湖南通道-五团地区水系沉积物地球化学特征及找矿预测

季文兵，陈希清，杨忠芳，路远发，夏金龙，定 立

JI Wen Bing1，CHENXi Qing2，YANG Zhong Fang1，LUYuan Fa3，XIA Jin Long2，DINGLi2

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083；2.中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉430205；3.长江大学资源与环境学院，湖北武汉430100)

（1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083；2.Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei；3.College of Resources and Environment,Yangtze University,Wuhan 430100,Hubei）

水系沉积物地球化学测量方法是地球化学勘察技术中一种重要的方法之一[1-4]。针对当前地表找矿难度越来越大的现状，水系沉积物地球化学测量方法在找矿方面发挥出越来越重要的作用，而且得到了越来越多的实际的应用[5-11]。在湖南通道-五团地区，通过1∶5万水系沉积物地球化学测量工作，迅速缩小了找矿远景区的范围，圈定了若干有利的找矿靶区，为部署进一步找矿工作及区域、矿区成矿规律研究提供了重要基础依据。

湖南通道-五团地区地质工作程度较低，化探工作仅于上世纪开展过1∶20万区域化探扫面，为1∶5万化探空白区。本区目前已发现多个钨矿(化)点，并有1∶20万W、Sn等元素化探综合异常沿岩体接触带分布。研究区内青白口系板溪群板岩、砂质板岩等细碎屑浅变质岩系，在区内分布面积大，走向与区域性北北东向断裂构造一致，岩层中构造破碎蚀变带、韧性剪切带发育，其中有硅化蚀变带、石英脉密集分布，部分石英脉含金，已发现龙胜县平等小型金矿[12-13]和一些河床、阶地的砂金矿点，并有分散流Au元素异常和黄金重砂异常存在。在该区开展两个标准图幅 (通道幅和五团幅)1∶5万区域地质矿产调查，获得了各种地质、地球化学参数，圈定综合异常14处，对本地区的找矿具有良好的指示意义。本文从水系沉积物测量数据入手，分析了水系沉积物地球化学异常与地层、构造、岩浆岩及矿床之间的关系，阐明了地球化学异常的控制因素，为该区进一步找矿勘探工作指明了方向。

1 区域地质概况

该区位于雪峰山脉与南岭山脉交汇过渡地带，湘南桂北拗陷与雪峰隆起转折部位。属深切割高中山地貌，海拔多为500～1600 m，总体地势为北东高南西低，最高点位于工作区北东(五团幅中北部)大南山南部香菌塘一带，海拔1904 m，最低处位于工作区中南部通道幅广南村、龙塘河谷处，海拔300 m左右。研究区属于亚热带季风湿润性气候区，雨量充沛，区内水系十分发育，适于开展水系沉积物地球化学测量工作。

研究区位于扬子陆块东南缘，扬子板块(I级)的南华裂陷槽(II级)之湘南桂东北拗陷(III级)与江南地块(II级)之雪峰隆起(III级)转折部位，靠近湘南桂东北拗陷一侧[14-15]。区域上褶皱构造发育，自西向东主要褶皱有：铜厂界向斜、瓢里背斜、龙胜背斜、马海背斜，呈NNE-SSW向展布，为线型复式褶皱，枢纽高低起伏，其中铜厂界向斜通过研究区。研究区内有三条NNE向区域性深大断裂通过，依次为三江-融安断裂、寿城深断裂、龙胜-永福断裂，对研究区内控矿和控相起着十分重要的作用[16-17]。

区域内出露地层由老至新为青白口系砖墙湾组(Qb1z)、架枧田组(Qb2j)、岩门寨组(Qb2y)，南华系长安组(Nh1c)、富禄组(Nh1f)、大塘坡组(Nh1d)、洪江组(Nh2h)，震旦系金家洞组(Z1j)、留茶坡组(Z2l)，寒武系牛蹄塘组(1n)、污泥塘组(2w)、茶园头组(2cy)、探溪组(2-3t)、小紫荆组(3xz)，白垩系(K)以及第四系(Q)。

