赣南崇义碧坑钨矿区土壤地球化学特征分析及探矿效果

郭淑庆，连 颖，刘战庆，张鸣远，张树德，彭瑜勋，钟先源

（1.崇义章源钨业股份有限公司，江西 赣州 341300；2.桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004；3.崇义章源投资控股有限公司，江西 赣州 341300）

赣南钨矿资源丰富，素有“世界钨都”的美誉，崇（义）—（大）余—（上）犹钨矿集区尤为著名，黑钨矿最早就是在大余县的西华山被发现的，至今已有100多年的历史[1]。众多的地勘单位和科研院所在该矿集区先后开展过大量的地质找矿工作，相继找到了大量的钨锡矿资源，为国民经济发展做出了巨大贡献，但随着地表出露的钨矿多数已被发现并开发，资源逐渐减少[2-3]，找矿难度也越来越大，尤其是在植被覆盖较大的地区。土壤地球化学测量方法对于在覆盖区找矿或者寻找隐伏矿床具有很好的找矿效果[4-8]，土壤中元素的富集程度，可以反映次生晕的分布特征，是重要的找矿信息。本文通过在崇义碧坑钨矿勘查区开展1∶10 000土壤地球化学测量，分析其地球化学异常特征，圈出找矿靶区，用钻孔揭露，找矿效果良好。

1 地质背景

1.1 矿田地质

黄竹垄-长流坑钨锡多金属矿田位于崇—余—犹钨锡矿集区中西部（图1（a）），其外围分布有淘锡坑[9-10]、柯树岭、天井窝、天鹅塘等大中型钨矿床，矿田内分布有黄竹垄、独岭和长流坑等钨锡铜矿床以及碧坑、高坌等钨矿点。

图1 黄竹垄-长流坑钨锡多金属矿田区域地质图[1]Fig.1 Geological diagram of Huangzhulong-Changliukeng tungsten-tin polymetallic ore field

区内主要出露寒武系和奥陶系，分布面积占80%以上，其余为第四系（图1（b））。寒武系大面积出露于区内中东部地区，为一套巨厚的类复理石泥砂质夹硅质岩和炭质页岩建造，以次深海浊流沉积为主，分为水石组（Э3sh）、高滩组（Э2gt）、牛角河组（Э1nj）；奥陶系以泥、硅质类复理式建造为主，由半坑组（O2b）、对耳石组（O2d）、茅坪组（O1m）组成；第四系（Q）沿河流沟谷分布。

该区地层受到区域构造作用变形强烈，褶皱和断裂构造十分发育[11]。褶皱构造的轴线走向呈南北向、北北西向展布，由西向东分别为黄竹垄向斜、独岭背斜、长流坑向斜和碧坑背斜。断层主要发育有南北向、东西向、北东向及北西向，以逆断层为主，正断层和平移断层次之，呈相互有规律的切错，复杂而有序[1]。与褶皱、断层相伴生的节理、劈理、片理也甚发育，许多裂隙被含钨、锡矿石英脉充填。

矿田范围内出露少量的岩浆岩脉，有斜长细晶岩脉、花岗细晶岩脉、石英闪长岩脉和细晶辉长岩脉，脉体规模小，多数宽1～3 m，长5～10 m，规模最大的是长流坑矿区沿东西向断裂充填石英闪长岩脉，其宽5～7 m，长约100 m。

1.2 矿区地质

碧坑钨锡勘查区位于黄竹垄—长流坑钨锡多金属矿田的东南部，勘查区内的地层简单，除了测区东南角很小面积第四系外，均为寒武系一套浅变质岩的类复理石沉积建造，岩性为深灰—灰黑色厚层变余不等粒岩屑石英或长石石英杂砂岩与黑色薄层状硅质岩、板岩，夹灰绿色粉砂岩，变余细粒石英杂砂岩、含碳黑色板岩。按照岩性组合分为水石组、高滩组、牛角河组。在测区内碧坑背斜是形成于加里东运动的基底褶皱。断裂构造活动时间较长，各断裂形成时间不同，性质不同，既有控矿、储矿断裂，又有成矿后破坏矿体的断裂。按走向主要划分为北西向、北东（北北东）向两组断裂。断裂构造发育，以逆断层为主，正断层次之，形式较复杂，相互切错（图2）。

图2 碧坑矿区地质图Fig.2 Geological map of Bikeng mining area

2 土壤地球化学样品采集和测试方法

本次土壤化探工作严格按照中华人民共和国地质矿产行业标准《土壤地球化学测量规范DZ／T0145—1994》、《地球化学普查规范（1/1万）》、《物化探工程测量规范》有关技术要求执行。在碧坑钨矿勘查区26 km2范围内进行1∶10 000的土壤测量，每个采样点均用GPS定位仪五颗卫星定位，误差在5 m范围内，并在误差允许范围内采集土壤样。样品采取土壤B层，基岩出露区采至C层，粒度为20目，取样深度大于20cm，样重≥500g。布样的线距为200m，采样距为20 m，共计采集了2 552个样品。选择与赣南地区钨锡矿关系紧密的 Cu、Pb、Zn、Sn、Ag、As、W、Mo、Au等9种元素进行分析，样品测试单位为江西省地勘局赣南测试中心。

