陕南何家垭地区土壤地球化学特征及找矿预测

2020-12-21罗先熔韦彦婷刘攀峰欧阳菲张小明

金属矿山 2020年11期

王东罗先熔韦彦婷刘攀峰欧阳菲张小明游军邱伟

（1.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004；2.陕西省地质调查中心，陕西西安710068；3.青海省地质调查院，青海西宁810012）

勉略宁三角区地处扬子板块北缘与南秦岭造山带之间，总体成特殊的楔形三角块体［1］。该区地质构造极其复杂，岩浆作用与变质作用强烈，一直是地质工作饱受争议的地区。近年来，随着认识不断提高，找矿工作不断深入，在区内陆续发现了具有一定工业价值的铁、镍、金、猛等多金属矿床。研究区整体上地质工作相对薄弱，2017年，“陕西省勉略宁地区基础地质调查”项目完成了1∶50 000水系沉积物的测量，Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As等元素在区内均有异常显示，结合区域地质背景认为，该区有着良好的多金属成矿潜力。

土壤地球化学测量是一种直接、快速、有效寻找浅覆盖区矿体的勘查方法［2-6］。为进一步明确找矿方向，缩小、圈定找矿靶区，本研究在陕南何家垭地区开展了1∶10 000土壤地球化学测量工作，并对所测量元素进行数理统计、成矿潜力分析，为该区下一步找矿工作提供有利依据。

1 区域地质概况

1.1 区域地层特征

区域上出露地层主要包括新元古界变质火山岩系过渡性基底以及古生界沉积盖层，主要包括新元古界阳坝岩组（Pt3y）、巨亭岩组（Pt3j）和秧田岩组（Pt3yt）、震旦系陡山沱组（Z1d）和灯影组（Z2dn）、下泥盆统踏坡组（D1t）、泥盆—石炭系略阳组（D2-Cll）等7个地层。

侵入岩时代主要为新元古代白雀寺—石瓮子基性杂岩体，岩性主要为辉石岩、辉石闪长岩、闪长岩、二长花岗岩、花岗岩与碱长花岗岩，另有少量辉绿岩脉侵入（图1）。

1.2 区域构造特征

研究区所在区域属勉略宁三角区（图1），其大地构造位置位于扬子板块北缘碧口地块东段，地处秦岭造山带、松潘—甘孜造山带以及扬子板块交接部位，是中国大陆中央造山系的重要组成部分［7-9］。晋宁期以来，碧口岩群先后经历了加里东—海西—印支期、燕山期、喜马拉雅期等多期构造运动［10］，构造作用、岩浆作用、变质作用的频繁发生，不仅带来充分的成矿所需物质，同时也创造了很好的成矿地质条件。区域整体上处于梨坪—状元碑断裂、两河口—略阳断裂、青川—阳平关断裂带、铜钱坝—枫相院断裂之间，向东呈三角形逐渐尖灭。受大的大地构造背景影响，勉略宁三角区内部断裂不甚发育，在三角区北部其断裂以NW向为主，南部断裂以NE向为主。

1.3 区域矿产特征

区域内矿产主要为铁、铜、金，目前已知矿床有中坝子钛磁铁矿床，赋存于白雀寺基性杂岩体中东部中坝子一带蚀变辉长岩带中，共有毛山、胡家沟和窑湾3个矿段，矿体呈NE向条带展布。另在白雀寺基性杂岩体南部发现数条钛磁铁矿化带。已知金矿点为高谭子砂金矿点，位于嘉陵江沿岸。另在区域上外围东部煎茶岭一带，于煎茶岭超基性岩中产出煎茶岭大型镍矿床，也是“勉略宁”地区唯一的镍矿床。矿体呈透镜状、环绕状产出于新元古代花岗斑岩北部及强蚀变超基性岩中，矿床成因类型为岩浆熔离—热液叠加改造型镍矿床，矿床的形成与新元古代煎茶岭超基性岩体的退化蚀变以及稍晚期花岗斑岩的侵入与岩浆期后热液活动、以及韧性变形作用密切相关。区域多金属矿产发育，说明整个区域具备良好的成矿地质背景及找矿潜力［11］。

1.4 研究区地质特征

研究区内出露地层为新元古界碧口岩群巨亭岩组第一岩段，下部为变基性熔岩（Pt3j1β）、上部为基性凝灰岩（Pt3j1btf）（图2）。出露白雀寺—石瓮子基性杂岩体的东南部分，主要由辉长岩与花岗岩组成，辉长岩为研究区主要的侵入岩体，侵入形态为大岩株状，花岗岩也有小规模的侵入，总体呈小岩株状或岩脉状，两者之间为平直接触，侵入的先后顺序不明显。

