2017, Vol. 33
2. 五矿勘查开发有限公司, 北京 100010
2. Minmetals Exploration and Development Co., Ltd., Beijing 100010, China
小秦岭-熊耳山矿区位于中国中部的秦岭造山带，拥有超过800t的金储量，已成为我国继胶东金矿区之后的第二大金矿集区(Mao et al., 2002; Chen et al., 2009; Deng et al., 2014a; Deng and Wang, 2016)。槐树坪金矿床位于河南省洛阳市嵩县境内，是豫西熊耳山地区近年来通过勘查找矿发现的大型金矿床，金资源量超过30t(王炯辉等, 2016)。
金是金矿床的最好的找矿指标，但由于其独特的地球化学性质通常导致较差的样品代表性和分析重现性(Reis et al., 2004)。前人研究表明，许多元素在金矿床中显著富集，如Ag、As、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、Se、Te等，可以作为金矿找矿指示元素(Reis et al., 2009; 邓军等, 2011; Deng et al., 2014b, 2015a; Gong et al., 2011, 2010; Wang et al., 2013a)。我国区域化探调查通常分析39项元素，其中主量元素包括7项氧化物和Ti、P、Mn项，其余29项为微量元素(Xie and Cheng, 2014; Li et al., 2014; Gong et al., 2013)。
本次研究对槐树坪金矿区地表及井下较新鲜围岩、不同类型的蚀变岩和矿石以及地表 1：20000面积性土壤采样，针对区域化探调查中的29项微量元素进行分析，从岩石和土壤两种采样介质来确定槐树坪金矿床的地球化学找矿指示元素。鸡公山矿段为槐树坪矿区内目前已探明的主成矿段，基于上述确定的找矿指示元素，以鸡公山矿段为标准构建归一化综合异常找矿指标，进而对整个槐树坪矿区进行综合评价。
2 地质背景 2.1 区域地质熊耳山矿区位于华南和华北板块之间的秦岭造山带(图 1a)，前人在构造演化和成矿等方面进行了大量研究(Deng et al., 2014a; Wang et al., 2014)。熊耳山地区位于华北地台南缘，东西长约80km，南北宽约15~40km，面积约2000km2(郭保健等, 2005)。区域内出露的地层主要有太华群、熊耳群、汝阳群、官道口群、栾川群等以及显生宙地层(图 1b)。太华群和熊耳群为该地区的主要地层(Sun et al., 2010; Huang et al., 2010)。该区为一典型变质核杂岩，其核部由太华群结晶基底组成，其盖层为中元古界熊耳群构造层及白垩-古近系构造层(吴发富等, 2012)。太华群的形成年龄集中在2.2~2.95Ga(倪志耀等, 2003; 杨长秀, 2008)，熊耳群的形成年龄集中在1.73~1.80Ga(Zhao et al., 2004; He et al., 2009)。区域内侵入岩主要为花岗岩体和斑岩脉(体)，如五丈山、花山、合峪、太山庙、磨沟等岩体，并伴生有多处隐爆角砾岩体(Deng et al., 2014a; He et al., 2016; Wang et al., 2016)。区域内断裂构造发育，有北北东向、北西向、北东向和东西向等多组，以北西向和北东向为主，是区域内主要控矿断裂，其中马超营断裂带是熊耳山南坡最大的北西西向区域性大断裂(李永峰, 2005)。区域内金属矿产以金、钼为主(Wang et al., 2008, 2013b; Zhang et al., 2013, 2014)。金矿是区域的主要矿种，目前已发现金矿床(点)50余处，熊耳山地区1：200000区域化探数据处理圈定七个金浓集区，与50余处金矿床(点)相吻合(吴发富等, 2012)。槐树坪金矿位于马超营断裂以北五丈山花岗岩体的东南端(图 1b)，矿区位于上述1：200000区域化探金浓集区内。
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图 1 大地构造位置图(a)、区域地质图(b, 据Deng et al., 2014a修编)和槐树坪金矿区地质图(c, 据河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院, 2015①修编) 1-第四系冲洪积物；2-第三系；3-古近系古新统高峪沟组；4-白垩系；5-寒武系；6-栾川群；7-官道口群；8-汝阳群；9-熊耳群鸡蛋坪组；10-太华群；11-花岗岩；12-花岗斑岩；13-石英斑岩；14-花岗闪长岩；15-火山角砾岩；16-地质界线；17-断层；18-地名；19-矿区范围.