陕西商洛马角寺钼矿区土壤地球化学特征及找矿前景——地球化学找矿的典型实例

雷明选，魏明非，高 虔，孙 青，惠伟光

(1.陕西省地矿局 第六地质队，临潼 710611；2.中国地质大学,北京 100083)

0 前言

马角寺钼矿位于小秦岭西段南坡，行政区划属商洛市商州区腰市镇管辖。该地区褶皱及断裂构造复杂，成矿地质条件良好。上世纪八十年代在小秦岭地区开展的1∶50 000 水系沉积物测量工作，曾在本区圈定出综合异常一处，异常分布面积较大，组分复杂，主要元素组合为Au、Pb、Zn、Mo，显示该区有较好的Mo、Au多金属找矿前景。之前曾有多家地勘单位在本区开展过异常查证及地质找矿工作，但由于该区地形恶劣，地表覆盖严重，且工作中使用的勘查手段较为单一，一直未取得重大突破。

2010年陕西地矿局第六地质队开展了涵盖本区的“陕西省洛南县洛源多金属矿普查”工作，综合运用大比例尺地质测量、土壤地球化学测量、岩石地化剖面测量及槽探、钻探工程验证等工作手段和方法，发现了该矿床。尤其是利用土壤地球化学测量成果对该区土壤地球化学特征进行总结和研究，在缩小找矿靶区直至最终发现该矿床过程中起到了至关重要的作用，成为运用地球化学方法成功找矿的一个典型实例，在今后其他地区的找矿工作中值得借鉴。

目前该矿区共圈出钼矿体四个。矿床中钼为主成矿元素，伴生钒矿。经研究该矿区外围及钼矿体深部找矿潜力较大，有进一步找矿前景。

1 矿区地质概况

马角寺钼矿区位于华北陆块南缘的豫皖陆块区西南边缘，成矿区划属古亚洲成矿域华北陆块成矿省小秦岭—豫西太古代、元古代、古生代、中生代金钼铝土矿铅锌成矿区(Ⅲ-17)，划归为金堆城元古—早古生代上叠盆地燕山期钼铁铜铅黄铁矿成矿带(Ⅲ-172)金堆城—木龙沟钼铁铜铅锌黄铁矿成矿远景区(Ⅲ-172-1)。

矿区及其外围出露地层由老到新依次为：元古界、古生界、新生界等(图1)。

(1)元古界分布于矿区北部，出露地层包括：①长城系熊耳群斜长玢岩、细碧岩等浅变质火山岩系；②长城系高山河组石英岩、变石英砂岩、变粉砂岩等浅变质滨海—浅海相碎屑岩；③蓟县系龙家园组硅质灰岩、燧石条带灰岩等浅海相镁质碳酸盐岩；④蓟县系巡检组海相沉积的燧石条带状白云岩，其下部为土黄色粘土质含砾白云岩，底部有一层厚十几厘米的褐铁矿风化壳；⑤震旦系砂质板岩、长石粉砂岩，下部为冰碛砾岩。

(2)古生界包括为寒武系(∈)和奥陶-志留系陶湾群((O—S)tw)地层。寒武系分布于矿区中部，为一套浅变质的浅海相碳酸盐岩层夹碎屑岩建造，按岩性组合特征分为上、中、下三个统。陶湾群((O—S)tw)出露于矿区南部，为一套浅变质的浅海相碎屑岩、碳酸盐岩夹中基性火山岩建造。

高山河组与下覆地层熊耳群、上伏地层龙家园组均为角度不整合接触，震旦系与下覆巡检司组为角度不整合接触，陶湾群与下覆的寒武系为角度不整合接触，而震旦系与寒武系之间为断层接触。

含钼矿化构造带及钼矿体赋存于震旦系与寒武系地层的断层接触带。矿区构造表现为在南北向主压应力持续作用下，形成东西向紧闭线性褶皱，相伴而生东西向逆冲断层以及与其相配套的北东向、北西向平移断层。

