湘西南苗儿山地区水系沉积物地球化学特征及找矿方向

2021-09-28刘邦定张小强

华南地质 2021年2期

田磊，杜云，邹源，刘邦定，张小强，樊晖

（湖南省地质调查院，长沙 410116）

控制成矿的基本要素有区域构造与区域地球化学，矿化的形成与地质背景的明显变化关系密切，而这种变化则主要表现在介质物质成分、结构构造、地球物理、地球化学信息等方面[1-3]；水系沉积物地球化学测量作为地球化学勘察中十分重要的方法[4-5]，在寻找有色金属矿产方面发挥着越来越重要的作用[6-10]。

苗儿山地区位于湘西南雪峰山脉与南岭山脉过渡地带，因交通困难、植被覆盖严重，以往地质工作相对较薄弱，化探工作仅于上世纪70年代开展过1∶20万城步幅化探扫面工作。区内目前发现了多个钨、铜、铅锌矿（化）点，并有1∶20万W、Sn、Bi、Pb等异常分布于苗儿山岩体及接触带，Cu、Zn异常分布于寒武系出露区域，Au、Sb异常分布于青白口纪地层区。区内地层出露较齐全、地质构造复杂、岩浆活动频繁，矿产较丰富，各类异常套合较好，表明该区域有着良好的找矿前景。通过开展西岩、城步、麻林、安心观4个图幅1∶5万矿产地质调查工作，获取了该区域内各种地质、地球化学勘查数据，笔者从水系沉积物测量数据入手，研究了区内W等18个元素地球化学特征及异常与地层、构造、岩浆岩之间的关系，阐明了地球化学异常的控制因素，圈定了找矿靶区，为区内的下一步地质找矿工作指明了方向。

1 地质概况

苗儿山地区位于南岭纬向构造—岩浆岩带西段北缘，大地构造位置（图1a）处于扬子地块东南缘江南造山带与华夏地块的结合部位[11-13]，是湘西南地区重要的成矿远景区之一[14]，区内地形以山地丘陵为主，地势总体呈中南高、北东低，水系较发育，多呈树枝状展布，适宜开展1∶5万水系沉积物地球化学普查工作。

区内地层出露较齐全，由老到新分布有青白口系、南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系及第四系（图1b）。青白口系是区内出露的最古老地层，为一套浅变质碎屑岩夹碳酸盐岩；南华系－震旦系为一套含砂质板岩夹细-中粒石英杂砂岩、长石石英杂砂岩与灰黑色板岩、碳质板岩、硅质板岩沉积；寒武系由一套黑色炭泥质岩系和含炭泥质碳酸盐岩夹较粗碎屑岩组成；奥陶系为一套活动型复理石－类复理石陆源碎屑沉积夹少量碳、硅质沉积；泥盆系是区内分布最为广泛的地层，各类岩相发育齐全，沉积类型多样，以台地相碳酸盐岩沉积为主，其次为滨浅海－三角洲相碎屑沉积，潮坪碳酸盐－碎屑混合沉积；石炭系主要出露于文坪一带，为一套浅海碳酸盐岩夹滨浅海碎屑及滨后沼泽含煤沉积；二叠系为一套浅海碳酸盐夹硅质沉积及三角洲相碎屑夹含煤沉积；第四系主要沿水系两侧分布，为现代河床、漫滩及低阶地的组成部分。

图1 大地构造位置（a）与苗儿山地区地质简图（b）Fig. 1 Tectonic location （a） and Simplified geological map （b） of the Miaoershan area

区内构造运动活跃，经历了晚志留世造山事件、晚三叠世造山事件、中侏罗世造山事件等重要构造事件，形成中生代以来一系列的北东—北北东向断裂和褶皱。区内褶皱主要有关峡褶皱群、城步褶皱群、苗儿山复背斜、文坪复向斜；NNE-NE向断层规模大，数量多，构造形迹醒目，断层性质以逆断层为主，断层间存在复杂的分支、复合、切割、继承等关系。

区内岩浆岩较发育，以中—深成相为主。岩浆活动具有多期性[15]，从青白口纪、志留纪、晚三叠世直至中侏罗世[16]，多为酸性岩浆岩。青白口纪花岗岩大体沿苗儿山岩体西部边缘分布[17]，空间上构成三个岩体群，自北往南分别为猫儿界岩体群、谭家坳岩体群及报木坪岩体群；苗儿山复式岩体由志留纪花岗岩构成主体，三叠纪和侏罗纪花岗岩呈小岩株状分布其中，构成补体[18]。

