劉邦定，陳新躍，羅小亞，譚仕敏，馬小雙

(1.湖南科技大學(xué)，湖南湘潭 411201;2.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南長沙 410116)

地球化學(xué)找礦是隱伏、半隱伏礦、難識別礦找礦獲取成礦直接信息最主要的手段，是傳統(tǒng)宏觀礦化露頭向微觀找礦的延續(xù)(薛順榮等，2008;張?jiān)偬斓龋?013)。針對當(dāng)前地表找礦難度越來越大的現(xiàn)狀，運(yùn)用水系沉積物地球化學(xué)測量方法尋找有色金屬礦產(chǎn)發(fā)揮了越來越重要的作用(夏祥標(biāo)等，2009;李玉芹等，2011)。本文在分析湘南坪寶地區(qū)1∶5萬水系沉積物地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)內(nèi)鉛鋅成礦地質(zhì)條件，進(jìn)行了找礦靶區(qū)預(yù)測，為進(jìn)一步指導(dǎo)找礦提供有利依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

湘南坪寶地區(qū)位于南嶺東西向構(gòu)造帶中段北緣，處于郴州－藍(lán)山NE向基底構(gòu)造巖漿巖帶中段，亦是耒陽－臨武SN向構(gòu)造帶中段，是南嶺多金屬成礦帶的重要組成部分，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件，礦產(chǎn)資源豐富(胡志科，2002;柏道遠(yuǎn)等，2008;喬玉生等，2010)。

區(qū)內(nèi)出露地層為晚古生代泥盆系上統(tǒng)、石炭系、二疊系為主的淺海相碳酸鹽巖夾海陸交互相砂頁巖(許以明等，2007)，以及少量零星的古近系、第四系覆蓋(圖1)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，其構(gòu)造骨架由一系列SN－NNENE向的復(fù)式褶皺和逆沖斷裂構(gòu)成向北撒開，向南收斂，北寬南窄，向北西微凹的弧形褶斷帶，同時(shí)伴有一系列NW－NNW向的橫斷層。這些大致等距的橫斷層與SN－NNE向的逆沖斷層相互交織呈網(wǎng)格狀構(gòu)造格架(童潛明，1990;李建中等，2005;付旭，2012)。

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，巖體成群成帶展布，共出露約百余處。一般呈巖脈產(chǎn)出，亦有巖豆、巖盤、巖瘤、巖株等。多為淺成－超淺成，以燕山早期的中酸性、酸性英安斑巖、石英斑巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖為主。這些巖體的展布，NNE向成巖帶，NWW向成巖列，縱橫交匯部位成巖群(圖1)。礦床一般位于NNE向巖帶與NWW向巖列的交匯部位(龔述清，2006;劉悟輝，2007;田旭峰等，2007)。

坪寶地區(qū)是南嶺中段多金屬成礦帶的重要成礦區(qū)，礦產(chǎn)資源豐富，并以內(nèi)生礦產(chǎn)為主?，F(xiàn)有礦床15處，礦(化)點(diǎn)41處。礦種多達(dá)13種，其中以有色金屬鉛、鋅、銅、鉬、鉍、鎢、錫為主，其次是貴金屬金、銀等(潘卓，2011)。內(nèi)生礦床在空間分布上具有明顯的集群性，主要分布在黃沙坪、寶山、大坊等地。礦床的分布和巖漿巖關(guān)系密切，多產(chǎn)于巖體接觸帶及其附近。

圖1 坪寶地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Huangshaping-Baoshan area

2 地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 水系沉積物的采集與分析

湖南寶山地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目完成了1∶5萬桂陽幅460km2水系沉積物的采集，共采集樣品1920件，每個(gè)采樣點(diǎn)控制的匯水面積在0.125～0.25km2之間，平均采樣密度4.17個(gè)/km2，樣點(diǎn)分布于一級水系或二級水系上游、分枝口及溝口，采樣物質(zhì)以細(xì)砂為主，每個(gè)樣品在采樣點(diǎn)附近30～50m范圍內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)(不少于3點(diǎn))采集，合并為一個(gè)樣品，樣品重量過篩后不少于300g。分析測試方法采用 P－GF－AAS、ES、ICP－MS、離子選擇性電極、HGAFS、CV－AFS等，分析地點(diǎn)在華北地礦局514地質(zhì)隊(duì)檢測中心。