区内岩浆岩活动较为频繁，主要为晚元古代基性、超基性岩和印支期酸性岩。基性、超基性岩体呈透镜状、长条状及不规则状，NNE-SSW向展布，与区域构造线方向一致，单个岩体长宽比差异大，出露长一般1.5～3.5 km，宽150～300 m，最大的岩体出露长大于5 km，宽0.7 m，面积约3.5 km2，其余岩体均小于3 km2，在通道幅中部分布较为集中。五团岩体分布于测区东北部五团镇一带，出露面积约188 km2，呈小岩基产出 (图1)，最新锆石 SHRIMP U-Pb年龄为221 Ma[18]，为印支期酸性侵入体。

2 样品采集与分析

水系沉积物的测量是根据1∶5万水系沉积物测量规范[19]进行的，通道幅和五团幅面积为942 km2，共采样4382个，平均采样密度为4.74个/km2，采样的介质为活性水系沉积物，主要为淤泥和粉砂。采样粒级为-10～+80目粒级，采样点主要分布在一级水系口或二级水系中，三级水系可适当布设控制性样点，采样原始样品重量大于500克，干燥加工后-10～+80目的截取粒级重量不少于300 g，缩分出150 g作为副样保存，剩下150 g粉碎至200目用于分析测试。

样品由国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。采用X射线荧光光谱(XRF)分析Cu、Pb、Zn、Cr、Mn 五种元素，等离子体质谱(ICP-MS)分析Cd、Co、Ni、La、U、Au 六种元素，原子荧光(AFS)分析As、Bi、Sb、Hg 四种元素，发射光谱(ES)分析 Ag、Sn两种元素，极谱(POL)分析W、Mo两种元素，离子选择电极(ISE)分析F元素。一共测试分析20种元素。除F元素的合格率为99.53%，其他元素的合格率均为100%，总体合格率为99.98%。

图1 湖南通道-五团地区地质简图Fig.1 Geological map of Tongdao-Wutuan area in Hunan Province

3 地球化学特征

3.1 元素变化特征

对原始数据进行离群点的迭代处理，采用＞X+3S及＜X-3S迭代剔除，直至无离群点数值可剔除为止，即所有数据全部分布X-3S～X+3S间，形成背景数据。变异系数(CV1、CV2)分别反映两类数据集的离散程度；用CV1/CV2反映背景拟合处理时离散值的削平程度。利用CV1和CV1/CV2制作变异系数图解(图 2)。

由图2可以看出，Au含量变化幅度大，高强数据多，成矿可能性大；Cu、Ag、Sb、W、Mo五种元素含量中等，高强数据较多，成矿可能性较大；Pb、Zn、Ni、Cd、As、Bi、Hg、Cr、La、U、Sn、Co 13 种元素含量变化幅度小，成矿可能性小。

3.2 元素含量特征

采用元素含量最高值(CMax)、最低值(CMin)、平均值(X)、离差(S)、富集系数(K)、变化系数(CV)地球化学参数来讨论该地区1∶5万水系沉积物地球化学特征及规律。K为该地区元素含量平均值与中国水系沉积物中该元素背景估值之比；CV=S/X，可衡量各元素分布的均匀程度。

该 地 区 中 Cu、Zn、Ni、Ag、Au、Cd、Mo、As、Sb、Bi、Cr、U、W、Sn、Co这 15 种元素的富集系数 (K)均大于1(表1)，说明该区内水系沉积物中这些元素含量与中国水系沉积物背景相比，均发生不同程度的富集，其中Au、Cd、Mo三种元素富集系数可达2以上，表明这该三种元素富集强烈，其中Mo元素富集最为强烈。Pb、Hg、La三种元素富集系数小于1，说明区内水系沉积物中这三种元素含量低于南岭成矿带水系沉积物背景值[20]。

