湘东北小坑桥金矿成矿元素地球化学特征研究

蒙 勇, 陈云华, 唐朝永, 徐军伟, 张强录

(湖南省有色地质勘查局247队，湖南长沙 410129)

湘东北小坑桥金矿成矿元素地球化学特征研究

蒙 勇, 陈云华, 唐朝永, 徐军伟, 张强录

(湖南省有色地质勘查局247队，湖南长沙 410129)

本文探讨小坑桥矿区成矿元素地球化学特征，分析了地层、构造、岩浆岩等与金的成矿关系。结果表明，冷家溪群黄浒洞组地层对金的成矿作用贡献大，金矿化体主要产在近东西向断裂破碎带的拉张裂隙中。土壤地球化学异常特征显示，成矿元素Au异常规模较大，强度值高，具有2～3级浓度带，浓集中心明显，异常形态呈近EW向展布，与后来发现的含金蚀变体基本吻合。从元素组合特征看，Au、As、Sb为矿区的特征元素组合，与金成矿关系密切。元素垂向分带显示，Au、Sb特征元素出现在中部和下部，暗示矿区深部很可能存在隐伏金矿体。

地球化学 元素组合 金矿 小坑桥 湘东北

Meng Yong, Chen Yun-hua, Tang Chao-yong, Xu Jun-wei, Zhang Qiang-lu. Study on geochemistry characteristics of ore-forming elements in the Xiaokengqiao gold mine of northeastern Hunan Province[J]. Geology and Exploration,2016,52(6):1048-1056.

湘东北地区处于扬子板块东南缘江南古陆中段，属扬子板块与华夏板块之间的缝合地带(韩凤彬,2009)。区域内金属矿床、矿点广泛分布，金矿床主要有万古金矿、黄金洞金矿、雁林寺金矿、洪源金矿、中岳金矿等，其他金属矿床主要有七宝山、井冲、东冲等铜多金属矿床，其中控制金矿田的主要为三条近EW向的区域韧性剪切带(肖拥军等，2007)。小坑桥金矿正处于区域近EW向韧性剪切带上，属破碎带蚀变岩型金矿床。本文基于矿区地质勘查工作的基础上，试图对矿区成矿元素地球化学特征进行分析研究，希望能够更有成效地指导小坑桥矿区的今后找矿勘查工作。

1 区域地质背景

湘东北一带出露地层主要为中元古界冷家溪群、晚古生界、中生界地层(刘登等，2008；刘邦定等，2009；彭泽华，2012)。其中，冷家溪群地层属扬子陆块褶皱基地，为一套以浅灰、灰绿色为主的具复理石和类复理石建造特征的深海-半深海相浅变质碎屑岩系(李鹏春，2006)。湘东北地区金矿均赋存于该地层中(程国满，1999；刘亮明等，1999；符巩固等，2002)，如雁林寺金矿、团山背金矿、小坑桥金矿等赋存于中元古界冷家溪群黄浒洞组地层中；黄金洞金矿赋存于中元古界冷家溪群小木坪组地层中；万古金矿赋存于中元古界冷家溪群坪原组地层中。

区域构造包括褶皱和断裂，其构造线方向为近EW向、NNE向(图1)。其中，近EW向构造主要由一系列紧闭褶皱、倒转褶皱、断裂及韧-脆性剪切带、韧性推覆剪切带等组成，均为武陵—加里东期形成的基底构造(韩凤彬等，2010)；NNE向断裂主要由一系列走向NNE的逆冲剪切、伸展剪切或平移—伸展剪切型的脆性断裂构造组成，为中新生代形成的盖层构造(肖拥军等，2004)。

区域岩浆岩发育，侵入时代有元古代、加里东期、燕山早期、燕山晚期等，以燕山期岩浆活动最为强烈，加里东期次之(韩凤彬等，2010；彭泽华，2012)。岩浆热液活动，为湘东北地区金成矿提高了丰富的物源和热源(董国军等，2008；蒙勇等，2015)。

2 矿区地质特征

矿区出露地层简单,主要为中元古界冷家溪群黄浒洞组浅变质岩系。根据岩性组合，以浅色浊积岩为标志，将区内地层划分为黄浒洞组第一段中、上部岩性层(图2)，为区内主要矿源层，小坑桥金矿主要产于该岩性层的断裂破碎带中。其中，黄浒洞组第一段上部岩性层(Pt2lnh1c)为灰色-灰绿色绢云母板岩、粉砂质绢云母板岩，夹有云母变质石英岩屑砂岩,与下伏岩性层呈整合接触；黄浒洞组第一段中部岩性层(Pt2lnh1b)为灰色-青灰色粉砂质板岩，夹有透镜状粉砂岩，偶见灰色-灰绿色绢云母板岩。