褶皱构造：主要表现为东西向辋峪紧闭倒转向斜，其轴线走向为300°，向东倾伏，倾伏角40余度。北翼出露元古界及寒武系地层，倾向北北东，倾角40°～70°，地层倒转，指示倒转的劈理随处可见。南翼出露寒武系地层，层序正常，倾向北北东，倾角20°～45°，多处地段发育有舒缓的次一级褶曲。核部出露地层为陶湾群庙湾组。马角寺钼矿床位于该紧闭倒转向斜的北翼。

矿区断裂较为发育，以东西向或近东西为主，其次为北东向及北西向。东西向断裂：倾向北或南，断层带内劈理发育，可见挤压构造片岩、挤压构造围岩透镜体、围岩角砾、断层泥等，反映断裂具多期活动的特征，为区内主要控矿、储矿构造，带内常见石英细脉群充填，构成含钼矿化构造带，马角寺钼矿床赋存于其中。北东向断层为左行平移断层，北西向断层为右行平移断层。区内岩浆岩不发育，脉岩主要为石英脉、长英质脉等，多分布于东西向断裂带内。矿区周边地区金属矿产分布较多，主要有金堆城特大型钼矿床、铁炉子铅锌矿床、铁源铅锌矿床、火石沟金矿床、潘河钼矿床等。

图1 马角寺钼矿区地质概略图Fig．1 Geological sketch map of mining area in Majiaosi molybdenum deposit area

2 1∶50 000水系沉积物测量异常特征

1∶50 000水系沉积物测量在区内圈定出综合异常一处，面积约44 km2，分布于东西向、北东向及北西向断裂带附近及其交汇部位(图2及表1)。综合异常分布面积较大，组分复杂，主要元素组合为Au、Pb、Zn、Mo，其次为Cu。各元素异常位置大致吻合，元素间套合性好。异常区褶皱及断裂构造复杂，显示有较好的Mo、Au多金属找矿前景。

图2 马角寺钼矿区1∶50 000水系沉积物地球化学异常Fig．2 Geochemical anomalies(1∶50 000) of drainage deposits in Majiaosi molybdenum deposit area

元素面积异常下限极大值均值浓度分带备注Mo6.1526.05.83为主要成矿元素Au6.215.62.33Pb15.8100520150.62为主要伴生元素Zn5.91503151562Cu202040.726.81为高背景元素

注：Au元素含量单位为10-9，其余元素含量单位为10-6

3 1∶10 000土壤地球化学特征

3.1 样品布置、采集、加工和测试

1∶10 000土壤测量范围位于1∶50 000水系沉积物异常区内，东西向长约10 km，南北向宽约4.3 km，面积约40 km2。区内地层及构造线近东西向展布，样品布置以南北方向布置采样线，采样网度100 m×40 m。土壤样品采取残坡积层B层，由一点多坑等份量采集组合成一个样品，采样深度10 cm～30 cm。共采集土壤样品10 306件，所有样品均晾晒干燥后过60#尼笼筛，送样重量大于80 g，送国土资源部西安矿产资源监督检测中心分析，分析项目为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素。运用化学光谱法分析Au；运用原子吸收法分析Ag、Cu、Pb、Zn、Mo。

3.2 元素含量特征

3.2.1 元素含量特征

对各元素平均值、最大值、最小值、标准离差、变化系数及浓度克拉克值等地球化学参数进行了统计(表2)。

从各元素地球化学参数总体特征来看，区内Mo、Pb、 Au等元素含量相对较高，变化系数较大，具有成矿的良好地球化学特征。

3.2.2 元素含量分布型式

图3为区内各元素含量对数—频数直方图。从图上可以看出，区内Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素含量分布均为单峰形态，分配型式均近似服从对数正态分布，其中Mo、Au、Ag、Pb、Zn等元素含量的分布型式均向右边高含量区域倾斜，分布范围较广，离散程度较大，表明这些元素参与了次生富集成晕作用及过程。Cu元素含量的分布型式均向左边低含量区域倾斜，表明其离散度相对较小，该元素在次生富集成晕作用及过程贡献较小。

