粤北南雄地区水系沉积物地球化学特征及找矿预测

虞 航，庞雅庆，祁家明，刘佳林，陈军军，张 闯

(1.中核集团核工业北京地质研究院，北京 100029；2.中核集团核工业二九〇研究所，广东 韶关 512000)

南雄地区位于南岭中段诸广山南麓、青嶂山北麓，行政区划隶属广东省南雄市。研究区成矿带区划属南岭中段青嶂山矿集区西北部，成矿地质条件良好，具有一定的找矿前景[1-2]。1993年，广东省地矿局区调大队对该地区进行了1∶200 000水系沉积物测量工作，但受当时条件限制，地球化学测量的分析元素种类相对较少，研究程度相对薄弱，制约了化探找矿的深入展开。本文在南雄幅1∶50 000水系沉积物测量的基础上，分析研究区主成矿元素及指示元素的元素变异系数规律、元素相关性及异常元素组合特征等，采用规范化方法对综合异常区评序，并划分成矿预测区。

1 区域地质概况

南雄地区所处南岭中段青嶂山矿集区主要

位于地壳成熟度较高的粤北赣南加里东褶皱带的南缘及其外侧附近。从古构造上，这一地区正是古华夏地块西缘活动带，是构造、岩浆长期活动的地区，有利于铀及多金属的成矿。中生代发生大规模岩浆岩侵入事件及区域伸展构造运动，形成中间为北东向南雄盆地、两侧以印支-燕山期酸性岩浆岩为山体的盆-岭构造格局[3]。

研究区南部主要岩性为花岗岩及变质岩，该地区岩浆活动十分强烈。研究区北部约占50%的面积由白垩纪南雄组(K2)红色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩构成，属内陆湖泊相、山间盆相红色复陆屑碎屑岩建造。研究区内发育3种构造带，以NE～NEE向构造为主、其次为EW向构造和NW向构造(图1)。

图1 南雄地区地质简图及水系沉积物地球化学综合异常分布图Fig.1 Geological map of Nanxiong area and geochemical anomaly distribution map of stream sediment

2 地球化学特征

2.1 地球化学参数统计

区内1∶50 000 水系沉积物测量面积为448.43 m2，由于城镇、水库、地势等因素影响，工作区仍有几处未有采集点控制，各类采样点1 778个，控制采样面积407.43 km2。每个样品分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、W、Sn、Mo、Cd、Co、Cr、Ni、U、Th、K、Be等20种主要成矿元素和指示元素的含量，分析方法采用以电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)为主的分析配套方案，全部样品测试工作在中核集团核工业北京地质研究院分析测试中心完成，各项指标均按中国地质调查局技术标准执行[4-8]。应用中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所开发的化探数据一体化处理系统(Geochem Studio 2.0)进行原始数据处理，对全部数据采用X±3S迭代剔除法统计全区各元素含量的平均值(X)、标准离差(S)和变异系数(CV)(表1)[9-11]。

表1 南雄地区水系沉积物地球化学参数Table 1 Geochemical parameter of stream sediment in Nanxiong area

注：CV1为未剔除异常值前的原始变异系数；CV2为剔除异常值后的变异系数；CV1/CV2为元素离散度

与中国水系沉积物系列平均值(即背景值)对比，研究区As、Ag、Cd、Pb、Bi、W元素的平均值略高，其他元素近似或偏低[12]。就平均值对比结果而言，仅能反映本区与地壳元素平均值的相对高低，并非代表该区所有元素的总体分布态势，即平均值较低的元素在局部区段仍有相对富集的可能[13]。变异系数反映元素在测区内的变异程度，一般认为变异系数越大成矿希望越大，反之则越小，剔除特高特低值后，各元素变异系数多为不均匀或极不均匀分异(图2)。变异系数(CV2)较大的有Cr、Co、Ni、 Cu、As、Ag、Cd、Sb、Au等元素，说明这些元素在区内的背景起伏变化较大。元素离散度可采用剔除和未剔除特高特低值变化系数的比值来表示，离散度越大的元素越易存在局部活化富集。Bi、Mo、Sb、Pb、W、Au、Cu、Cd、Sn等元素原始变化系数相对较大，对应离散度也较大，说明这些元素可形成局部富集[14-16]。结合本区成矿地质背景[17-18]，认为本区主要成矿元素为Bi、Mo、Pb、W、Au、Cu、Sn。