图1 湘东北地区地质及金矿分布图(据罗晓滨等，1996修改)Fig.1 Sketch map showing geology and distribution of gold deposits in northeastern Hunan (modified after Luo et al., 1996)1-第四系-白垩系；中泥盆系-中三叠系；3-元古界；4-燕山早期花岗岩；5-燕山晚期花岗岩；6-加里东期花岗岩；7-元古代花岗岩；8-断裂；9-韧性剪切带；10-金矿点1-Quaternary-Cretaceous; 2-Middle Devonian-Middle Triassic; 3-Proterozoic; 4-Early Yanshanian granite; 5-Late Yanshanian granite; 6-Caledonian granite; 7-Proterozoic granite; 8-fault; 9-ductile shear zone; 10-gold deposit

图2 小坑桥金矿地质图及金异常图Fig.2 Map showing geology and Au anomalies of the Xiaokengqiao gold deposit1-黄浒洞组第一段上部；2-黄浒洞组第一段中部；3-地质界线；4-破碎带；5-断层；6-产状；7-黑云母花岗岩；8-煌斑岩；9-花岗斑岩;10-金异常；11-异常编号1-Pt2lnh1c stratum; 2-Pt2lnh1b stratum; 3-geological boundary; 4-fracture zone; 5-fracture; 6-occurrence; 7-bio-tite granite; 8-lamprophyre; 9-granite porphyry; 10-gold anomaly; 11-serial number of anomaly

矿区褶皱构造不发育，区域上处于福寿山背斜的北翼，倾向大体为NNW-NNE，倾角为20°～55°，产状基本稳定。断裂构造发育，主要为近EW向断裂和NNE向断裂(图2)。近EW向断裂发育在冷家溪群黄浒洞组第一段粉砂质板岩、绢云母板岩中，为断裂破碎带，破碎带由断层泥、碎裂粉砂质板岩、碎裂绢云母板岩和碎裂石英脉等组成，走向近EW，倾向N，倾角为50°～84°，为正断层，兼具压扭性质，为本区主要控矿、含矿构造。NNE向断裂为与长平断裂平行的次级断裂，形成时间晚于近EW向断裂，为逆断层，具有扭性质，为近EW向断裂的配套构造，其主要对近EW向含矿断裂进行破坏、切割和错动。

矿区岩浆岩比较复杂，出露有黑云母花岗岩、花岗斑岩、煌斑岩等(图2)，大部分走向为NE，主要呈小岩枝、岩脉产出。

3 地球化学特征

3.1 元素参数特征

通过对小坑桥矿区199件钻孔原生晕样品，分别统计出矿区地层、破碎带等地质体的11种元素的地球化学参数(表1)。可见，在矿区地层中，变异系数大于0.5的元素有Au、As、Sb、Pb、W、Bi，表明了这些元素离散程度高，分布不均匀，反映地层中的这些元素对金的成矿作用贡献大；变异系数小于0.5的元素有Cu、Zn、Ag、Sn、Mo，反映了地层中这些元素离散程度低，分布均一，对金的成矿作用贡献小。与湖南省区域地球化学背景值对比，矿区Au、As、Sb、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Bi等元素的背景值，均高于全省背景值，表明区域地球化学作用有利于本区金的成矿。

在矿区断裂破碎带中，变异系数大于0.5的元素有Au、As、Sb、Pb、W、Bi、Mo，反映了这些元素离散程度高，分布不均匀，与成矿作用直接或间接相关，可作为成矿或找矿指示元素；变异系数小于0.5的元素有Cu、Zn、Ag、Sn，反映了这些元素离散程度低，均匀分布，与成矿作用关系不甚密切。与矿区地球化学背景值相比，破碎带中Au、As、Sb、Ag、Mo等元素的均值都高于矿区背景值，表明矿区地球化学作用有利于金的成矿。

表1 小坑桥金矿微量元素地球化学特征

注：Au含量为10-9，其余元素为10-6。样品分析单位是湖南省有色地质勘查研究院测试中心，其中Au分析采用YD2.3.11-91 泡沫塑料富集火焰法测定金；Ag分析采用DZG 93-09/三(三)石墨炉原子吸收分光光度计法测定银量；Cu、Pb、Zn分析采用YD2.2.2-91 X射线荧光光谱法；W、Mo、Sn分析采用YD1.1.22-91 ICP直读光谱法；As、Sb、Bi分析采用YD2.4.2-91氢化物法。表2、3、4、5同。

