河南桐柏马道地区水系沉积物地球化学特征及找矿方向

张红强， 张红鹏， 王 斌， 安 超， 李 佳

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院， 河南郑州450001)

0 引 言

河南桐柏马道地区横跨秦岭造山带东段，区内栾川—羊册—明港韧性剪切带以北为华北地台南缘，西官庄—松扒—龟梅韧性剪切带以南为南秦岭造山带，两者之间为北秦岭造山带(河南省地质调查院，2011)。

马道地区面积性1∶5万水系沉积物地球化学测量工作对As、Ba、Bi、Co、Cr、Cu、F、Fe、La、Li、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sn、W、Y、Zn、Au、Ag共21种元素进行了测试，分析了地球化学特征，划分了找矿远景区，为该区进一步地质找矿工作指明了方向。

1 地质概况

研究区属北秦岭地层区，以大河断裂带为界，北侧为二郎坪—信阳小区，南侧为蛇尾小区。出露地层为古元古界秦岭岩群郭庄岩组、雁岭沟岩组，下古生界歪头山组、二郎坪群大栗树组、张家大庄组、刘山岩组，古近系核桃园组和第四系(图1)。

区内大地构造横跨秦岭造山系及华北陆块(河南省地质调查院，2011)，北西—南东向大河断裂、老和尚庙断裂、与区域构造方向一致的次级断裂带及褶皱与成矿关系密切(彭三国等，2012)。

研究区岩浆活动频繁，加里东期和燕山期最为强烈，岩性以基性、中酸性岩为主。

区内矿产资源丰富，是我国重要的矿集区之一。区内有贵金属、有色金属、黑色金属、非金属、能源矿产以及建材、装饰石材等矿种，大中小型矿床、矿(化)点上百处。其中优势矿种为金、银、铜、铅、锌、富铁等金属矿产，以及萤石、水泥原料、装饰材料等非金属矿产，具成群成带分布特征(图1)。

2 水系沉积物地球化学特征

2.1 样品采集、加工与分析测试

研究区河流众多、水系发育，采样点大多分布在一级及二级水系中，三级水系少量，每个样点控制的汇水盆地面积为0.125～0.25 km2，平均采样密度为4.52个/km2。采样位置一般选在河床底部、河道岸边与水面接触处等细粒物质易于聚集处。野外采样以1∶5万水系沉积物测量点位布置图作为手图，采用手持GPS导航并结合地形地物进行定点，定点误差<10 m。样品介质为淤泥、粉砂、细砂等细粒物质，原始样品过0.25 mm(60目)筛，质量≥150 g，然后过0.074 mm(200目)筛，采用等离子体质谱法、等离子体发射光谱法、氢化物发生-原子荧光光谱法、化学光谱法、粉末发射光谱法、离子选择电极法、极谱法等多种方法进行分析测试。

2.2 数据处理

采用GeoChem Studio 6 软件。基于平均值(X1)、标准离差(S)、变异系数(CV)、富集系数(K1、K2)及矿化系数等指标研究区内水系沉积物地球化学特征和规律(中华人民共和国国土资源部，2015；河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，2016；孙社良等，2018；杨育振等，2019；严新泺等，2019)。

2.3 元素分布和富集特征

研究区各元素分布、富集特征见表1。

(1) Ag、Cu、Pb元素的富集系数(K1)>1.5，富集分布，Ag元素区域上丰度值较高；Ni、Zn、Cr、Co、Au、Sb、Y元素富集系数(K1)在1.2～1.5之间，呈高背景分布；Sn、Mn、W、Bi、Mo、As、La、Li、Ba、F元素富集系数(K1)在0.8～1.2之间，呈背景分布。

(2) As、Bi、Li元素富集系数(K2)>2，次生富集明显；Sb、Sn、Pb、W、La、Zn、Y、F、Cu、Ag、Mn、Mo、Ba元素富集系数(K2)为1.02～1.85，弱次生富集或次生富集；Co、Au、Ni、Cr元素富集系数(K2)<1，次生贫化明显。

(3) Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Ag、Au元素的矿化系数均>20%，在一定程度上反映了元素的成矿能力或异常强度，具有重要的找矿指示意义(表2)。

表2 研究区水系沉积物各元素矿化系数Table 2 Mineralization coefficients of each element in stream sediments of the study area