2.2 元素異常下限值確定

對研究區(qū)1920個(gè)水系沉積物樣品分析了W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Sb、Hg、Cr、Ni、Co、F、La、V、Mn等十九種元素，其異常下限的確定采用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)變換后連續(xù)剔除均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)方差外數(shù)據(jù)，計(jì)算出對數(shù)數(shù)據(jù)算術(shù)平均值(X)、標(biāo)準(zhǔn)方差(S)，由X+KS(K為置信度常數(shù)，取值范圍1～2)后反對數(shù)求真數(shù)得到研究區(qū)各元素的異常下限值(T)，結(jié)果如表1。

2.3 分析方法

隨著多元正態(tài)分布理論在地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，綜合化探異常在地球化學(xué)找礦和成礦預(yù)測中的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮，已逐漸成為一種常規(guī)的化探異常處理方法?；诙嘣龖B(tài)分布理論的多指標(biāo)綜合化探異常處理方法，實(shí)際上是多變量統(tǒng)計(jì)方法的直接推廣與應(yīng)用，根據(jù)其數(shù)學(xué)原理的不同，可以分為多種的具體方法，目前通常使用的是相關(guān)分析方法、聚類分析方法和因子分析方法(樸壽成等，2003;宋運(yùn)紅等，2008)。運(yùn)用不同的分析方法確定的元素組合及組合化探異常也不盡相同。

2.3.1 相關(guān)分析

作為地質(zhì)作用的微觀結(jié)果，地球化學(xué)信息必然與地質(zhì)信息相關(guān)連。相關(guān)分析是一種簡單而直接的研究元素親合性的方法。利用DGSInfo軟件對研究區(qū)的19種元素進(jìn)行相關(guān)分析，計(jì)算了各元素之間的相關(guān)系數(shù)，計(jì)算之前首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知:W、Cu、Bi元素呈顯著正相關(guān)，Pb、Zn、Cu、W、Sb、Bi元素之間呈正強(qiáng)相關(guān)，Au、Ag、Sb元素之間呈明顯正相關(guān)，Mn、Co、Ni之間相關(guān)性也較好。

2.3.2 R聚類分析

聚類分析以變量之間的相似程度為基礎(chǔ)，將變量分成不同級別的類或點(diǎn)群，直觀地對變量進(jìn)行分類處理。R聚類分析可以了解個(gè)別變量之間以及各變量組合之間的親疏程度;對研究區(qū)19種元素進(jìn)行R聚類分析，得出R聚類分析圖如圖2所示。

據(jù)圖2可見R=0.6為界可分四類。結(jié)合異常所處地質(zhì)礦產(chǎn)條件分析其組合分布規(guī)律。

第一類 Pb、Zn、W、Cu、Au、Ag、Bi、Sb、As:其異常分布與巖體有關(guān)，Pb、Zn、W密切相關(guān)，反映Pb、Zn、W、Cu、Au、Ag、Bi、Sb、As 元素的富集主要與巖漿熱液成礦作用有關(guān)，組合異常的出現(xiàn)是測區(qū)尋找Pb、Zn多金屬礦床的重要地球化學(xué)找礦標(biāo)志。

第二類 Mo、Sn、Cr、V、Hg:該類反映了中低溫?zé)嵋鹤饔糜嘘P(guān)的礦化信息。

表1 異常下限統(tǒng)計(jì)一覽表Table 1 Statistics of lower limits of anomalies

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix

圖2 R聚類分析圖Fig.2 R-clustering analysis of stream sediment samples

第三類 F 與 La:與 Mo、Sn、Cr、V、Hg 和 Mn、Co、Ni均有一定的相關(guān)性，反映其成因復(fù)雜，既與巖漿活動有關(guān)，又受地層控制，為雙控元素。

第四類Mn、Co、Ni:由譜系圖上看，三者之間相關(guān)性好，與其它元素相關(guān)性較差，其富集主要與二疊系地層有關(guān)，與巖漿熱液活動關(guān)系不密切，為層控元素。

