文繼祖，張尚峰，劉 浩，朱曙光,聶 薇

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100；2.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三○四大隊(duì)，湖南長沙 410000；3.長沙中核工程監(jiān)理咨詢有限公司，湖南長沙 410000)

0 引言

湘中芭蕉沖金礦區(qū)地處株洲縣、衡東縣、攸縣三縣交匯處，大部分隸屬株洲縣管轄，工作區(qū)北距株洲市約72 km，東距國道106線約30 km，西距京港澳高速G4線入口約20 km。該區(qū)地形屬中山中等切割區(qū)，地形較陡，坡度一般為30°～40°，地形總趨勢是四周高，中間低，海拔一般300～400 m，相對高差200～300 m，為低山丘陵地球化學(xué)景觀區(qū)(朱有光等，2002；陳富榮等，2017)。自20世紀(jì)50年代以來，湖南省地質(zhì)局區(qū)測隊(duì)、湖南省地礦局416隊(duì)、武警黃金第15支隊(duì)、核工業(yè)中南地質(zhì)局304大隊(duì)等相繼在該區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)找礦，發(fā)現(xiàn)一批金汞砷銻組合異常，發(fā)現(xiàn)了衡南縣樟樹腳、株洲黃龍橋、攸縣銀坑等金礦(化)點(diǎn)。其中，1961～1965年，湖南省地質(zhì)局區(qū)測隊(duì)在此區(qū)域開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，通過重砂測量、土壤金屬量測量，圈出異常79處，發(fā)現(xiàn)石峽汞礦、石塘鎢礦，圈定了川石、柏市、丫江橋等鎢、錫、鉛鋅找礦遠(yuǎn)景區(qū)；1980～1985年，湖南省地礦局物探隊(duì)在此區(qū)域開展了區(qū)域物化探工作，圈出了3個成礦帶，10處地球化學(xué)找礦遠(yuǎn)景區(qū)，新發(fā)現(xiàn)一批金汞砷銻組合異常，發(fā)現(xiàn)了衡南縣樟樹腳、株洲黃龍橋、攸縣銀坑等金礦(化)點(diǎn)；1980年，湖南省地礦局416隊(duì)開展區(qū)域物化探調(diào)查，圈出單元素異常576個，綜合異常62個，其中與鉛鋅礦化有關(guān)的32個，與鎢鉬礦有關(guān)的23個，有11處為致礦異常。以上地質(zhì)工作為本次工作奠定了良好的基礎(chǔ)，但該區(qū)總體工作程度較低，區(qū)內(nèi)的找礦工作一直未有較大的突破。

土壤地球化學(xué)測量是金礦找礦的常用手段(楊偉等，2007；張善明等，2011；賈寶杰等，2013；白永波，2014；李飛等，2014)。2013年以來，湖南省核工業(yè)地質(zhì)局304大隊(duì)在該地實(shí)施了芭蕉沖金礦普查項(xiàng)目，完成1:1萬土壤地球化學(xué)測量，發(fā)現(xiàn)了F2含金構(gòu)造及工業(yè)礦體，取得了良好的找礦成果。本文以此為基礎(chǔ)進(jìn)行湖南省中低山丘陵景觀區(qū)土壤地球化學(xué)找礦研究，以供同行參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘中芭蕉沖金礦區(qū)位于羌塘-揚(yáng)子-華南板塊(Ⅳ)東北緣，二級構(gòu)造為揚(yáng)子陸塊(Ⅳ-4)，三級構(gòu)造單元為桂湘早古生代陸緣沉降帶(Ⅳ-4-8)，四級構(gòu)造單元為醴陵斷隆帶(Ⅳ-4-8-2)(圖1a)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置及地質(zhì)簡圖