2.4 元素分异特征

Pb、Ag、Au、Bi、Cu、Zn元素变异系数(CV)>2，元素离散程度很大，分异性极强，分布极不均衡，极易富集形成强异常；Ni、W、Cr、Sb、Mo、Sn元素CV在1～2之间，其中Sn元素变异系数为0.99，元素离散程度大，分异性强，分布不均衡，能富集形成强异常；As、Co、F、Mn、Ba、La、Fe、Li、Y元素CV<1，离散程度不大，分异性较弱，分布较均衡，虽富集形成异常，但多数无找矿意义或意义不大，其中Fe元素异常明显分布在含铁矿的大栗树组地层，间接反映了已知铁矿床、矿点。

2.5 元素组合特征

为研究区内成矿元素与伴生元素的关系，对元素作出合理的分类和解释，利用GeoChem Studio软件对水系沉积物样品21种元素的原始数据进行聚类分析。在相关系数0.100水平上，全区元素分为3类：第一类为Cr-Ni-Co-Fe-Mn-Sn，其中Ni、Cr元素关系极为密切；第二类为Au-Ag-Cu-Pb-Zn-As-Sb-W-Li，在相关系数0.300水平又分为2个亚类，即Au-Ag-Cu-Pb-Zn元素组合(其中Pb、Ag元素关系密切)、As-Sb-W-Li元素组合；第三类为Ba-La-F-Y-Bi-Mo，其中Bi、Mo元素关系较密切(图2)(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，2016)。

图2 研究区水系沉积物元素R型聚类分析谱系图Fig. 2 R-type cluster analysis pedigree of elements in the stream sediment of the study area

2.5.1 Cu、Pb、Ag、Au、Zn 与桐柏—信阳地区1∶20万水系沉积物测量平均含量相比，区内Cu、Pb、Ag富集分布，Au、Zn呈高背景分布。Cu、Pb、Ag、Au、Zn分异性强，矿化系数≥10%。元素特高值点主要分布于歪头山组，其次分布于奥长花岗岩、大栗树组，反映了该区贵金属多金属成矿地质背景。

2.5.2 Cr、Ni、Co、Fe、Mn、Sn 与桐柏—信阳地区1∶20万水系沉积物测量平均含量相比，区内Co、Cr、Ni呈高背景分布，Sn、Mn正常分布，Co、Mn元素不均匀分布，Fe均匀分布；Ni、Cr呈强分异而Sn呈分异。Cr、Ni、Co矿化系数≥10%，Cr、Ni、Co元素特高值点主要出现于变质侵入体中，反映该区中基性、超基性小岩体的地质背景；Fe元素特高值点出现在大栗树组，反映该区已知的铁矿成矿地质背景；Mn与Pb、Zn、Ag特高值点均出现于奥长花岗岩；Sn高值点出现在二郎坪群雁岭沟岩组。

2.5.3 As、Sb、W、Li 与桐柏—信阳地区1∶20万水系沉积物测量平均含量相比，区内Li、W、As正常分布，Sb呈高背景分布，Li分布均匀，As分布不均匀；W呈强分异，Sb呈分异。As、Sb与Ag、Au、Cu、Pb、Zn高背景区局部吻合，分布于中部破山—银洞坡金银矿带歪头山组及西南角雁岭沟岩组；W高背景区分布于西南部大庙组、郭庄岩组和蔡家凹组，其次分布于北西部似斑状二长花岗岩体及第四系；Li在雁岭沟岩组、郭庄岩组局部富集呈高背景分布。

2.5.4 Ba、La、F、Y、Bi、Mo 与桐柏—信阳地区1∶20万水系沉积物平均含量相比，区内Y呈高背景分布，Ba、La、Bi、Mo呈背景分布，F呈低背景且不均匀—均匀分布；Mo元素呈强分异，Bi分异极强。Ba、La、F元素高背景区分布于南西部郭庄岩组、雁岭沟岩组、刘山岩组；Y高背景区分布于花岗闪长岩、似斑状二长花岗岩、奥长花岗岩，其次分布于郭庄岩组、雁岭沟岩组及刘山岩组；Bi、Mo高背景区分布于东南部郭庄岩组、雁岭沟岩组、刘山岩组，其次分布于歪头山组、大栗树组，以及奥长花岗岩、似斑状二长花岗岩体。

3 化探异常圈定及评序

3.1 化探异常圈定

分别按异常下限的2、4倍划分中带与内带(左琼华等，2016；郝玉军等，2017；刘邦定等，2019)，共圈定831个单元素异常(表3)。以元素成因上的共生关系及地理位置的重叠为基本原则，结合各元素的富集特征、成矿地质条件，使用GeoChem Studio软件圈定综合异常27个(图3)(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，2016)。

