚期鉀長花崗斑巖。花崗斑巖巖體出露于盧氏縣木桐鄉南夜長坪，呈隱伏狀侵入于官道口群白云巖中。區內脈巖不太發育，近EW走向，多為構造控制，由老至新為輝長巖脈、云煌巖脈、閃長巖脈、石英脈。

1.4 圍巖蝕變

區內圍巖蝕變主要分布于斷裂帶及閃長巖墻周圍，與斷裂有關的蝕變主要為硅化、絹云母化、泥化、褐鐵礦化，其中褐鐵礦在斷裂帶中往往呈條帶狀展布；與巖體有關的蝕變為褐鐵礦化、絹云母化、鉀長石化、矽卡巖化，其中褐鐵礦化、矽卡巖化主要分布于巖體與圍巖的接觸處，呈團塊狀、串珠狀分布。

2 礦床地質特征

(1)礦體特征。鉬礦體位于北南溝一帶，賦存于震旦系羅圈—東坡組與寒武系辛集組的層間斷裂帶內，含礦巖石為碎裂泥質板巖。礦體走向長約1 100 m，厚0.19～1.64 m，平均0.73 m，總體走向305°，傾向35°，傾角55°。礦化有褐鐵礦化、鐵錳碳酸鹽化、鉬華化、鐵鉬華化等。樣品分析表明，w(Mo)為0.016%～0.19%，平均0.064%；w(Pb)為0.02%～0.12%，平均0.055%；w(Zn)為0.02%～0.21%，平均0.082%；w(TFe)為7.55%～31.50%，平均14.60%。

(2)礦石特征。礦區地表出露的礦石為氧化礦礦石，氧化礦物有褐鐵礦、鉬華、鉬鉛礦、鉬鈣礦及少量鉬鎢鈣礦等，脈石礦物主要為石英，少量白云石、硅鎂石、絹云母、白云母、綠泥石等。礦石以變余粗—中粒砂狀結構為主，局部為變余細粒砂狀結構。礦石構造主要有塊狀構造、蜂窩狀構造、浸染狀構造、條帶狀構造等。按礦石的主要礦物成分和成因，礦石類型可分為矽卡巖型礦石、花崗斑型礦石。礦區礦石的工業類型有單鉬型礦石及鉬-鎢-鐵型礦石。

(3)圍巖蝕變。礦區礦體的含礦巖石主要為鐵質泥質板巖，頂板巖性為砂質白云巖，底板巖性為泥質板巖、碳質泥質板巖等，主要分布于斷裂帶及閃長巖墻周圍。礦區與斷裂有關的蝕變主要為硅化、絹云母化、泥化、褐鐵礦化，其中褐鐵礦在斷裂帶中往往呈條帶狀展布；礦區與巖體有關的蝕變為褐鐵礦化、絹云母化、鉀長石化、矽卡巖化。

3 土壤地球化學異常特征

3.1 土壤地球化學數據處理

由于沉積—成壤作用、沉積—成巖作用、構造熱液活動等地質作用，元素含量分布往往不服從正態分布或對數正態分布，故需通過剔除高含量數據，使元素在基本服從正態分布的條件下進行計算分析[25-28]。本研究在研究區開展了1∶1萬土壤地球化學測量，測區面積4.4 km2，共采集了1 312件土壤樣品，重點分析Cu、Mo、Pb、W、Ag、As、Sb、Bi、Zn、Hg 等10種元素。首先采用SPSS軟件根據元素含量數據繪制正態分布圖，校驗所用數據是否符合正態分布；然后利用金維化探軟件通過迭代法剔除不符合正態分布的數值，剔除的標準是剔除值等于每一次迭代中的平均值加3倍的標準偏差，剔除后計算出各元素含量的平均值、最大值、中位數、眾值、離差、背景值、富集系數、異常下限和變異系數(表1)；最后利用SPSS軟件進行統計分析，討論元素的親疏關系，探索元素組合規律以便更有效地確定找礦方向。

表1 研究區元素含量特征值Table 1 Characteristics values of the elements in study area

注：Hg含量單位：×10-9。

3.2 聚類分析

聚類分析是一種根據樣品多種變量的測定數據進行數字分類，定量確定樣品(或變量)之間親疏關系的方法[29-30]。為有效分析土壤地球化學樣品中不同元素的組合關系，研究變量之間的關系，找到元素組合，本研究預先對原始數據進行相關性分析后發現變量之間的線性相關性不高，故而選用距離法進行聚類。由于距離法選用的是直角坐標系，要求變量之間互不相關，若N個變量的相關性很強，則反映了同一地質因素的作用，而降低了其他因素的作用，易導致分析結果產生較大誤差。因此，本研究選擇Euclidean距離法進行聚類，結果見圖2、圖3。