图2 各元素变异系数解释图Fig.2 Variation coefficient interpretation chart of each element

2.2 元素相关性分析

应用R型聚类方法[11]，分析区内元素之间的相关程度(图3)并探索元素组合与区内地质构造背景的内在联系。将区内20种元素划分为4个簇群：1) Pb-Sb，与岩浆热液活动有关的低温异常元素组合；2) U-Th，与多期次岩浆岩活动或晚期岩脉密切相关的元素组合；3) Cr-Ni-Co-Zn-As-Mo-W-Bi-Cd-Cu，与深源物质相关的、岩浆热液活动有关的高温富集元素组合；4) Au、Hg与其他元素相关性较差，表明Au元素的迁移、富集规律明显异于其他元素，具有独立富集成矿的潜力。

图3 南雄地区水系沉积物元素聚类分析谱系图Fig.3 Cluster analysis of stream sediment element in Nanxiong area

2.3 因子分析

采用初始因子荷载矩阵法对20种元素进行R型因子分析，累计方差贡献值取大于70%，选取5个主因子，每个因子代表1个元素组合。F1因子是该区主要矿化因子，代表元素组合为Mo-Ag-Cd-Bi-W，其中W、Mo、Bi元素与高温热液蚀变云英岩化密切相关，易于在酸性花岗岩中富集，与赣南地区钨钼矿元素的组合、富集特征相同；F2因子代表元素组合为Cr-Co-Ni-Zn-As，其中Cr、Co、Ni属于亲铁元素，在超基性岩和基性岩中共生，可指示区内超基性岩和基性岩或深源物质的存在；F3因子代表的组合为Pb-Sb，易在中酸性花岗岩中含量较高，可指示本区可能存在热液活动；F4因子代表的组合为U-Th，代表本区酸性富铀、富钍侵入岩的存在；F5因子代表元素组合为K2O，其特征值和方差贡献率不高，可指示该区中酸性岩浆岩岩体富钾。

2.4 异常圈定及组合异常特征

对全区20种元素共1 727个样品采用X和2S计算异常下限，Bi异常外、中、内带以异常下限的4、8、12倍圈定，Mo、Cd、Sn、W以异常下限的2、4、8倍圈定，其他元素以异常下限的1、2、4倍圈定。

依据元素组合特征，结合元素化学属性，将区内20种元素主要分为3种族组合元素：1) 与岩浆热液活动有关的低温异常元素组合，Pb-Sb-Ag-Cu-Zn-Au；2) 与多期次酸性岩浆岩活动或晚期岩脉密切相关的元素组合，U-Th-Be；3) 与岩浆热液活动有关的高温富集元素组合，Mo-W-Bi-Cd-Sn。

3 综合异常评序及解释评价

3.1 综合异常评序

结合区内成矿地质条件、元素组合、异常元素的相关性及套合程度，获得8个地球化学综合异常，其中甲类综合异常3个、乙类综合异常1个、丙类综合异常4个，分别为HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb、HS1-甲2 Sb-Pb-Sn-Au-Mo-W-Cu、HS4-甲2 Bi-W-Be-Au-Mo、HS6-丙2 Bi-Mo-U-Sb-W-Sn-Be、HS8-丙2 Au-Pb-Ag、HS2-丙3 W-Mo-Sb-Ag-Bi-Sn、HS3-丙3 Cu-Zn-Au、HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu。根据面积(Aa)、平均衬度(Ac)、规格化面金属量之和(ΣNAP)等地球化学异常特征参数，对圈定的各综合异常进行评序，并采用上述3个参数的规范化数据之和Σ对综合异常进行综合定量排序(表2)。

3.2 重要综合异常的解释评价

1) HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb

该综合异常位于测区西南部，面积为22.759 8 km2；异常区内出露白垩系南雄组下亚段紫红色浅红色花岗质砂岩、砂砾岩，印支期粗粒斑状黑云母花岗岩，异常区南部出露燕山晚期花岗斑岩，区内有近北东向区域断裂构造和近南北向和东西向次级断裂构造交错。

表2 南雄幅1∶50 000水系沉积物测量元素地球化学综合异常评序表Table 2 Quantitative ranking scale of integrated anomaly by 1∶50 000 stream sediment survey in Nanxiong area

异常元素组合Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb，以Mo、Bi、Cu、W为主要异常元素，在空间分布上，Mo异常浓集中心与Bi、Cu、W、Cd、Sn、Zn等元素异常套合较好。Mo规格化面金属量和值最高，为136.606 7。Mo异常下限为1.564 μg/g，Mo-9异常点数为22个，Mo含量平均值为21.352 μg/g，最大值为258 μg/g，Mo-11异常点数为2，Mo含量平均值为5.210 μg/g，最大值为8.010 μg/g；Bi异常下限为3.752 μg/g，Bi-4异常Bi含量平均值为41.367 μg/g，最大值为476.000 μg/g；Cu异常下限为28.24 μg/g，Cu-5异常Cu含量平均值为164.20 μg/g，最大值为951.00 μg/g。异常分布特征如图4所示。