2.3.3 因子分析

因子分析實(shí)際上是一種降維分析，是將存在復(fù)雜關(guān)系的較多變量依據(jù)某種內(nèi)在聯(lián)系生成幾個(gè)綜合因子的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，每個(gè)因子指示出某種地質(zhì)體上的元素共生組合及成因關(guān)系，從而對地球化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行內(nèi)在的成因分析，不同的元素組合反映不同的地質(zhì)地球化學(xué)信息。本文應(yīng)用DGSInfo軟件對湘南坪寶地區(qū)1∶5萬水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出表3，根據(jù)表3中所反映的不同元素組合來確定地球化學(xué)類型。

由表3可知，19種元素總體可以分為兩種元素組合，其特征如下:第一組F1因子代表的是Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、W、Sb、Bi等元素組合，該組合包含了高、中、低溫元素，其反映了與巖漿熱液活動相關(guān)，從元素的親和性看，Pb、Zn、Cu、Ag等表現(xiàn)為親硫性，而W表現(xiàn)為親氧性，常常易于在中酸性巖體中富集。因此，F(xiàn)1因子應(yīng)與研究區(qū)的中酸性巖體有關(guān)。第二組 F2 因子代表的是 Co、Cr、Ni、V、Mn 等元素組合，其富集與地層關(guān)系密切，根據(jù)野外實(shí)地考察，二疊系地層多見堆積型鐵錳礦富集，經(jīng)化學(xué)分析同時(shí)伴生 Co、Cr、Ni、V 等元素，因此，F(xiàn)2 因子應(yīng)與地層關(guān)系密切。

3 地球化學(xué)異常分析

利用DGSInfo軟件對水系沉積物樣品分析結(jié)果進(jìn)行處理，首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行展點(diǎn)(帶屬性)，然后對元素逐個(gè)進(jìn)行數(shù)字特征計(jì)算，再對數(shù)據(jù)進(jìn)一步網(wǎng)格數(shù)據(jù)等值線處理，設(shè)置等值線套區(qū)、繪制色階、光滑等值線、等值線層值等，得到單元素異常圖;根據(jù)不同的算法進(jìn)行不同處理，特別是對異常下限值的算法不同得出的異常圖也是有所不同的。

表3 初始因子矩陣結(jié)果Table 3 Matrix results from initial factors

3.1 單元素地球化學(xué)異常分析

通過對19種元素進(jìn)行相關(guān)分析、R聚類分析和因子分析結(jié)合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征可以基本得出這樣一個(gè)結(jié)論，以 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 等 6 種元素為主做為一組，以 Au、Ag、Sb等 3種元素為主做為一組，以Mn、Co、Ni等3種元素為主做為一組;該研究區(qū)以尋找Pb、Zn、Cu多金屬礦為主，本文選取Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 為主的 6 種元素進(jìn)行分析研究。圖 3為 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 的異常剖析圖，由剖析圖既可以直觀看出單元素異常分布空間，又可以看出多種元素的分布規(guī)律以及共生關(guān)系或伴生關(guān)系。

對圖3異常剖析圖取得如下四點(diǎn)認(rèn)識:①從剖析圖上可以清楚看到 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 六種元素異常區(qū)基本相吻合，Pb、Zn異常區(qū)面積略大，并且具有明顯的濃度集中區(qū)，特別是圖幅東邊麥子坪－寶山－黃沙坪一帶異常吻合良好，說明各元素之間共生或伴生關(guān)系密切。②元素異常主要集中在麥子坪－寶山－黃沙坪一帶呈南北向展布，并且高度吻合，與研究區(qū)內(nèi)南北向構(gòu)造相吻合，因此異常應(yīng)受南北向構(gòu)造控制。③麥子坪－寶山－黃沙坪一帶巖漿活動強(qiáng)烈，多呈巖脈產(chǎn)出，多為淺成－超淺成的中酸性、酸性英安斑巖、石英斑巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖等，異常應(yīng)與巖漿活動有關(guān)。④區(qū)內(nèi)已知礦床有寶山、黃沙坪、大坊等，異常區(qū)與區(qū)內(nèi)已知礦床吻合良好。

