崤山地区申家窑金矿床原生晕组合特征与成矿阶段划分研究

2022-11-03胡利芳赵彦巧曹芳芳郭凯旋张俊涛

矿产勘查 2022年8期

胡利芳，赵彦巧，曹芳芳，郭凯旋，张俊涛

(1.河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南郑州 450016； 2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南郑州 450016)

0 引言

崤山申家窑金矿床位于河南省三门峡市南150°方向，直距30 km，行政区划隶属于陕州区西张村镇管辖。作为崤山地区主要的金矿床之一，申家窑金矿床经过多年勘查，现已查明金金属量 1100 kg，银金属量296 t，均达到中型矿床规模(王春永等，2021)。前人在申家窑金矿区持续开展了多年的勘查和科研工作，新增了资源量，在成矿规律(陈衍景和富士谷，1992；丁振举和方金云，1996；王学贞，2004；王宏运等，2013)、成矿年代学(朱嘉伟等，1999；魏俊浩等，2003)、成矿构造(石铨曾等，1993；朱嘉伟等，2001；徐书奎等，2015)、矿床成因(郭方方和王春永，2020)、元素地球化学(王振凯，2016)等方面取得了多项研究成果，但关于该矿床原生晕地球化学方面的研究还很少。多年来人们对原生晕地球化学的研究多集中于其分带特征及对深部找矿预测的作用(李惠等，2010；赖亚等，2018；郑广明等，2019；林成贵等，2020)，但对原生晕组合特征与成矿阶段划分的关系联系起来的研究还比较少，仅有王振凯(2016)根据黄铁矿、黄铜矿等矿物特征初步划分了3个成矿期，但暂未有效地指导地质勘查工作。本文在前人研究的基础上，从申家窑金矿床成矿地质背景入手，对矿床地质特征深入研究，利用SPSS软件对矿床原生晕地球化学数据进行统计处理，开展元素相关性分析、聚类分析、因子分析等组合特征研究，结合以往勘查工作成果，对成矿阶段进行总结探讨，深化崤山地区成矿规律认识，以期为申家窑金矿乃至崤山地区金矿地质勘查提供支持。

1 区域地质背景

豫西崤山地区的大地构造位置处于华北陆块南缘，经历了多阶段、多期次运动。华北陆块南缘构造带北部为三门峡—鲁山断裂为界，紧邻华北陆块，南部则是栾川断裂，北秦岭构造带与其相连(图1)。结晶基底和盖层的双层结构为其突出特点，二者之间为不整合接触。盖层岩系变形相对不复杂、变质微弱，主要为浅层次的脆韧性—脆性变形。结晶基底主岩系为上太古界太华岩群，而中元古界熊耳群和官道口群为其盖层。构造走向以NWW向为主，同时还是其北侧与三门峡—鲁山断裂、南侧与黑沟—栾川断裂的分界线，发育多期推覆构造和伸展构造。岩浆活动集中于新太古代，其次为中生代燕山期。

图1 研究区大地构造位置示意图(据高帅等，2015)1—第四系；2—元古界熊耳群、官道口群；3—元古界宽坪群；4—古生界二郎坪群；5—元古界秦岭群；6—华北陆块基底太华岩群；7—南秦岭造山带；8—山麓逆冲断层；9—栾川逆冲断层；10—区域大断裂；11—拆离断层；12—地质界线；13—研究区范围

2 矿区地质

2.1 矿区地质概况

区内地层主要为太古界太华岩群(Arth)和第四系(Q)。太华岩群岩性以斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩和黑云斜长片麻岩为主。区内构造较为简单，分为NNW、SN、NE向三组，主要断裂构造为NNW向，产状230°～265°∠60°～75°，这些构造破碎带控制了区内主要金矿脉的分布。侵入岩主要发育新太古代变质花岗岩类，集中分布于崤山断隆区结晶基底内，其次为中生代燕山期侵入岩，岩性主要为石英闪长斑岩，次为辉绿岩脉(图2)。

