河南省栾川县磨坪地区土壤地球化学特征及找矿预测

杨水旺，尚凯凯，王剑锋，陈春景，乔海霞

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心， 河南 郑州 450016； 2.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队， 河南 郑州 450016)

0 引言

土壤地球化学作为一种重要的勘查地球化学方法，以基岩风化为主的残坡积物分布的地区，可以有效地圈定异常形态和规模，较好的反应矿化蚀变情况，对找矿勘探工作的开展有着良好的指导作用，广泛地用于找矿工作中(张善明等，2011；王巧玲等，2021；张宇等，2022)。研究区位于河南省栾川境内，地理坐标为东经111°19′02″～111°23′12″，北纬33°50′04″～33°54′28″。研究区位于华北陆块成矿区，属小秦岭—豫西金钼铅锌成矿带，成矿地质条件极为有利。2019—2021年在栾川磨坪地区开展1∶10000土壤地球化学测量工作，研究区圈定综合异常8处，其中乙3类异常1个，通过对综合异常的查证工作，评价了其找矿意义，为栾川磨坪地区下一步地质勘查提供了地球化学依据。

1 地质概况

研究区位于华北陆块南缘，黑沟—栾川断裂与马超营断裂之间，受区域性断裂的控制影响，区域地质构造复杂(王长明等，2005；朱晓冰，2015)(图1)。

图1 卢氏栾川地质简图(据王长明等，2005修改)1—古近系；2—下古生界陶湾群；3—上元古界栾川群；4—中元古界熊耳群；5—中元古界管道口群；6—太古宇太华群；7—燕山期花岗岩；8—碱性花岗岩；9—矿点；10—地质界线；11—断层；12—研究区

区域出露的地层有太古宇太华群，盖层自北而南主要为中元古界熊耳群、管道口群，上元古界栾川群和震旦系陶湾群。盖层各组段地层均呈近东西向条带状展布，大多数为断层接触。(吕文德和孙伟志，2004)

区域岩浆活动频繁强烈，中基性—酸性岩均有出露；活动方式表现为火山喷发(溢)和岩浆侵入。以黑沟—栾川断裂带为分界，北部区域出露主要为燕山期岩浆岩。燕山期是区域最重要的岩浆活动期，呈岩株、岩瘤、岩墙、岩筒产出，形成了大小不等的岩体(群)。南部宽坪群内大面积岩体侵入，主要为中细粒斑状二长花岗岩的老君山岩体。老君山岩体内后期侵入大量带状岩脉，主要有花岗岩脉、二长花岗岩脉及钾长花岗岩脉等。

区域内矿产分布明显受控于地质构造单元，主要分布于卢氏—栾川陆缘褶断带中。目前区域上已发现矿床(点)共十几处(吕文德等，2005；段士刚等，2009；刘国印等，2007；胡昕凯等，2015；曹华文等，2013,2014,2016；徐令兵和刘国印，2021)。

据《河南卢氏—栾川地区铅锌银矿评价成果报告》(吕文德等，2005)，与全国平均值相比，卢氏—栾川地区Au、Ag、Pb、Zn等元素总体平均含量高于全国平均值，具有较好的富集趋势和较强的变异作用及后生地质—地球化学作用叠加，具备较好的地球化学成矿条件，Ag、Pb、Zn、Au元素是卢氏—栾川地区的优势矿种(表1)。

表1 卢氏—栾川地区部分元素地球化学特征值表

2 土壤地球化学样品采集与测试

2.1 点位布设及采集

在栾川县磨坪研究区进行1∶10000土壤地球化学测量，采用1∶10000规则测网(100 m×20 m)部署，测线方向为0°，测线间距100 m、点距20 m，土壤地球化学采样面积15 km2，共采集样品7191个。

2.2 样品分析测试

样品测试是由具有岩矿测试甲级资质的“河南省有色金属地质勘查总院”承担。本次研究工作分析测试Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ba、W、Mo共11种元素。各元素检出限及分析方法见表1所示。各个元素的分析精度符合土壤地球化学测试的规范要求。

注: M—总体平均含量；S—标准离差；CV—变异系数；K—浓集比率；KK—浓集克拉克值；A—沉积本底含量；ω(Au,Ag)/×10-9；ω(其它元素)/×10-6。

表2 研究区土壤地球化学测试各元素分析方法及检出限

3 元素地球化学特征

3.1 元素主要地球化学参数特征

根据研究区1∶10000土壤地球化学测量全部样品(数据7191个)分析结果，各元素最高值、最低值、平均值、标准离差、变异系数和富集系数等地球化学参数见表3，元素含量直方图见图2。

表3 元素主要地球化学参数统计表

由图2各元素含量(或丰度)分布直方图可知，Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb元素呈对数正态分布，Pb、Ba、As元素呈偏对数正态分布。

研究区元素有以下3种情况：

(1)富集系数大而变化系数大的元素有Ag、Pb、Zn、W、Mo、As、Sb、Ba、Bi，表明这些元素在区内整体具高背景—强富集分布且具分异—极强分异能力，其中Pb、Bi呈强富集、极强分异；Ag为富集、极强分异；Sb、Ba为富集、较强分异现象；Zn、Mo为高背景、较强分异现象；As为强富集、较强分异现象；W为富集、较强分异现象。Pb、Bi、Ag等元素在区域内局部富集成矿的可能性大。

