河南秧城一带金矿预查区土壤地球化学测量样品采样层位、加工粒级对比研究

王东晓

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，河南 信阳 464000)

0 引言

桐柏山—大别山地区地处中国亚热带和暖温带的地理分界线(秦岭—淮河)上，属亚热带向暖温带过渡区，北亚热带大陆性季风湿润气候，为湿润半湿润中低山景观区[1]。该地区以往开展水系沉积物及土壤测量样品加工粒级为-60目，矿区土壤测量样品加工粒级均按照1∶5万和1∶20万水系沉积物测量(土壤测量)的样品加工粒级使用，而该地区山区土壤覆盖较浅，多为0～30 cm，仅在山麓及第四系覆盖较厚，为避免丢失较大粒级土壤元素含量信息，寻求土壤中Au、Ag等元素最佳的富集层位和富集粒级，本文以大别山北坡秧城一带金矿预查工作为基础，进行土壤元素富集层位、粒级试验[2]，探讨适合该区域的土壤样品采样层位和筛选粒级，圈出清晰的元素地球化学异常。

1 地质概况

桐柏山—大别山地区处于华北地台与秦岭造山带结合部位。以明(港)—固(始)断裂带为界，北部为华北地台南缘，南部为秦岭造山带东延的桐柏—大别造山带。两大地质单元在长期的地质历史时期，经历了俯冲、碰撞、汇聚、拼贴等多种类型、多期的地质作用，营造了有利的成矿地质条件，形成了丰富的矿产资源，是河南省重要的成矿区带之一[3]，也是我国一个重要的金银铜钼多金属矿产基地[4]。

秧城一带金矿预查区位于大别山北坡，属秦—祁—昆成矿域(I2)，秦岭—大别成矿省(东段)(II-7)，大别Mo-Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Fe-萤石-金红石成矿带(III-2)，薄刀岭Ag-Au-Pb-Zn成矿亚带(III-2-①)[5]。该区中生代岩浆活动强烈，大的花岗岩基和中酸性小岩体共存，既有深成相，也有浅成相、超浅成相和喷发相，时代从早白垩世的中性岩开始，到晚白垩世的酸性岩结束[6]。侵入岩主要分布在桐柏—商城断裂两侧及以南地区，陆相火山岩主要分布于龟(山)—梅(山)断裂两侧及以北地区。

河南省已发现的金矿主要为岩浆热液成因矿床[7]，大别山地区目前发现金矿成矿均为燕山期岩浆活动产物，其形成时间主要集中145～118 Ma之间，形成岩浆热液型矿床①。其中中酸性小岩体是该区金铜、铜(钼)、钼等矿床主要含矿岩浆热液来源。该区岩浆热液型金矿明显受构造控矿作用明显，以脆性铲式断裂为主，成矿类型为构造蚀变岩型和石英脉型[8]。目前该成矿带已发现有泌阳县月儿湾小型金矿、界岭金矿、光山县油榨金矿等。

预查区内出露地层主要为早古生界二郎坪群大栗树组(Pz1d)、张家大庄组(Pz1z)和刘山岩组(Pz1l)[9]；岩浆岩占预查区总面积的65%以上，主要为早古生界马畈序列、早白垩世马鞍山花岗岩及脉岩；断裂构造主要为近EW向、近SN向及NE向，以脆性断裂为主(图1)。

2 样品采集与分析方法

2.1 样点布设与采集方法

预查区隶属河南省罗山县周党镇和光山县马畈镇管辖，为大别山山前低缓丘陵区，属于我国中东部湿润半湿润中低山景观区，面积36.27 km2。在预查区已知金矿化地段内，选择39线、49线、50线做3条土壤试验剖面，在剖面上定位土壤试验样品采样点22处，同一采样点按不同深度层位采集土壤样品。

样点布设：3条土壤剖面均垂直矿(化)体方向，每条土壤剖面首先在矿(化)体上确定取样中心点，依次在此点东西两侧20 m、40 m、60 m、80 m、100 m处取样，根据实际地形尽可能取至金地球化学低背景及正常场。

采样方法：在采样点土壤垂向截面上，从地表至深部依次在B层、C层采集样品，编号为采样点加B、C(表1)。C层只取一个样品，B层视厚度不同，采集1～3个样品，具体为：B层厚度小于30 cm，只取一个样品，编号为采样点加B；B层厚度介于30～60 cm，在B层上部、中下部各取一个样品，编号为采样点加B1、B2；B层厚度大于60 cm时，在B层上部、中部、下部各取一个样品，编号为采样点加B1、B2、B3。样品介质粒度主要为-10目以下粒级，以保证原始样重量约为2 kg。

该试验采集B、C层样品共计50件。其中B层样品计29件(B、B1、B2、B3分别为17、5、5、2件)，C层样品21件。采样深度一般B层小于60 cm，大多能采至C层样品；少量B层厚度大于60 cm，实际采样时不易采到C层样品。