图2 申家窑金矿床地质简图(据王春永，2021①)1—第四系；2—太古界太华岩群； 3—中元古代辉绿岩脉；4—中生代白垩纪石英闪长斑岩；5—断层及编号；6—矿体及编号；7—构造蚀变带及编号；8—勘探线及编号

2.2 矿体特征

申家窑金矿区发育崤09、崤01、S2、S3、S4等5条含矿构造带，走向整体呈NNW、近SN向，主要赋存在蚀变断裂带的顶底板，产状严格受断裂构造控制。赋存矿脉长870～3000 m，厚10.67～25.95 m，产状220°～285°∠15°～60°。其中崤01脉规模最大，其特征简述如下：

崤01脉长约3500 m，产状265°∠15°～36°，主要呈NNW向展布，局地近SN向，性质为张扭性，局部有膨胀狭缩现象，沿倾斜方向上宽下窄。矿脉具分支复合现象，呈舒缓波状平行产出，矿化严格受构造带控制，多在顶底板富集成工业矿体。围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化，局部见高岭土化。与金矿化关系密切的围岩蚀变为硅化，硅化在顶底板发育，以底板最为强烈，次为黄铁绢英岩化。围岩蚀变严格在断裂带上下盘发育，矿化受断裂构造控制。

图3 申家窑金矿崤01矿体剖面简图1—覆盖层；2—白云石英片岩；3—绿泥片岩；4—斜长角闪岩；5—混合花岗岩；6—黑云斜长片麻岩；7—蚀变岩；8—破碎蚀变岩；9—二长石英片岩；10—石英脉；11—构造蚀变带；12—矿体；13—钻孔位置及编号；14—产状

通过勘查在崤01矿脉中发现两条矿体，编号分别为崤01-Ⅰ和崤01-Ⅱ。崤01-Ⅰ金银铅锌多金属矿体是区内规模最大的工业矿体，呈NNW—SSE向展布，长1275 m，埋深336.26～525.98 m，赋存标高+810～+226 m(图3)。矿体形态为似层状、透镜状、脉状，主要产于构造破碎带中，产状260°∠15°～36°，总体北缓南陡。崤 01-Ⅱ金银矿体呈近EW向展布，长约160 m，宽约1050 m，近平行产出于崤01-Ⅰ矿体的下部，上部为金矿体，深部为银矿体，矿体形态为细脉状，产状260°∠22°～24°。

2.3 矿石特征

区内矿石结构类型较简单，以自形、半自形粒状结构为主。构造主要有脉状、团块状，以及浸染状，次为角砾状、条带状等。金矿石中主要金属矿物以黄铁矿为主，次为黄铜矿、赤铁矿，少量方铅矿、闪锌矿、褐铁矿等。非金属矿物以石英为主，约占25%～49%，次为白云石、方解石，约占15%～20%。银铅锌矿石中主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，非金属矿物主要为石英、长石等。

3 原生晕元素组合特征

原生晕元素组合特征分析包括相关性分析、聚类分析和因子分析，主要用以揭示元素的分组性质，表明元素的聚合规律，尤其是与金成矿相关的元素。前人利用SPSS多元统计软件开展原生晕组合特征研究也取得了一定的成果(蔡朝阳等，2010；戴金旺和樊小磊，2017；耿国帅，2020)。本文通过多元统计分析软件SPSS对相关数据进行了元素组合特征的分析，具体有相关性、聚类和因子分析，并得到较为简单明了的数据，将其结果作为地质成矿阶段划分的依据，以便指导矿床的勘查工作。

3.1 样品整理与分析

样品采集主要布设在申家窑金矿床崤01、崤09、S3、S2等4条矿体上的ZKS302、ZKS802、ZKS806、ZK2005 4个钻孔中，采用钻探岩心法，采样点距一般为5.0 m，在矿化层、断裂构造带部位采样点距加密为0.5～1.0 m。在全孔中系统采集了307件样品，所采样品岩性有二长石英片岩、绿泥片岩、斜长角闪岩、蚀变岩、构造蚀变岩等。