区内矿产资源丰富，以钨铜多金属矿床为主[19-20]，代表性矿床有平滩钨矿床[21-22]、威溪钨铜多金属矿矿床[23]、金水铜矿[24]等。

2 样品采集与分析

湖南省苗儿山地区矿产地质调查完成1∶5万水系沉积物测量面积1809.5 km2，采集样品8687件（含重复样239件），采样密度为4.67件/ km2。样点主要分布于一级水系的末端，采样点控制的汇水面积大致在0.125～0.25 km2之间，采样物质主要为粉砂、细砂等颗粒物，采样粒度为－10目～＋80目，样品重量为过筛后不少于300 g。

样品分析由鄂东南地质大队实验室承担。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、原子荧光光谱法（AFS）、粉末发射光谱法（ES）、离子选择性电极法的多元素分析配套方案，联合测定了W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Sb、As、Hg、Cd、Cr、Ni、Co、F、La共18种元素。样品测试工作严格按照《地质矿产实验室测试质量管理规范》[25]、《地球化学普查规范（1∶50000）》[26]执行，各元素合格率均为100%。

3 地球化学特征

3.1 地球化学参数统计

数据处理应用地学数据处理专家辅助系统（GEEMS），统计了测区原始数据的最大值、最小值、平均值、标准离差、变异系数、富集系数等地球化学参数（表1），用以说明和讨论区内1∶5万水系沉积物地球化学特征及规律[27]；浓集系数（K）为研究区平均值与南岭成矿带水系沉积物平均值比值，反映各元素的富集程度；变异系数（Cv）可以衡量各元素的分布均匀程度。

表1 苗儿山地区水系沉积物地球化学参数统计Table 1 Geochemical parameters of stream sediments of the Miaoershan area

研究区内除La外其余元素浓集系数均大于1，表明区内水系沉积物中这些元素含量与南岭成矿带水系沉积物背景值相比，均发生了不同程度的富集；其中As、Bi、Cu、Mo、Hg、Pb、Zn等元素发生明显富集（1.4≤K≤2），W、Au、Sb、Cd等元素为强富集（K＞2）。

从变异系数来看，W、Mo、Hg、Au、Ag、As、Cd 等7种元素变异系数均大于1.5，分布极不均匀；主要成矿元素W高值点多分布于苗儿山岩体内接触带，Mo、Ag、Hg、As、Cd等元素高值点主要分布于寒武系出露区域，Au高值点主要分布于青白口系出露区域。

综合以上统计分析，研究区内元素（除La外）明显高于南岭成矿带水系沉积物平均值，说明研究区内大部分元素呈高背景值分布；结合浓集系数与变异系数分析，认为元素的富集程度较高、变异系数较大，有发生成矿富集的可能，对研究区内的找矿工作有一定的指示作用。因此，可以确定W、Mo、Bi、Au、Cu、Pb、Zn元素为研究区内主要成矿元素。

3.2 元素的分布特征

将区内地层划分为第四系、二叠-石炭系、泥盆系、奥陶系、寒武系、震旦-南华系，青白口系共7个地质子区，岩浆岩按侵入时代划分为侏罗纪-三叠纪花岗岩、志留纪花岗岩及青白口纪花岗岩3个地质子区。苗儿山地区各地质子区水系沉积物元素丰度见表2。

各地质子区的元素浓集比率（CR）是各地质子区元素的含量平均值与全区原始含量数据平均值之比（图2），元素浓集比率越大，其在地质子区含量越富集，成矿的可能性也越大。

由表2和图2归纳出各地质子区水系沉积物地球化学特征如下：元素在不同时代的地层分布区具有较明显的丰度区别，寒武系、二叠系-石炭系和泥盆系中富集的元素最多，奥陶系、震旦系-南华系、青白口系相对较为贫化；W、Sn、Bi等高温成矿元素在花岗岩岩体中富集，在志留纪花岗岩中最高；寒武系中多种元素呈现高背景分布，尤其是Ag、As、Sb、Mo、Cu、Zn、Cd等7个元素含量最高，与寒武系黑色岩系关系密切；Au主要在青白口系中富集，其丰度在该地层中远高于其它时代地层。