3.2 多元素組合地球化學(xué)異常分析

通過對元素進(jìn)行相關(guān)分析、R聚類分析、因子分析以及元素異常剖析，基本可以確立元素的組合特征，生成元素組合異常圖，圈定元素組合異常;對區(qū)內(nèi)尋找Pb、Zn、Cu多金屬礦提供指導(dǎo)。在圖4中共圈定了8個(gè)組合異常區(qū)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖體特征，運(yùn)用GIS疊加功能對區(qū)內(nèi)組合異常區(qū)進(jìn)行分析，并對異常區(qū)進(jìn)行了野外實(shí)地調(diào)查，區(qū)內(nèi)Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ號組合異常區(qū)分別與大坊、寶山、黃沙坪等已知礦床相吻合;Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ號組合異常區(qū)出露地層以二疊系為主，區(qū)內(nèi)近南北向斷裂構(gòu)造以及南北向褶皺構(gòu)造發(fā)育，未見巖體出露，但異常區(qū)曾經(jīng)民采堆積型鐵錳礦，故該三號組合異常可能受礦山開采影響。Ⅲ、Ⅶ號組合異常區(qū)成礦地質(zhì)條件與Ⅵ號組合異常區(qū)寶山礦床極為相似，組合異常區(qū)內(nèi)地層以石炭系為主，區(qū)內(nèi)NE向褶皺構(gòu)造以及近SN向、NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，主要為燕山早期超淺成中酸性小巖體;經(jīng)對Ⅲ、Ⅶ號異常區(qū)內(nèi)異常高值點(diǎn)采樣位置實(shí)地調(diào)查，認(rèn)為礦山開采對其影響不大，路線地質(zhì)調(diào)查中地表見褐鐵礦化、方解石化、大理巖化、灰?guī)r重結(jié)晶等圍巖蝕變，具有良好的找礦前景，下一步工作可選?、蟆ⅱ魈柦M合異常區(qū)開展土壤剖面測量工作，進(jìn)行異常檢查。

4 找礦靶區(qū)預(yù)測

在水系沉積物異常的基礎(chǔ)上，經(jīng)過野外實(shí)地調(diào)查研究，結(jié)合研究區(qū)地層、構(gòu)造、巖漿巖等地質(zhì)特征，通過多元信息疊加對區(qū)內(nèi)異常進(jìn)行綜合分析研究， 并與研究區(qū)內(nèi)寶山大型鉛鋅多金屬礦床進(jìn)行對比分析，圈定了麥子坪－金子崗－梧桐鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)和禾茂村－馬鞍嶺鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)。

通過對寶山鉛鋅多金屬礦床分析，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)尋找鉛鋅多金屬礦床的幾個(gè)標(biāo)志為:①礦床多處于斷裂交叉部位或褶皺背斜部位，其上有覆蓋層。②有巖體存在，并與中酸性巖體關(guān)系密切。③ 地層主要為石炭系灰?guī)r，主要為石磴子灰?guī)r、梓門橋灰?guī)r以及壺天群灰?guī)r。④圍巖蝕變較強(qiáng)，主要有矽卡巖化、鉀長石化、綠簾石化、螢石化、硅化、綠泥石化、方解石化、絹云母化、高嶺石化、大理巖化、灰?guī)r重結(jié)晶等。⑤ 為多元素組合異常，異常值高，且異常分帶清楚，濃集中心明顯。

4.1 麥子坪－金子崗－梧桐鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)

麥子坪－金子崗－梧桐鉛鋅多金屬找礦靶區(qū)位于黃沙坪－寶山成礦帶的北段，出露地層以石炭系為主，分別為天鵝坪組砂巖、粉砂巖;石磴子組灰?guī)r;測水組砂頁巖;梓門橋組灰?guī)r;壺天群灰?guī)r、白云巖等。區(qū)內(nèi)NE向褶皺構(gòu)造以及近南北向、北西向斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿活動較為強(qiáng)烈，地表多處出露燕山早期超淺成中酸性花崗閃長斑巖呈巖脈產(chǎn)出。圍巖蝕變較強(qiáng)，主要有硅化、綠泥石化、方解石化、大理巖化、灰?guī)r重結(jié)晶等。區(qū)內(nèi)重力異常屬炎陵－藍(lán)山重力梯度帶南側(cè)的舒緩部位，剩余重力異常圖上反映出區(qū)內(nèi)存在金子崗－昭金祠南北向重力低異常呈帶狀展布。航磁異常有C－86－25號金子崗磁異常，地磁測量在本區(qū)為正負(fù)異常緊密相伴的線狀異常(秦葆瑚，1984;曾欽旺等，2002)。水系沉積物異常為Ⅲ號 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 元素組合異常(圖4)，組合元素間套合良好，異常值高，且異常分帶清楚，濃集中心明顯，呈近南北向展布。