3 土壤地球化学特征

3.1 单元素异常特征分析

对所采样品的 Cu、Pb、Zn、Sn、Ag、As、W、Mo、Au等9种元素进行参数统计（见表1），结果显示：样品的Sn、W、Ag元素的变异系数（4.10、2.78、1.79）＞1.5，浓集比率＞1，说明Sn、W、Ag在勘查区分散、富集的程度较高，易形成地球化学异常。

表1 碧坑矿区土壤地球化学测量数据统计Tab.1 Statistics of soil geochemical survey data in Bikeng mining area

相关性分析结果（表2）显示：W与Sn、Ag的相关系数分别为0.675、0.629，Sn与Cu相关系数为0.627。可见 W、Sn、Ag、Cu元素之间呈明显正相关性，反映了主成矿元素的次生组合特征。

表2 碧坑矿区土壤地球化学数据相关性分析Tab.2 Correlation analysis of soil geochemical data in Bikeng mining area

以上所述，Sn、W、Ag有强分异性和明显的集散性，相关性也较好，可作为该区找矿指示元素。

3.2 元素组合异常分析

3.2.1 聚类分析

为研究各元素之间的相关性及共生组合关系，因此对土壤地球化学测量结果进行了R型聚类分析[12]。碧坑土壤地球化学元素R型聚类谱系图（图3）显示，以相关系数R=15为界，9种元素可分为4组：（1）Sn、W、Ag、Cu、Mo；（2）Pb、As；（3）Zn；（4）Au。

图3 碧坑土壤地球化学元素R型聚类分析谱系Fig.3 Genealogy diagram of R-type cluster analysis of soil geochemical element of Bikeng mining area

Sn、W、Ag、Cu、Mo 组合为中高温成元素组合，与岩体热液活动有关，暗示了成矿作用与岩浆活动密切相关[13]；Zn、Au为中低温元素，但这2种元素单独成为一类组合，表明与锡钨矿化关系不密切。

3.2.2 因子分析

因子分析方法是一种从多变量数据中提取若干共性因子的多元统计方法[14]，因子分析可在许多变量中找出隐藏的具有代表性的因子。将相同性质的变量归入一个因子，可减少变量的数目，还可检验变量间关系。

（1）效度检验，观察“KMO和Bartlett的检验”（表 3），KMO 度量（0.803）＞0.6，表明效度较高，Sig为0，这两个结果表明这份数据完全可以做因子分析，因此进行下一步[15]。

表3 KMO和Bartlett的检验Tab.3 KMO and Bartlett tests

（2）正交旋转因子载荷矩阵及方差贡献累计（表4）显示，有3个主因子的特征值大于1，即可提取3个因子，说明元素族群可分为3组；由于累积方差贡献达到了66.616%，因此，选用3个主因子来代表整个数据的变化情况。如将每组因子中数值大于0.5的归为一类[16]，则 Zn 被剔除，而 Sn、W、Ag、Cu、Mo可以归为一类；As、Pb为一类；Au单独成为一类。与相关性分析得出的元素组合分类基本相同。

表4 正交旋转因子载荷矩阵及方差贡献累计Tab.4 Load matrix of orthogonal rotation factor and variance contribution accumulation

3.2.3 元素异常圈定

元素相关参数特征（表1）显示，各元素含量均服从对数正态分布。异常下限（T）的确定采用公式T=CO+K×S（CO为背景值；S为标准离差；K 为常数，K值取 2），采用公式 T×2n（n 取 1，2，4）来确定元素异常外、中、内带[13，17]。依据地球化学测量单元素异常下限的圈定原则，将元素异常制成图（图4）。

图4 碧坑钨锡矿区地质简图与Sn、W、Ag元素异常图Fig.4 Geological diagram and anomaly diagram of Sn，W and Ag elements of Bikeng tungsten-tin deposit

（1）Sn元素土壤地球化学异常特征。

Sn 元素含量为 0.19×10-6～1 000×10-6，最高值为 1 000×10-6，是背景值（1.97×10-6）的 508 倍，是异常下限（12.18×10-6）的82倍。勘查区内Sn元素异常主要位于寒武系中，受断裂构造控制，发育较好，规模较大，分散分布，其异常浓集中心主要位于高滩组中。Sn1号异常位于矿区东部，与F1、F2和F3断裂构造关系密切，沿东西向展布，有8个浓集中心，与Ⅰ号脉带叠合。其中一个浓集中心位于水石组内。Sn2号异常位于勘查区北部，受F1和F4断裂构造控制，沿东西向展布，呈“T”字形，有9个浓集中心，与Ⅱ号脉带叠合。Sn3号异常位于矿区东南部，与F1断裂构造有关，呈椭圆形。

