安徽省栏杆地区土壤地球化学特征及找矿潜力

2023-01-24汤磊鑫徐干干刘清风

南方自然资源 2022年12期

◎ 汤磊鑫，徐干干，刘清风

安徽省地质矿产勘查局325 地质队，安徽淮北 235000

为明确找矿方向、缩小工作区范围、圈定找矿靶区，研究小组在安徽省栏杆地区开展了1 ∶5 万土壤地球化学测量工作，并对所测量的Au、Ag、Cu、Co、Pb、Zn、As、Hg、Sb、Cr、Ni、Bi 等12 种元素进行数理统计、成矿潜力分析以及找矿靶区预测，为该地区下一步找矿工作提供有利的地球化学依据。

1 研究区概况

栏杆地区位于安徽省北部，属安徽省宿州市埇桥区管辖，面积约670 km2。研究区处于黄淮平原腹地，属淮北平原的一部分，第四系覆盖区海拔一般在20～50 m，地势西北高、东南低，平原、丘陵地形地貌，高地有黑峰岭、青铜山，海拔约210 m，山脉NNE 向及NE 向，基岩裸露区植被不发育。研究区内河流属淮河水系，由西北向东南流入淮河和洪泽湖。研究区属于半湿润季风气候区，处于亚热带和温暖带的过渡带。冬季干寒，夏季多雨，四季分明，土壤肥沃，日照雨水充裕。研究区物产丰富，是小麦、棉花、油料的主要产地，林木资源丰富。

1.1 地层

研究区内出露的地层主要包括南华系贾园组（Nh1j）、赵圩组（Nh1z）、倪园组（Nh1n）、九顶山组（Nh1jd）、张渠组（Nh2zh）、魏集组（Nh2w），震旦系史家组（Z1sh）及望山组（Z1w），上统金山寨组（Z2j）、沟后组（Z2g），寒武系猴家山组（∈1hj）、昌平组（∈1ch）、馒头组（∈1m）及毛庄组（∈2m）、徐庄组（∈2x）、张夏组（∈2z）。

侵入岩主要为基性侵入岩，岩体为老寨山岩体，岩性以辉绿岩为主，伴以辉长—辉绿岩。

1.2 构造

研究区大地构造位置属华北地台（Ⅰ级）淮河台坳（Ⅱ级）淮北陷褶断带（Ⅲ级）的灵璧台穹（Ⅳ级），是Ⅲ级构造单元淮北陷褶断带最东边的一个次级构造单元[1]。中元古代该区属隆起剥蚀状态，自晚元古代南华系开始才全面接受地台相沉积。南华纪、震旦纪和寒武纪形成的大面积稳定的陆表浅海沉积组成了该区地台盖层的第一个下构造层[2]。印支运动和燕山早期运动在研究区形成时窑背斜、黑峰岭—青铜山向斜。盖层构造变动相对微弱，为NE向和缓开阔背斜及向斜，未见次级褶皱，且伴生的断裂构造不发育。

1.3 矿产特征

研究区内的矿产以铁、铜、金、金刚石为主。目前已知矿床有巍山铁矿，处于时窑背斜西翼、巍山断裂西侧，主要被第四系掩盖。巍山断裂对矿体的形成起控制作用。矿体产于辉绿岩脉与望山组灰岩、白云质灰岩及金山寨组含藻灰岩接触带及其NW 向的张扭性断裂中[3]。研究人员在栏杆金山寨组底砾岩中发现金刚石及镁铝榴石、铬透辉石、铬铁矿等指示矿物，属寻找金刚石矿前景有利地区[4]。

2 采样方法及元素分析

研究小组根据地物、地貌标志，手持移动GPS 定位进行地形图野外定点。在正式开展工作前，研究小组在研究区内选择3 个以上控制点（GPS 三级水准点）对GPS 进行校准，定位误差＜5 m，采样时保留GPS 航迹。研究小组采用500 m×250 m 网度布设，样品采集部位为残坡积层中下部，采样深度30 cm 以下；在采样点周围30 m 范围内多点采集组合样（3～5处），采样重量＞300 g（干燥后）；采用记录卡编录，内容包括图幅名称、工作地区、采样位置、样品成分、地质及地貌特征、采样点附近出露基岩名称，以及蚀变、矿化特征、第四系厚度、植被发育等情况。

土壤地球化学样品分析由安徽省地质矿产勘查局325 地质队实验室承担，共测试土壤样品2 767 个，土壤地球化学样品的分析指标为Au、Ag、Cu、Co、Pb、Zn、As、Hg、Sb、Bi、Ni、Cr 等12 种元素的含量。地球化学样品分析按照《地质矿产实验室测试质量管理规范》（DZ/T 1030—2006）中的规定进行。为确保分析方法的准确度和精确度，研究小组对研究区土壤进行土壤成分分析标准物质（GSS1—8）测试分析，各项指标质量参数均优于规范所规定的分析方法准确度和精确度的要求。