重要断裂：MF-马超营断裂；SXF-嵩坪沟-秀才岭断裂；KQF-康山-七里坪断裂；TMF-陶村-马元断裂；JMF-旧县-蛮峪断裂 Fig. 1 Geotectonic location map (a), regional geological map (b, modified after Deng et al., 2014a) and geological map of Huaishuping gold deposit (c) 1-Quaternary system alluvium; 2-Tertiary system; 3-Paleogene system Palaeocene series Gaoyugou Group; 4-Cretaceous; 5-Cambrian system; 6-Luanchuan Group; 7-Guandaokou Group; 8-Ruyang Group; 9-Xiong'er Group Jidanping Formation; 10-Taihua Group; 11-granite; 12-granite porphyry; 13-quartz porphyry; 14-granodiorite; 15-volcanic breccia; 16-geological boundary; 17-fault; 18-place name; 19-ore district. Important fracture: MF-Machaoying fault; SXF-Songpinggou-Xiucailing fault; KQF-Kangshan-Qiliping fault; TMF-Taocun-Mayuan fault; JMF-Jiuxian-Manyu fault |
① 河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院.2015.河南省嵩县槐树坪金矿勘探报告(内部资料)
2.2 矿区地质槐树坪金矿行政区划隶属嵩县大章乡管辖，工作范围北至焦沟脑，南到槐树坪南，西至西岔沟脑，东到天坪村东，面积6.58km2(图 1c)。矿区内出露的地层主要为中元古界长城系熊耳群鸡蛋坪组，其次为古近系高峪沟组及分布于河流、冲沟和局部山坡的第四系。鸡蛋坪组为主要赋矿地层，岩性主要有安山岩、英安岩，局部可见流纹岩以及凝灰岩。
在矿区内可见花岗岩和花岗斑岩侵入到熊耳群鸡蛋坪组(图 1c)。在矿区北部区域上出露有五丈山花岗岩体，其主要岩性为斑状二长花岗岩，南部10km出露有合峪花岗岩体，其主要岩性为黑云母二长花岗岩(图 1b)。燕山期大规模的岩浆活动与本区金、钼等矿产密切相关(王卫星等, 2010)，与中国中东部燕山期的大规模成矿作用(Deng et al., 2006, 2015b, 2017)相对应。
矿区内构造以断裂为主，依据断裂的产状，可分为陡倾切层断裂和缓倾层间破碎带2种类型，缓倾层间破碎带是矿区内最重要的控矿和容矿构造，也是实现找矿突破的关键(王炯辉等, 2016)。M23、M24是目前矿区内已发现规模最大的缓倾斜隐伏矿化带，M23矿化带位于M24矿化带之上，矿体呈层状、舒缓波状，倾角较缓，平均倾角15°，倾向南东。陡倾斜断裂主要有北东向和北西向等多组，其中北西向断裂为区内主要含矿断裂，北东向断裂局部含矿。M29为代表性的北西向断裂控矿矿化带，是本区内已发现的具有一定规模的陡倾斜构造蚀变带型矿化带，倾角整体在70°~80°之间，矿体整体有沿走向南北两端变薄，沿倾向向深部变薄，有向下和两端呈尖灭的趋势(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院, 2015)。已探明M29、M23和M24三条矿化带的高品位矿体均集中于鸡公山一带，即鸡公山矿段为目前矿区的主成矿段。
矿区金属矿物以黄铁矿为主，方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、自然金、褐铁矿、磁铁矿、辉钼矿次之；脉石矿物以石英、方解石、钾长石、白云石为主，绢云母、粘土矿物、磷灰石次之，含少量重晶石。矿区围岩蚀变主要有黄铁矿化、硅化、钾长石化、绢云母化、碳酸岩化、绿泥石化、绿帘石化，次为褐铁矿化、方铅矿化、黄铜矿化、闪锌矿化、辉钼矿化等。其中，硅化、钾长石化、黄铁矿化与金矿化关系最为密切(王炯辉等, 2016)。
3 样品与分析本次工作在地表和井下对矿区较新鲜围岩、不同类型的蚀变岩和矿石等岩石进行了系统地样品采集，其中新鲜岩石6件，蚀变岩16件，矿石4件。岩石样品在颚式碎样机中粗碎至1cm左右，然后在密封式碎样机中细碎至250μm以下，送至湖北省地质实验测试中心对29项微量元素进行化学分析。监控样微量元素的分析准确度一般小于10%。样品重复分析的相对误差一般在10%以内，大多小于5%，详细分析方法如Gong et al.(2013, 2016)所述。