表2 各地质子区水系沉积物元素平均值表Table 2 Average element abundances of stream sediments in different geological subareas

图2 各地质子区水系沉积物中各元素浓集比率图Fig. 2 Relative element abundances of stream sediments in the collection areas of various geological units

3.3 元素的相关性特征

聚类分析以变量之间的相似程度为基础，将变量分成不同级别的类或点群，直观地对变量进行分类处理，R聚类分析可以了解个别变量之间以及各变量组合之间的亲疏程度[28]。通过R型聚类分析，得到18种元素之间的相关关系（图3），在相关系数γ=0.5的相似水平上，除了Au、As为离群元素外，可将元素分为四个簇群。

图3 苗儿山地区水系沉积物测量元素聚类分析谱系图Fig. 3 Dendrogram of geochemical data of stream sediments in the Miaoershan area

Ⅰ簇群为W、Sn、Bi元素组合，该组合各元素相关性较好，与志留纪花岗岩关系密切，是区内重要成矿及伴生元素，主要与岩浆高温热液成矿作用有关，该组合异常的出现是寻找钨锡多金属矿床的重要地球化学找矿标志。

Ⅱ簇群为La、F、Cr、Ni、Co元素组合，各元素相关系数高，反映了本区内石炭系、泥盆系地层中富集的元素，与碳酸盐岩关系密切。

Ⅲ簇群为Pb、Cd、Zn、Hg、Sb元素组合，与区内北东向构造及中低温热液蚀变成矿作用有关，是区内的主要成矿及伴生元素，反映了本区以铅锌为主的中低温成矿元素组合。

Ⅳ簇群为Cu、Mo、Ag元素组合，相关系数较高，其形成的综合异常反映了区内特定的地质构造特征及控矿因素。

3.4 地球化学异常特征

3.4.1 异常的分布特征

异常下限的确定采用传统方法。首先对原始数据的离群点（最高值、最低值）进行迭代剔除处理，采用与迭代剔除，直至无离群点数值可剔除为止，即所有数据均分布于区间，形成背景数据，采用公式计算出理论异常下限值，再综合研究区内地质背景、成矿地质条件、各地质子区背景值等因素进行调整，确定研究区内异常下限采用值（表3）。

表3 苗儿山地区单元素地球化学异常特征表Table 3 Threshold of element geochemical anomaly values in the Miaoershan area

根据各元素的空间分布规律及单元素异常特征，结合区内地质矿产特征，圈定了31处综合异常（表4），综合异常分布受已知矿床（点）、北东向断裂构造带、寒武纪牛蹄塘组（Є1-2n）、岩体接触带的联合制约，异常整体上呈带状分布，其形态展布严格受构造带、寒武系或岩体接触带（主要为内接触带）控制，岩体内少数综合异常呈串珠状分布；在已知矿床（点）上主要成矿元素浓集中心明显，与已知矿床（点）吻合。

表4 苗儿山地区水系沉积物综合异常Table 4 Comprehensive geochemical anomalies of stream sediments in the Miaoershan area

3.4.2 异常地质成因解释

区内异常分布点多面广，元素组合复杂，异常的形成与矿产、岩体、构造、地层岩性等因素有着密切的关系。按地质成因可分为与花岗岩有关的异常、与北东—北北东向断裂构造有关异常、与地层局部富集有关异常三类。

与花岗岩有关的异常主成矿元素为W、Sn、Cu，次要元素有Pb 、Ag、As、Au、Sb等，元素组合主要为高温热液矿床成矿元素，该类代表性异常有AS8、AS14、AS17、AS29等，主要分布于苗儿山岩体内部及其内外接触带，是区内寻找钨锡多金属矿床的重要异常。

与北东或北北东向断裂构造有关异常主成矿元素有Au、Mo、Ag等，次要元素有Sb、As、Zn、Cu、Pb等，主要分布于猫儿界背斜倾伏端两侧、关峡褶皱群及文坪向斜北端，该类异常是区内寻找金铜多金属矿床的重要异常。

