地球电化学方法在秦岭柳梢沟金矿找矿预测中的应用

张有军，罗先熔，段焕春，韩彩云，苑鸿庆，宋艳伟，李智芳，高杨

(1.桂林理工大学a.地球科学学院;b.隐伏矿床预测研究所;c.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西桂林541004;2.华北地质勘查局，天津300170;3.武警黄金部队第九支队，海口571127)

地球电化学勘查法不同于常规的物化探法，它是把两者有效结合起来而组成的一种方法。国内外学者运用地球电化学开展了大量的找矿可行性实验研究[1－6]。其自20世纪80年代引入我国后，运用在不同覆盖区进行找矿研究[7－14]，如华东冲积平原、华南第四纪覆盖区、东北原始森林覆盖区、西北干旱的荒漠和戈壁区、内蒙草原覆盖区等，开展了金、银、铜镍、铅锌等金属矿的找矿，取得了良好的效果。

为了在秦岭造山带寻找盲矿和已知矿体外缘找矿，选取秦岭及秦祁昆地区3个矿区开展地电提取研究工作。结合矿区地质背景，通过对柳梢沟等不同矿区地电提取的主成矿元素分析，采用衬度异常法等多种地质统计学方法对主成矿元素进行处理，探究单元素异常和衬度累加异常的示矿效果和在靶区圈定中的作用，进而探讨地球电化学找矿方法的可行性和有效性。

1 地质背景

秦岭造山带是中国大陆华南、华北板块之间历经长期多次复杂演化形成的大陆造山带，大体经历了晚太古代—中元古代造山带结晶基底形成发育、晚元古代—中三叠世板块构造演化及全面碰撞造山、中新生代强烈的陆内构造作用的3个主要演化阶段[15－17]。伴随造山带复杂的形成演化活动而发生了成矿作用，其以成矿时间跨度大、矿床类型繁多、成矿规模大、分布范围广、储存条件复杂为特征[18]。其中，西秦岭地区是重要的金、银、铅、锌等多金属成矿带，柳梢沟金矿集区位于该多金属成矿带中。

柳梢沟金矿集区位于太阳寺断裂和黄家坪断裂之间(图1)，东、南、西侧分别有磨扇沟岩体、太白岩体和天子山岩体。区内基底为元古代秦岭群，出露的主要地层为下古生界丹凤群和泥盆系的大草滩群。其中，丹凤群的黑湾里岩组、木其滩组为该区的主要赋矿地层[19]，区内大量发育断裂构造和晚三叠纪的侵入岩，岩体主要以中酸性为主，且与成矿作用在时空上有密切联系。

图1 西秦岭柳梢沟矿集区地质简图[19]Fig.1 Sketch geogogy map of Liushaogou district，West Qinling Orogen

2 方法技术

2.1 原理与测试

地电化学方法是借助外加电场作用，将有效域内呈活动态的金属离子迁移到指定接收器，并分析接收器上吸附的电解物，可以发现与矿有关的金属元素异常[20－21]。地电提取技术规范[5]:①离子接收器，由导电能力强的碳棒和除去杂质泡塑组成;②电提取技术参数:供电电压9 V，提取极距1 m，提取液为15%硝酸，供电时间48 h。

2.2 数据处理

为了研究地电提取的主成矿元素数据能否更清晰地指示隐伏矿体的赋存位置，在甘肃柳梢沟银多金属矿集区开展了试验研究，并对本研究组在尕大阪和周庵矿区的地电提取数据(表1)一并利用异常衬度法等多种方法进行处理。异常衬度法具有强化弱异常、突出多元素套合异常的特征[22]。衬度异常法处理后的数据为无量纲的数值，而且平均值为1。笔者在对地球电化学数据进行衬度处理时，不仅考虑单元素的衬度异常，而且进一步探究了累加衬度异常的作用，更好地利用累加元素这一地化指标的优势。

2.2.1 单点衬度值单点衬度值(K，无量纲量)是指每个采样点的某一元素原始值与该元素的背景值之比。当K＞1时，为相对富集;当K＜1时，为相对贫化。因此，该值可以用来指示元素的相对富集和贫化的程度。