图1 秧城一带地质及剖面位置示意图(地质底图据河南省地矿局第三地质矿产调查院，2018)Fig.1 Geological sketch map and section location of Yangcheng area1—第四系黏土层 2—张家大庄组 3—片麻状花岗岩 4—片麻状闪长岩 5—斜长角闪岩 6—绢云斜长片岩 7—花岗斑岩脉8—石英斑岩脉 9—闪长玢 10—石英脉 11—构造角砾岩 12—金矿化体 13—金矿体及编号 14—实测地质界线 15—糜棱岩带 16—剖面位置及编号(含采样点)

表1 土壤剖面、样点、层位及样品数统计Table 1 Statistical table of soil profiles，samples，stratigraphic positions and sample numbers

2.2 试验样品加工与测试

样品加工：样品风干揉碎后，样品全量过筛进行加工。五层套筛由上至下依次叠放10目、20目、40目、60目、80目样筛及托盘，分别截取-10目～+20目、-20目～+40目、-40目～+60目、-60目～+80目、-80目等5个粒级的介质。每个介质粒级为1个样品，分别进行编号，即层位样品编号后加-1、-2、-4、-6、-8，分别对应-10目～+20目、-20目～+40目、-40目～+60目、-60目～+80目、-80目等5个粒级。

抽取50线部分样品称取5种不同粒级重量，经统计和全部筛样过程中观察，单个样品5个粒级样重所占比例大致为：-10目～+20目约占30%，-20目～+40目约占17%，-40目～+60目约占17%，-60目～+80目约占6%，-80目约占30%；+10目粒级剩余少量、未参与比例计算。由此可见，粗粒级和细粒级样重所占比重较大，为接近中间3个粒级样重的总合。

3个剖面22个采样点50件样品，每件样品5个粒级，共计分析250件试验样品。每件试验样品分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Mo、As、Sb、Bi十项元素，共计分析2500个数据。

3 样品各粒级元素含量特征

3.1 各粒级元素含量分配特征

对试验数据按不同粒级统计其元素平均值及分值，以研究各粒级元素含量分配特征，分析对比不同粒级元素富集程度。分值统计方法：依据5种不同粒级的元素平均值由大到小取值，最大者分值取5，次之分值取4，依次降低分值取3、2、1。计算总得分为同一粒级10种元素分值之和，总得分由大到小进行排序，最高者排序为1、依次为2、3、4、5。全区试验数据的元素平均值及分值列表2。

表2 土壤试验样品中元素平均值及分值表(样品数50件)Table 2 List of average values and scores of elements in soil test samples (50 samples)

注：元素量单位为wB/10-6,其中w(Au)/10-9。

从表2五种不同粒级总得分及排序结果可以看出：元素主要富集粒级为-10～+20目，其次富集粒级为-40～+60、-60～+80目；-80目粒级元素富集较弱，-20～+40目粒级元素富集最弱。其中，Au、Ag、Pb、As、Bi主要富集于粗粒级的-10～+20目中，其次在-20～+40、-40～+60目中富集；Cu、Zn、Sb相对富集粒级为-80、-60～+80目；W、Mo主要在-40～+60、-20～+40目较粗粒级中富集。由此可见，元素主要富集于粗粒级的-10～+20目中。

3.2 各粒级元素含量直观对比分析

对试验数据按不同粒级制作元素含量曲线，直观对比分析元素富集的粒级。5种不同粒级的10种元素含量对比曲线：计算同一粒级同一元素同一采样点B(含B1、B2、B3)层和C层样品的平均值，依此平均值作5种不同粒级同一元素含量对比曲线(图2)。

图2 Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-Bi-Mo-W元素不同粒级含量对比曲线Fig.2 Contrast curve diagram of Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-Bi-Mo-W contents in different grain sizes

由图2可见：

1)各元素相对富集粒级：Au相对富集粒级为-10～+20、-40～+60目、-60～+80目；Ag、As相对富集粒级为-10～+20、-20～+40、-40～+60、-60～+80目；Cu、Zn差异不大，相对富集粒级为-40～+60、-60～+80、-10～+20、-80目；Pb相对富集粒级为-10～+20、-20～+40目；Mo、Bi相对富集粒级为-10～+20、-40～+60目、-20～+40；W富集粒级为-20～+40目、-40～+60目；Sb相对富集粒级为-10～+20、-80目、-60～+80。

2)5种不同粒级元素在总体层位富集或降低的趋势：Cu、Zn、As、Bi一致程度最高；Au、Ag、Pb、Sb、Mo一致程度较高；W一致程度相对较差。

4 试验样品各层位元素含量特征

4.1 10种元素在B层、C层含量对比

作同一元素在B层、C层平均值含量对比曲线，以直观比较元素在不同层位的变化趋势(图3)。B层取值：B层只取一个样品时，取该样品5种粒级元素含量平均值；若取有多个样品(B1、B2、B3)，则计算多个样品5种粒级元素含量平均值。C层取值：取该样点C层样品5种粒级元素含量平均值。