在槐树坪矿区采集面积性土壤样品共计126件，采样网格间距为200m×200m，即化探采样比例尺为1：20000，样品覆盖范围东西长约4km，南北宽2km。样品采集按照预先设计的路线进行，采集河床上活动的沉积物和山坡上的土壤。野外土壤样品采集重量约1.5kg，室内风干后进行筛分。依据贾玉杰等(2013)在熊耳山牛头沟金矿区的化探方法实验成果选择60~100目样品进行细碎至200目以下以供实验室分析测试使用。土壤样品送至湖北省地质实验测试中心对29项微量元素进行化学分析测试，分析方法及质量评定标准与上述岩石样品一致。
4 结果槐树坪金矿区6件新鲜岩石、16件蚀变岩、4件矿石样品的29项微量元素含量及统计参数列于表 1；126件面积性土壤样品的29项微量元素含量及统计参数列于表 2。
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表 1 槐树坪矿区岩石样品元素含量及其统计参数 Table 1 Element content and statistical parameters of rock samples in Huaishuping gold deposit |
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表 2 槐树坪矿区面积性土壤调查29项微量元素含量数据统计参数特征 Table 2 Statistical characteristics of 29 element contents of soil geochemical exploration in Huaishuping gold deposit |
为了调查区域内元素的地球化学异常特征，首先要确定该区域内元素的背景上限值(或异常下限)。不同区域内因岩性差异通常可导致其背景值也存在明显差异。本次研究基于槐树坪金矿区较新鲜围岩微量元素的含量分布特征来确定该区岩石中元素的地球化学异常下限。异常下限的确定方法采用均值-标准差法，即元素含量的平均值加2倍标准差作为元素的异常下限(表 1)，这为确定槐树坪金矿区地球化学找矿指示元素提供了背景参考。
蚀变岩和矿石中29项微量元素含量的变化范围较大，可达1~3个数量级。强烈蚀变的岩石其部分微量元素的含量接近矿石中的含量，然而弱蚀变岩中部分微量元素的含量与新鲜原岩中的含量接近。为了整体把握蚀变和成矿过程中带入的微量元素，此处选择微量元素含量的平均值来表征蚀变岩和矿石的元素组成。即只要样品中某元素含量出现异常高值，则表明蚀变过程中该元素发生明显富集，并不要求每件蚀变岩中明显富集该元素(龚庆杰等, 2015)。为发现蚀变和矿化过程中明显富集的元素，本次研究采用蚀变岩和矿石中微量元素平均含量与新鲜岩石中元素异常下限的比值，即异常衬度，来确定槐树坪矿区的找矿指示元素，异常衬度的计算结果也列于表 1中。
在29项元素中，槐树坪金矿区蚀变岩中微量元素含量异常衬度大于1.0的元素有Ag、Mo、Bi、Au、Pb、Hg、As、Nb、Cd、Ba、Zn、F、Y共计13项，其中异常衬度大于10的有Ag、Mo、Bi、Au；介于1.4~10之间的有Pb、Hg、As、Nb、Cd、Ba、Zn。按照异常衬度大于1.4的标尺(佟依坤等, 2014)，可以确定槐树坪金矿区蚀变岩找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Hg、Bi、Mo、Pb、Zn、Cd、Nb、Ba，共计11项。
在29项元素中，槐树坪金矿区矿石中元素含量异常衬度大于1.0的元素有Au、Bi、Ag、Mo、Pb、Cu、Cd、Hg、Nb、As、Zn、Sb、Y、Sn、La、Th、W、U，共计18项，其中异常衬度大于100的有Au、Bi、Ag；介于1.4~100之间的有Mo、Pb、Cu、Cd、Hg、Nb、As、Zn、Sb、Y、Sn、La。按照异常衬度大于1.4的标尺，可以确定槐树坪金矿区矿石找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、Nb、Y、La，共计15项。
由上述分析结果可知：① 在蚀变岩和矿石共同所确定的找矿指示元素Au、Ag、As、Hg、Bi、Mo、Pb、Zn、Cd、Nb计10项；② Ba在蚀变岩中的异常衬度为2.12，但在矿石中的异常衬度仅为0.44；③ 虽然Sb、Sn、Cu、Y、La这5项微量元素在蚀变岩中异常衬度最高仅为1.02，但在矿石中其异常衬度均大于1.4，即出现显著富集的特征。因此基于蚀变岩与矿石的综合分析，可以确定槐树坪金矿区岩石地球化学找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、Nb、Y、La共计15项。