与地层局部富集有关异常元素组合比较复杂，与区内寒武纪牛蹄塘组的高背景值密切相关，该类型综合异常有AS1、AS2、AS12、AS13、AS18、AS19、AS30、AS31，主成矿元素有Au、Sb、Ag、Cu、Zn，次要元素有As、Hg、Pb、W、Ni、Co等，主要分布于苗儿山窿起周围寒武纪牛蹄塘组出露区域，该类异常是寻找以铅锌硫化物为主的中低温热液多金属矿床的重要异常。

续表4

4 找矿远景区划分

根据研究区内地球化学特征，异常元素组合、异常强度、异常面积以及异常的评序与解释推断，结合区域地质物化探等找矿标志，分析地质背景是否有利于成矿，优选圈定了3处找矿远景区（图4）。

图4 找矿远景区分布图Fig. 4 Prospecting area map in the Miaoershan area

4.1 猫儿界-平滩钨锡多金属矿远景区

该远景区位于狗子田-猫儿界复式背斜的倾伏端及西翼，苗儿山岩体北西部接触带上，大体呈北东向展布，面积约85.15 km2，主要由AS8（图5）、AS14（图6）两个综合异常组成。

图5 猫儿界-平滩钨锡多金属矿远景区AS8综合异常剖析图Fig. 5 No. AS8 comprehensive geochemical anomaly of the Maoerjie-Pintan W-Sn prospecting area

图6 猫儿界-平滩钨锡多金属矿远景区AS14综合异常剖析图Fig. 6 No. AS14 comprehensive geochemical anomaly of the Maoerjie-Pintan W-Sn prospecting area

远景区内出露地层有青白口纪架枧田组（Qb2j）、砖墙湾组（Qb1z）、黄狮洞组（Qb1hs）；狗子田-苗儿山复式背斜为北东-北北东向宽缓褶皱，核部地层产状变化较小，发育大量的同层褶皱和挤压拖拉的小褶皱；区内苗儿山复式岩体由志留纪中细粒黑云母二长花岗岩构成主体，晚三叠世中粒黑云母二长花岗岩及中侏罗世细粒二长花岗岩构成补体。受岩浆热液及构造应力的影响，区内岩石蚀变十分普遍，蚀变类型多、程度强，主要有硅化、角岩化、绢云母化、绿泥石化及黄铁矿化，花岗岩岩体内发育伟晶岩化、云英岩化，各种蚀变常互相重叠。

远景区内异常以W、As、Bi、Ag、Cu、Pb、Sn等元素为主，伴有Mo、Au、Zn、Cd等元素。主要元素W、Bi、As异常呈异常群分布，主要呈北东向带状展布，区内W异常面积共49.68 km2，Bi异常面积共44.19 km2，As异常面积共32.16 km2，区内W、Bi、As异常均值分别为39.99×10-6、4.2×10-6、198.13×10-6，反映主要元素异常强度很高，浓度中心明显。这些主要元素相互吻合好，在空间上总体的分布明显受到苗儿山岩体与青白口纪地层内接触带的控制，此外，还受区域性北东向、北北东向断裂带及次一级断裂、背斜等构造的控制。

区内已知矿床有威溪中型铜钨矿床、平滩中型钨矿床共2处，已知矿（化）点有莫家团钨锡矿点、易家山锡矿点、徐家山铜矿点、箭杆坪锡矿点、吴家坪钨矿、箭杆坪砷矿点、对门冲砷矿点、江口砷矿化点、长佃铜矿化点、猫儿界锰矿化点共10处，已知矿床（点）与异常套合较好；通过异常查证及矿产检查工作新发现了沙坪钨矿点、界福山钨铜矿点、落家冲钨矿点、大突界钨矿化点共4处矿（化）点。

该远景区内主要元素异常面积大、强度高，浓度分带特征明显，成矿地质条件良好，具有良好的寻找钨锡多金属矿的前景。

4.2 杨荷岭-安堂坪金矿远景区

该远景区分布于研究区北部杨荷岭－安堂坪一带，面积46.43 km2，由AS5（图7）、AS25、AS26、AS27综合异常组成。

图7 杨荷岭-安堂坪金矿远景区AS5综合异常剖析图Fig. 7 No. AS5 comprehensive geochemical anomaly of the Yangheling-Antangping Au prospecting area

远景区内出露的地层有全新统（Qh）、跳马涧组（D2t）、富禄组（Nh1f）、长安组（Nh1c）、青白口纪岩门寨组（Qb2y）。远景区位于苗儿山岩体北侧，苗儿山复式背斜的倾伏端，区内褶皱及断层构造迹象明显，地层产状总体倾向北西，局部可见层间小褶皱发育；区内断裂构造较发育，主要为北东向、近东西向和北西向三组断裂构造。

