河南卢氏三官庙钼多金属矿区土壤地球化学特征及成矿预测

孙 雨 神 元 鲁正清 彭琼斌(河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南 郑州 450001)

我国秦岭地区花岗岩广布，与花岗岩有关的成矿作用非常显著，是我国钼矿资源极为丰富的一个构造成矿区[1-4]。西秦岭地区的钼矿资源以温泉斑岩型钼矿为主[5-6]，绝大多数与花岗岩相关的中生代斑岩钼矿及相关的脉型铅锌矿都集中于东秦岭地区，并具有明显的断裂控矿特征[7-10]。近年来，学者们对东秦岭构造带内的前范岭、肖畈、秋树湾、汤家坪、姚冲、千鹅冲钼矿床等斑岩型辉钼矿的地质特征、同位素年龄和成矿规律进行了深入研究[11-16]。河南省卢氏地区地处华北陆块与秦岭褶皱带的结合部位，经历了多期变形变质作用，构造线方向为近EW向和NWW向[17-18]。卢氏三官庙钼多金属矿区在区域构造上属于东秦岭地区，位于华北陆块南缘卢氏—栾川陆缘褶断带中西部。2006年至今，河南省地质调查院开展了包括预查区在内的官道口地区1∶5万战略性矿产资源调查，完成了1∶5万区域地质修测、1∶5万水系沉积物测量、1∶5万地面高精度磁法测量和矿产概略检查工作，圈出了一大批物化探异常。总体上，矿区地质构造复杂，断裂褶皱发育，岩浆活动频繁，化探异常发育，矿化蚀变普遍，正长斑岩、钾长花岗岩发育，为寻找钼钨铅锌金银多金属矿的有利地区。

化探为主、物探为辅的综合找矿方法在钼矿勘查中已得到有效应用[19-22]，此外，多元统计法与地球化学方法的有效结合也有助于高效圈定找矿靶区[23-24]。本研究以三官庙钼多金属矿区为例，采用多元统计分析方法中的经过去量纲标准化的Euclidean距离法对区内的土壤地球化学元素数据进行聚类分析，在此基础上进行找矿靶区圈定，并结合物探方法以及槽探、钻探方法进行靶区验证分析，为矿区后续找矿工作提供可靠依据。

1 区域地质背景

1.1 地 层

研究区位于伏牛山北麓，属中—低山区(图1)。该区总体地势北高南低，地层由老至新为：①中元古界熊耳群(Pt2xn)，主要岩石类型为安山岩、杏仁状安山岩、英安岩、杏仁状角闪英安岩、凝灰质英安岩；②中元古界官道口群(Pt2gn)，主要岩性为石英砂岩、泥岩、灰绿色细砂岩和泥质粉砂岩、白云岩等；③新元古界栾川群(Pt3ln)，主要由泥质板岩、粉砂岩、细晶白云岩、泥板岩构成；④震旦系(Z)，主要岩性为灰黑色钙质砾岩及含砾板岩、石英片岩，含方解石的条带状石英大理岩等；⑤下古生界寒武系(∈)，主要岩石类型有角砾白云岩及砂质白云岩与白云质砂岩、灰色绿泥绢云千枚岩、暗灰色条带状变白云质灰岩等；⑥第四系(Q)，主要为全新统(Qh1pal)坡积、冲积堆积的亚砂土、亚黏土、砂土及中更新统(Qp2l)离石黄土。

图1 研究区区域地质特征Fig.1 Regional geological characteristics of the study area

1.2 构 造

研究区位于华北陆块南缘，经历了漫长而又复杂的地质构造演化，受燕山期陆内造山作用影响，褶皱、断裂极为发育。褶皱构造包括水泉一拐峪复式倒转向斜和四明山倒转背斜，向斜受自北而南的应力作用而使褶皱发生倒转。背斜在庙湾一带倾伏，转折端被两侧断裂破坏。

研究区断裂构造发育有3组，乔阴—五里庙断裂呈NWW向展布，断裂带中动力变质及热液蚀变强烈，岩浆及热液活动明显，金属硫化物有铅、铜、银、金、钼等；石门—王河断裂带控制了区域地层分布，呈NWW向展布于区内南部石门—肖原—王河一线，断裂受多期次构造叠加作用，早期主要表现为韧性剪切特征，带内可见糜棱岩化岩石，构造片岩等，晚期表现为脆性变形特征，沿断裂带岩层破碎，片理化、构造角砾岩随处看见；夜长坪—银家沟断裂带位于区域东南部，长约30 km，由数条压性断裂组成，沿断裂带发育有碎裂岩、角砾岩，矿化主要有辉钼矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化、闪锌矿化和磁铁矿化等，形成了夜长坪大型钼矿、银家沟大型硫铁矿和众多矿(化)点，为区内重要的多金属成矿带。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩主要包括印支期后期木桐沟正长斑岩，燕山期侵入岩包括燕山期早期石英二长闪长岩和燕山期晚期钾长花岗斑岩。花岗斑岩岩体出露于卢氏县木桐乡南夜长坪，呈隐伏状侵入于官道口群白云岩中。区内脉岩不太发育，近EW走向，多为构造控制，由老至新为辉长岩脉、云煌岩脉、闪长岩脉、石英脉。

