豫西干树金矿钻孔原生晕地球化学特征及成矿预测

梁新辉 刘耀文 王 辉 黄 岚 程蓓雷 张怡静

（1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.生态与勘查地球化学应用工程技术研究中心，河南 洛阳 471023；3.自然资源部贵金属分析与勘查技术重点实验室，河南 洛阳 471023）

干树金矿床位于豫西洛宁县境内（东经111°32'55″～111°33'46″，北纬34°09'16″～34°11′32″），由河南省地矿局第一地质矿产调查院于20世纪80年代末勘探发现，与周围上宫、虎沟、七里坪、西青岗坪金矿组成了上宫金矿田。上宫金矿田在全国“358”找矿突破战略行动期间开展了“老矿山接替资源勘查”、“整装勘查”等矿床深部勘查工作，新增备案金资源量60 t以上，上宫金矿田累计备案金资源量达到140 t以上，干树金矿深部找矿取得重大突破是上宫金矿田深部勘查最重要的成果之一。

1989年，河南省地矿局第一地质矿产调查院通过开展填图、槽探、钻探工作，提交了干树金矿床详细普查报告，查明金金属量1.6 t，后续勘查始终难以取得突破。深部勘查工作通过对矿区控矿构造倾向上的变化特征分析，避开了+900～+600 m标高之间的无矿段实施深部钻探工程，见矿后布置钻孔对矿体走向和倾向上进行追索，最终在深部发现了盲矿体，资源量达大型矿床规模。深部勘查工作开展期间，围绕上宫金矿田深部矿床的研究取得了一些进展，对于进一步开展区域深部勘查找矿工作起到了一定的指导作用。如王晓辉［1］归纳了上宫金矿床地层、构造、岩浆岩三位一体的控矿机制，提出了3个典型的找矿标志［1］；宋凯等［2］以幔枝构造理论为指导分析了构造控矿特征，指出地幔热柱多级演化沟通了深部通道，为矿床形成提供了充足的物源，重点找矿部位应为深大断裂与拆离带的交汇部位［2］；胡新露等［3］探讨了金的迁移形式和沉淀机制，指出矿床成矿流体为中温、中低压、低盐度、酸性、还原性的含碲流体，Au在流体中主要以AuHS的形式迁移，早阶段到晚阶段，成矿流体的温度降低、HS−活度减小、氧逸度降低、pH升高，导致溶液中金的溶解度降低从而使金沉淀［3］；冯绍平等［4］通过对蚀变过程中常量元素迁移规律的探讨，指出铁白云石化、钾长石化、绢云母化、绿泥石化与金矿化密切相关［4］；王俊德等［5］基于MapGIS软件的空间分析功能，采用厚度品位权值数据，对刘秀沟Ⅳ、Ⅴ号矿脉矿体展布趋势进行了预测，并指出了深部找矿方向［5］；梁新辉等［6］总结了矿体分段富集、构造叠加控矿、NE向构造矿体走向延长大于倾向等构造控矿特征，建立了矿床尺度的含矿流体运移成矿模式，阐述了干树深部大型盲矿体的发现过程［6-7］。上述研究主要围绕矿床构造控矿特征、围岩蚀变、成矿机制、矿床成因等方面展开，对深部矿床地球化学特征的讨论鲜有涉及。

深部勘查实施过程中，采取了大量的钻孔原生晕样品，高晓等［8］对83个钻孔、8 378组原生晕数据（含以往勘查收集）的特征进行了研究，并通过micromine软件初步建立了上宫金矿田的三维地球化学模型，并开展了局部的成矿预测［8］。考虑到矿田尺度三维地球化学模型选取的钻孔疏密不均、模型建立中对矿床控矿因素（断裂带）的关注不足等原因，模型对矿田内各个矿床的适用性及匹配程度有待进一步研究。本研究通过对上宫金矿田干树金矿F1断裂带钻孔原生晕特征进行研究，并通过对钻孔原生晕的异常剖析，为后续找矿预测工作提供一定的依据。