3.2 元素组合特征

不同矿种不同成因类型的矿床具有不同成矿指示元素组合(佟依坤等，2014)，元素组合结果可以通过因子分析、聚类分析、相关分析等方法统计实现的。其中，因子分析是以各种变量原始数据的相关关系为基础，通过数学方法将许多彼此间具有错综复杂关系的现象归结为几个因子，以较少的几个因子反映原资料的大部分信息(钱建平等，2010)。它能够归纳和提炼元素组合，并可以通过元素组合特征推算、解释成矿过程和成矿元素的迁移、富集变化，划分成矿阶段，确定成矿物质来源(曹新志等，1989；钱建平等，2010)。

本次采用因子分析统计方法，对小坑桥矿区167件钻孔原生晕样品11种元素的分析结果，进行基于主成分变量的R型因子分析，以累计方差贡献89.76%为准，提取5个因子(表2)。获知钻孔原生晕中的元素具有4种组合：F1因子元素组合为Au、As、Sb，F2因子元素组合为Pb、Bi、Ag、Mo，F3因子元素组合为Zn、W，F4因子元素组合为Sn、W。综上表明，由Au、As、Sb元素构成的F1因子组合，反映了矿区的特征元素组合，与金成矿有关。

表2 小坑桥矿区微量元素R型因子分析结果

注：F1代表第1个因子元素组合，F2代表第2个因子元素组合，F3代表第3个因子元素组合，F4代表第4个因子元素组合，F5代表第5个因子元素组合。

3.3 元素垂向分带特征

原生晕，主要是热液在压力梯度和浓度梯度的共同作用下，元素通过溶液沿岩石裂隙系统整体，主动和被动式进行迁移，在化学和物理化学的作用下，溶液在所流经的围岩裂隙中留下矿液活动的痕迹(蒋敬业，2006)。原生晕找矿方法，是利用矿体或其他地质体周围赋存在岩石中的地球化学分散晕进行深部找矿、寻找隐伏矿的地球化学方法(周顶等，2015)。矿床或矿体往往形成各自为中心的元素分带，则研究矿床原生晕的分带性，可以确定矿床的成矿指示元素及其分带序列，估计矿体剥蚀深度、确定深部矿体产状、寻找隐伏矿体，是进行找矿预测和寻找隐伏盲矿体的一种有效方法，在矿产勘查地球化学中已经被广泛应用，取得了许多成功的实例(伍宗华等，1993；代西武等，2000)。

采用C.B.戈里格良分带指数法，通过对小坑桥金矿地表280m标高至中深部-70m标高范围所采取的钻孔原生晕样品11种元素分析结果，根据50m作为一个标高段上的原始数据求出各元素线金属量,进行标准化,得出标准化线金属量(表3)；利用分带指数公式(1)，算出各元素在不同标高段的分带指数值Ki(表4)，从中确定每个元素的分带指数最大值Kmax；利用变化指数公式(2)，求出最上部标高或最下部标高中元素分带指数最大值的变化指数，根据(如果两个或两个以上元素同时出现在最上部时，H越大者，说明其向上迁移能力较强，应排在上；如果两个或两个以上元素同时出现在最下部

时，H越大者，说明其向下迁移能力较强，应排在下)原则，进行排序；利用变化指数梯度公式(3)，求出介于最上部标高与最下部标高之间其他标高段元素分带指数最大值的变化指数梯度，根据(如果H上>H下，△H越大者，反映该元素向下迁移的能力，应排在下；如果△H下>H上，△H越大者，反映该元素向上迁移的能力，应排在上)原则，进行排序。因而得出各元素分带指数的梯度值,即元素变化指数值(表5)。

(1)

(2)

△H=H上-H下或H下-H上

(3)

Kmax为某元素的最大分带指数值，Ki为某元素在i取样段的分带指数，H为变化指数，△H为变化指数梯度，n为段数。

从上述各元素分带指数的梯度值△H的计算结果，自上而下的垂向分带序列初步结果如下:Bi→Mo→As→Sn→Ag→Zn→Pb→W→Sb→Cu→Au，结合矿区见矿标高，获得到较为准确的垂向分带序列：Bi→Mo→As→Sb1→Au1→Sn→Ag→Zn→Pb→W→Sb2→Cu→Au2。