圖2 元素聚類分析譜系Fig.2 Cluster analysis spectrum of elements

圖3 元素間聚類分析的冰柱圖Fig.3 Icicle diagram of elements cluster analysis

由圖2可知，當聚類距離為18時，可將元素劃分為Zn-W-Cu-Mo-Pb、As-Sb-Hg-Ag、Bi 3類；由圖3可知，當聚類數目為3時，元素組合分別為Zn-W-Cu-Mo-Pb、As-Sb-Hg-Ag和Bi。

3.3 元素相關性異常特征

3.3.1 Mo-Cu-Zn-Pb-W異常特征

在整個研究區中，Mo、Cu、Zn、Pb、W單元素異常套合好，分布與地層走向保持一致，且與聚類分析結果一致，表明該5種元素與成礦關系密切(圖3)。鉬異常在礦區分布相對集中，成條帶狀展布。在鉬單元素異常圖(圖4(a))中，Mo有3條高背景異常帶，延伸方向為NW—SE向，與地層走向基本一致，w(Mo)平均為3.41×10-6，背景值為1.24×10-6，最高為153.0×10-6，變異系數為277%，說明Mo離散度大，富集系數達3.1，具有極強的分異富集特征及較大的成礦可能性。Cu在區內呈條帶狀分布，其中有2條Cu高背景異常帶，其分布與NW—SE向地層走向一致，與Mo在該區的高背景異常帶基本一致，但Cu在整個研究區都沒有3級異常分帶存在，可認為Cu為其他成礦元素的指示元素(圖4(b))。Zn在區內分布較分散，整體分布與NW—SE向地質界線走向保持一致，與Mo、Cu在整個研究區套合好，高背景區位于北南溝附近，有一定的成礦可能性(圖4(c))。Pb在區內呈條帶狀與NW—SE向地質界線吻合，也與Mo、Zn的異常帶基本套合，有一定的成礦可能性(圖4(d))。W零星分布于礦區北西部和中東部，與Cu、Mo異常有套合，成礦可能性較小，應為指示元素(圖4(e))。

3.3.2 As-Sb-Hg-Ag異常特征

Hg、Ag、As、Sb在研究區零星分布，As、Sb異常套合較好，Hg、As異常部分套合，Ag異常少且分布較零星，與As異常部分套合。該4種元素異常基本不具備成為找礦靶區的價值，可視為指示元素。

3.3.3 Bi異常

研究區Bi異常僅有1個，與其他元素異常基本無套合，基本無成礦可能。總體上，研究區的主成礦元素為Mo、Zn、Pb，Mo成礦的可能性更大，Cu、W異常與主成礦元素套合好，可作為主成礦元素的伴生元素，自身成礦的可能性不大；Hg、Ag、As、Sb異常分布零星，套合較好，僅能表明它們的伴生關系密切，成礦可能性較小；Bi異常規模、異常強度均特別小，且與其他元素無套合，無成礦可能性。

4 找礦靶區圈定及工程驗證

4.1 找礦靶區圈定

4.1.1 I類異常靶區

I類異常靶區即三官廟—趙凹Mo-Cu-Zn-Pb-W綜合異常，異常主要集中分布于中元古界白術溝組泥質板巖、含碳質板巖和馮家灣組白云巖中，接觸面有褐鐵礦礦點出露，異常規模較大，元素套合較好，為尋找鉬多金屬礦較有利的地區(圖5)。

4.1.2 Ⅱ類異常靶區

Ⅱ類異常靶區即北南溝Mo-Zn-Pb-W-Hg-As-Cu綜合異常，異常主要集中分布于寒武系辛集組白云巖與震旦系羅圈—東坡組炭質板巖中，不整合面有褐鐵礦礦點出露(圖6)。該異常為不規則狀，異常規模大，元素套合較好，異常中Mo，Cu、Zn、Pb、W 5種元素異常套合好，As、Hg異常套合好，與聚類分析結果保持一致，為尋找鉬多金屬礦較有利的地區。

圖4 Mo、Cu、Zn、Pb、W單元素異常特征Fig.4 Single element anomaly distribution characteristics of Mo,Cu,Zn,Pb and W

圖5 I類異常靶區異常特征Fig.5 Anomaly characteristics of I-type prospecting target area

4.2 找礦靶區驗證

經過在三官廟測區進行1∶1萬高精度磁法掃面，發現區內磁異常分區特征明顯，根據磁異常特征，可將區內磁異常劃分為5個區，即甄家村正磁異常區、東巖上正磁異常區、陳家岔異常背景區、趙凹異常背景區、三官廟負磁異常區(圖7)。經過與本研究確定的找礦靶區進行對比分析可知，元素異常主要集中分布于正負磁異常伴生的梯度區域，結合研究區區域地質特征，可知區內官道口群、寒武系等無磁性，該類碳酸鹽建造與鉛鋅銀礦化密切，低背景平緩磁場中的梯度變化劇烈處為尋找鉛鋅銀礦床的有利部位。而且區域構造中燕山期構造居多，燕山期侵入體多呈正負伴生磁異常，而斑巖-矽卡巖型鉬礦以及與熱液作用有關的鉛鋅多金屬礦多數分布于正負伴生磁異常的正磁異常與負磁異常的梯度帶附近，因此本研究推斷I類靶區和Ⅱ類靶區的綜合異常均為主成礦元素的礦致異常。