3.3 元素组合特征

3.3.1 元素相关性分析

对区内土壤样品Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等元素进行了相关性分析(表3)。可以看出，Mo、Ag、Pb、Zn间为呈较强的正相关，显示Mo与Ag、Pb、Zn可能来自同一成矿阶段；Au与Ag、Pb、Zn、Mo相关性不明显，显示Au的成矿与Ag、Pb、Zn、Mo不属于同一成矿阶段；Cu与其他元素极弱相关或不相关，说明Cu与上述各元素的成矿关系不强。

表2 马角寺钼矿区各元素地球化学参数统计一览表

注：样品数量n=10 396；Au、Ag元素含量单位为10-9，其余元素含量单位为10-6；测试单位为国土资源部西安矿产资源监督检测中心。

图3 马角寺钼矿区元素含量对数—频数直方图Fig．3 Logarithm-frequency histogram of element content in Majiaosi molybdenum deposit area

表3 马角寺钼矿区元素相关系数矩阵

3.3.2 R型聚类分析

图4为本区土壤样品各元素相关性聚类分析谱系图，从中可以清楚地看出元素之间的组合关系。在相关系数为0.5的水平下，Mo、Ag、Pb、Zn组成一类，而Au、Cu各自单独成为一类。由此进一步说明了Mo、Ag、Pb、Zn系同一成矿阶段的产物。

图4 马角寺钼矿区元素聚类分析谱系图Fig．4 The pedigree chart of element cluster analysis in Majiaosi molybdenum deposit area

3.4 元素含量分形特征

分形理论创立于上世纪七十年代中期，由法国数学家曼德尔布罗特(Mandelbrot)提出，其研究对象为自然界和社会活动中广泛存在的无序(无规则)而具有自相似性的系统。该理论自问世以来，已被广泛应用于地球科学的众多领域，并取得了众多研究成果。在矿床学领域，分形已被应用于确定区域化探异常、多期次矿化叠加[5-7]、矿床远景储量预测[8-10]和指导勘探网度布置[11]等诸多领域。

在这里我们采用含量-频数法对本区土壤元素含量数据进行分形分析，探讨分维值与地球化学异常的相关性，并尝试利用分维值计算元素背景值，从而确定异常下限。

分数维的定义：D=-lgN(c)/lgc，其中：c表示元素含量；N(c)表示元素含量大于c的样品数；D为分形的维数。将c和N(c)标绘在双对数图上，元素含量各点大致在一条线上分布，利用直线的斜率可求出D值[17]。若元素含量各点大致在一条线上分布，则反映了元素含量之间具有自相似性[3]。

我们对本区10 306件土壤样品中Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素含量数据进行分形分析，将c和N(c)标绘在双对数图上，绘制成元素含量分形曲线图(图5)。

从图5可以看出，Cu、Pb、Zn等三种元素含量分形曲线特征基本相似，均表现为明显的两段式分布，其低含量构成的分维值D1反映各元素的背景值分布，高含量构成的分维值D2反映各元素的土壤地球化学异常；Au、Ag、Mo等三种元素含量分形曲线呈明显的分段式分布，具多标度分形特征，低含量构成的分维值D1反映各元素的背景值分布，D2、D3、D4反映了本区Mo、Au、Ag元素叠加有不同程度和作用的地球化学异常分布。

分析元素含量分形曲线特征，我们可以得出：①Mo、Au、Ag元素，尤其是Mo元素，其含量呈具多标度分形特征，表明其经历两次或两次以上的次生富集成晕作用和过程，指示本区极有可能存在钼矿(化)体；②Pb、Zn元素的分维值D2相对较小，分布范围较广，容易经过次生作用而富集形成实质性的地球化学异常，这对于在本区寻找金、铅、锌矿提供了一定的有用线索；③Cu元素的分维值D2相对较大，表明该元素含量的空间差异性较小，分布比较均匀，不易经过次生作用而富集形成实质性的地球化学异常。

3.5 单元素背景值及异常下限的确定

3.5.1 用算术“迭代法”计算背景值及异常下限

对本区土壤样品Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo等六种元素分别采用算术计算法、对数计算法计算背景值及异常下限，用“迭代法”对高于背景值加上或低于背景值减去三倍标准差的值予以剔除(表4)。