(2)富集系数较大而变化系数大的元素有Au，在区域内整体呈背景状态，但具有极强分异的特征，具有局部一定地质条件下富集成矿的可能性。

(3)富集系数较小而变化系数较小的元素有Cu，表明该元素在区内整体呈贫化状态，且分异能力弱，成矿可能性较小。

图2 元素含量(或丰度)分布直方图注：ω(Au)/×10-9；ω(其他元素)/×10-6

3.2 元素相关组合特征

研究区11种元素(7191件样品)R型聚类分析及因子分析，得到各元素之间的相关关系见图3，因子分析组合特征见表4。

图3 土壤地球化学测量元素R型聚类分析谱系图

表4 土壤地球化学测量元素因子分析表

元素R型聚类分析相关系数(图3)显示除Ba外，其它元素有着较高度的相关性，在相关系数r=0.810的水平上，11种元素划分为两个簇群。第一簇群：Au、Zn、Sb、W、Mo、Bi、As、Cu、Pb、Ag；第二簇群：Ba。

研究区元素因子分析得各元素之间的组合关系(表4)：F1因子Au、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb、Pb、As；F2因子Ba；F3因子Ag、Pb、Sb、Zn；F4因子Pb；F5因子Cu。

根据研究区元素因子分析结果，结合土壤中元素R型聚类分析，可见元素Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo、Bi、Sb、Pb、As之间相关性较强，Ba与其他元素之间相关性较疏远。Au、Ag与Pb、Zn等是区内主要成矿元素，元素或单独成矿出现，或伴生出现，形成银、金、铅锌矿(化)体；As、Sb、Cu、W、Mo、Bi可作为找金、银铅、锌矿的间接指示元素。

4 异常下限的确定及异常圈定

4.1 异常下限的确定

研究区采用剔除迭代法求出区内各元素异常下限。迭代法处理方法为：首先计算全区各元素原始数据的均值(X)和标准偏差(S)，按大于X±3S的数据的条件剔除一批高值后获得一个新数据集，再计算此数据集的均值和标准偏差，重复第二步，直至无特高值点存在，求出最终数据集的均值和标准偏差(胡昕凯等，2022)。

计算的异常下限值只是一种参考，成图异常下限值是根据计算值，结合元素地球化学图或区内地质特征最终确定(戴慧敏等，2010；张文博等，2022)(见表5)。

表5 研究区各元素地球化学平均值与异常下限

4.2 元素异常特征

使用原始数据绘制单元素异常图，从Au、Ag与Pb、Zn等元素的地球化学异常图可以看出，元素的分布与地层、构造等具有一定的相关性(段士刚等，2010a，2010b)。

图4 研究区元素地球化学异常图1—第四系；2—陶湾群秋木沟组上段；3—陶湾群秋木沟组下段上层；4—陶湾群秋木沟组下段下层；5—陶湾群风脉庙组上段；6—陶湾群风脉庙组下段；7—陶湾群三岔口组；8—栾川群鱼库组；9—栾川群大红口组；10—宽坪群四岔口组；11—宽坪群谢塆组；12—正长斑岩；13—辉长(绿)岩；14—花岗斑岩；15—地质界线；16—断层；17—研究区范围；18—土壤地球化学采样范围

研究区中各元素地球化学空间分布呈不规则带状、小面状、线状及孤点状。Au、Ag、Pb、Zn等元素多处高值区套合性较好。

Au元素浓集分布特征：Au元素高值区主要集中分布在秋木沟组下段(Pz1q1)绢云石英白云石大理岩中，多呈不规则带状、小面状分布。少部分布在鱼库组(Pt3yk)石英大理岩中，呈小面状分布。北部上院—刘家庄、前屹塔—刘家庄一带高值区呈小面状分布于秋木沟组下段(Pz1q1)绢云石英白云石大理岩中，高值区由矿化蚀变带引起。中东部杨树凹—杨柳树沟一带高值区呈近东西向带状分布于秋木沟组下段(Pz1q1)绢云石英白云石大理岩中，与F3断层和2号矿化蚀变带走向基本一致。东坡根—乱石垅一带高值区呈小面状分布于鱼库组(Pt3yk)石英大理岩中。高值区附近见3号矿化蚀变带和F11断层。南部东红岩沟—庙底一带高值场呈近东西向带状分布于秋木沟组下段(Pz1q1)绢云石英白云石大理岩中，与花岗斑岩(γπ)岩脉及矿化蚀变带走向基本一致。