4.3 找礦靶區工程揭露

4.3.1 槽探法揭露找礦靶區

根據本研究分析可知，研究區Mo、Zn、Pb成礦可能性大，整個研究區不整合面褐鐵礦出露明顯，推測全鐵含量較高，因此本研究槽探分析對象選定為Mo、Pb、Zn和TFe。根據元素套合情況，對I類找礦靶區三官廟—趙凹Mo-Cu-Zn-Pb-W綜合異常和Ⅱ類找礦靶區北南溝Mo-Zn-Pb-W-Hg-As-Cu綜合異常進行了槽探工程揭露(表2)，發現I類靶區中的Mo品位未達到工業品位，而Ⅱ類靶區中的Mo品位達到了礦床品位；Ⅱ類靶區北南溝綜合異常Mo品位最大值為0.28%，TFe品位最大值達到46.1%，均達到了工業品位，為尋找鉬多金屬礦的有利靶區。

圖6 Ⅱ類異常靶區異常特征Fig.6 Anomaly characteristics of II-type prospecting target area

圖7 研究區磁異常解譯結果Fig.7 Magnetic anomaly interpretation results in study area

4.3.2 鉆探法揭露找礦靶區

ZK02鉆孔布置于研究區中部、I類靶區中，處于NE向構造及侵入巖發育附近，同時也為Mo-Cu-Zn-Pb-W綜合異常發育部位。鉆孔垂直打入，鉆探工程見礦情況如表3。

Mo-Cu-Zn-Pb-W綜合異常經鉆探工程揭露，Mo品位最高為0.013%，鉆孔在360.35 m深處揭露到2 m厚的石英脈，主要發育黃鐵礦化，局部有方鉛礦化、閃鋅礦化、輝鉬礦化等，圍巖有較強的綠泥石化、硅化等蝕變，反映出礦區有熱液活動現象存在，此外，在I類找礦靶區內的斷裂帶交匯處、正負磁異常交匯處，推測深部有隱伏礦床存在。

表2 找礦靶區槽探工程揭露結果Table 2 Exposing results of the prospecting target areas by costean engineering

5 結 論

(1)從區域地質背景來看，熊耳群、管道口群、欒川群都屬于富鉬地層，表明研究區基底和蓋層均富鉬，為鉬多金屬礦提供了礦源層。NWW向斷裂為巖漿上升的通道，控制了礦帶的分布，NNE向斷裂、區域性斷裂派生的次級構造為容礦構造，控制了礦床的具體產出位置，兩者交匯部位為巖體及礦化最有利的部位，可據此圈定找礦靶區。含鉬斑巖的巖石化學特點屬鈣堿性巖系，具有高硅、富堿、貧鎂、低鈣和鉀大于鈉的顯著特征。從研究區地層巖性來看，有隱伏于白云巖中的鉀長花崗斑巖，按照熱液成礦理論，部分熔融的巖漿沿斷裂或滑脫面上升，在淺部形成巖漿房，并經過結晶分異作用從而生成輝石閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖-花崗斑巖-石英斑巖的演化序列，當巖漿演化到富鉀花崗斑巖時才能成礦，因此區域鉀長花崗斑巖的發現，增加了鉬成礦的可能性。

表3 ZK02鉆孔鉆探工程驗證結果Table 3 Verification results of drilling engineering of I-type prospecting target area

(2)在單元素異常圖中可以明顯看出Mo的異常規模和異常強度均最佳，而且Mo、Cu、Pb、Zn異常都與NW—SE向地層走向一致，套合較好，Mo、W同屬高溫熱液元素，套合也較好，表明研究區多金屬礦應為中高溫熱液成因，與聚類分析結果一致。研究區斷裂帶中動力變質及熱液蝕變強烈，巖漿及熱液活動明顯，矽卡巖化、角巖化、硅化、鉀化、碳酸鹽化、絹云母化、褐鐵礦化及高嶺土化均較發育，有較多細晶白云巖呈條帶狀出現，礦石呈現出侵染狀、細脈狀構造。有褐鐵礦礦化出現，Mo與Cu或Mo與W套合好，說明以Mo-Cu-Fe或Mo-W-Fe組合出現為斑巖-矽卡巖型礦床的典型特征。區域成礦期多在燕山期，燕山期侵入體多呈正負伴生磁異常，斑巖-矽卡巖型鉬礦以及與熱液作用有關的鉛鋅多金屬礦多數分布于正負伴生磁異常的正磁異常與負磁異常的梯度帶附近，結合區域地質信息和物化探工作手段推測研究區內形成中高溫熱液和斑巖-矽卡巖型鉬多金屬礦床的潛力較大。

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