1 矿床地质特征

1.1 区域地质背景

豫西熊耳山地区是河南省著名的金、银、多金属生产基地。该区处于华北板块南缘，熊耳山隆断区，结晶基底为太古宇太华群片麻岩，盖层为中元古界熊耳群火山岩、官道口群白云岩；区域断裂构造发育，主要为近EW向的马超营断裂、NE向的七里坪—康山断裂、焦园断裂；燕山期岩浆活动频繁，出露花山、五丈山等花岗岩体及一些小的斑岩体、爆破角砾岩体等，成矿地质条件非常优越，形成了上宫、干树构造蚀变岩型金矿床、祁雨沟、店房爆破角砾岩型金 矿床、铁炉坪银铅锌矿床、雷门沟钼矿床等［1-2］（图1）。

1.2 矿区地质特征

矿区地层总体上呈EW向展布，出露地层从老到新依次为熊耳群的许山组、鸡蛋坪组、马家河组，互为整合接触，地层总体南倾，倾角40°左右。许山组、马家河组岩性主要为安山岩类，鸡蛋坪组岩性有紫红色流纹岩、英安岩夹小杏仁安山岩、粗安岩及火山碎屑岩等，熊耳群许山组下段与下伏的太华群地层为角度不整合接触。NE向的F1（七里坪—康山断裂其中一段）为矿区主要的断裂构造，断裂带宽数十米至上百米，倾向NW，倾角55°～68°。断裂带由碎裂岩、构造角砾岩、绢英岩化安山岩、断层泥等组成，断层性质主要表现为扭性、张性、压扭性构造活动的多次叠加改造。矿区内岩浆活动形成了一些浅成相的岩脉及超浅成次火山相侵入体，钻孔揭露发现有角闪石英二长岩、闪长岩等脉岩分布，另外，构造顶底板附近有次火山岩相的玄武安山岩分布。

1.3 矿床地质特征

金矿床的产出严格受断裂构造控制，矿体主要赋存于F1断裂带内。根据断裂带内构造岩类特征及矿化情况将F1断裂分为Ⅰ（近底板带）、Ⅱ（中间带）、Ⅲ（近顶板带）3条构造蚀变带，共圈出不同规模的矿体53条，其中以Ⅰ7矿体规模最大。Ⅰ7矿体为深部勘查发现的盲矿体，埋深+512～1 210 m，走向长1 892 m，最大延深637 m，向北东侧伏，侧伏角约40°。矿体形态呈似板状、大脉状，平均走向55°，平均倾向325°，平均倾角 62°。矿体厚度0.53～5.66 m，平均1.91 m，Au品位（0.32～53.94）×10-6，平均5.14×10-6。

1.4 矿床成矿机制

熊耳山地区金矿床形成机制可以概括为：上地幔和深部地壳中大量的金等成矿元素，随着基性火山喷发和海相沉积作用分布于太华群及熊耳群地层中，后经与多期构造热事件有关的区域变质、岩浆活动，金等成矿物质发生活化、迁移、再分配，并局部富集，经燕山期重熔花岗岩浆活动形成岩浆期后热液或成矿流体，在有利的储矿构造空间（引张空间）充填沉淀富集成矿，属于中—低温岩浆期后热液作用形成的构造蚀变岩型金矿床。该矿床成矿时代研究主要集中在燕山中晚期，也存在一些分歧，部分学者将矿床成矿时代扩展至印支期［5，9-13］。

2 样品采集、测试

本研究原生晕样品采集自干树金矿F1断裂第10#～82#勘探线共20个钻孔。对每个钻孔由地表向深部连续取样，围岩取样基本间距为10 m，构造蚀变带加密采样间距至2 m左右，共采集原生晕样品3 017件。样品由河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院化验室分析测试，分析的元素为Au、Ag、Pb、Zn、As、Cu、Ba、Mn、W、Mo、Sb、V、Hg共13种，分析测试仪器采用光栅光谱仪（WPG-100、80080）、双道原子荧光光度计（XDY-3）。

