河南桐柏馬道地區水系沉積物地球化學特征及找礦方向

張紅強， 張紅鵬， 王 斌， 安 超， 李 佳

(河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院， 河南鄭州450001)

0 引 言

河南桐柏馬道地區橫跨秦嶺造山帶東段，區內欒川—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(河南省地質調查院，2011)。

馬道地區面積性1∶5萬水系沉積物地球化學測量工作對As、Ba、Bi、Co、Cr、Cu、F、Fe、La、Li、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Y、Zn、Au、Ag共21種元素進行了測試，分析了地球化學特征，劃分了找礦遠景區，為該區進一步地質找礦工作指明了方向。

1 地質概況

研究區屬北秦嶺地層區，以大河斷裂帶為界，北側為二郎坪—信陽小區，南側為蛇尾小區。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)。

區內大地構造橫跨秦嶺造山系及華北陸塊(河南省地質調查院，2011)，北西—南東向大河斷裂、老和尚廟斷裂、與區域構造方向一致的次級斷裂帶及褶皺與成礦關系密切(彭三國等，2012)。

研究區巖漿活動頻繁，加里東期和燕山期最為強烈，巖性以基性、中酸性巖為主。

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

2 水系沉積物地球化學特征

2.1 樣品采集、加工與分析測試

研究區河流眾多、水系發育，采樣點大多分布在一級及二級水系中，三級水系少量，每個樣點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/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粒物質易于聚集處。野外采樣以1∶5萬水系沉積物測量點位布置圖作為手圖，采用手持GPS導航并結合地形地物進行定點，定點誤差<10 m。樣品介質為淤泥、粉砂、細砂等細粒物質，原始樣品過0.25 mm(60目)篩，質量≥150 g，然后過0.074 mm(200目)篩，采用等離子體質譜法、等離子體發射光譜法、氫化物發生-原子熒光光譜法、化學光譜法、粉末發射光譜法、離子選擇電極法、極譜法等多種方法進行分析測試。

2.2 數據處理

采用GeoChem Studio 6 軟件。基于平均值(X1)、標準離差(S)、變異系數(CV)、富集系數(K1、K2)及礦化系數等指標研究區內水系沉積物地球化學特征和規律(中華人民共和國國土資源部，2015；河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院，2016；孫社良等，2018；楊育振等，2019；嚴新濼等，2019)。

2.3 元素分布和富集特征

研究區各元素分布、富集特征見表1。

(1) Ag、Cu、Pb元素的富集系數(K1)>1.5，富集分布，Ag元素區域上豐度值較高；Ni、Zn、Cr、Co、Au、Sb、Y元素富集系數(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(K1)在0.8～1.2之間，呈背景分布。

(2) As、Bi、Li元素富集系數(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(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(K2)<1，次生貧化明顯。

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

表2 研究區水系沉積物各元素礦化系數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(CV)>2，元素離散程度很大，分異性極強，分布極不均衡，極易富集形成強異常；Ni、W、Cr、Sb、Mo、Sn元素CV在1～2之間，其中Sn元素變異系數為0.99，元素離散程度大，分異性強，分布不均衡，能富集形成強異常；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。

2.5 元素組合特征

為研究區內成礦元素與伴生元素的關系，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種元素的原始數據進行聚類分析。在相關系數0.100水平上，全區元素分為3類：第一類為Cr-Ni-Co-Fe-Mn-Sn，其中Ni、Cr元素關系極為密切；第二類為Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-W-Li，在相關系數0.300水平又分為2個亞類，即Au-Ag-Cu-Pb-Zn元素組合(其中Pb、Ag元素關系密切)、As-Sb-W-Li元素組合；第三類為Ba-La-F-Y-Bi-Mo，其中Bi、Mo元素關系較密切(圖2)(河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院，2016)。

圖2 研究區水系沉積物元素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1∶20萬水系沉積物測量平均含量相比，區內Cu、Pb、Ag富集分布，Au、Zn呈高背景分布。Cu、Pb、Ag、Au、Zn分異性強，礦化系數≥10%。元素特高值點主要分布于歪頭山組，其次分布于奧長花崗巖、大栗樹組，反映了該區貴金屬多金屬成礦地質背景。

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

2.5.3 As、Sb、W、Li 與桐柏—信陽地區1∶20萬水系沉積物測量平均含量相比，區內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呈強分異，Sb呈分異。As、Sb與Ag、Au、Cu、Pb、Zn高背景區局部吻合，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1∶20萬水系沉積物平均含量相比，區內Y呈高背景分布，Ba、La、Bi、Mo呈背景分布，F呈低背景且不均勻—均勻分布；Mo元素呈強分異，Bi分異極強。Ba、La、F元素高背景區分布于南西部郭莊巖組、雁嶺溝巖組、劉山巖組；Y高背景區分布于花崗閃長巖、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倍劃分中帶與內帶(左瓊華等，2016；郝玉軍等，2017；劉邦定等，2019)，共圈定831個單元素異常(表3)。以元素成因上的共生關系及地理位置的重疊為基本原則，結合各元素的富集特征、成礦地質條件，使用GeoChem Studio軟件圈定綜合異常27個(圖3)(河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院，2016)。