表3 不同标高段各微量元素标准化线金属量

表4 不同标高段各元素分带指数值

表5 不同标高段各元素变化指数值

该分带系列与李惠等对58个典型金矿床原生晕垂向分带序列的概率统计结果(李惠等，1999)：矿体前缘晕及上部(B-I-As-Hg-F-Sb)、矿体中部(Pb-Ag-Au-Zn-Cu)、矿体下部及尾晕(W-Bi-Mo-Mn-Ni-Gd-Co-V-Ti)对比，可见大体上基本吻合，但有所不同。其中，Bi、Mo出现在上部，Sb、Au既出现在中部又出现在下部，表明矿区发生过两期或两期以上的矿化作用，反映本区矿床具多建造叠加成晕特征，预示深部很可能存在盲矿体。

3.4 成矿元素Au土壤化探异常特征

根据矿区1∶1万土壤地球化学测量数据，以累计频率为73.68%时的样本值作为异常下限，根据累计频率73.68%、89.16%、97.83%所对应的Au样本值10×10-9、70×10-9、100×10-9，将本区划分为三级异常带，编制土壤Au元素地球化学异常图(图2)。可见，Au元素异常主要分布在板子棚北、阴窝桥、牛锅窝、小坑桥一带，共圈定Au元素异常5个，其异常规模较大，强度值高(Z-1、Z-2、Z-3、Z-4号异常均具有三级浓度带)，浓集中心明显，异常形态呈近东西向展布。根据化探异常信息，在矿区开展了地质勘查工作，发现了金矿化体的存在，大部分与Au异常范围基本吻合。

(1)Z-1号异常

异常位于测区的东北部，即牛锅窝一带，出露地层为Pt2lnh1c。Au元素异常含量范围为10×10-9～270×10-9，异常长900m，宽100m～250m，面积约0.15km2，异常呈近EW向分布，异常强度中等，具三级浓度带，峰值为270×10-9。在Au异常范围内竣工有槽探工程，尚未揭露金矿化体。分析认为，金异常应是隐伏含金地质体次生作用所致。

(2)Z-2号异常

异常位于测区中部的阴窝桥东北侧，出露地层为Pt2lnh1c和Pt2lnh1b。Au元素异常含量范围为10×10-9～240×10-9,异常长1000m，宽30m～300m，面积约0.2km2，异常呈近EW向分布，异常强度中等，具三级异常浓度带，峰值为240×10-9。局部异常范围与已发现的Ⅲ-1、Ⅲ-2号蚀变破碎带基本吻合，但金矿化较弱。

(3)Z-3号异常

异常位于测区中部的阴窝桥东南侧，出露地层为Pt2lnh1b。主要分布于NE向断裂西侧。Au元素异常含量范围为10×10-9～1000×10-9,异常长750m，宽20m～250m，面积约0.12km2，异常呈近EW向分布，异常强度高，具三级异常浓度带，峰值高达1000×10-9。整体可分为南北二个异常带，其中南部异常带与II—1矿体相吻合；而北部异常带中，目前尚未揭露含金矿化蚀变体，推测可能是隐伏含金地质体次生作用引起的异常。

(4)Z-4号异常

异常位于测区的南部，出露地层为Pt2lnh1b，分布于北东向断层的东西两侧。Au元素异常含量范围为10×10-9～180×10-9,异常长800m，宽约300m，面积约0.18km2，异常呈近EW向分布，异常强度中等，具三级异常浓度带，峰值为180×10-9，异常范围与I-1、I-2号矿化体基本吻合。

(5)Z-5号异常

异常位于测区的西北部小坑桥一带，出露地层为Pt2lnh1c，发育NNE向断裂。Au元素异常含量范围为10×10-9～46×10-9,异常长600m，宽30m～300m，面积约0.18km2，异常呈近EW向分布，异常强度一般，具三级异常浓度带，峰值为46×10-9，Ⅳ-1、Ⅳ-2号矿化体正处于异常浓集中心的上游或上坡附近，能够说明是该金矿化体引起的异常。

4 成矿条件分析

4.1 地层与成矿关系

矿区出露地层为冷家溪群黄浒洞组第一段中、上部岩性层，岩性主要为粉砂质板岩、绢云母板岩，夹有云母变质石英岩屑砂岩。根据统计中的元素地球化学参数特征，可见地层岩性中Au、As、Sb、Pb、Zn、W等元素的丰度值、背景值等均高于湖南省背景值，而且分异系数较大，反映出地层本身对金的成矿作用贡献大。类比湘东北地区黄金洞金矿、万古金矿、雁林寺金矿、团山背金矿等金矿床矿点，均与冷家溪群地层密切有关。综合认为中元古界冷家溪群黄浒洞组地层为矿区矿床的形成提供了丰富的物质来源。