3.5.2 利用分形特征曲线确定背景值及异常下限

在元素含量分形分析中，分维值D1可以反映没有受到矿化干扰的背景区的元素含量分布，分维值D2、D3、D4可以代表受到矿化影响的异常区元素含量异常特征。在元素含量分形特征图上，分维值D1、D2的交点代表了由背景区向异常区过渡的拐点，该交点对应的含量值可以认为是元素的背景值。

基于此，在本区元素含量分形特征图(图5)上，可以确定出元素的背景值c0(表5)。再根据公式：T=c0+ 2σ计算各元素的异常下限(表4)。

图5 元素含量分形特征图Fig．5 Element content fractal graph in Majiaosi molybdenum deposit area

元素AuMoAgPbZnCu初始数据计算结果样品数103061030610306103061030610306最大值175.0198.04355.01400.95911.0159.8最小值0.20.0919.05.822.63.7算术法平均值2.4741.33087.30954.006121.20124.446标准差4.0673.64087.51156.407124.2068.614变异系数1.6442.7371.0021.0441.0250.352对数法平均值0.2890.0211.8981.6492.0181.363标准差0.2580.2150.1650.2350.2080.150变异系数0.89210.0770.0870.1430.1030.110剔除野值后计算结果迭代次数554555样品数101431009110134100381005410201最大值9.243.29206.0168.3335.060.7最小值0.390.3229.010.830.08.8算术法背景值2.1911.09581.71347.690109.31024.346标准差1.3130.45828.98625.69949.5717.766变异系数0.5990.4180.3550.5390.4530.319异常下限T4.1892.012148.6699.089208.45139.879对数法背景值0.2780.0051.8881.6292.0021.364标准差0.2300.1710.1420.1990.1750.141变异系数0.82631.2310.0750.1220.0870.104异常下限T5.4582.223149.371106.225224.36344.348分形法背景值C0 1.8620.83279.43341.68783.17625.119标准差σ1.3130.45828.98625.69949.5717.766异常下限T4.4881.748137.40593.085182.31840.651综合确定异常下限T5215010020040

综合上述三种方法计算的结果，结合本区土壤测量实际情况，取整后最终确定出本区各单元素异常下限(表4)。

3.7 单元素土壤地球化学异常特征

依据确定出的异常下限，在本区共圈出单元素异常122个(表5、图6)，其中金异常18个、银异常25个、钼异常23个、铅异常18个、锌异常21个、铜异常17个。

3.7.1 Au元素土壤地球化学异常特征

金异常区Au元素含量为5.0×10-9～175.0×10-9，最高值为175.0×10-9，为背景值(2.191×10-9)的79.87倍，是异常下限(5×10-9)的35倍，显示区内有较好的金矿找矿前景。

表5 单元素异常特征一览表

注：注：Au、Ag元素含量单位为10-9，其余元素含量单位为10-6

图6 马角寺钼矿区单元素土壤地球化学异常Fig．6 Soil geochemical anomalies (1∶10,000) of single elements in Majiaosi molybdenum deposit area

金异常集中连片分布于矿区东南，异常多为不规则的条带状、椭圆状，长轴多呈近东西向展布，产于辋峪紧闭倒转向斜南翼的中、上统寒武系地层中。

3.7.2 Mo、Ag、Pb、Zn元素土壤地球化学异常 特征

(1)钼异常区Mo元素含量为2.0×10-6～198.0×10-6，最高值为198.0×10-6，是背景值(1.095×10-6)的180.82倍，是异常下限(2×10-6)的99倍。多数钼异常面积大、强度高、分带性良好、浓集中心较明显，指示区内极可能有钼的成矿作用。

(2)银异常区Ag元素含量为150.0×10-9～4 355.0×10-9，最高值为4 355.0×10-9，是背景值(81.713×10-9)的53.30倍，是异常下限(150×10-9)的29.03倍。

(3)铅异常区Pb元素含量100.0×10-6～1 400.9×10-6，最高值为1 400.9×10-6，是背景值(47.690×10-6)的29.38倍，是异常下限(100×10-6)的14倍。

(4)锌异常区Zn元素含量为200.0×10-6～5 911.0×10-6，最高值为5 911.0×10-6，是背景值(109.310×10-6)的54.08倍，是异常下限(200×10-6)的29.56倍。