从变化系数 (CV) 来看，Cu、Ag、Au、Mo、As、Sb、Hg、W 8 种元素的变化系数较大(CV＞1.5)，表明上述元素在本区的分布极不均匀。主成矿元素Ag、Au、As、Sb、Hg的高值点主要分布在青白口系岩门寨组(Qb2y)、南华系长安组(Nh1c)、南华系富禄组(Nh1f)中以板岩、砂质板岩等细碎屑浅变质岩地层，岩层中构造破碎蚀变带、韧性剪切带发育，其中有硅化蚀变带、石英脉密集分布；Pb、Zn、Cr、La、U、Sn的变异系数较小，说明上述6种元素在测区内分布较均匀，没有较大的变化。Au、As、Sb、W数据离散程度大，富集系数大，说明局部富集成矿的可能性大，在该区以后的地质勘查过程中应该重点开展金砷锑矿的找矿工作，极有可能找到具有开发价值的金砷锑金属矿床。

图2 研究区元素变化系数解释分异程度图Fig.2 Differentiation degree explanation from variation coefficients of elements in the study area

3.3 元素分布特征

前寒武系由于受到后期的构造作用、变质作用、蚀变作用的影响，导致寒武系区和前寒武系地球化学特征明显不一致，因此将地层区分为寒武系分布区和前寒武系分布区。研究区中分布着岩浆岩，结合地层分区的情况，同时为了更清晰的反映研究区实际的地球化学特征，本文对该地区分为三个子区进行讨论：岩浆岩分布区、寒武系分布区、前寒武系分布区。

根据1︰5万水系沉积物测量成果，在前寒武系地层区，Au-As-Sb-Hg高值点分布的比较多，且主要分布在南华系长安组 (Nh1c)和南华系富禄组(Nh1f)，受区域上北北东向断层控制比较明显。在寒武纪及以后地层区仅有Cu元素异常，主要分布在寒武系牛蹄塘组(1n)和污泥塘组(2w)。在岩体区中有比较明显的W元素异常。

表1 通道-五团地区水系沉积物地球化学参数统计Table 1 Geochemical parameters of stream sediments in Tongdao-Wutuan area

3.4 元素相关性特征

对研究区所划分的三个子区的18种元素分别做R型聚类分析。在Y=0.60的相似水平上，三个子区元素显示不同的规律。

岩浆岩区(I)：I1簇反映的是岩浆岩与围岩接触的过渡带部位关系密切的 Zn、Co、Pb、U、La、Sn 元素的组合，该组元素相关系数高，为区内关系最密切的元素组合之一，其形成的综合异常是寻找铅锌矿(化)的依据之一，成因类型为岩浆热液型。I2簇反映的是Cr、Ni、Cu、Bi四种元素组合相关系数较高，共生组合比较密切。I3簇反映的是岩浆岩区Hg、Sb、As、Mo、Au 元素相关性系数均大于 0.60，元素相关关系较为密切。而元素W、Ag、Cd与其他元素相关关系不显著。

寒武纪地层区 (II)：II1簇 Zn、Ni、Co、Cd 元素和II2簇 U、Cu、Mo、Cr、Sb、As、Au 元素相关性系数较高，均与区内分布的粉砂质板岩、含炭质板岩以及长石石英杂砂岩密切相关。II3簇Pb、Bi两个元素关系较为密切，主要与区内的含炭质板岩以及炭质板岩密切相关。

前寒武纪地层区 (III)：III1簇 Cr、Ni、Co 元素的相关性高，与区内已知的通道县铜厂界铜钴矿密切相关，同时与区内分布的基性-超基性岩脉也有着密切的联系。III2簇U、Bi、Pb元素相关性较高，主要是与III1簇相伴生的元素。III3簇Sb、As元素紧密联系主要与前寒武系地层分布区中发育的石英脉型金矿相关。

3.5单元素异常特征

采用中国地质调查局发展中心GeoExpel软件，根据表格1异常剔除的方法，剔除异常后的元素均服从对数正态分布(图4)，对岩浆岩区，寒武系以及前寒武系地层区的界线左右500 m的点剔除，消除由于水系沉积物跨两个不同的地质背景而导致的差异。分别求岩浆岩区，寒武系以及前寒武系地层区各个元素的地球化学背景值，以背景值2倍标准离差为异常下限(表2)，用对应的水系物样品的测试数据除以相对应的异常下限，得到衬值，然后以分别以衬值的1倍、2倍、4倍圈出各元素地球化学异常的外、中、内三级浓度带，得到单元素异常图(图 5)。