据原地矿部地球化学探矿工作手册中确定的各类矿床的地球化学晕指示元素组合，结合申家窑金矿体矿化和蚀变特点，选择了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Sn、W、Bi和Mo等11种元素作为分析测试对象。

3.2 相关性分析

本文利用SPSS软件对申家窑矿区特高值处理后的233件原生晕样品中的11种地球化学元素的分析结果进行相关性分析，结果如表1所示。

表1 申家窑金矿床原生晕R型因子分析相关系数矩阵表

从表1中可以较为直观地看出，与Au相关性较好的元素有Cu、Pb、Zn、Sb、Ag和Bi，这几种元素同Au相关系数比较大，说明它们的分布规律与Au较为相似，也意味着它们能在一定程度上较好的指示Au的富集规律，可以作为寻找金矿的指示元素；与W、Mo的相关性也较好，但与Sn几乎不相关。Pb和Zn的相关系数最大，为0.784，表明二者成矿关系紧密。Sb和Bi几乎与各主成矿元素相关性都较好，指示了矿床成矿时的环境复杂。Ag与Pb、Zn的相关系数为均大于0.5，表明三者密切的相关关系，Ag以类质同象形式包含于方铅矿中，或者以辉铋银铅矿的形式与方铅矿构成固溶体结构，是本区银的主要载体矿物(王振凯，2016)。除此之外，Sn与各元素多为负相关，或者相关性弱，则反映出Sn的成矿环境差异较大。

3.3 聚类分析

本文选择利用R型聚类分析对元素含量进行处理分析。由图4可见，当相似水平距离取1时，Pb和Zn划为一类，表明其成矿较为紧密，内在联系较大；当相似水平距离取10时，Au、Pb、Zn、Sb归为一类，Cu、Bi划为一类；当相似水平取15时，Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag归为一类，表现为主成矿元素之间的关系，其余W、As、Mo、Sn各为一类，与其它元素聚为一类的相关性水平均较低。

图4 申家窑金矿床原生晕各元素聚类分析谱系图

故Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag成矿关系紧密，为主要的成矿指示元素组合。W、As、Mo、Sn各为一类，也反映了矿体的形成是一个多阶段成矿的过程。总体来说R聚类分析得出的结果与相关性分析基本一致。

3.4 因子分析

因子分析在矿床学、地球化学等地学领域得到了成功应用(崔来运等，2005；伊燕平等，2012；祁轶宏等，2017)。对233个样品各元素数据进行R型因子分析，计算得KMO值为0.803，Bartlett’s球度检验给出的相伴概率为0.000，适合于因子分析。

对233个数据进行方差解释得出因子的特征值和方差贡献率如表2。由表2可以看出，由于前两个因子的特征值和方差贡献均较大，且二者的累计方差贡献达到57.943%，因此前两个因子的影响是较为重要的。特征值是主成分影响力度大小的主要指标之一，按照特征值大于1的原则，选取前3个因子为主因子；从累积方差贡献率上来看，前3个因子的累积方差贡献率达到了68.885%，因此认为前3个因子可以较好地反映11种因子的大部分信息。

表2 申家窑金矿床元素方差解

在此基础上，为了变量特征更明显，对3个因子采用主成分分析法提取后得到了旋转后的载荷矩阵，同时为了因子含义更为简明与清楚，利用方差最大法得到了因子旋转(表3)。

表3 申家窑金矿床元素因子荷载表

以相关系数0.5为界限，由表3可得出三个主因子，分别为第一主因子(F1)Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu、Sb，第二主因子(F2)As、Sb、W、Mo，以及第三主因子(F3)Mo。

第一个因子(F1)的方差贡献率为33.575%，占绝对主要位置，主要元素为Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu，表明Ag、Au、Pb、Zn矿化密切相关，Sb和Bi分别代表低温和高温元素，但Bi荷载较大，推测为一次中高温成矿阶段。Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu为亲硫元素，是研究区主要的成矿元素组合，体现了主要的成矿作用，可以作为研究区主要成矿元素空间聚集的综合指示。