1.4 围岩蚀变

区内围岩蚀变主要分布于断裂带及闪长岩墙周围，与断裂有关的蚀变主要为硅化、绢云母化、泥化、褐铁矿化，其中褐铁矿在断裂带中往往呈条带状展布；与岩体有关的蚀变为褐铁矿化、绢云母化、钾长石化、矽卡岩化，其中褐铁矿化、矽卡岩化主要分布于岩体与围岩的接触处，呈团块状、串珠状分布。

2 矿床地质特征

(1)矿体特征。钼矿体位于北南沟一带，赋存于震旦系罗圈—东坡组与寒武系辛集组的层间断裂带内，含矿岩石为碎裂泥质板岩。矿体走向长约1 100 m，厚0.19～1.64 m，平均0.73 m，总体走向305°，倾向35°，倾角55°。矿化有褐铁矿化、铁锰碳酸盐化、钼华化、铁钼华化等。样品分析表明，w(Mo)为0.016%～0.19%，平均0.064%；w(Pb)为0.02%～0.12%，平均0.055%；w(Zn)为0.02%～0.21%，平均0.082%；w(TFe)为7.55%～31.50%，平均14.60%。

(2)矿石特征。矿区地表出露的矿石为氧化矿矿石，氧化矿物有褐铁矿、钼华、钼铅矿、钼钙矿及少量钼钨钙矿等，脉石矿物主要为石英，少量白云石、硅镁石、绢云母、白云母、绿泥石等。矿石以变余粗—中粒砂状结构为主，局部为变余细粒砂状结构。矿石构造主要有块状构造、蜂窝状构造、浸染状构造、条带状构造等。按矿石的主要矿物成分和成因，矿石类型可分为矽卡岩型矿石、花岗斑型矿石。矿区矿石的工业类型有单钼型矿石及钼-钨-铁型矿石。

(3)围岩蚀变。矿区矿体的含矿岩石主要为铁质泥质板岩，顶板岩性为砂质白云岩，底板岩性为泥质板岩、碳质泥质板岩等，主要分布于断裂带及闪长岩墙周围。矿区与断裂有关的蚀变主要为硅化、绢云母化、泥化、褐铁矿化，其中褐铁矿在断裂带中往往呈条带状展布；矿区与岩体有关的蚀变为褐铁矿化、绢云母化、钾长石化、矽卡岩化。

3 土壤地球化学异常特征

3.1 土壤地球化学数据处理

由于沉积—成壤作用、沉积—成岩作用、构造热液活动等地质作用，元素含量分布往往不服从正态分布或对数正态分布，故需通过剔除高含量数据，使元素在基本服从正态分布的条件下进行计算分析[25-28]。本研究在研究区开展了1∶1万土壤地球化学测量，测区面积4.4 km2，共采集了1 312件土壤样品，重点分析Cu、Mo、Pb、W、Ag、As、Sb、Bi、Zn、Hg 等10种元素。首先采用SPSS软件根据元素含量数据绘制正态分布图，校验所用数据是否符合正态分布；然后利用金维化探软件通过迭代法剔除不符合正态分布的数值，剔除的标准是剔除值等于每一次迭代中的平均值加3倍的标准偏差，剔除后计算出各元素含量的平均值、最大值、中位数、众值、离差、背景值、富集系数、异常下限和变异系数(表1)；最后利用SPSS软件进行统计分析，讨论元素的亲疏关系，探索元素组合规律以便更有效地确定找矿方向。

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

注：Hg含量单位：×10-9。

3.2 聚类分析

聚类分析是一种根据样品多种变量的测定数据进行数字分类，定量确定样品(或变量)之间亲疏关系的方法[29-30]。为有效分析土壤地球化学样品中不同元素的组合关系，研究变量之间的关系，找到元素组合，本研究预先对原始数据进行相关性分析后发现变量之间的线性相关性不高，故而选用距离法进行聚类。由于距离法选用的是直角坐标系，要求变量之间互不相关，若N个变量的相关性很强，则反映了同一地质因素的作用，而降低了其他因素的作用，易导致分析结果产生较大误差。因此，本研究选择Euclidean距离法进行聚类，结果见图2、图3。