3 原生晕数据分析

为详细分析原生晕数据各个元素之间的相关性、亲疏程度，对各元素进行分类处理，本研究利用SPSS软件对原生晕样品元素进行相关性分析、R型聚类分析。考虑到构造蚀变岩型金矿床成矿流体的运移及影响范围仅限于断裂带及顶底板蚀变带，与成矿过程有关的地球化学信息在断裂带及顶底板蚀变带体现也更为明显，本次在采集的3 017件原生晕样品中剔除了围岩样品后，仅对1 175件断裂带及顶底板蚀变带中的样品进行数据分析。

3.1 数据KMO和Bartlett’s球度检验

对该组数据进行KMO和Bartlett's球度检验，KMO检验值接近0.6，相关性尚可；Bartlett's球度检验Sig.值为0，小于显著性水平0.05，拒绝Bartlett's球度检验的零假设（表1）。因此认为这组数据具有一行相关性，适合进行因子分析。

注：“df”代表自由度；“Sig.”代表显著性

3.2 相关性分析

利用SPSS软件对该组数据进行相关性分析，得出了各元素之间的相关系数矩阵（表2）。从相关系数矩阵表中可以看出，除了Ba、Mn以外，其他元素与主成矿元素Au均呈现正相关关系，但是仅Ag、Cu、Hg 3种元素与Au的相关系数大于0.25，相关性略强，其他元素与Au的相关性较差；与矿山可回收的伴生元素Ag相关性较好的元素是Hg，相关系数达到0.569；Pb与Zn、As、Cu具有一定的相关性；As和Mo、Mn和V具有一定的相关性。矿床内不存在与主成矿元素相关性很强的元素，所有元素相互之间的相关系数均小于0.6，或许是矿床多期次成矿的又一佐证。

3.3 聚类分析

利用SPSS软件对该组数据进行R型聚类分析，得出聚类分析谱系图（图2）。以距离15为限，可将该组数据13个元素分为4个族群：第1群包括Ag、Hg、Cu、Au，为中、低温元素组合，同时包含了成矿元素Au、伴生元素Ag以及与Au相关性较强的指示元素Hg、Cu，该群元素与成矿元素关系最为密切；第2群为Pb、Sb、Zn、Ba、W，包含了中、低温元素及高温元素，反映多金属硫化物矿化的元素组合；第3群为Mn、V，二者具有较强的相关性，但与成矿关系不大；第4群为As、Mo，同样与成矿关系不大。聚类分析得出的结果与上述相关性分析结果基本一致，同样反映出矿床具有多期次成矿的特征。

4 原生晕轴向分带序列

4.1 原生晕轴向分带序列确定

研究矿床原生晕的轴向分带序列，对于判断矿体的剥蚀程度、埋深以及深部延伸情况具有一定的作用［14］。本研究采用格里戈良分带指数法确定干树金矿矿床原生晕的轴向分带序列，首先选取代表性较强的26#线剖面，该剖面采样钻孔分布标高作为4个中段，分别为+585 m、+442 m、+300 m、+180 m中段。首先计算各中段线金属量，并将线金属量数值进行标准化处理。随后应用分带指数公式求出各元素在不同中段的分带指数值，见表3。分带指数量大值所在中段就是该元素在垂直分带中的位置，初步得到一个由浅到深分带序列：（Ag、Hg）→（Au、As、W、V）→（Cu、Mn、Mo、Sb）→（Pb、Zn、Ba）。

注：下划线数据即为各元素分带指数最大值。

由于同一中段同时出现两个以上元素分带指数最大值，为确定其在分带序列中的确切位置，应用分带指数的变异性指数G及变异性指数梯度的差值ΔG来进一步确定。

首先用变异性指数G确定处于最上中段及最下中段中初步确定的元素序列的确切位置。Ag、Hg同处于最上中段，本研究计算的各元素的变异性指数为：G(Ag)=23.618 3，G(Hg)=30.145 6，G(Hg)＞G(Ag)，变异性指数G值越大排序越靠上，因此确定以上两个元素由浅至深的顺序为Hg→Ag。按照同样的方法确定处于最下中段Pb、Zn、Ba由浅至深的顺序为Zn→Pb→Ba。