4.2 构造与成矿关系

湘东北地区脉型金矿的成矿构造主要是与剪切构造作用相关的各级断裂构造，控制金矿田的主要是三条近东西向的区域韧性剪切带,金矿体都产出在构造张性扩容空间内(肖拥军等，2007)。小坑桥金矿处于区域韧性剪切带上(图1)，发育有近EW向断裂破碎带和NNE向断裂。其中，近EW向断裂破碎带与区内成矿关系密切，该组构造中Au元素异常强度高，吻合程度较好，控制了矿区大部分金矿化体的产出。已有探矿工程显示，浅部含金蚀变破碎带断续具有拉张和压扭揉皱特点,金矿化往往出现在破碎带中的拉张构造裂隙中，金及载金矿物主要充填在破碎带中的石英脉裂隙和碎裂板岩裂隙中，多半为后期含矿热液充填形成的，当然也不排除与破碎带同期含矿热液充填成矿的可能性，而压扭揉皱构造裂隙金矿化很微弱。NNE向断裂为导矿构造或成矿后断裂，与近EW向断裂组成配套构造，一来为成矿期矿液运移提供了疏通渠道，二来对近EW向含矿断裂破碎带进行切割、错动和破坏。

4.3 岩浆岩与成矿关系

矿区零星出露有NE向的黑云母花岗岩脉、花岗斑岩脉、闪斜煌斑岩脉等。其中，在已有探矿钻孔中，见有毒砂矿化花岗斑岩脉，钻孔原生晕样品中金含量高达113×10-9；而且在花岗斑岩脉附近的石英脉-破碎板岩带中，金品位高达1.7×10-6，其金矿化很可能与岩浆热液活动有关。因而，认为矿区深部有利部位可能存在与花岗斑岩有关的金矿体。

5 结论

(1)垂向分带系列显示特征元素Au、Sb既出现在中部又出现在下部，表明矿区因断裂性质发生变化而产生膨胀拉张、挤压揉皱等构造活动事件，导致矿体在垂向上出现金矿化的轮回尖灭再现。

(2)元素参数特征显示，冷家溪群黄浒洞组中Au、As、Sb、Pb、W、Bi元素变异系数较大，反映地层本身对金的成矿作用贡献大。

(3)元素组合特征显示，Au、As、Sb为矿区的特征元素组合，与金成矿关系密切。

(4)成矿元素Au土壤化探异常特征显示，矿区Au元素异常规模较大，强度值高，多数具有三级浓度带，浓集中心明显，异常形态呈近EW向展布。在后来地质勘查过程中，发现的含金蚀变破碎带，均落在Au元素异常范围内，总体上基本吻合。

(5)成矿条件分析表明，中元古界冷家溪群黄浒洞组地层为矿区矿床的形成提供了丰富的物质来源；近东西向断裂破碎带控制了矿区大部分金矿化体的产出,金矿化主要富集在破碎带中的拉张构造裂隙中。

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Study on Geochemistry Characteristics of Ore-Forming Elements in the Xiaokengqiao Gold Mine,Northeast Hunan Province

MENG Yong, CHEN Yun-hua, TANG Chao-yong, XU Jun-wei, ZHANG Qiang-lu

(No. 247TeamofHunanNonferrousGeologicalExplorationBureau,Changsha,Hunan410129)

This work analyzed the correlations of metallogenesis of the gold deposits among strata, structure, and magmatic rock based on the geochemistry characteristics of ore-forming elements in the Xiaokengqiao mining area. The results suggest that the Pt2lnh stratum took an important role in mineralization of the gold deposits. The gold mineralized bodies mainly occur within the extensional fissures in a nearly east-west trending fault zone. The geochemical anomalies of soil reveal that the anomalies of Au secondary halos are large in size, and have an obvious concentration zone of 2～3 level, where anomalies spread in nearly east-west direction, consistent with the gold body that was later found. The combinations of elements show that the Au, As and Sb are characteristic combination of elements, which are closely related to the gold mineralization. The vertical zoning of elements shows that the characteristic elements of Au and Sb are present in both the middle and the lower, implying the existence of possible concealed gold bodies at depth.

geochemistry, element association, gold mine, Xiaokengqiao, northeast Hunan Province

2016-06-27；[修改日期]2016-11-07；[责任编辑]陈伟军。

湖南省两权价款地质勘查项目(编号 201203065)资助。

蒙 勇(1985年-)，男，工程师，从事地质勘查、地球化学勘查等生产与科研工作。E-mail:my5976@163.com。

P595

A

0495-5331(2016)06-1048-09