图2 元素聚类分析谱系Fig.2 Cluster analysis spectrum of elements

图3 元素间聚类分析的冰柱图Fig.3 Icicle diagram of elements cluster analysis

由图2可知，当聚类距离为18时，可将元素划分为Zn-W-Cu-Mo-Pb、As-Sb-Hg-Ag、Bi 3类；由图3可知，当聚类数目为3时，元素组合分别为Zn-W-Cu-Mo-Pb、As-Sb-Hg-Ag和Bi。

3.3 元素相关性异常特征

3.3.1 Mo-Cu-Zn-Pb-W异常特征

在整个研究区中，Mo、Cu、Zn、Pb、W单元素异常套合好，分布与地层走向保持一致，且与聚类分析结果一致，表明该5种元素与成矿关系密切(图3)。钼异常在矿区分布相对集中，成条带状展布。在钼单元素异常图(图4(a))中，Mo有3条高背景异常带，延伸方向为NW—SE向，与地层走向基本一致，w(Mo)平均为3.41×10-6，背景值为1.24×10-6，最高为153.0×10-6，变异系数为277%，说明Mo离散度大，富集系数达3.1，具有极强的分异富集特征及较大的成矿可能性。Cu在区内呈条带状分布，其中有2条Cu高背景异常带，其分布与NW—SE向地层走向一致，与Mo在该区的高背景异常带基本一致，但Cu在整个研究区都没有3级异常分带存在，可认为Cu为其他成矿元素的指示元素(图4(b))。Zn在区内分布较分散，整体分布与NW—SE向地质界线走向保持一致，与Mo、Cu在整个研究区套合好，高背景区位于北南沟附近，有一定的成矿可能性(图4(c))。Pb在区内呈条带状与NW—SE向地质界线吻合，也与Mo、Zn的异常带基本套合，有一定的成矿可能性(图4(d))。W零星分布于矿区北西部和中东部，与Cu、Mo异常有套合，成矿可能性较小，应为指示元素(图4(e))。

3.3.2 As-Sb-Hg-Ag异常特征

Hg、Ag、As、Sb在研究区零星分布，As、Sb异常套合较好，Hg、As异常部分套合，Ag异常少且分布较零星，与As异常部分套合。该4种元素异常基本不具备成为找矿靶区的价值，可视为指示元素。

3.3.3 Bi异常

研究区Bi异常仅有1个，与其他元素异常基本无套合，基本无成矿可能。总体上，研究区的主成矿元素为Mo、Zn、Pb，Mo成矿的可能性更大，Cu、W异常与主成矿元素套合好，可作为主成矿元素的伴生元素，自身成矿的可能性不大；Hg、Ag、As、Sb异常分布零星，套合较好，仅能表明它们的伴生关系密切，成矿可能性较小；Bi异常规模、异常强度均特别小，且与其他元素无套合，无成矿可能性。

4 找矿靶区圈定及工程验证

4.1 找矿靶区圈定

4.1.1 I类异常靶区

I类异常靶区即三官庙—赵凹Mo-Cu-Zn-Pb-W综合异常，异常主要集中分布于中元古界白术沟组泥质板岩、含碳质板岩和冯家湾组白云岩中，接触面有褐铁矿矿点出露，异常规模较大，元素套合较好，为寻找钼多金属矿较有利的地区(图5)。

4.1.2 Ⅱ类异常靶区

Ⅱ类异常靶区即北南沟Mo-Zn-Pb-W-Hg-As-Cu综合异常，异常主要集中分布于寒武系辛集组白云岩与震旦系罗圈—东坡组炭质板岩中，不整合面有褐铁矿矿点出露(图6)。该异常为不规则状，异常规模大，元素套合较好，异常中Mo，Cu、Zn、Pb、W 5种元素异常套合好，As、Hg异常套合好，与聚类分析结果保持一致，为寻找钼多金属矿较有利的地区。

图4 Mo、Cu、Zn、Pb、W单元素异常特征Fig.4 Single element anomaly distribution characteristics of Mo,Cu,Zn,Pb and W

图5 I类异常靶区异常特征Fig.5 Anomaly characteristics of I-type prospecting target area

4.2 找矿靶区验证

经过在三官庙测区进行1∶1万高精度磁法扫面，发现区内磁异常分区特征明显，根据磁异常特征，可将区内磁异常划分为5个区，即甄家村正磁异常区、东岩上正磁异常区、陈家岔异常背景区、赵凹异常背景区、三官庙负磁异常区(图7)。经过与本研究确定的找矿靶区进行对比分析可知，元素异常主要集中分布于正负磁异常伴生的梯度区域，结合研究区区域地质特征，可知区内官道口群、寒武系等无磁性，该类碳酸盐建造与铅锌银矿化密切，低背景平缓磁场中的梯度变化剧烈处为寻找铅锌银矿床的有利部位。而且区域构造中燕山期构造居多，燕山期侵入体多呈正负伴生磁异常，而斑岩-矽卡岩型钼矿以及与热液作用有关的铅锌多金属矿多数分布于正负伴生磁异常的正磁异常与负磁异常的梯度带附近，因此本研究推断I类靶区和Ⅱ类靶区的综合异常均为主成矿元素的矿致异常。