區(qū)域出露地層主要有青白口系、泥盆系中上統(tǒng)、石炭系、二疊系以及第四系。斷裂構(gòu)造主要有老鴉沖斷層、茹窩嶺斷裂帶、黃龍橋斷裂帶、牛屁股斷裂等；均發(fā)育于青白口系中，且見韌性變形特征。其中老鴉沖斷層北起古路沖，經(jīng)何家臺、老鴉沖，南至金家沖，出露長度22 km,整體走向北北東，傾向北西。局部走向有些小的變化，沿走向呈舒緩的“S”狀。表現(xiàn)為擠壓破碎帶、片理化帶、鞘褶曲帶，另見破碎蝕變帶、石英破碎帶，帶寬1.5～10 m不等。區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)以金、鐵、鎢、鉛鋅為主，其次有石灰?guī)r、毒砂等。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層較為簡單，主要有青白口系黃滸洞組第二段(Qbh2)、青白口系黃滸洞組第三段(Qbh3)、泥盆系中統(tǒng)易家灣組+跳馬澗組(D2y+D2t)(圖1b)。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為鳳凰山向斜，出露于礦區(qū)南西部，礦區(qū)內(nèi)出露長>3 km，軸向10°～20°，傾向北西，北段有向東偏轉(zhuǎn)。核部為易家灣組+跳馬澗組，出露寬度1.8 km。兩翼為黃滸洞組，局部可見膝折、巖石擾曲等現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有近南北向(F2、F3、F4)、北東向(F5、F6)、近東西向(F7)三組，發(fā)育在青白口系黃滸洞組。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

本次普查工作在芭蕉沖礦區(qū)共圈定4個工業(yè)礦體，初步認(rèn)為金礦化類型為碎裂蝕變巖型，受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制。四條礦體中，芭蕉沖F2號礦化帶見礦情況較好，產(chǎn)于黃滸洞組板巖硅化破碎蝕變帶中，板巖碎裂、硅化程度較高，脈狀石英脈發(fā)育，硅化、褪色化、黃鐵礦化等蝕變發(fā)育。礦化脈產(chǎn)狀160°～178°∠65°～75°，走向長約600 m。地表探礦工程中均見金礦化，金品位一般為(0.10～0.20)×10-6(最高位0.79×10-6)。鉆孔中三個工業(yè)礦段，金品位(1.34～1.63)×10-6。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石礦物成分的組成：金屬礦物主要有毒砂、黃鐵礦、輝鉬礦及少量黃銅礦等；非金屬礦物主要有石英、云母。其中毒砂常伴隨黃鐵礦出現(xiàn)，呈鋼灰色立方體星點(diǎn)狀分布，粒徑0.5～2 mm；黃鐵礦呈半自形-自形粒狀、粒狀集合體狀，局部聚集團(tuán)塊狀，大小不一，粒度0.01～>10 mm，不均勻浸染分布或沿巖石微裂隙分布。

礦石結(jié)構(gòu)主要有半自形-它形粒狀結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造。

4 土壤樣品采集

樣品采集按照《地球化學(xué)普查規(guī)范》(DZ/T0011-91)及《土壤地球化學(xué)測量規(guī)范》(DZ/T0145-94)執(zhí)行。樣品采集深度在30～40 cm，部分采集深度為40～50 cm(賈先巧等，2009)。采樣時均深挖至土壤層明顯變色才開始采集土壤，采集物質(zhì)成分均為土壤B層(淀積層)的細(xì)粒級物質(zhì)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，樣品絕大多數(shù)為壤土，部分為粘土，其次是砂土。樣品重量均>750 g。本次地球化學(xué)土壤剖面測量完成工作量30 km(比例尺為1:10000，點(diǎn)距20 m)，采樣1435件(包含重復(fù)樣120件)。樣品由湖南省核工業(yè)中心實(shí)驗(yàn)室分析，共分析Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Hg七項(xiàng)。分析測試工作質(zhì)量管理執(zhí)行《地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理規(guī)范—區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查樣品化學(xué)成分分析》(DZ/T0130.4-2006)，測試質(zhì)量監(jiān)控采用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)監(jiān)控分析測試準(zhǔn)確度與精密度，按5%左右進(jìn)行內(nèi)檢密碼分析，均符合規(guī)范要求。

5 地球化學(xué)特征

對采集的土壤樣品七元素的含量值進(jìn)行了統(tǒng)計分析，得出各元素在不同地層中平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和變異系數(shù)等地球化學(xué)參數(shù)(表1)，可一定程度反映各元素的成礦信息(王秋印等，2009；楊笑笑等，2018)。

表1 土壤地球化學(xué)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

續(xù)表1

5.1 地球化學(xué)參數(shù)特征

從表1可知，在青白口系黃滸洞組第二段中，Ag、Pb、Hg平均值低于全測區(qū)平均值，As平均值與全測區(qū)平均值近似，Au、Zn、Sb平均值高于全測區(qū)平均值。在該地層中Ag平均值低區(qū)(0.065×10-6)全測區(qū)平均值(0.068×10-6)且低于泥盆系中統(tǒng)易家灣組+跳馬澗組(0.191×10-6)和青白口系黃滸洞組第三段中(0.072×10-6)Ag平均值。Au在該地層顯示最高(Aumax=91.300×10-9)，平均值(3.889×10-9)明顯高于全測區(qū)與其他兩套地層中Au平均值。