区内异常以Au、Ag、Pb元素为主，伴有Hg、Sb、Cd、Zn、As等元素。主要元素Au、Ag、Pb异常呈现异常群分布； Au异常面积共11.4 km2，Ag异常面积共1.47 km2，Pb异常面积共1.26 km2，区内Au、Ag、Pb元素异常均值分别为250.24×10-9、0.95×10-6、615.4×10-6，反映主要元素异常强度很高，浓度中心明显，其中Au元素含量最高值为6878×10-9，为全测区最高；这些主要元素高浓度带相互吻合较好，在空间上总体的分布除明显受到北东向断裂、背斜轴部或翼部及转折部位或向斜的扬起部位等构造控制外，还受到南华纪长安组、青白口纪岩门寨组的制约。

区内有找矿前景的金矿点（杨荷岭金矿点）一处，与Au水系沉积物异常吻合；通过异常查证工作，新发现了安堂坪金矿化点。

鉴于区内Au、Pb、Ag、Hg等元素异常规模大，强度高，套合好，区内金矿成矿地质条件优越，有扩大已知矿床点规模及新发现矿产地的找矿前景。

4.3 周塘-茅坪铅锌金多金属矿远景区

该远景区位于研究区北部的周塘-雅儒田-茅坪一带，分布面积49.22 km2，主要由综合异常AS1、AS12组成。

远景区内出露地层较多，有全新统、佘田桥组（D3s）、棋子桥组（D2q）、跳马涧组、污泥塘组（Є2-3w）、牛蹄塘组（Є1-2n）、留茶坡组（Z2l）、金家洞组（Z1j）、洪江组（Nh1n）、富禄组（Nh1f）、长安组（Nh1c），地层主要呈北东向展布。区域性断裂周塘断裂带呈北东方向从远景区穿过，主要由北东走向的三条大致平行的断层构成，断层中挤压直立带及断层角砾岩、碎裂岩发育，断层岩具分带特征，中部碎裂程度高，向边部变低。断裂旁侧岩层常因挤压强烈变形，揉皱现象普遍，劈理发育，方解石脉纵横交错。

该远景区内异常元素较多、组合较复杂，以Mo、Ag、Sb、Au、Hg为主，伴有Cd、As、Zn、W、Pb、Cu、Ni等元素。主要元素Mo、Ag、Sb、Au、Hg呈异常群分布，各元素异常呈北东向条带状展布；远景区内Mo、Ag、Sb、Au、Hg元素异常面积分别为29.67、28.16、21.59 、19.58 、16.22 km2， Mo、Ag、Sb、Au、Hg元素异常均值分别为17.76×10-6、0.72× 10-6、21.8×10-6、12.88×10-9、0.91×10-6，反映主要元素异常强度高，浓度中心明显。主要元素高浓度带相互吻合好，在空间上总体的分布除明显受到区域性北东向断裂带及次一级断裂构造、背斜轴部或翼部及转折部位或向斜的扬起部位等构造的控制外，还受到寒武纪牛蹄塘组等重要矿源层及赋矿层位的制约。

该远景区内已有矿床（点）众多，已有已知矿床（点） 9处，其中小型铅锌矿床1处，即周山铅锌矿；小型钨矿床1处，即周塘钨矿；小型铁矿床2处，分别为周山铁矿与周塘铁矿；铁矿化点1处，为花桥铁矿化点；砂金矿点1处，即花桥砂金矿；铜矿点1处，为水东铜矿点；此外还有2处煤矿，分别为陈家煤矿点及土地堂煤矿（化）点。区内已知矿床（点）多位于各元素异常的浓集中心，与异常套合较好，反映远景区内的异常成因为矿致异常。

该远景区内主要元素异常规模大、强度高，各元素异常套合较好，成矿地质条件良好，在寒武系出露的断裂带内寻找金锑矿前景良好；此外，虽然区内W、Pb、Zn元素异常强度中等，规模一般，但矿产资料显示远景区内的周山铅锌矿、周塘钨矿床均为隐伏矿床，推断该远景区内深部具有寻找隐伏铅锌矿、钨矿的前景。