其次用变异性指数梯度的差值ΔG确定中间两个中段元素序列的确切位置。Au、As、W、V同处于第二中段，计算各自的变异性指数梯度差值ΔG=G下-G上（G下、G上分别为向下的变异性指数、向上的变异性指数），ΔG(Au)=7.807 7，ΔG(As)=21.902 8，ΔG(W)=-67.778 1，ΔG(V)=164.818 7，ΔG越大的元素排序越靠上，因此确定这4个元素由浅至深的顺序为V→As→Au→W。按照同样的方法确定处于第三中段Cu、Mn、Mo、Sb由浅至深的顺序为Sb→Mn→Mo→Cu。

通过以上分析、计算，最终得到干树金矿26#线原生晕轴向分带序列（从浅到深）为Hg→Ag→V→As→Au→W→Sb→Mn→Mo→Cu→Zn→Pb→Ba。

4.2 原生晕轴向分带序列讨论

李慧等［15-16］总结出了我国典型金矿床指示元素分带序列为B-As-Hg-F-Sb-Ba（矿体前缘及上部）→Pb-Ag-Au-Zn-Cu（矿体中部）→W-Bi-Mo-Mn-Ni-Cd-Co-Ti（矿体下部及尾晕）。将以上确定的干树金矿26#线原生晕轴向分带序列与典型分带序列进行对比，存在局部的一致性，但总体差别比较大。指示元素As、Hg出现在成矿元素Au之前与典型分带序列相符。近矿晕元素Ag出现在前缘晕元素As之前，近矿晕元素Cu、Zn、Pb出现在尾晕元素Mo、W之后，前缘晕元素Ba出现在序列的最后，轴向分带序列出现前缘晕、尾晕、近矿晕元素的叠加，轴向分带序列较为复杂，具有多期叠加成矿的特点。近矿晕元素Cu、Zn、Pb及前缘晕元素Ba出现在序列最后，尾晕元素W出现在中部，呈现出明显的“反分带”特征，预示着矿脉向深部还有很大的延深或者有第二个隐伏矿体存在。实际上，干树金矿各勘探线上钻孔控制的矿体向深部均未封闭，这与原生晕轴向分带讨论的结论是一致的。

5 原生晕分布特征及成矿预测

首先根据勘探线剖面图，用各钻孔揭露到的F1断裂带及顶底板蚀变带的中点位置标高以及该位置的平面坐标，投影至F1断裂带得到垂直纵投影图。将各个钻孔F1断裂带及顶底板蚀变带中每种元素的原生晕数值取平均值，用均值代表该钻孔各元素在垂直纵投影图上的原生晕数值。采用Kring泛克里格法将数据网格化，应用Section软件的等值线功能生成了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Hg、Mo 8个元素在纵投影图上原生晕分布的等值线图，如图3所示。

由图3分析可知：

（1）Au异常范围略大于矿体分布范围，但总体一致，形成3个明显的浓集中心，异常范围自10#～42#线向深部发散；Cu异常范围总体低于矿体分布范围，异常最高值位于矿体深部，异常范围自01#～42#线向深部有升高趋势。上述相关分析说明Cu与成矿元素Au相关性最强，根据Au、Cu的异常分布范围及趋势，同时考虑到北东方向的燕山期花山花岗岩体在矿床成矿中具有的重要作用，预测矿体向深部仍有延伸趋势且向北东侧伏。

（2）Ag在26#线+600 m标高附近形成浓集中心，+300 m标高向深部略有升高的趋势。作为矿床主要回收的伴生组分，Ag分布特征与Au差别很大，可能与Ag在矿体与非矿体部位数据浮动较大而总体均值较低有关。