對比七種元素在不同地層變異系數(shù)的差別(表1)，發(fā)現(xiàn)在全區(qū)除Au、Hg變異系數(shù)>1.5外，其他元素變異系數(shù)均較小。青白口系黃滸洞組第二段中，除Au和Hg在變異系數(shù)>1.5外，其他均顯示較小。該地層Au極大值(Aumax=91.300×10-9)大，變異系數(shù)(1.7)大，表明Au在該地層活動性強(qiáng)，有較好富集(蒙勇等，2016)。

5.2 R聚類分析

運(yùn)用SPSS軟件對樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行R型聚類分析，得到了元素的聚類分析譜系圖(圖2)，可以反映元素間的親屬關(guān)系(李飛等，2014；白永波，2017；楊帆，2017；楊永春等，2017)?？梢园l(fā)現(xiàn)Ag-Pb最先聚類，其次是Au-As聚類，之后依次是Sb、Zn、Hg。

圖2 R聚類分析譜系圖

當(dāng)r=0.56時，7種元素分為五類：①Ag、Pb一類；②Au、As一類；③Sb；④Zn；⑤Hg。Ag、Au等主成礦元素分別位于不同的組，單獨(dú)聚類，反映了礦區(qū)成礦元素在空間上具有一定的分帶性；而Au-As、Ag-Pb分別位于同一組，反映它們在空間上聯(lián)系緊密。

5.3 相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS軟件對樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析(熊亮等，2010；孫社良等，2011)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)Au、As、Sb、Pb等4種成礦元素的相關(guān)關(guān)系較大，相關(guān)系數(shù)均>0.4(表2)；Au-As、Ag-Pb-Sb在礦區(qū)均呈正相關(guān)關(guān)系(席明杰等，2013；余曉彤，2019)，表明As、Pb、Sb這3種元素可作為芭蕉沖礦區(qū)找礦的指示元素。

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣

5.4 因子分析

對樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，利用Bartlett和KMO模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性系數(shù)檢驗(yàn)(席明杰等，2013；楊帆，2017；楊永春等，2017；余曉彤，2019)，得到2個主因子(表3)：F1和F2。F1因子由Ag、Pb組成，F(xiàn)2因子由Au、As組成，均為低溫元素，表明礦區(qū)成礦與巖漿熱液活動有一定關(guān)系，推測為隱伏巖體頂上帶部位(陳樹民等，2019)。

綜合以上分析結(jié)果，可以認(rèn)為Au、Ag為芭蕉沖礦區(qū)的主成礦元素，Pb、As為本次找礦的有效指示元素。

6 異常圈定與異常評價

6.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

圖3 元素含量分布直方圖

6.2 異常圈定

本次土壤化探工作在礦區(qū)共圈定規(guī)模大小不一的單元素異常39處，綜合異常區(qū)6處。從所圈定的綜合異常看，該工作區(qū)可劃分為6個較為明顯的元素富集帶。分別位于工作區(qū)F2斷層區(qū)域和F3斷層南面(圖4)。

圖4 異常剖析圖

6.3 異常評價

Au異常在礦區(qū)較為發(fā)育(圖4a)，共圈定Au異常區(qū)10處。Au異常區(qū)絕大多數(shù)分布在黃滸洞組第二段中(9個)，黃滸洞組第三段分布有一處。Au異常值(8.01～91.3)×10-9，襯度(1.6～11)高，異常濃集中心明顯。芭蕉沖地段的Au異常規(guī)模較大，具有3處異常中心(Aumax=91.300×10-9)，異常面積達(dá)0.229 km2?？v觀全區(qū)，Au異常大面積呈不規(guī)則帶狀分布在F2斷層西面，F(xiàn)3、F4斷層之間也有Au異常出現(xiàn)。

Ag異常在礦區(qū)規(guī)模較小(圖4d)，僅在F2斷層南面和F3、F4斷層之間圈定2處。Ag異常值(0.18～0.39)×10-6，分帶不明顯且異常面積小，除去兩處主要Ag異常區(qū)外，其他范圍雖有少數(shù)異常點(diǎn)出現(xiàn)，但異常值小且為單點(diǎn)異常。芭蕉沖地段南面的Ag異常聚集了大多數(shù)異常點(diǎn)(12個)，位于易家灣組+跳馬澗組和黃滸洞組第二段交界處，該異常區(qū)被F2斷層貫穿。