Ag、Pb、Zn、Cu元素浓集分布特征及地质背景：Ag、Pb、Zn、Cu元素高值区呈不规则带状、小面状、孤点状分布于研究区多地，其中Ag、Pb面积大，规模更显著。秋木沟组下段(Pz1q1)地层中高值区与矿化蚀变带有关。鱼库组(Pt3yk)地层中Pb、Zn、Ag数值较高。北部前坪—刘家庄处大红口组(Pt3d)粗面岩与秋木沟组下段(Pz1q1)绢云石英白云石大理岩接触部位的F1断裂带附近Ag、Cu呈不规则带状分布，Pb、Zn呈小面状分布；前屹塔—刘家庄一带的秋木沟组下段(Pz1q1)地层中，Ag、Pb、Cu、Zn呈小面状分布，由矿化蚀变带引起。中部鱼库组(Pt3yk)与秋木沟组下段(Pz1q1)地层中，Ag、Pb、Zn呈不规则带状分布于青岗沟、杨树凹及东坡根南一带，Cu呈不规则带状分布于安家岭庄、小面状分布于杨树凹及东坡根南一带。南部Ag、Pb、Cu、Zn呈小面状分布于六道叉—东红岩沟、安家庄东、白云山南一带的秋木沟组下段(Pz1q1)，高值区主要由矿化蚀变带引起。Ag、Cu呈小面状分布于下地西南秋木沟岩组上段(Pz1q2)与四岔口组(Pt2-3s)地层中。

4.3 综合异常区圈定及异常特征

根据异常所处的地质特征结合各元素异常之间互相重叠、关连现象，综合考虑异常在地质体中的位置、各元素异常浓集中心的吻合情况以及主要异常元素的规模，根据不同区域的差异及元素的相关组合特征的差异性等进行综合异常区圈定(张宇等，2022)，研究区共圈定了8处综合异常。编号为HT-1～HT-8号。依据《土壤地球化学测量规范》(DZ/T0145—2017)，将研究区内8个异常中HT-8划分为乙3类异常，其余7个为丙类异常。对异常进行评序排队，在后续的化探异常查证可以有效的分清主次，提供找矿依据。

本次综合异常评序采用规模指标法，即求取综合异常中各达到异常下限的元素规模累加之和作为评序值，然后依据评序值对综合异常进行定量评序。元素组合—规模表达式中前列若干元素的规模值累加，直至累加值占表达式中所有元素规模值之和的比例大于或等于70%为止，这些前列元素即为各综合异常的特征元素组合。(表6)

表6 综合异常组合特征表

5 找矿靶区圈定

根据异常的分类优选出1个找矿预测靶区(HT-8异常区)。该异常区出露的地层主要为下古生界陶湾群秋木沟岩组下段绢云石英白云石大理岩(Pz1q1)，区北部、中部均有东西向展布的花岗斑岩岩脉(γπ)出露。

异常区总体北东向展布，是一处异常元素组合较全、规模较大、局部元素套合较好的综合异常。Pb异常总面积0.122 km2，最高值30860×10-6，具内、中、外三级浓度带；Ag异常总面积0.099 km2，最高值24.095×10-6，多具内、中、外三级浓度带；Au异常总面积0.089 km2，最高值65.3×10-9，多具内、中、外三级浓度带；Cu异常总面积0.020 km2，最高值438.7×10-6；Zn异常面积0.032 km2，最高值886.1×10-6。Pb、Ag异常相对规模较大，多呈不规则状；其它元素异常多呈小型面状、小椭圆状分布。

经异常检查和地质填图发现一条矿化蚀变带(K4)，地表由探槽LD01、LD03、LD12控制，为了验证矿(化)体深部延伸情况，经综合研究在402勘查线上施工1个钻孔ZK4021，401勘查线上施工1个钻孔ZK4011(图5)。矿体主要赋存在秋木沟岩组下段大理岩中，沿构造裂隙充填，见硅化、褐铁矿化、方铅矿化等，长约100 m，总体走向220°，倾向130°～150°，倾角40°～50°，矿体厚1.0～1.2 m，品位为Pb1.37%～2.13%。经综合研究分析，认为该靶区是寻找Zn、Pb等多金属矿产的有利地段(杨帆等，2015；郭海明等，2021)。

图5 靶区1土壤地球化学测量综合异常剖析图注：ω(Au)/×10-9；ω(其他元素)/×10-61—第四系；2—陶湾群秋木沟组下段；3—花岗斑岩脉；4—地质界线；5—靶区范围及编号；6—老硐及编号；7—勘探线及编号；8—矿体及编号；9—见矿钻孔；10—未见矿钻孔

6 结论

(1)通过对磨坪地区1∶10000土壤地球化学测量，基本查明了该区Au、Ag、Cu、Pb、Zn等11种元素的分布特征和富集规律，共圈定1处乙类异常，7处丙类异常，为该区地质找矿奠定了基础。

(2)元素异常图中显示，Au、Ag、Pb、Zn元素异常发育，规模较大，强度较高，浓集中心比较明显。研究区元素异常的发现，为区内铅锌矿的发现提供了重要地球化学找矿信息。

(3)通过综合分析，在研究区圈定一处找矿靶区，靶区内地球化学异常显著，浓集中心突出且各元素套合较好，具有较大找矿潜力，指明了该区下一步找矿工作方向。

注 释

① 吕文德，宋要武，孙卫志,肖中军,曹月怀.2005 .河南卢氏-栾川地区铅锌银矿评价成果报告[R].郑州：河南省地质调查院.