表3 研究區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異常的相對找礦遠景，根據異常分布特征及所處成礦地質環境對區內27個綜合異常進行評序(表4)(河南省地質礦產勘查開發局第三地質礦產調查院，2016)。

4 找礦遠景區

在異常圈定、查證、解釋的基礎上，根據異常所處的地球化學背景、規模、強度、元素組合特征及成礦地質環境，圈定4處具有一定找礦潛力的遠景區(圖3)(陳力子等，2015；劉勁松等，2016；閆家偉等，2018；河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，2019)。

圖3 研究區水系沉積物地球化學綜合異常圖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-地質界線；19-實測逆斷層；20-實測正斷層；21-實測性質不明斷層；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；29-礦化點；30-1∶5萬水系沉積物測量地球化學綜合異常；31-找礦遠景區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景區

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，歪頭山組為成礦遠景區的主要賦礦層位。構造主要為北西向朱莊復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)。遠景區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 地球化學異常評序

該區包括5-甲1-1、11-甲1-1、17-甲2-1、15-乙3、16-乙3、27-丁共6個綜合異常。① 5-甲1-1綜合異常：呈不規則面狀，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，異常規模大、強度高，富集中心明顯，分帶清晰，1∶1萬地質地球化學探測綜合剖面內Pb、Zn、Ag元素異常強度高，規模大，局部地區Ag含量達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異常規模大、強度高，含量分帶清晰，1∶2 000地球化學剖面水系沉積物異常局部重現性較好，硅化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、絹云母化發育，共發現9條礦(化)蝕變帶。

區內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。

綜上所述，該找礦遠景區化探異常規模大，強度高，元素套合好，成礦地質背景優越，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景區

呈北西—南東向帶狀沿周家莊—劉山巖—張家大莊一帶展布。區內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)。構造為大河斷裂、與區域構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。

該區包括14-甲3-1、9-甲2-1、23-丙、26-丙共4個綜合異常。① 9-甲2-1呈不規則帶狀，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異常規模大、強度中等，Zn異常強度高，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異常規模大、強度中等，含量分帶清晣，As、Sb、Zn、Pb、Ag異常套合較差，反映了區內已知的多金屬礦化點。

區內已發現劉山巖中型銅鋅礦、方老莊小型銅鋅礦，以及銅、鉛、鋅礦多金屬礦(化)點。

綜上所述，該區成礦地質背景優越，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景區

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，構造以北東—南西、北西—南東向斷裂帶以及層間褶皺構造為主(王東曉等，2014)。

該區包括1-甲2-1、6-丙、2-甲3-1、7-丙、19-丁共5個綜合異常。① 1-甲2-1呈彎曲帶狀，北東轉北西向。Au為主要異常元素，Au2異常面積大、強度高，富集中心明顯，最大值達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異常規模大，最大值為3 745 g/t。1∶2 000土壤地球化學剖面顯示Pb、Zn異常強度高，異常連續，呈強烈富集態勢，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、褐鐵礦化發育，局部可見細粒黃鐵礦化、方鉛礦化，異常區發現2條礦(化)蝕變帶。

區內已發現月兒灣金礦床、汪莊金礦點以及小型礦化點多處。

綜上所述，區內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景區

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，區內巖漿活動強烈，構造為大河斷裂、松趴—龜梅斷裂以及次級斷裂帶。

該景區由8-甲3-1、13-甲3-1、24-甲2-2、12-甲3-1、25-乙3共5個綜合異常組成。① 24-甲2-2呈不規則面狀，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元素異常規模大、強度高，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，異常規模大、強度高，含量分帶清晰，其中Zn為主要異常元素。

區內已發現歇馬嶺小型金礦、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等。

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

5 結 論

(1) 水系沉積物地球化學測量具有查明區內地球化學特征、確定找礦靶區的指示意義，共圈定831個單元素異常、27個綜合異常，為下一步地質找礦工作指明了方向。

(2) 根據異常特征及所處成礦地質環境，對綜合異常進行了篩選、評序。其中，24-甲2-2綜合異常規模大、強度高，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、查證的基礎上圈定了找礦遠景區4處。其中圍山城、月兒灣、老和尚帽找礦遠景區是尋找中低溫熱液金銀多金屬礦的有利地段，劉山巖找礦遠景區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域。