研究区位于勉略宁三角区中部，断裂及韧性变形带发育，主构造方向以NE、NNE向为主，该构造方向控制着区内火山岩带及岩浆岩以及矿产的展布形态，是区内最重要的构造方位。由于研究区断层出入不明显，现已查明的断裂构造仅为一条韧性剪切带。

2 采样方法与元素分析

根据野外的实际地质工作，本研究开展1∶10 000土壤地球化学测量工作时采用罗盘作为辅助工具，手持GPS进行采样点定位，所布测线主线4条，除黑石岩地区主测线与邻近主测线线距为180 m之外，其余主测线线距均为100 m，点距为40 m。其中在通过铜镍矿化点主测线两侧各50 m处分别布置点距为20 m的加密短测线，所有测线方向均为300°，所采样品均来自土壤B层。测线方向与研究区主要的构造方向垂直且通过已发现的铜镍矿点（图2）。

本研究所采土壤样品均严格按照相关规范进行干燥、敲碎、过筛、称重、装袋、装箱处理，中途防止样品间相互污染，每袋样品质量均保证大于150 g。样品送往具有国家认证检测资质的核工业二〇三研究所分析测试中心，定量分析Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9种元素含量。

3 土壤地球化学特征与异常评价

3.1 相关参数特征

根据土壤地球化学元素测试分析数据，计算Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9种元素的含量均值X、标准偏差S、变异系数CV以及富集系数q等相关参数并进行统计（表1）。

根据表1相关参数的计算分析可知，区域Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、As元素丰度与上陆壳元素丰度比较明显偏高，Au元素相对亏损；研究区Ti、V、Mn、Zn、Cu、Ni、Au、As元素的平均值与区域元素丰度相比明显偏高，Pb元素相对亏损。变异系数>1的元素有Cu、As，说明这两种元素具有极强的分异性，活动性较强［12-13］；富集系数>1 的元素有 Ti、V、Mn、Cu、Ni、Au、As，说明这7种元素在土壤中较为富集。结合变异系数、富集系数以及各元素平均值与区域、上陆壳相关元素丰度比较可知，上述分析元素在研究区明显有着次生富集成晕的作用，从土壤地球化学角度来看，研究区具备多金属找矿的潜力。

注：Au含量单位为（×10-9）；区域元素丰度据1∶50 000化探数据。

3.2 单元素异常特征

对于各元素异常的圈定，背景值的确定有着决定性的作用。本研究单元素背景值确定所采用的方法为直方图解法。元素直方图曲线反映了元素在该研究区的分布情况，利用SPSS软件中的箱图法对元素数据进行筛选，直到元素直方图曲线呈正态分布。跟据所得各元素的背景值、标准差，采用α+nβ（α为背景值，n为倍数，β为标准差）来划分各元素异常的外、中、内带值（表2）［14］。异常图制作由MapGIS软件完成（图3）。

注：Au含量单位为（×10-9）。

从所圈定的单元素地球化学异常来看，Ti、V、Mn、Cu、Ni、Au、As异常具有明显的浓集中心，且内、中、外带划分清晰；Zn、Pb异常相对较弱，仅具有外带或中、外带。Cu、Ni、As、Mn、Zn异常主要分布在研究区铜镍矿点附近，其中Cu、Ni异常套合最好，展布方向为NE向，且铜镍矿点在Cu、Ni异常之中，说明此次土壤地球化学测量的数据具有较高的准确性，认为Cu、Ni异常是铜镍矿点以下存在的铜镍矿化带或隐伏铜镍矿体所致；Ti、V异常主要分布在研究区西北部，两者异常套合较好，认为是研究区西北部钛磁铁点以下可能存在的钛磁铁矿化带延伸所致；Au异常主要分布在研究区西北端及东南端，在铜镍矿化体附近也有一定面积分布；Pb元素在研究区内也有异常分布，但总体异常弱小、分散。整体上，单元素的异常区域主要集中于研究区东南部和西北部。

3.3 元素组合划分

在地球化学找矿中元素组合能更全面地反映成矿过程中各元素在空间分布上的密切关系。对于一个多元素的地球化学晕，将其中具有指示意义的元素含量以某种方式组合，能圈出更为清晰的异常。本研究通过R型聚类分析与R型因子分析分析数据，来判定元素之间的相关性，进而确定元素组合，所用统计学软件为SPSS24。

R型聚类分析是对变量进行分类处理，揭示元素在成晕成矿过程中的聚合趋势、成因联系，从而了解元素及元素组合之间的亲疏关系［15-16］。利用统计学软件SPSS进行R型聚类分析（图4），以相关系数R=15为界，可把元素组合成4组，即：①Cu-Ni-Au-As；②Ti-V；③Mn-Zn；④Pb。