湖南通道五团地区单元素异常特征 (图5，表3)：测区中As元素异常面积最大，异常数量较多，具有内、中、外浓度带且内带范围最大，其次为Sb、Au、Mo、W；而 U、Ag、Bi、Cd、Sn、Cu、Cr、Hg 元素虽具有内、中、外浓度带但内带面积较小，数量也较小；Ni、Co、Pb、La、Zn 元素异常面积小，异常数量少且异常内带很小有的无异常内带。

根据异常下限计算衬值圈定砷元素异常20处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是As13异常，其次为As17、As11、As3、As20面积较大且都具有内、中、外浓度带；锑异常27处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是Sb5，其次为Sb10、Sb3、Sb18。异常Sb16面积较大，但只有中外异常带；金异常19处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是Au5，异常强度比较高，其次为Au7、Au6，其中Au13面积比较大，但内带面积比较小；钼元素异常22处，具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是Mo14异常，其次为Mo7、Mo21，Mo4面积比较大，但是内带面积很小；钨元素异常14处，具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是W2异常，其次为W10、W11，其中W7和W8面积比较大，但是浓度分带中只具有中、外浓度带；铀元素异常21处，具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是U8异常，U4和U20次之，U16面积虽大，但是只具有外带；银元素异常25处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带且内带面积最大的是Ag10，其次为Ag13、Ag25、Ag17、Ag18，Ag1 面积较大，但是不具有内带；铋元素异常14处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带是 Bi6，其次为 Bi7，Bi8、Bi10、Bi11 面积较大，但是只具有中、外浓度带；镉元素异常23处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带是Cd10，其中Cd1和Cd17面积较大，主要以外带为主；锡元素异常20处，其中面积最大是Sn14，但只具有中外带，其次为Sn4，其他异常主要以中外带为主；铜元素异常20处，其中面积最大是Cu9，但是只具有中外带，铜元素异常中具有内、中、外浓度带且面积最大的是Cu2，Cu11面积比较大，但是只具有中外带，其他异常以外带为主；铬元素异常15处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带是Cr10，其次为Cr9、Cr12；汞元素异常25处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带是 Hg11，其次为 Hg4、Hg3，Hg8 虽然面积比较大，但是只有外带；镍元素异常11处，其中面积最大、具有内、中、外浓度带是Ni3，其次为Ni2，且内带面积比较大，异常强度较好；钴元素异常17处，面积最大的是Co6，其次是Co5，单只具有中、外浓度带，所有异常中仅有Co1有内、中、外浓度带，但是面积比较小，其他均以外带为主；铅元素异常14处，面积较大且具有内、中、外浓度带为Pb2，其次为Pb1，但只具有中外浓度带，Pb4、Pb6、Pb5面积较大，但只有外带；镧元素异常6处，异常面积较小，只有La4见有内、中、外浓度带，其他均只有外带；锌元素异常8处，异常面积小，异常均属于外带，异常强度弱。

图3 岩浆岩区(I)、寒武纪地层区(II)、前寒武纪地层区(III)水系沉积物测量元素聚类分析谱系图Fig.3 Dendrogram of geochemical data of stream sediments of magmatic rock region(I)，Cambrian Stratum region(II)，Precambrian Stratum region(III)

单元素异常特征中W、Mo、Bi、Sn的异常与五团岩体和地层的接触带有着空间上的密切相关，说明五团岩体与W、Mo、Bi、Sn异常有着紧密的联系；而Cr、Ni、Cu、Co元素异常主要分布在两条北北东向的带上，与区内青白口系砖墙湾组(Qb1z)内分布的基性-超基性岩脉分布的空间上密切相关（图1和图 5），主要是因为岩浆作用过程中 Cr、Ni、Cu、Co元素倾向富集基性-超基性岩中。

图4 岩体中Co元素(a)和前寒武纪地层中Cu元素(b)对数频数分布直方图Fig.4 Logarithmic frequency distribution histograms of Co element in granite(a)and Cu element in the former Cambrian stratum(b)