表3 研究区水系沉积物各元素异常下限及含量分带 Table 3 Abnormal lower limits and content zoning of elements in the stream sediment of the study area

3.2 综合异常评序

异常评序的意义是评价异常的相对找矿远景，根据异常分布特征及所处成矿地质环境对区内27个综合异常进行评序(表4)(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，2016)。

4 找矿远景区

在异常圈定、查证、解释的基础上，根据异常所处的地球化学背景、规模、强度、元素组合特征及成矿地质环境，圈定4处具有一定找矿潜力的远景区(图3)(陈力子等，2015；刘劲松等，2016；闫家伟等，2018；河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，2019)。

图3 研究区水系沉积物地球化学综合异常图1-第四系；2-下古生界刘山岩组；3-下古生界张家大庄组；4-下古生界大栗树组；5-下古生界歪头山组；6-古元古界雁岭沟岩组；7-古元古界郭庄岩组；8-似斑状二长花岗岩；9-斜长花岗岩；10-二长花岗岩；11-辉石岩；12-花岗岩；13-闪长岩；14-英云闪长岩；15-花岗闪长岩；16-花岗斑岩；17-辉长岩；18-地质界线；19-实测逆断层；20-实测正断层；21-实测性质不明断层；22-推测逆断层；23-剥离断层；24-脆韧性断层；25-大型矿床；26-中型矿床；27-小型矿床；28-矿点；29-矿化点；30-1∶5万水系沉积物测量地球化学综合异常；31-找矿远景区Fig. 3 Comprehensive geochemical anomaly map of the stream sediment in the study area

4.1 围山城金银多金属矿找矿远景区

位于破山—围山城—朱庄一带。出露地层为下古生界歪头山组和大栗树组，歪头山组为成矿远景区的主要赋矿层位。构造主要为北西向朱庄复式背斜和叠加其北翼之上的A型褶皱、北西—南东向剪切带以及北东—南西向断裂带(孙保平等，2007)。远景区北部和西部分布有早古生代斜长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩，早白垩世似斑状二长花岗岩以及石英脉、煌斑岩脉等岩脉。

表4 地球化学异常评序

该区包括5-甲1-1、11-甲1-1、17-甲2-1、15-乙3、16-乙3、27-丁共6个综合异常。① 5-甲1-1综合异常：呈不规则面状，主要异常元素为Pb、Zn、Ag，伴生Cu、W、Au、As、Sb等弱小异常，其中Pb、Zn、Ag元素相互套合程度高，异常规模大、强度高，富集中心明显，分带清晰，1∶1万地质地球化学探测综合剖面内Pb、Zn、Ag元素异常强度高，规模大，局部地区Ag含量达122 g/t，Pb含量为1 024～3 800 g/t，Zn含量为1 029～5 300 g/t，该异常反映了已知的破山银(铅锌)矿。② 11-甲1-1综合异常：呈不规则分枝状，主要异常元素为Pb、Zn、Ag、Au，伴有As、Sb、Cu弱小异常，其中Pb、Zn、Ag、Au异常规模大、强度高，含量分带清晰，1∶2 000地球化学剖面水系沉积物异常局部重现性较好，硅化、黄铁矿化、褐铁矿化、绢云母化发育，共发现9条矿(化)蚀变带。

区内由西向东依次分布破山银矿、银洞坡金矿以及银洞岭银多金属矿、萤石矿等金属及非金属矿矿(化)点。

综上所述，该找矿远景区化探异常规模大，强度高，元素套合好，成矿地质背景优越，是寻找铅、锌、金、银多金属矿的良好地段。

4.2 刘山岩铜锌多金属矿找矿远景区

呈北西—南东向带状沿周家庄—刘山岩—张家大庄一带展布。区内出露地层主要为下古生界刘山岩组和张家大庄组，其中刘山岩组富含Cu、Zn、Cr、Ni元素(代元平，2010)。构造为大河断裂、与区域构造线一致的韧脆性剪切带以及北东向断裂带、层间断裂带。岩浆岩为石英斑岩、花岗斑岩等。