因子分析的基本思路是根据相关性大小将原始变量分组，使得同组内的变量之间相关性较高，而不同组的变量间的相关性较低［17］。元素的含量数据是否适合进行因子分析，首先需利用BartIett与KMO检验方法［18-19］对数据的相关性进行检验。BartIett检验结果为Sig0.00，KMO度量值为0.604，符合Kaiser给的>0.6的标准，表明R型因子分析可用于研究区土壤地球化学数据处理。本研究采用主成分方法与四次幂极大旋转法得到R型因子分析的解释总方差（表3）和旋转后的成分矩阵（表4）。由表3、表4可知：研究区前3个主因子方差的累积贡献为71.026%，说明表3中前3个主因子可以代表研究区大部分数据信息，将相关性大于0.5的归为一组，从表4中可分为3组因子，即 F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）。

由R型因子分析可知，Pb元素与其他测试元素相关性较低，且Pb元素整体含量低、异常小、异常分散，对找矿的指示意义不大。其余测试元素与R型聚类分析结果一致，由此可以将研究区的元素组合确定为3组因子组合即：F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）。

3.4 组合异常划分及组合异常特征

根据本研究R型因子分析与R型聚类分析的结果，采用异常衬度法来进行元素组合异常圈划。异常衬度法具有强化弱异常、突出多元素套合异常的特征［20-21］。利用各元素原始含量与其背景值之比求出单点衬度值，然后将各组合内相关元素的单点衬度值进行累加得到组合衬度。本研究组合异常背景值同样采用直方图解法，得到各组合的背景值、标准差，并采用α+nβ（α为背景值，β为标准差）来划分各组合异常的外带、中带、内带值（表5），异常图制作由MapGIS软件完成（图5）。

F1组合异常主要分布于研究区西北部与东南部，具有明显的3级浓度分带，由Cu、Ni、Au、As元素组成，具有多个明显的浓集中心，且各元素衬度异常套合较好，异常总面积为0.163 km2。铜镍矿化点在F1因子组合异常面积最大的内带之中，侧面说明此次土壤地球化学元素测量异常的圈划具有较高的准确性。F1因子组合异常展布方向为NE向，与研究区发现的韧性剪切带构造方向和所处区域的主要大地构造方向基本平行，且韧性剪切带通过东南端的异常，表明异常受构造作用控制明显。结合研究区地质特征，认为F1因子（Cu-Ni-Au-As）为高、低温成矿元素组合，Cu、Ni、Au、As元素又为亲硫元素，Cu与Ni可与岩浆早期的基性—超基性成矿流体相伴生，F1因子组合对研究区寻找铜镍硫化物矿床具有较强的指示意义。

F2因子组合异常主要分布于研究区西北部，具有3级浓度分带，由Ti、V元素组成，有明显的浓集中心，Ti、V元素衬度异常套合较好，异常总面积为0.06 km2，认为F2因子（Ti-V）为高温成矿元素组合。Ti与V为亲Fe元素，与邻近的中坝子钛磁铁矿对比以后发现研究区与其具有相似的地质条件，且中坝子钛磁铁矿中Ti、V、Fe 3种元素关系密切，矿体主要赋存于蚀变的辉长岩体中，认为F2因子组合可作为寻找钛磁铁矿的依据。从异常图上来看，异常主要分布在蚀变辉长岩上，但在花岗斑岩上也有分布，认为Ti、V元素在地表发生了一定的迁移、分散，造成异常在花岗斑岩上有小面积分布的现象。

F3因子组合异常主要分布于研究区东南部，与F2因子组合异常叠加较好，具有3级浓度分带，有浓集中心，Mn、Zn元素衬度异常套合较好，异常总面积为0.084 km2。结合研究地质特征认为F3因子（Mn-Zn）组合为高、中温成矿元素组合，Mn与Zn在高温条件下可能在形成的闪锌矿中相伴生［22］。

4 找矿靶区预测及评价

跟据土壤地球化学测量 Ti、V、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、Au、As 9种元素经数理统计得到的元素组合F1（Cu-Ni-Au-As）、F2（Ti-V）、F3（Mn-Zn）与其组合衬度异常的分布情况，结合研究区成矿地质背景、地质条件来圈定预测找矿靶区，在区内共圈定了A类找矿靶区一处，B类找矿靶区一处（图6）。

A靶区面积为0.03 km2，位于研究区东南部，土壤地球化学测量的Cu、Ni、Au、As、Mn、Zn元素在靶区内均有异常且含量较高，异常主要分布在蚀变的辉长岩体上。Cu、Ni、Au、As、Mn、Zn 异常强度分别为137.1×10-6、91.7×10-6、2.45×10-9、39.8×10-6、1 512×10-6、128×10-6。