（2）W元素土壤地球化学异常特征。

样品的 W 元素含量为 0.31×10-6～622×10-6，最高值为 622×10-6，是背景值（1.76×10-6）的 353 倍，是异常下限（15.76×10-6）的39倍。勘查区内W元素规模较大的异常有三个，分别为W1、W2、W3。W1号异常位于区内东部，与F2断裂构造关系密切，沿东西向展布有1个浓集中心，与Ⅰ号脉带叠合。W2号异常位于区内西北部，受F1断裂构造控制，沿东西向展布，有1个浓集中心。W3号异常位于勘查区东南部，与F1断裂构造有关，呈椭圆形。

W 元素异常一般在 10×10-6～80×10-6之间，W最值为622×10-6，测区异常浓度分带为三级以上，浓集中心明显，初步推测异常与钨矿化具对应关系，具有较好的找矿意义。

（3）Ag元素土壤地球化学异常特征。

样品的 Ag 元素含量为 0.01×10-9～10×10-9，最高值为 10×10-9，是背景值（0.05×10-9）的 200 倍，是异常下限（0.47×10-9）的21倍。在勘查区内，Ag元素异常发育，较分散。规模较大的异常有2个，Ag1号异常位于测区北部，有3个浓集中心，与F8断裂构造关系密切，呈中间小两端大的哑铃形状；Ag 2号异常位于测区东南部，与F1断裂构造有关，呈椭圆形展布。

4 靶区预测及验证结果

通过野外异常检查各元素在测区东南角的异常为河流堆积的第四系，调查发现此处曾有民间堆放处理钨锡矿的遗迹，对样品有干扰，排除成矿异常。

4.1 靶区预测

结合矿区地质特征与土壤地球化学特征在碧坑矿区圈定2个找矿靶区（图2）。

1号靶区：位于测区中部，分布在Ⅰ号矿化带范围内，靶区位置处在Sn1号和Ag1号异常内。靶区中主要出露高滩组（Э2gt）和水石组（Э3sh），岩性主要为板岩。区内有一条F2断裂构造，钨锡石英脉较为发育。矿化带呈北东向分布，与F2断裂近乎垂直。

2号靶区：位于测区西北部，与Sn2号和W2号组合异常位置相当。靶区内主要出露地层为高滩组（Э2gt），其岩性主要为板岩。矿化带呈东西向分布与F1和F4裂相交。

4.2 验证结果

经过野外探勘和对异常的检查，发现了1号和2号靶区地表均有细脉出露，2号靶区规模小，地表见矿较少，而1号靶区规模较大，见到含矿细脉较多，具有较好的找矿前景，故首选1号靶区进行钻探揭露（图5）和验证。

图5 碧坑矿区I号带172、180、188、196和204线联合剖面图Fig.5 Joint section of lines 172，180，188，196 and 204 in No.I belt of Bikeng mining area

现已在1号靶区施工了17个钻孔，其中8个钻孔已见矿，共计揭露了5条矿体，矿体平均含脉密度0.85条/m，平均含脉率2.26%，总厚13.21 m；脉幅大于5 cm的含矿石英脉有21条，最大为17.35 cm，平均8.12 cm。矿体中WO3的平均品位为0.08%，Sn的平均品位为0.18%。

在172线和188线已经施工的钻孔中见矿均较好，矿体在走向上沿水平方向中心部位含脉密度高、含脉率大，向外侧含脉密度逐渐变稀、含脉率递减；在倾斜方向上，上部石英细脉数量多，单条厚度小，向下部石英脉数量少，单条厚度变大，但石英脉总厚度保持稳定，呈现“五层楼”特征（图5）。石英脉主要呈单脉状、薄板状，有的石英脉两侧有0.1～1mm的云母镶边，多数石英脉壁平直，形态规则，与围岩界线清楚，接触面光滑平直。ZK172-1钻孔300 m标高处，石英脉厚度0.2 cm；ZK188-2钻孔210 m标高处，含矿石英脉厚度为2.2 cm；ZK188-1钻孔190 m标高处，可见6cm的含矿石英脉；ZK188-2钻孔52m标高处，含矿石英脉厚度为9 cm。

5 结论

（1）碧坑勘查区的9种元素可分为4组，即（1）Sn、W、Ag、Cu、Mo；（2）Pb、As；（3）Zn；（4）Au。

（2）Sn、W、Ag元素的变异系数、浓集比率均较大，在勘查区分散、富集的程度较高，易形成地球化学异常；其相关性也较好，可作为该区找矿的指示元素。

（3）元素异常图显示，Sn、W、Ag异常浓度分带为三级以上，浓集中心明显，主要分布于寒武系高滩组中，受断裂和褶皱控制明显，发育较好，规模较大，异常范围基本与脉带叠合。

（4）利用土壤地球化学异常在碧坑勘查区圈出2处探矿靶区。钻探对1号靶区揭露，矿体呈现“五层楼”的特征。