该综合异常位于近南北向、北西向和近东西向交错的次级断裂构造带上，燕山晚期花岗脉岩出露。以Mo、Bi、Cu、W异常为主，呈高温元素组合特征。异常成因与W、Mo、Cu的成矿作用有关，异常范围与已知棉土窝钨、钼、铜多金属矿床吻合，外围有一定的找矿潜力。

2) HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu

该综合异常位于测区西南部，面积为10.992 3 km2；异常区内出露印支期粗粒斑状黑云母花岗岩和细粒二云母花岗岩，区内发育北东向区域性断裂构造。

异常元素组合Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu，以Bi为主要异常元素，在空间分布上，Bi异常浓集中心与Pb、Sn、Mo、W、Cu等元素异常套合较好。Bi异常分布面积大，异常强度高。Bi异常下限为3.752 μg/g，Bi-4异常点数为4，Bi含量平均值为20.423 μg/g，Bi含量最大值为62.400 μg/g；Pb异常下限为77.7 μg/g，Pb-5异常Pb含量平均值为351.0 μg/g，Pb含量最大值为857.0 μg/g，Pb-4异常Pb含量平均值为92.1 μg/g；Sn异常下限为19.93 μg/g，Sn-6异常Sn含量最大值为118.00 μg/g。异常分布特征如图5所示。

该综合异常位于北东向断裂构造带上，燕山晚期岩体出露。以Bi、Pb、Mo异常为主，异常元素组合特征基本与HS5-甲1综合异常一致，以高温元素为主，且位于棉土窝钨、钼、铜多金属矿床东侧，具有较大的找矿潜力。

4 成矿预测区

依据地球化学异常特征，结合区内地质、矿产、物探等资料[19-20]，选择3片最有利成矿远景地段划为找矿预测区，分别为棉土窝钼、钨、铜多金属找矿预测区，鸦子寨-天瑶地钼、钨、铀找矿预测区，全安锑、铅找矿预测区。

其中，棉土窝钨、钼多金属找矿预测区位于测区西南角，面积为39.00 km2，包含上述HS5-甲1 Mo-Bi-Cu-W-Cd-Au-Sn-Ag-U-Zn-Be-Pb和HS7-乙3 Bi-Pb-Sn-Mo-W-Cu两片综合异常。异常元素组合Mo-Bi-Cu-W、Bi-Pb-Sn-Mo-W均为高温异常元素组合，受燕山晚期小岩体、断裂构造控制作用明显。

5 结论

1) 单元素地球化学参数统计研究表明，大多数元素变化系数为不均匀分异或极不均匀分异，其中Bi、Mo、Sb、Pb、W、Au、Cu、Cd、Sn元'素离散度较大，易形成局部富集。综合分析认为本区主要成矿元素为Bi、Mo、Pb、W、Au、Cu、Sn。

图4 HS5-甲1综合异常剖析图Fig.4 Anatomic drawing of No. HS5-A1 comprehensive geochemical anomaly

图5 HS7-乙3综合异常剖析图Fig.5 Anatomic drawing of No.HS7-B3 comprehensive geochemical anomaly

2) R聚类相关性分析和因子分析结果认为，Pb-Sb相关性强，是与岩浆热液活动有关的低温异常元素组合；U-Th相关性较强，是与多期次岩浆岩活动或晚期岩脉密切相关的元素组合；Cr-Ni-Co-Zn-As-Mo-W-Bi-Cd-Cu相关性一般，是与深源物质相关的、岩浆热液活动有关的高温富集元素组合；Au、Hg与其他元素相关性较差，但仍具有独立富集成矿的潜力。

3) 根据面积、平均衬度、规格化面金属量之和等地球化学异常特征参数，对圈定的各综合异常进行评序，并采用上述3个参数的规范化数据之和对综合异常进行综合定量排序， HS5-甲1、HS1-甲2和HS4-甲2综合异常位列前三。

4) 圈定3片最有利成矿远景地段划为找矿预测区，分别为棉土窝钼、钨多金属矿预测区，鸦子寨-天瑶地钼、钨、铀找矿预测区和全安锑、铅找矿预测区。

感谢中核集团核工业二九〇研究所黄国龙研究员、曹豪杰研究员在该项目实施过程中给予的大力支持与帮助；感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所高艳芳研究员在化探数据一体化处理系统软件应用方面给予的帮助。