表2 通道-五团地区地球化学异常下限值Table 2 Threshold of elemental geochemical anomaly values in Tongdao-Wutuan area

4 找矿远景区划分

本区圈出水系沉积物地球化学综合异常14处(表4)，多数的综合异常规模比较大、组合复杂、具有一定的浓集中心。在其基础上，综合地质、物探工作成果，在工作区优选出3处多金属找矿远景区(图 6)：天堂界 Au-As-Sb-Hg元素异常区(I)；鲤鱼坪Au-As-Sb-Hg元素异常区(II)；塘马Ni-Cu-Cr-Co元素异常区(III)，本文以天堂界Au-As-Sb-Hg元素综合异常区为例介绍。

天堂界Au-As-Sb-Hg水系沉积物综合异常区出露的地层主要为寒武系牛蹄塘组(1n)，寒武系污泥塘组(2w)和富禄组(Nh1f)，少量震旦系留茶坡组(Z2l)。寒武系牛蹄塘组(1n)和寒武系污泥塘组(2w)以含炭质板岩、炭质板岩、粉砂质板岩为主，南华系洪江组(Nh2h)主要为含砾长石石英杂砂岩、含砾砂质板岩，而震旦系留茶坡组(Z2l)主要以硅质岩为主。异常主要与南华系中的砂质板岩和杂砂岩关系比较密切。

天堂界异常区受多条北北东向断裂带控制，为区域性深大断裂寿城深断裂的次一级断裂，异常体基本沿构造方向展布。该区元素异常组合比较强，异常浓度较高。在该区已发现民采的老硐有数个，都是沿着断裂带分布。

图5 通道-五团地区单元素异常剖析图Fig.5 Composite geochemical anomaly map of elements in Tongdao-Wutuan area

表3 通道-五团地区单元素地球化学异常特征Table 3 Characteristics of geochemical anomalies of single elements in Tongdao-Wutuan area

图6 通道-五团地区找矿远景区Fig.6 Prospecting in Tongdao-Wutuan area

该异常以Au-As-Sb为主元素，特征组合还有Hg-Mo等，元素组合较为复杂，异常总体为北北东向，各元素异常均呈现不规则椭圆状，相互套合较好，Au元素异常分外、中、内三级浓度带，内带面积大，衬值高，其中Au元素最大值为2040×10-9，面积约12.23 km2，Sb元素的浓集中心向南偏移(表4，图7)。

该异常的总面积14.54 km2，南北轴长约6.5 km，东西10 km，Au-As-Sb的异常在该区属于首次发现，和该区北5 km左右的民采的老金硐特征基本一致，都是沿着构造断裂带发育的。因此在该异常区内做进一步的工作，有可能找到金矿床。

表4 通道-五团地区水系沉积物综合异常Table 4 Composite anomalies of stream sediments in Tongdao-Wutuan area

图7 天堂界异常区综合异常剖析图Fig.7 Composite geochemical anomaly map of Tiantangjie

5 结论

(1)在地形复杂，植被茂密，水系发育的湖南通道-五团地区，应用水系沉积物地球化学测量可以快速缩小找矿范围，圈定找矿远景区，为地质找矿提供直接，可靠的找矿信息。

(2)湖南通道 - 五团地区，Au、As、Sb、Mo、Bi、Ni等元素以及 Ni、Cu、Cr、Co、Cd、Mo 等元素水系沉积物异常分布明显。Au、As、Sb、Mo、Bi、Ni异常规模大，套合好，多富集在南华系砂质板岩和杂砂岩中，且与断裂关系密切。而 Ni、Cu、Cr、Co、Cd、Mo 等元素异常规模较大，与区内分布的基性-超基性侵入岩有着直接的关系。

(3)根据物化探成果，在该区发现多条具有工业价 值 的 Au、As、Sb、Mo、Bi、Ni 以 及 Ni、Cu、Cr、Co、Cd、Mo矿体。优选出天堂界 Au、As、Sb 元素富集区、鲤鱼坪 Au、As、Sb 元素富集区、塘马 Ni、Cu、Cr元素富集区等多金属找矿远景区。

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