3 土壤地球化学特征及异常评价

3.1 元素含量特征

通过地球化学参数统计，研究区内未经剔除和逐步剔除±3 倍标准离差后的数据的土壤样品地球化学参数如表1 所示。其中Au、Ag、Cr、Zn 元素分布不均匀，离散程度较大，可能富集成矿。Au 元素变异系数＞0.5，为弱变异型；Hg 元素变异系数＞1，为变异型。

一般来说，成矿作用总是出现在地质构造复杂、地质作用多次叠加的地区。因此，不服从正态分布的地质体才具有找矿前景。其中，Sb、Hg、Bi、Ni、Pb 元素基本符合正态分布，显示为单一地球化学作用；Zn、As、Cu、Au、Ag 元素显示正偏分布，这表明可能存在后期矿化原因（见图1）。

图1 研究区元素概率分布直方图

3.2 元素组合特征

研究小组以12 种元素为变量，进行R 型因子分析，选取元素含量对数值为变量，计算得出KMO 值为0.7。选取公因子方差累计贡献＞80%的因子作方差极大正交旋转，确定各因子的元素组合；同时，结合研究区的地质特征，进行元素共生组合的特征研究，结果显示，研究区内元素Cu﹣Co、Co﹣Ni﹣Cu、Co﹣Cr﹣Ni 的相关性较好，其他元素的相关性一般（见表2）。

研究小组选取7 个因子（对所有变量的方差总贡献占80%）进行R 型因子分析，结果表明：F1 因子为Ni、Cu、Co、Cr、Zn 元素组合，主要反映为有基性岩分布；F2 因子为Ag、Au、Zn 元素组合，反映为Ag、Au 元素及伴生元素组合；F3 因子为Pb、Au 元素组合，反映为热液型铅矿化；F4、F5、F6、F7 为As、Hg、As、Bi 元素的独立因子，地质意义不明（见表3）。

3.3 地球化学异常分析

研究小组根据土壤样品元素地球化学参数值（见表1），计算理论异常下限值（异常下限值=算术平均值＋2×离差），再结合研究区数据结构特征及地球化学特征确定各元素异常下限，并将其划分为外、中、内3 个浓度分带（见表4）。

表1 土壤测量地球化学参数表

表2 研究区元素相关系数表

表3 R 型因子分析表

表4 各元素异常下限及分带表

3.3.1 单元素异常

通过对土壤地球化学测量样品的数理统计，研究小组圈定Au、Cu、Pb、Zn、Ag 等12种元素异常，Au、Cu、Zn、Ag、As、Cr 元素具有明显的浓集中心，Pb、Sb、Co、Ni、Bi、Hg 元素异常仅零星分布。其中，Au 元素异常浓度最大值为18.6×10-9，异常围绕青铜山周边分布；Cu 元素异常在研究区内整体呈EN 向条带状分布，有大面积异常浓集中心，异常浓度最大值为121×10-6，异常主要沿辉绿岩出露地层分布；Zn 元素异常与Cu 元素异常走向一致，且套合良好，有大面积异常浓集中心，有单点高值存在，异常浓度最大值为614×10-6，异常位于老寨山附近，呈不规则状展布，异常浓度具有外、中带，分带清晰；Ag 元素异常分布在黑峰岭—青铜山一带，呈NE 向散点状，近似等距离分布；Co 元素异常主要位于老寨山—猫头山—九顶山一带，呈明显的NE 向条带状分布；Cr 元素异常具有外、中2 个浓度带，异常浓度最大值为561×10-6，面积约为1.2 km2，分布形式与Co 元素一致；Ni 元素异常浓度最大值为170.88×10-6，主要位于辉绿岩体出露区，部分位于辉绿岩体与第四系接触带上。

综上所述，在异常区的中部猫头山—老寨山一带，有明显的Cu、Cr、Ni 3 种元素的异常，各元素的异常浓度最大值出现的部位虽不完全一致，但其形成异常的范围都在老寨山辉绿岩床或辉绿岩脉的中心或两侧。各元素异常一般呈NE 向延伸，与辉绿岩床（或岩脉）的走向一致。其中，Cr、Ni 2 种元素晕的生成与辉绿岩有直接关系，Cu 元素异常出现于辉绿岩与望山组灰岩接触带上，这可能与辉绿岩及其后期含矿热液的矿化作用有关。

3.3.2 组合异常特征

研究小组利用化探一体化软件分析，筛选并圈定了4 处组合异常，编制了研究区元素的组合异常图。

（1）AS1 是以Cu、Cr、Ni 元素为主的组合异常。AS1 组合异常主要位于猫头山—九顶山一带范围内，出露地层为震旦系望山组及第四系地层，辉绿岩脉接触带附近岩体非常发育。异常面积约27 km2，呈带状分布，NE 走向。异常组合元素有Au﹣Cu﹣Pb﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co﹣Cr﹣Ni，Au、Cu、Cr、Zn、Ni 元素异常有外、中2 个浓度带，其他元素只有外带，Au、Pb、Bi 元素异常只见零星分布（见图2）。Cu、Co、Cr、Ni 元素异常封闭，异常浓度最大值分别为120.58×10-6、53.13×10-6、355.06×10-6、170.88×10-6，异常套合好，呈明显的带状分布，NE 走向。Cu 元素与Zn 元素局部异常浓集中心一致，这可能与不同地层接触带有关。