Mo、Ag、Pb、Zn各元素异常在空间位置上接近，套合性较好，多集中分布于本区中部震旦系与寒武系地层接触带附近。

3.7.3 Cu元素土壤地球化学异常特征

铜异常区Cu元素含量为40.0×10-6～159.8×10-6，最高值为159.8×10-6，仅是背景值(24.346×10-6)的6.56倍，只有异常下限(40×10-6)的4.0倍。本区铜异常不发育，规模均较小，分布比较零散，多分布于寒武系地层中，其余地层分布较少。

3.8 土壤地球化学综合异常特征

区内共圈出六个综合异常，编号分别为Ht-1-甲、Ht-2-甲、Ht-3-甲、Ht-4-丙、Ht-5-丙、Ht-6-丙(图7)。

3.8.1 Ht-1-甲、Ht-2-甲、Ht-3-甲等综合异常特征

Ht-1-甲综合异常位于本区中西部，呈北东东向近似带状展布，长约2.1 km，宽0.4 km～1.3 km。由3个钼异常、4个银异常、3个铅异常、3个锌锌异常、1个金异常组成，元素含量最高值：钼含量为133.0×10-6,银含量为4 355.0×10-9、铅含量为459×10-6、锌含量为2 900×10-6。

图7 马角寺钼矿区综合异常及成矿预测图Fig．7 Integrated anomaly and metallogenic prediction of molybdenum ore zone in Majiaosi molybdenum deposit area

Ht-2-甲综合异常位于矿区中部，近似带状分布，长约3.5 km，宽0.4 km～1.3 km。由6个钼异常、6个银异常、2个铅异常、4个锌异常、1个金异常、2个铜异常组成，元素含量最高值：钼含量为198.0×10-6、银含量为2 112.0×10-9、铅含量为893.3×10-6、锌含量为5 911×10-6、铜含量为92.5×10-6。

Ht-3-甲综合异常位于本区中东部，呈东西向带状分布，长约2.4 km，宽约0.3 km～1.2 km。由1个钼异常、3个银异常、2个铅异常、2个锌异常、1个金异常组成，元素含量最高值：钼含量为51.7×10-6，银含量为41 921×10-9，铅含量为283.2×10-6，锌含量为1 208×10-6，金含量为133×10-9。

Ht-1-甲、Ht-2-甲、Ht-3-甲等3个综合异常，集中分布于本区中部全堂沟脑-屈家-张家-寺通沟口-上岸沟脑一带，异常强度较高，规模较大，其中钼元素异常远较其他元素异常的强度高、规模大。元素组合复杂，主要为Mo、Ag、Pb、Zn，其次为Au、Cu，其中Mo、Ag、Pb、Zn各单元素异常套合性好，异常叠加现象比较明显，显示具有寻找钼多金属矿产的地球化学条件。异常沿震旦系与寒武系地层接触带呈近东西向带状分布，局部呈北西向。

3.8.2 Ht-4-丙、Ht-5-丙、Ht-6-丙等综合异常特征

Ht-4-丙、Ht-5-丙、Ht-6-丙等3个异常集中分布于本区南东部扁担川—羊山底南部-辋峪沟口一带，异常面积较大，但强度不高。元素组合较为复杂，主要为Au、Mo，其次为、Pb、Zn、Ag、Cu，主要元素异常套合性较差。异常产于中、上寒武系地层中，与北西向断裂关系密切。

4 土壤地球化学综合异常查证

工作中对Ht-1-甲、Ht-2-甲等2个主要综合异常利用岩石地球化学剖面测量开展查证，共布设5条地化剖面。

4.1 岩石地球化学剖面测制

地化剖面比例尺为1∶2 000，布置在Ht-1-甲、Ht-2-甲两个重点异常，基本垂直异常长轴方向布设剖面。按不同的地质体分别采取岩石样，样品间距一般为20 m，含矿带及矿化体样品间距加密为1 m～2 m。连续打块取样，分析项目：Au、Ag、Cu、Mo、 Pb、Zn。依据岩石元素含量值编制地化综合剖面图。