（3）As、Pb、Mo具有类似的分布特征，均在已知矿体中心部位形成一个浓集中心，3种元素分别是金矿典型分带序列中的前缘晕元素、近矿晕元素、尾晕元素，反映了矿床多期叠加成矿的特点，高温元素Mo含量向深部降低，也说明矿体向深部仍有很大的延深。

（4）Zn与Pb具有完全相反的分布特征，在已知矿体中心部位形成一个负异常中心，而在无矿的66#线西侧形成浓集中心，可能与该矿床中Pb、Zn元素并非密切共生有关。74#线、82#线钻孔虽不见矿，向深部、浅部也无其它工程控制，极强的Zn异常说明在已揭露断裂带的深部或者浅部仍有很大的找矿潜力。

（5）Hg作为金矿典型分带序列中的前缘晕元素，在已知矿体部位形成了一条负异常带，向深部、浅部均具有升高的趋势。向浅部升高符合前缘晕元素的变化特征，向深部升高反映了原生晕的叠加，预测矿体深部仍有很大延深。

（6）将F1断裂深部-1 000～0 m标高、上宫41#线至干树66#线作为一个预测单元。计算上宫、干树已知矿体的平均厚度为1.48 m，Au平均品位为5.34×10-6，0 m标高至地表已探明区域的含矿系数为54%，已知矿体的矿石平均密度为2.71 t/m3，由以上数据预测的单元内金资源量为52.56 t（表4）。

6 预测可靠性验证

深部勘查过程中，在F1断裂带深部近北东侧、06#勘探线附近布设了一个孔深2 000 m的深部钻孔（纵投影图上大致位置见图3），这也是熊耳山地区设计单孔孔深最大的钻孔，深部钻孔显示出了良好的见矿效果（表5、图4）：钻孔揭露的F1断裂位于-495～-562 m标高，断裂带共圈出了4层矿体或矿化带（达到边界品位为矿体，达到1/2边界品位为矿化带），其中Au单样品位最高2.21×10-6，Ag单样品位最高 30.10×10-6，Pb 单样品位最高 1.70×10-2，Zn单样品位最高1.27×10-2；另外在F1断裂带及其顶底板次级断裂带中出现多层矿体或矿化带，其元素组合由中浅部单一的Au矿化变为Au-Ag-Pb-Zn-Cu多金属矿化。特别是在-226 m标高附近，揭露一层2.01 m厚的Au-Ag-Pb-Zn-Cu多金属矿体，Au单样最高品位2.60×10-6，Ag单样最高品位2 550×10-6，Cu单样最高品位1.16×10-2，Pb单样最高品位14.50×10-2，Zn单样最高品位15.52×10-2。

7 结 论

（1）F1断裂带及顶底板蚀变带原生晕样品相关性分析、聚类分析表明，各元素相互之间的相关系数均小于0.6，反映了矿床经历多期次成矿作用。Ag、Hg、Cu与Au关系最为密切，可以作为地球化学找矿的指示元素。

（2）采用格里戈良分带指数法确定矿床原生晕的轴向分带序列为Hg→Ag→V→As→Au→W→Sb→Mn→Mo→Cu→Zn→Pb→Ba，对比金矿典型分带序列差别较大，反映矿床多期叠加成矿的特点；明显的“反分带”特征，预示着矿脉向深部还有很大的延深或者有第二个隐伏矿体存在。

（3）通过对垂直纵投影图上原生晕等值线图的分析，预测矿体向深部仍有很大的延深、且向北东侧伏，在F1断裂深部0～-1 000 m标高、上宫41#线至干树66#线预测金资源量52.56 t。北东侧的深部工程显示出了良好的见矿效果，揭露了多层矿体或矿化带，证实了矿体向F1断裂带深部继续延深，同时发现深部元素组合由中浅部单一的Au矿化变为Au-Ag-Pb-Zn-Cu多金属矿化，说明本研究成矿预测结果较为可靠。

注：Au、Ag单位为（×10-6）。