4.3 找矿靶区工程揭露

4.3.1 槽探法揭露找矿靶区

根据本研究分析可知，研究区Mo、Zn、Pb成矿可能性大，整个研究区不整合面褐铁矿出露明显，推测全铁含量较高，因此本研究槽探分析对象选定为Mo、Pb、Zn和TFe。根据元素套合情况，对I类找矿靶区三官庙—赵凹Mo-Cu-Zn-Pb-W综合异常和Ⅱ类找矿靶区北南沟Mo-Zn-Pb-W-Hg-As-Cu综合异常进行了槽探工程揭露(表2)，发现I类靶区中的Mo品位未达到工业品位，而Ⅱ类靶区中的Mo品位达到了矿床品位；Ⅱ类靶区北南沟综合异常Mo品位最大值为0.28%，TFe品位最大值达到46.1%，均达到了工业品位，为寻找钼多金属矿的有利靶区。

图6 Ⅱ类异常靶区异常特征Fig.6 Anomaly characteristics of II-type prospecting target area

图7 研究区磁异常解译结果Fig.7 Magnetic anomaly interpretation results in study area

4.3.2 钻探法揭露找矿靶区

ZK02钻孔布置于研究区中部、I类靶区中，处于NE向构造及侵入岩发育附近，同时也为Mo-Cu-Zn-Pb-W综合异常发育部位。钻孔垂直打入，钻探工程见矿情况如表3。

Mo-Cu-Zn-Pb-W综合异常经钻探工程揭露，Mo品位最高为0.013%，钻孔在360.35 m深处揭露到2 m厚的石英脉，主要发育黄铁矿化，局部有方铅矿化、闪锌矿化、辉钼矿化等，围岩有较强的绿泥石化、硅化等蚀变，反映出矿区有热液活动现象存在，此外，在I类找矿靶区内的断裂带交汇处、正负磁异常交汇处，推测深部有隐伏矿床存在。

表2 找矿靶区槽探工程揭露结果Table 2 Exposing results of the prospecting target areas by costean engineering

5 结 论

(1)从区域地质背景来看，熊耳群、管道口群、栾川群都属于富钼地层，表明研究区基底和盖层均富钼，为钼多金属矿提供了矿源层。NWW向断裂为岩浆上升的通道，控制了矿带的分布，NNE向断裂、区域性断裂派生的次级构造为容矿构造，控制了矿床的具体产出位置，两者交汇部位为岩体及矿化最有利的部位，可据此圈定找矿靶区。含钼斑岩的岩石化学特点属钙碱性岩系，具有高硅、富碱、贫镁、低钙和钾大于钠的显著特征。从研究区地层岩性来看，有隐伏于白云岩中的钾长花岗斑岩，按照热液成矿理论，部分熔融的岩浆沿断裂或滑脱面上升，在浅部形成岩浆房，并经过结晶分异作用从而生成辉石闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩-花岗斑岩-石英斑岩的演化序列，当岩浆演化到富钾花岗斑岩时才能成矿，因此区域钾长花岗斑岩的发现，增加了钼成矿的可能性。

表3 ZK02钻孔钻探工程验证结果Table 3 Verification results of drilling engineering of I-type prospecting target area

(2)在单元素异常图中可以明显看出Mo的异常规模和异常强度均最佳，而且Mo、Cu、Pb、Zn异常都与NW—SE向地层走向一致，套合较好，Mo、W同属高温热液元素，套合也较好，表明研究区多金属矿应为中高温热液成因，与聚类分析结果一致。研究区断裂带中动力变质及热液蚀变强烈，岩浆及热液活动明显，矽卡岩化、角岩化、硅化、钾化、碳酸盐化、绢云母化、褐铁矿化及高岭土化均较发育，有较多细晶白云岩呈条带状出现，矿石呈现出侵染状、细脉状构造。有褐铁矿矿化出现，Mo与Cu或Mo与W套合好，说明以Mo-Cu-Fe或Mo-W-Fe组合出现为斑岩-矽卡岩型矿床的典型特征。区域成矿期多在燕山期，燕山期侵入体多呈正负伴生磁异常，斑岩-矽卡岩型钼矿以及与热液作用有关的铅锌多金属矿多数分布于正负伴生磁异常的正磁异常与负磁异常的梯度带附近，结合区域地质信息和物化探工作手段推测研究区内形成中高温热液和斑岩-矽卡岩型钼多金属矿床的潜力较大。

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