由图3可见，Au、Pb、W、Mo在C层的含量比B层较大、高点较多，在C层相对较富集。Ag、Cu、Zn在B层、C层含量近一致，差异不大。As、Sb、Bi在B层的含量比C层较大、高点较多，在B层相对较富集。整体来看，此10项元素在B、C层含量曲线变化程度近一致，均能反映层位富集或降低的趋势。也反映了矿区构造蚀变热液成矿的特点，Au、Pb、W、Mo，反映高温热液环境，受花岗岩影响；Ag、Cu、Zn反映中温热液环境，受大栗树组、张家大庄组控制；As、Sb、Bi，反映了低温热液环境，最先运移、剥蚀，从而在土壤中富集。

4.2 不同深度(B1、B2、B3、C)元素含量变化

根据表1取样点的统计，22个取样点中，39-154、39-156、39-157、50-100、50-105五个取样点土壤覆盖较厚，B层均取有2～3个样品；其中39-157为第四系中的取样点，取有B1、B2、B3三个样品，无C层样品。该5个点位为剖面两端背景取样点，与其他取样点景观一致，采样层位一致，具有代表性和普遍性。统计5个取样点(16个样品)B1、B2、(B3)、C层元素含量，以比较预查区不同深度土壤元素含量变化。

分别计算16个样品同一元素5种不同粒级含量的平均值，将每个样品元素平均值标准化同一数量级[10]，依此作每个采样点元素在不同深度标准化含量变化曲线，直观比较不同元素的含量随深度变化趋势。

由图4可见，Au、Ag、Cu、W、Mo、As、Sb、Bi、Zn元素曲线起伏不大、含量近一致；Pb元素曲线起伏较大，含量在不同采样点不同深度有高有低，变化不一。总体来看，元素含量随深度变化差异不大。

5 试验确定粒级及层位

根据试验结果，结合预查区土壤覆盖较浅情况，确定采集层位为B—C层；为寻求土壤元素含量的集合富集，筛样粒级确定为10目筛下部分，即-10目物质。

图4 五个采样点的10种元素在不同深度含量(标准化)变化曲线Fig.4 Normalized variation curve diagram of ten elements in five sampling points at different depths

6 应用效果

经检查证明，秧城一带开展的1∶1万土壤地球化学测量采用的方法，有效凸显金异常，使各元素异常清晰度明显增高，取得明显的找矿效果。本次开展的1∶1万土壤地球化学测量共圈定综合异常15处，异常规模较大，元素相互套合，元素异常强度高，Au元素高达1570×10-9，Ag元素最高值为15.9×10-6，Pb元素最高值为19160×10-6，Zn元素最高值为1711×10-6，均具有明显浓集中心及浓度分带，达到矿化。经过异常查证，在6处综合异常中发现金矿(化)体。如HT-11综合异常(图5)，异常由4种元素6个单元素异常组成，套合好，规模大，强度高，浓集中心和浓度分带明显，异常呈近SN向展布，主成矿元素Au异常强度高，平均值为157×10-9，极大值为1570×10-9，施工槽探工程查证，发现Au-18金矿化体一条，Au品位为0.15×10-6～24.34×10-6，矿化体赋存在马畈序列花岗岩与花岗斑岩接触部位，受近垂直的脆性构造控制，矿石类型为黄铁绢英岩化花岗岩型。

图5 HT11综合异常剖析图Fig.5 Comprehensive analysis diagram of HT11 anomaly1—第四系 2—早古生代马畈序列第四单元片麻状花岗岩 3—花岗斑岩脉 4—金矿化体 5—金矿体 6—地质界线 7—化探综合异常

7 结论

1)土壤粒度试验样品采样深度，一般B层小于60 cm，大多能采至C层样品；少量B层厚度大于60 cm，实际采样时不易采到C层样品。样品5个粒级样重所占比例，粗粒级(-10～+20目)和细粒级(-80目)各占30%，中间3个粒级(-20～+40目、-40～+60、-60～+80目)约占40%。显示该景观区土壤样品各粒级物质占比较均一。

2)元素主要富集粒级为-10～+20目，其次富集粒级为-40～+60、-60～+80目；-80目粒级元素富集较弱，-20～+40目粒级元素富集最弱。

3)同一元素在B、C层含量曲线变化程度近一致，元素随深度变化含量差异不大。该结论显示，野外采集样品不必一味追求采样深度，只要采集到合适的土壤层位，也能反映出土壤元素含量信息。

4)筛样粒级确定为-10目，相比-60目粒级，能更好的圈出清晰的元素地球化学异常。该试验经过生产实践验证，对桐柏山—大别山地区此类景观区开展1∶1万土壤地球化学测量工作具有借鉴意义。

注释：

① 唐相伟，郭跃闪，熊平良，等. 河南省罗山县秧城一带金矿预查报告[R]. 信阳：河南省地质矿产勘查开发局厅第三地质矿产调查院，2019.