As異常在工作區(qū)共5處(圖4b)，分別位于黃滸洞組第三段(1處)和黃滸洞組第二段(4處)中。異常值(26.89～85.69)×10-6，異常分帶不明顯，均呈不規(guī)則分布。As異常主要位于芭蕉沖地段、F2斷層出露地段。As-Au異常范圍部分疊加，伴生作用明顯。

其他4種元素異常在礦區(qū)的成礦作用不明顯，本篇不做評價；Hg受區(qū)內(nèi)民房、農(nóng)田、公路等人為因素擾動，呈面積性出露，后期成圖用Hg襯值異常代替，以做參考。

7 地球化學(xué)構(gòu)造推斷

由于芭蕉沖礦區(qū)位于低山丘陵景觀區(qū)，區(qū)內(nèi)第四系殘坡積物等覆蓋層厚，地層、構(gòu)造等露頭少。本次找礦工作初期，項(xiàng)目組開展了地質(zhì)填圖，沒有發(fā)現(xiàn)F2等主要控礦構(gòu)造位置。在區(qū)域地質(zhì)圖上原構(gòu)造位置布設(shè)了槽探進(jìn)行揭露，也并沒有找到含礦構(gòu)造。

對土壤地球化學(xué)測量成果進(jìn)行了深度分析，發(fā)現(xiàn)Au、As等元素在芭蕉沖礦區(qū)的分布極不均勻，運(yùn)用元素的襯值異常(黃瑞，2005；趙榮軍，2006；楊偉壽等，2007；楊笑笑等，2018)，進(jìn)行了地球化學(xué)構(gòu)造推斷，發(fā)現(xiàn)芭蕉沖至楊家山地段出現(xiàn)了一處元素襯值含量起伏較大的區(qū)域(圖5a、圖5c)，高值區(qū)呈現(xiàn)北北西向連續(xù)分布，長度>1000 m。該起伏區(qū)域穿過青白口系黃滸洞組第二段與第三段，并在青白口系黃滸洞組第三段尖滅。

對照已有地質(zhì)資料推測該處為一處礦化斷層，但斷層方向和產(chǎn)出位置與前人認(rèn)識有出入。前人認(rèn)為該區(qū)域所出露的F2斷層位置為芭蕉沖-楊家山-李家臺一帶(圖5b)，延伸至新屋場東南端，長約1800 m。

本次研究運(yùn)用襯值異常推測含礦斷層出露在芭蕉沖地段，位置與原F2斷層在芭蕉沖地段重合，但沿芭蕉沖至楊家山方向推測斷層向西偏移(圖5c)。工程驗(yàn)證顯示F2斷層出露位置為芭蕉沖至楊家山段，呈北北西向產(chǎn)出。斷層方向與位置均與化探推測斷層重合較好(圖5d)。地質(zhì)工程所發(fā)現(xiàn)礦化位置也和推測剖面范圍一致。

圖5 芭蕉沖金礦區(qū)構(gòu)造推斷

8 異常查證

根據(jù)本次化探野外工作與室內(nèi)資料處理成果，對部分圈定Au異常范圍進(jìn)行了異常查證工作。異常查證工作所布設(shè)工程主要集中在AP-4綜合異常范圍進(jìn)行。

異常圈定(圖4)發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)西北角AP-1綜合異常范圍內(nèi)Au、As、Sb異常套合情況較好。經(jīng)采樣資料分析和現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，該異常區(qū)位于牛角塘地段，民房、農(nóng)田較多，附近有水泥公路，認(rèn)為該異常與人類社會活動有關(guān)，判定為假異常。

AP-4綜合異常區(qū)位于芭蕉沖至楊家山地段青白口系黃滸洞組第二段中，及與青白口系黃滸洞組第三段交界處。F2斷層近南北向?qū)⒃摼C合異常區(qū)貫穿。AP-4綜合異常區(qū)面積為0.195 km2，異常暈圈閉合。該區(qū)域內(nèi)包含了Au異常1處、As異常3處、Sb異常1處、Zn異常1處，其中Au(0.299 km2)、As異常(0.079 km2)面積較大、襯度高。Au具有外中內(nèi)三級濃度分帶，自北向南不規(guī)則帶狀分布有3處濃集中心，Au異常中心最高值70.18×10-9。As三處異常區(qū)濃集中心和Au異常濃集中心基本套合。該綜合異常區(qū)內(nèi)Au-As-Sb-Zn伴生作用明顯，顯示該區(qū)域?yàn)榱己玫腁u-As-Sb-Zn富集區(qū)。