该区包括14-甲3-1、9-甲2-1、23-丙、26-丙共4个综合异常。① 9-甲2-1呈不规则带状，主要异常元素为Cu、Zn。其中，Zn45、Cu22异常的极大值分别为656、180 g/t，Cu异常规模大、强度中等，Zn异常强度高，富集中心明显。该异常反映了已知的刘山岩铜锌矿床。② 14-甲3-1呈不规则带状，北西—南东向展布，主要异常元素为Cu，伴生Ag、As、Au、Zn、Sb、Pb。其中Cu异常规模大、强度中等，含量分带清晣，As、Sb、Zn、Pb、Ag异常套合较差，反映了区内已知的多金属矿化点。

区内已发现刘山岩中型铜锌矿、方老庄小型铜锌矿，以及铜、铅、锌矿多金属矿(化)点。

综上所述，该区成矿地质背景优越，化探异常较好，是寻找刘山岩式海相火山喷流沉积型铜锌多金属矿的有利地段。

4.3 月儿湾金银多金属矿找矿远景区

位于黑石山—月儿湾—汪庄一带，出露地层为下古生界大栗树组和张家大庄组，岩浆岩为早古生代花岗闪长岩、二长花岗岩和斜长花岗岩，构造以北东—南西、北西—南东向断裂带以及层间褶皱构造为主(王东晓等，2014)。

该区包括1-甲2-1、6-丙、2-甲3-1、7-丙、19-丁共5个综合异常。① 1-甲2-1呈弯曲带状，北东转北西向。Au为主要异常元素，Au2异常面积大、强度高，富集中心明显，最大值达107 mg/t，该异常反映了月儿湾金矿床。② 2-甲3-1呈北西西向展布，Zn为主要异常元素，其中Zn7异常规模大，最大值为3 745 g/t。1∶2 000土壤地球化学剖面显示Pb、Zn异常强度高，异常连续，呈强烈富集态势，Zn、Pb最大值分别为402、2 205 g/t,Ag、Au最大值分别为4.75、80.9 mg/t。硅化、褐铁矿化发育，局部可见细粒黄铁矿化、方铅矿化，异常区发现2条矿(化)蚀变带。

区内已发现月儿湾金矿床、汪庄金矿点以及小型矿化点多处。

综上所述，区内Au、Ag、Pb、Zn、Fe等化探异常特征明显，矿化明显，成矿条件有利，是寻找金、银、铁、铅锌多金属矿床的有利地段。

4.4 老和尚帽银多金属矿找矿远景区

夹持于大河断裂和松趴—龟梅断裂之间，北西—南东向，沿老和尚帽—柳树庄—大河一带呈带状展布。主要出露地层为秦岭岩群雁岭沟岩组、郭庄岩组以及二郎坪岩群刘山岩组，区内岩浆活动强烈，构造为大河断裂、松趴—龟梅断裂以及次级断裂带。

该景区由8-甲3-1、13-甲3-1、24-甲2-2、12-甲3-1、25-乙3共5个综合异常组成。① 24-甲2-2呈不规则面状，主要异常元素为Bi、Ni、Cr、Sn、Mo，伴生F、La、Ba、Mn、Co、Fe，该异常反映了柳树庄蛇纹岩(镍矿)矿；② 12-甲3-1大致呈东西走向，主要异常元素为W、Sb、Ag、Pb，伴生As、Au、Zn、Cu、Li，其中Ag、Pb、Sb、W元素异常规模大、强度高，含量分带清晰，富集中心明显；③ 13-甲3-1呈带状，北西—南东展布，异常规模大、强度高，含量分带清晰，其中Zn为主要异常元素。

区内已发现歇马岭小型金矿、老虎顶小型银矿和二十亩地银矿、柳树庄镍矿、桐柏县孤山头铜铅锌矿点等。

综上所述，该区成矿条件有利，矿化明显，找矿潜力大，是寻找和发现金、银多金属矿床的有利地段(杨泽强，2007)。

5 结 论

(1) 水系沉积物地球化学测量具有查明区内地球化学特征、确定找矿靶区的指示意义，共圈定831个单元素异常、27个综合异常，为下一步地质找矿工作指明了方向。

(2) 根据异常特征及所处成矿地质环境，对综合异常进行了筛选、评序。其中，24-甲2-2综合异常规模大、强度高，含量分带清晰，Cr、Ni、Bi异常套合程度高，富集中心明显。该异常反映了已知的柳树庄蛇纹岩(镍矿)矿。

(3) 在异常圈定、解释、查证的基础上圈定了找矿远景区4处。其中围山城、月儿湾、老和尚帽找矿远景区是寻找中低温热液金银多金属矿的有利地段，刘山岩找矿远景区是寻找刘山岩式海相火山喷流沉积型铜锌矿多金属矿的潜力区域。