为直观检验上述找矿指示元素的可信性，制作上述较新鲜围岩、蚀变岩、矿石三种介质计26件样品中Au与其他28项微量元素含量的散点图(图 2)。
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图 2 槐树坪矿区岩石样品Au与其他28项微量元素含量散点图 ×新鲜围岩；○蚀变岩；▲矿石 Fig. 2 Relationship between 28 trace elements and Au content in rock samples in Huaishuping gold deposit ×fresh host rocks; ○alteration rocks; ▲ores |
从图 2中可以看出随着Au含量升高，① Bi、Cu、V这3项元素元素含量大体上表现出升高的趋势，推测其与金矿化关系密切；② Ag、As、Hg、Pb、Cd这5项元素在散点图中表现为当Au含量低于70×10-9时(样品主要为较新鲜围岩和弱蚀变岩)，元素含量仅在一定范围内波动，推测应为含量背景区的变化；当Au含量高于70×10-9时，这5项元素含量表现出明显随金含量升高而升高的趋势，推测其为金矿化所致；③ Sb、W、Sn、Mo、Zn、Co、Nb这7项元素大体上表现为随着Au含量的升高而升高的趋势，但在具金高含量的蚀变岩和矿石中，有部分样品中的含量仍处于背景含量变化区。基于在蚀变岩和矿石中只要出现显著富集特征，并不要求每件样品均明显富集的考虑，故将这7项微量元素也作为找矿指示元素。基于上述散点图的分析可以认为Au、Ag、As、Sb、Hg、W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、V、Nb共计15项可以作为槐树坪金矿找矿指示元素。
依据异常衬度和散点图分别获得了15项金矿找矿指示元素，二者相同的有Au、Ag、As、Sb、Hg、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、Nb计13项元素，这13项元素可作为槐树坪金矿区的找矿指示元素。散点图中显示出W、V含量随着Au含量的升高而升高，但其异常衬度均低于1.0；虽然矿石中Y、La异常衬度大于1.4，但在散点图中可知其含量与金含量无明显关系，因此这些元素不作为该区金矿的找矿指示元素。
5.2 土壤介质中找矿指示元素针对地表 1：20000面积性土壤调查，采用上述异常衬度为1.4作为土壤异常下限(Ca)绘制槐树坪金矿区29项微量元素的地球化学异常剖析图，将异常区划分为三个浓度分带，外带元素含量范围为[Ca, 2Ca)，中带元素含量范围为[2Ca, 4Ca)，内带元素含量范围为[4Ca, Cmax)。上述29项微量元素的含量统计参数及异常分带值如表 2所示。
采用中国地质调查局开发的GeoExpl软件绘制槐树坪金矿区的地球化学异常图，数据网格化采用最近点差值方法，网格间距200m×200m(图 3)。以槐树坪金矿区已探明的鸡公山主成矿段为模型，结果显示在鸡公山矿段存在异常的微量元素有Au、Ag、As、B、Bi、Cu、Cd、Pb、Zn、Hg、Sb计11项。这11项微量元素在研究区内的单元素地球化学异常剖析图如图 3所示，在鸡公山矿段Au、Ag、As、Bi、Pb、Hg具有3级异常；Cu具有2级异常；B、Cd、Zn、Sb具有1级异常。
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图 3 槐树坪矿区单元素地球化学异常图 底图为地质图，其图例参考图 1；异常分级值参考表 1 Fig. 3 Map of single element geochemical anomaly in Huaishuping gold deposit Legends is illustrated in Fig. 1. Values for anomaly classification are in Table 1 |
本次研究基于槐树坪金矿区地表及井下较新鲜围岩、不同类型的蚀变岩和矿石中29项微量元素含量特征研究，确定槐树坪金矿区岩石地球化学找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、Nb计13项。基于地表 1：20000面积性土壤调查确定槐树坪金矿区土壤地球化学找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、B计11项。
由上述分析结果可知：① 在岩石和土壤中共同所确定的找矿指示元素Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd计10项；② Sn、Mo、Nb这3项微量元素在岩石地球化学调查中表现为富集，在土壤地球化学异常图中虽然在秦佛爷沟和马蹄沟均有出现至少1级异常，但在鸡公山矿段处并未显示出异常特征，故不作为土壤勘查的找矿指示元素；③ B在鸡公山矿段显示出1级异常，但在蚀变岩和矿石中异常衬度均小于1，故也不选做找矿指示元素。