地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，異常區(qū)內(nèi)出露的F2斷層為一條近南北向的碎裂巖帶，帶內(nèi)多見碎裂的透鏡狀、團(tuán)塊狀、脈狀石英脈、構(gòu)造間磨碎物及圍巖等，碎塊呈次棱角至棱角狀，發(fā)育褐鐵礦化、褪色化、硅化、金礦化。AP-4綜合異常區(qū)出露區(qū)域布設(shè)異常查證工程有探槽工程7個、剝土工程5個、鉆探工程5個(圖6)。工程揭露證明F2斷層穿過該異常區(qū)，BT05取樣金品位達(dá)0.63×10-6，真厚1.9 m。工程顯示礦化地段與該異常區(qū)內(nèi)Au異常中心位置重合，As異常區(qū)亦與其套合。該異常區(qū)西緣所布置的鉆孔，ZK003、ZK241見工業(yè)礦體，ZK001、ZK031、ZK161見礦化。這些證明了該處異常為礦致異常，具有較好的找礦潛力，也進(jìn)一步證明了運(yùn)用襯值推測的含礦斷層位置的準(zhǔn)確性。

圖6 AP-4異常查證圖

AP-6綜合異常區(qū)呈不規(guī)則帶狀自西向東沿測線分布，位于在泥盆系易家灣組+跳馬澗組和青白口系黃滸洞組第二段交界處。綜合異常區(qū)內(nèi)各單元素異常均顯示東西向沿測線分布，各單元素異常圈南面均未閉合。F2斷層自北向南斜插入，F(xiàn)6斷層帶沿北東向貫穿異常區(qū)東面。AP-6綜合異常區(qū)異常面積0.054 km2。異常區(qū)內(nèi)包含了Au異常1處、Ag異常1處、Pb異常1處、Sb異常2處。其中位于泥盆系易家灣組+跳馬澗組的Ag-Pb-Sb異常區(qū)平面上相互疊加。Pb在該區(qū)表現(xiàn)出異常點(diǎn)多且集中聚集的特征，Ag異常位置是F2斷層斜插入該綜合異常區(qū)的部位(圖4d)。

地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)6斷層寬約2～10 m，斷裂帶內(nèi)帶內(nèi)均被石英脈碎塊及絹云母板巖、砂質(zhì)板巖碎塊充填，碎塊成菱角狀，無明顯位移，較為松散，以磨碎物質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié)。蝕變帶內(nèi)一般發(fā)育有硅化、黃鐵礦化、褪色化等蝕變。已有地質(zhì)工程取樣金品位1.790×10-6。雖然F2、F6斷層均穿過該異常區(qū)，但異常區(qū)顯示出異常點(diǎn)斷續(xù)分布，且在蝕變帶工程布設(shè)驗(yàn)證所發(fā)現(xiàn)的含礦化區(qū)域均和該異常區(qū)有一定距離。加之AP-6綜合異常區(qū)整體沿測線分布，各單元素異常區(qū)亦沿測線分布。該處測線位置為一山谷，異常區(qū)展布方向與山谷流水方向一致，推測該異常區(qū)形狀與地貌有關(guān)。由于工作量限制未對其進(jìn)行工程揭露，有待下一步工作驗(yàn)證。

9 結(jié)論

(1)運(yùn)用R型聚類分析、相關(guān)性分析、因子分析及地球化學(xué)參數(shù)分析等數(shù)據(jù)分析手段，確定芭蕉沖礦區(qū)Ag、Au有較好的成礦潛力，Pb、As為該區(qū)找礦重要指示元素。

(2)本次土壤地球化學(xué)測量工作在芭蕉沖礦區(qū)圈定出單元素異常39處，綜合異常區(qū)6處。異常查證工作發(fā)現(xiàn)AP-4綜合異常內(nèi)Au成礦富集作用明顯，工程驗(yàn)證見金工業(yè)礦體，是礦區(qū)下一步找礦工作的重點(diǎn)。

(3)運(yùn)用元素襯值異常進(jìn)行了隱伏構(gòu)造推斷，重新修正了礦區(qū)F2含金構(gòu)造位置，較好地指導(dǎo)了芭蕉沖礦區(qū)的找礦工作。