4.2 异常查证结果

在Ht-1-甲异常区布设两条地化剖面，经查证发现震旦系与寒武系地层接触带附近及含碳质片岩中钼含量较高(图8)。利用槽探工程揭露，表明震旦系与寒武系地层之间为断层接触，断层带为含钼矿化构造带，编号Q1(图7)。通过槽探初步控制，并结合钻孔(ZK06)深部验证，在含钼矿化构造带中圈出K2、K3等两个钼矿体。

在Ht-2-甲异常区布设三条地化剖面，经查证发现含碳质片岩中钼含量较高(图9)。利用槽探工程揭露，发现震旦系与寒武系地层之间为断层接触，断层带为含钼矿化构造带，即Q1(图7)。经槽探初步控制，并结合钻孔(ZK03、ZK04、ZK07)深部验证，在该含钼矿化构造带中圈出K1、K4两个钼矿体。

图8 马角寺钼矿区南沟2号岩石地化剖面图Fig．8 Geochemistry profile of nangou No.2 rock in Majiaosi molybdenum deposit area

图9 马角寺钼矿区竹沟对面梁4号岩石地化剖面图Fig．9 Geochemistry profile of No.4 rock at beam of opposite side in Zhugou in Majiaosi molybdenum deposit

Ht-3-甲综合异常区地表覆盖较厚，未能进行查证，推断其应为Q1含钼矿化构造带引起的异常。分布于本区南东部的Ht-4-丙、Ht-5-丙、Ht-6-丙等3个综合异常未进行查证，性质不明。

5 找矿预测

依据所圈综合异常特征，结合本区成矿地质背景、矿化信息，在本区圈出二级找矿靶区及三级成矿靶区各1个(图7)。

5.1 木子沟二级钼找矿靶区

该找矿靶区位于本区中部木子沟及以东地区，呈规则的四边形，面积约1.2 km2。包含Ht-3-甲综合异常，Mo、Ag、Pb、Zn元素异常面积较大，空间位置上套合较好，元素相关性较强，Au、Cu元素异常亦有分布。

找矿靶区位于东西向辋峪紧闭倒转向斜的北翼，多数地段地层倒转，东西向逆冲断层及北东、北西向平移断裂极为发育，且多期活动。区内虽无大规模岩浆岩出露，但断裂带中常见多期次的石英脉等脉岩产出，表明靶区内曾有较为强烈的热液活动。震旦系和寒武系地层为一近东西向逆冲断层接触，在靶区推断Q1含钼矿化构造带赋存于该断层接触带中，是寻找Mo矿床的有利靶区。

5.2 扁担川—辋峪沟三级找矿靶区

该找矿靶区位于本区扁担川—辋峪沟一带，呈规则四边形，面积约6.5 km2。包含Ht-4-丙、Ht-5-丙、Ht-6-丙等3个综合异常，Au、Mo、Pb、Zn元素异常面积较大、强度高，其他单元素异常亦有分布，Au、Pb、Zn元素异常套合性较好。

靶区内主要出露寒武系灰岩、白云质灰岩、白云岩，次为奥陶—志留系陶湾群庙湾组千枚岩。靶区位于东西向辋峪紧闭倒转向斜的南翼，北西向断裂较为发育。断裂带内常见石英脉等脉岩，是寻找Au、Mo矿产的较有利靶区。

6 结论

(1)区内1∶50 000水系沉积物异常分布面积较大，组分复杂，主要元素组合为Au、Pb、Zn、Mo，其次为Cu，成矿元素为Au、Mo，元素间套合性好，区域成矿地质条件良好，表明该区具有找到钼、金多金属矿产的可能。

(2)1∶10 000土壤测量在区内圈出5个综合异常，已在其中两个综合异常中找到钼矿床，其余综合异常属重要的找矿靶区，可以安排进一步的查证工作。

(3)本次工作说明1∶10 000土壤测量在小秦岭地区是寻找钼、金多金属矿的可行方法，应大力推广使用。

致谢

作者在编写过程中得到陕西省地矿局第六地质队白和总工程师、夏元鹏高级工程师大力支持和帮助，在此表示感谢；在这里还要感谢项目组所有的工作人员。

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