图2 AS1 异常特征图

（2）AS2 是以Cu、Cr、Ni 元素为主的组合异常。AS2 组合异常主要分布在老寨山附近，出露地层为馒头组、沟后组、望山组及第四系地层，岩性主要为白云质灰岩、泥质条带灰岩、石英砂岩、粉砂质页岩，NE 向的辉绿岩脉非常发育。组合异常面积约11.7 km2，呈带状分布，NW 走向。异常组合元素有Au﹣Cu﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co﹣Cr﹣Ni，各元素异常封闭，组合异常近SN 走向。以Cu 元素异常面积最大，Cu、Zn、Cr、Ni 元素异常，出现外、中2 个浓度带，Co 元素只有外浓度带，其他元素异常只见零星分布（见图3）。Cu、Co、Cr、Ni 元素异常套合好，有明显的浓集中心；Cu元素与Zn 元素异常一致。Cu、Zn、Cr、Ni 元素的异常浓度最大值分别为122.689×10-6、222.09×10-6、360.75×10-6、143.75×10-6，这可能与不同地层接触带有关。

图3 AS2 组合异常剖析图

（3）AS3 是以Au、As 元素为主的组合异常。AS3 组合异常主要分布在小红山—茅山一带，出露南华系下统倪园组、赵圩组、贾园组及第四系地层，并有NE 向正长斑岩脉及辉绿岩脉出露。Ag 元素与Au、As、Sb 元素异常套合部分主要位于南华系下统倪园组下段与赵圩组接触带上；Au、As、Sb 元素异常套合部分位于南华系下统贾园组与第四系地层接触带上。组合异常面积约10 km2，异常组合元素有Au﹣Cu﹣Pb﹣Zn﹣Ag﹣As﹣Sb﹣Co，只有Ag、As元素异常有外、中2 个浓度带，且中带较小；其他元素异常只有外带，且Cu、Pb、Zn、Co 元素异常仅零星分布；As 元素异常分布最广。Au、As、Sb 元素异常局部套合较好，Ag元素异常与Au、As、Sb 元素也有部分套合，且Au、Sb、Ag 元素异常封闭。AS3 组合异常呈不规则状分布，整体走向NNE（见图4）。Au、Ag、As 元素的异常浓度最大值分别为8.16×10-9、231×10-9、22.2×10-6，这可能与不同地层接触带及正长斑岩脉相关。

图4 AS3 组合异常剖析图

（4）AS4 是以Cu、Zn 元素为主的组合异常。AS4 组合异常分布在金山寨附近，出露寒武系下统馒头组、昌平组、猴家山组、沟后组、金山寨组、望山组、史家组及第四系地层，岩性主要为灰岩、白云质含藻灰岩、灰质白云岩、钙质页岩及钙质粉砂岩、粉砂质页岩、泥质条带灰岩及第四系地层粉质黏土；NW—NE向辉绿岩脉非常发育，金山寨平移断层位于该异常中心部位。组合异常面积约5.3 km2，呈带状分布且封闭，NW 走向。异常组合元素有Au﹣Cu﹣Zn﹣Ag﹣Sb﹣Bi﹣Co。只有Cu元素出现外、中2 个浓度带，其他元素异常只有外带，且Sb、Bi 元素异常零星分布（见图5）。Cu、Zn 元素异常套合好，异常浓度最大值分别为139.8×10-6、196.875×10-6，这可能与不同地层接触带及断层有关。

图5 AS4 组合异常剖析图

4 成矿潜力分析

研究区内生矿产的形成与分布规律主要受构造体系控制[5]，弧形构造为研究区主要的控矿构造。含矿岩浆以构造体系为前提的侵入活动及围岩是内生矿产形成的直接因素[6]。含矿岩浆的侵入时期及与其相联系的成矿时期，与构造体系的生成过程密切相关。2 组断裂的交汇处是研究区找矿的重点地段，成因多为高中温热液型。

各种内生金属矿产的形成，往往与一定时期、一定类型的侵入岩有关[7]。老寨山岩体附近矿化与断裂关系密切，矿化多在压性、压扭性断裂与EW 向张扭性断裂交汇处。另外，AS2 区土壤地球化学金属量Ti、Co、Cu 元素异常和重砂钴矿异常的反应，可作为Ti、Fe、Cu 元素的找矿靶区。

地层对矿化的控制，其实质是由岩性决定的，围岩的理化性质不同，对不同成因的矿床控矿作用不同，理化性质对矿液的交代沉淀起着重要作用，利于形成接触交代型多金属矿床[8]。青铜山地区地层富含Mg、Ca 质碳酸盐岩，在岩浆和构造条件下，围岩裂隙发育，有利于矿液充填交代。在围岩与岩体的接触带上，局部见石榴石矽卡岩或矽卡岩化白云质灰岩。结合AS3 区土壤地球化学Au、Cu 元素异常，Au﹣As﹣Ni 元素组合异常，可作为Au、Cu 元素的找矿靶区。