因此基于岩石与土壤的综合分析，可以确定槐树坪金矿区岩石和土壤勘查的共同找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd计10项，仅Sn、Mo、Nb、B四项存在差异。这表明在找矿指示元素组合方面土壤对岩石表现出明显的继承性。上述所确定的找矿指示元素组合与槐树坪金矿区中的矿石矿物相一致，这进一步确认了上述找矿指示元素的可靠性。
5.4 综合异常与评价针对岩石和土壤两种采样介质所确定的Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd计10项找矿指示元素，本文采用归一化指标来综合这10项找矿指示元素的异常特征。构建归一化指标的具体计算步骤(龚庆杰等, 2015)如下：
1) 将每项元素含量数据除以各自的异常下限(Ca)形成无量纲的数据；
2) 将小于1的数据(即背景区数据)用0来替换，将大于或等于1的数据(即异常区数据)用1来替换。即用1来代表异常区，用0来代表背景区。
3) 将替换后的10项元素的数据累加形成归一化指标，其数据变化范围为0~10，且均为整数。
依据上述10项找矿指示元素数据所构建的归一化综合指标，应用中国地质调查局开发的GeoExpl软件绘制其地球化学异常图(图 4)。数据网格化采用最近点差值方法，网格间距200m×200m。异常下限取值为7，即所圈定的异常区在10项元素中至少有7项元素存在异常，依据综合指标值递增1分别绘制异常等值线区。该方法确定的异常最大值为10，这表明10项元素在最大值处均发育异常。
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图 4 槐树坪矿区找矿指示元素综合指标异常图 底图为地质图，其图例参考图 1；蓝色点为见矿钻孔位置，灰色点为未见矿钻孔位置 Fig. 4 Indicator elements comprehensive anomaly index map in Huaishuping gold deposit Legends is illustrated in Fig. 1. Blue dots are drilling sites with ore, and gray dots are without ore |
从图 4中可以看出：① 矿区主矿段鸡公山处其综合指标值可达10，即在该浓集中心处10项找矿指示元素均发育异常，与鸡公山矿段空间位置套合较好；② 马蹄沟处综合指标值可达10，秦佛爷沟、姜疙瘩2处综合指标值可达8，天坪西处可达7，这4处显示出具有类似鸡公山矿段的找矿潜力；③ 秦佛爷沟共2处钻孔工程均见矿，马蹄沟共6处钻孔工程均见矿，姜疙瘩共4处钻孔工程2处见矿，天坪西处目前尚未布置钻孔工程。
综上所述，槐树坪金矿区10项找矿指示元素的综合异常图显示马蹄沟、秦佛爷沟、姜疙瘩和天坪西这4处具有类似鸡公山矿段的找矿潜力。
6 结论本次研究对槐树坪金矿区地表及井下较新鲜围岩、不同类型的蚀变岩和矿石以及地表 1：20000面积性土壤采样，针对29项微量元素进行分析，得出以下认识：
(1) 槐树坪金矿区岩石地球化学找矿指示元素组合计13项，矿区土壤地球化学找矿指示元素组合计11项，两种介质中共同具有的找矿指示元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd计10项，这表明在找矿指示元素组合方面土壤对岩石表现出明显的继承性。
(2) 基于10项找矿指示元素构建了归一化综合异常指标，结果显示马蹄沟、秦佛爷沟、姜疙瘩和天坪西这4处具有类似槐树坪金矿主矿段鸡公山矿段的找矿潜力。
致谢 本文在野外工作及撰写过程中得到河南五鑫矿业开发有限公司和五矿勘查开发有限公司等单位的大力支持和帮助，在此对他们表示衷心的感谢！| [] | Chen YJ, Pirajno F, Li N, Guo DS, Lai Y. 2009. Isotope systematics and fluid inclusion studies of the Qiyugou breccia pipe-hosted gold deposit, Qinling Orogen, Henan Province, China:Implications for ore genesis. Ore Geology Reviews, 35(2): 245–261. DOI:10.1016/j.oregeorev.2008.11.003 |
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