第二主因子F2的贡献率为23.279%，主要载荷为As、Sb、W、Mo，为低、高温元素的融合。As元素上有最高载荷值为0.854，表明低温环境持续时间较长，为主要成矿环境，形成了As的硫化物毒砂；另外As、Sb为前缘晕元素，易迁移，可推测深部可能的成矿区域。

第三主因子F3的贡献率为12.031%，主要载荷为Mo。Mo为高温指示元素，容易在酸性岩体中富集，为岩浆热液指示元素。在矿区北西侧出露面积有0.2 km2的后河花岗斑岩体，矿区北侧出露龙卧沟花岗岩体，有研究表明两处岩体形成时代相近，在130 Ma左右，属燕山期(卢仁等，2013，2014)，该期燕山花岗岩的就位可能与矿床的形成密切相关，为矿床的形成提供热源、成矿物质等。

4 讨论

4.1 成矿阶段分析

由相关性分析可知，Pb和Zn成矿关系紧密，Cu、Pb、Zn、Sb、Ag、Bi在一定程度上能较好的指示Au的富集规律，可以作为寻找金矿的指示元素。由聚类分析得知，Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag归为一类，表现为主成矿元素之间的关系，其中Pb和Zn成矿关系最为紧密，也表明Au、Ag、Pb、Zn、Cu、Bi、Sb元素组合异常区是地球化学找矿的重要标志。因子分析可得出成矿元素组合的分带特征为(Ag、Pb、Zn、Bi-Au-Cu-Sb)-(As-Sb-W-Mo)-Mo。Ag、Pb、Zn、Bi-Au-Cu-Sb为近矿带，形成了黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、辉铋银铅矿等金属矿物，矿石类型主要为含金多金属硫化物—砷化物型矿石。同时也形成了含Sb、Bi矿物，Bi主要与方铅矿伴生；As-Sb-W-Mo为前缘晕元素组合，显示中高温成矿的叠加，但以中低温为主，主要形成了As、Sb的硫化物，例如毒砂和辉钼矿；Mo为尾晕元素，指示一次成岩活动。

如前文所述，本区主要矿石矿物为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂，脉石矿物主要为石英和菱铁矿，局部可见少量绢云母。金主要以银金矿和自然金的形式出现，银矿物通常和方铅矿伴生，也见有独立的辉银矿产出在黄铁矿裂隙中。因此，成矿阶段大致可以分为三个阶段，早期为高温环境，形成了大量菱铁矿，为石英—菱铁矿阶段；中期为石英—多金属硫化物阶段，这一阶段成矿作用以自形晶石英、黄铁矿及黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物的大量产出为主要特征，这一阶段也是金、银的主要成矿阶段，伴随含矿热液的活动，在早期矿物裂隙中形成自然金、银金矿、辉银矿、辉铋银铅矿等；晚期为石英—黄铁矿阶段，以细粒半自形—他形石英、黄铁矿及部分毒砂为特征。

4.2 深部找矿预测分析

由原生晕组合特征分析研究可知，申家窑金矿形成环境复杂，经历了多期成岩成矿活动。前缘晕指示元素Sb和尾晕指示元素Mo较为活跃(李惠等，1999)，出现在主成矿阶段等多个成矿活动中，表现了前缘晕和尾晕叠加的特征，也指示了深部找矿的可能性。

同时利用C.B.格里戈良分带指数法对申家窑金矿崤01、崤09两个矿体开展了分带特征研究。崤09矿体分带序列为：As-Ag-Cu-Sn-Mo-Bi-Sb-Pb-Au-Zn-W，作为尾晕元素的Sn、Bi迁移至前晕，而前晕元素Sb则出现在近矿晕部位，表明了成矿的多期叠加作用。崤01矿体为Au-Cu-Zn-Sb-Mo-As-Pb-Sn-W-Ag-Bi，显示了前缘晕和尾晕叠加。

综上所述，申家窑金矿床原生晕元素组合特征和分带特征都表明了成矿元素的叠加特征，显示了良好的深部找矿前景。