B靶区面积为0.029 km2，位于研究区西北部，土壤地球化学测量的Ti、V元素在靶区内均有异常且含量较高，同样主要分布在蚀变的辉长岩体上。Ti、V异常强度分别为9 810×10-6、259×10-6。

5 成矿潜力分析

研究区位于勉略宁三角区西部，其经历的加里东运动（早古生代）、海西期（晚古生代）、印支—燕山期、喜山运动为该区多金属的富集、成矿创造了有利条件。本研究土壤地球化学圈定的A找矿靶区位于铜镍矿化点上方，铜镍矿化赋存于蚀变的辉长岩体中。研究表明：铜镍硫化物矿可以在早、中期幔源岩浆上升侵入过程中通过岩浆的熔离作用形成［23］，对蚀变辉长岩中的金属矿物经镜下鉴定与电子探针分析均证实为黄铜矿化、镍黄铁矿化、磁铁矿化（图7），且显示可能为热液成因，预示深部可能存在铜镍硫化物的物质基础。因此本研究认为，研究区铜镍矿点的形成与深部基性岩浆的侵入有着密不可分的关系，在铜镍矿点下方很可能存在着岩浆熔离型的铜镍硫化物矿床。从A靶区异常套合情况及元素之间的相关性来看，F1（Cu-Ni-Au-As）与F3（Mn-Zn）均在靶区内，两者异常叠加较好，说明靶区内可能具有多期次的岩体侵入。综合上述分析，认为A靶区寻找铜镍等多金属矿的潜力较大。

根据土壤地球化学圈定的B靶区内出露的岩体同样为蚀变的辉长岩。邻近的中坝子钛磁铁矿Ti、V、Fe 3种元素关系密切，相互伴生。中坝子钛磁铁矿体主要分布于中坝子一带辉长—闪长岩杂岩体间分异出的蚀变辉长岩体中，矿体富集与岩体流动分异作用有密切关系［24］。B靶区与邻近的中坝子钛磁铁矿具有相似的成矿地质背景与条件。从整个区域地质背景来看，中坝子钛磁铁矿体所赋存的蚀变辉长岩体，与B靶区出露的蚀变辉长岩体均来源于研究区碧口—大安构造岩浆岩带的吕梁—晋宁期侵入岩［24］，并同时受控于白雀寺基性杂岩体，基性岩浆的侵入不仅带来了大量Ti、V、Fe等成矿元素，而且也使辉长岩发生蚀变，是形成矿体赋存岩体——蚀变辉长岩的主要因素。因此，本研究认为研究区根据Ti、V元素衬度组合异常圈定的B靶区蚀变辉长岩体中具有寻找钛磁铁矿的潜力。根据元素组合及其衬度异常所圈定的A、B靶区，预测赋矿岩体均为蚀变的辉长岩体，但从土壤地球化学测量圈定的单元素异常来看，在B靶区中Cu、Ni、Mn、Zn无异常分布，Au、As异常分布也不明显，故而认为A、B靶区可能存在的铜镍硫化物矿和钛磁铁矿成因上有着本质的不同，前者属于岩浆熔离型，后者属于热液蚀变型且与二者有关的侵入岩浆为不同组分的非同源岩浆。

根据研究区土壤次生晕测量元素异常的套合情况、成矿地质条件、成矿背景圈定的B靶区为钛磁铁矿潜力找矿靶区，A靶区为铜镍等多金属矿潜力找矿靶区。钛磁铁矿是具有强磁性、低阻高极化的金属矿，因此激电法和磁法对于勘探钛磁铁矿非常适合［25］。结合何家垭一带实测激电—磁法综合剖面（图8），圈定的B靶区所对应的电法曲线（电阻率曲线、视极化率曲线）表现低阻、中极化，磁化率曲线相对低缓，为负异常，但在靶区范围内也略有升高趋势，说明B靶区内物探电法曲线所反映的信息与钛磁铁矿具有的物探曲线信息特征有一定的吻合性，但吻合度一般；A靶区中DHJ1-1已知铜镍矿点所对应的电法曲线表现为低阻、高极化，磁化率曲线为负异常，与DHJ1-1相邻且同属于A靶区的ADHJ1-2所对应的电法曲线、磁化率曲线同样表现为低阻、高极化、负异常，表明DHJ1-2对应的物探信息与已知铜镍矿体上方物探所反映出的地质信息具有较高的吻合度。通过对物探曲线的简单分析，在一定程度上验证了此次在研究区应用土壤地球化学方法获得的找矿工作成果及所圈定的找矿靶区，对于区域钛磁铁矿、铜镍等多金属矿的寻找具有一定的指导意义。