本區(qū)地層巖性、構(gòu)造、巖漿巖對成礦較為有利，成礦地質(zhì)條件與寶山礦床極為相似，是區(qū)內(nèi)尋找“寶山式”礦床的極為有利地段，根據(jù)區(qū)內(nèi)地球物理重力、磁性異常特征及水系沉積物組合異常和區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件，推測該區(qū)可能隱伏有矽卡巖型鉛鋅銅礦(化)體存在。

4.1 禾茂村－馬鞍嶺鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)

禾茂村－馬鞍嶺鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)位于坪寶地區(qū)中部，出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系以及第四系，其巖性主要為錫礦山組灰?guī)r;馬欄邊組灰?guī)r;天鵝坪組砂巖、粉砂巖;石磴子組灰?guī)r;測水組砂頁巖;梓門橋組灰?guī)r;壺天群灰?guī)r、白云巖;棲霞組灰?guī)r等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造為近SN緊閉型褶皺及SN向逆沖斷層，次級構(gòu)造為NW向的橫斷層與近SN向逆沖斷層相切，形成“井”字型構(gòu)造格架。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，出露巖體為燕山早期閃斜煌斑巖、花崗斑巖。區(qū)內(nèi)圍巖蝕變強(qiáng)烈，主要有硅化、碳酸鹽化、綠泥石化、灰?guī)r重結(jié)晶等。區(qū)內(nèi)重力異常屬炎陵－藍(lán)山重力梯度帶南側(cè)的舒緩部位，剩余重力異常圖上為正負(fù)異常邊緣的零值區(qū)和負(fù)值區(qū)。航磁有C－85－21號異常，存在兩個(gè)封閉的正異常和一個(gè)負(fù)異常。地磁測量在本區(qū)中部為低緩的局部異常，南部為走向SN作EW向排列的正負(fù)交替異常群。水系沉積物異常為Ⅶ號 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 元素組合異常(圖4)，Cu、Pb、Zn異常面積較大，異常值高，且異常分帶清楚，濃集中心明顯，呈NE向帶狀分布。

圖4 Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 組合異常圖Fig.4 Composite anomalies of elements Pb，Zn，Cu，W，Bi and Sb

本區(qū)具有與黃沙坪礦床較為相似的地層巖性、構(gòu)造、巖漿巖條件，區(qū)內(nèi)物化探異常明顯，套合性較好，其特征與黃沙坪礦床較為相似，故該區(qū)是尋找隱伏高－中溫?zé)嵋航淮秃土严冻涮罱淮豌U鋅多金屬礦床的有利地段。

5 結(jié)論

湘南坪寶地區(qū)是尋找鉛鋅多金屬礦資源潛力較大地區(qū)，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。本文通過DGSInfo軟件對研究區(qū)內(nèi)水系沉積物樣品分析數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析、R聚類分析和因子分析確定元素組合特征，圈定了 8 個(gè) Pb、Zn、Cu、W、Bi、Sb 元素組合異常區(qū)，異常區(qū)內(nèi)元素套合性較好，異常強(qiáng)度高，濃集中心明顯。結(jié)合研究區(qū)成礦地質(zhì)條件，運(yùn)用GIS多元信息疊加功能對區(qū)內(nèi)組合異常區(qū)進(jìn)行綜合分析研究，圈定了麥子坪－金子崗－梧桐鉛鋅多金屬找礦靶區(qū)與禾茂村－馬鞍嶺鉛鋅多金屬礦找礦靶區(qū)，為區(qū)內(nèi)開展下一步工作尋找鉛鋅多金屬礦提供有意義的幫助。

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