2.2.2 单点衬度累加值在不同类型的矿床中，同种元素的单点衬度值K变化范围非常大。但是统计结果表明，对于同一矿床中的主伴生元素，单点衬度值的变化不大，符合正态分布。因此，通过对同一矿区地电提取元素的单点衬度值求其背景值，同一研究区不同元素单点衬度值的背景值变化范围不大(图2)。因此，结合主成矿元素的伴生关系、地电提取元素的相关性分析、聚类分析及因子分析，合理地把主成矿及伴生元素的单点衬度值进行累加(如表1中带*元素)，探究衬度累加值的示矿效果和累加主成矿元素衬度异常在圈定靶区中作用。

单点衬度累加值(∑K)指同一研究区不同测试元素的单点衬度值(K)之和，即∑K=K1+K2+…Kn(K为不同元素的单点衬度值，n为自然数)。在圈定靶区时，可以再对单点衬度累加值(∑K)求其背景值及异常下限，探寻累加衬度异常法在已知矿体上和靶区圈定中的指示意义。

表1 不同研究区地电提取元素数据Table 1 Geo-electrochemical datum from different study areas

图2 不同矿区单点衬度值的背景值变化特征Fig.2 Background value of simple point contract values in different ore district

3 已知矿体上方的可行性试验

分别对3个矿区已知剖面上的地电提取单元素异常、衬度累加异常特征进行分析。

3.1 东秦岭周庵矿集区

周庵铜镍－铂族矿床位于南阳盆地西南缘，构造上属于秦岭造山带东段商丹断裂带以南的南秦岭造山带[22－27]。如图3所示，在12号勘探线剖面线上，B区段明显出现了较大规模和强度的Cu、Ni、Cr、Co和Ag单元素地电提取异常，呈锯齿状，且异常较为同步、吻合程度较高;在A和C异常区段，也出现强度不等的单元素异常，可能是由于矿体两侧边缘带引起的。然而，A、B、C、D这4个规模和强度不同的异常，其单元素异常不能清晰地反映出矿体所赋存的位置。而单点衬度累加值(∑K)在B异常区段明显出现了较大规模和较大强度的组合异常(图3c)，异常呈“山”型，异常强度及规模比两侧A和C异常区段明显，表明矿体上方的异常强度比矿化(带)的异常强度大，对于指示矿体位置具有一定的优势。

图3 周庵矿区12号测线地电数据处理前后异常对比剖面图(据文献[24]修改)Fig.3 Anomalies comparison of Line 12 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Zhou'an mine

3.2 青海尕大阪铜多金属矿集区

尕大阪矿区位于秦祁昆晚加里东造山系祁连造山亚带[30]，成矿区带属于北祁连成矿带走廊南山铜多金属成矿亚带[31]。如图4所示，单元素异常和累加衬度异常都集中在4～9号测点，出现了Cu、Pb、Zn和Au地电提取异常，异常呈单峰出现，强度较大，且异常吻合程度较高，示矿效果明显。在矿体的上方，单点衬度累加值(∑K)异常形态出现了明显的高强度单峰异常，异常位于主矿体的垂直投影上方，可以清晰指示矿体所在位置(图4c)。

3.3 西秦岭柳梢沟矿区

在西秦岭柳梢沟矿区1000号勘探线的已知矿体(图5)，单元素和衬度累加异常都集中在剖面7～16号测点(A区段)和24～30号测点(B区段)。在A区段，Au、Ag、Cu和Pb单元素电化学异常(图5b)强度和规模较大，呈单峰分布，且异常吻合程度较高;在B区段，Au、Ag、Cu、Pb和Zn单元素异常单峰分布，且异常吻合程度较高，但异常强度和规模明显比A区段的异常弱。单点衬度累加值在A区段和B区段也出现了异常，A区段的异常强度较高，呈偏“兔耳状”，有明显的示矿优势(图5c);在B区段也出现了弱的异常，异常形状也呈偏“兔耳状”，经工程验证，在深部见到细小的矿脉。因此，可以看出衬度累加异常的强度与矿体的规模成正相关。

图4 青海尕大阪7号测线地电数据处理前后异常对比剖面图(据文献[23]修改)Fig.4 Anomalies comparison of Line 7 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Gadaban

图5 柳梢沟1000测线地电数据处理前后异常对比剖面图Fig.5 Anomalies comparison of Line 1000 cross-section before and after geo-electrochemical data processing in Liushaogou ore district

4 柳梢沟金矿找矿标志和找矿预测

4.1 找矿标志

(1)地质标志:从柳梢沟金矿成矿条件和控矿因素可知，丹凤群的黑湾里岩组、木其滩组的黄铁矿化石英岩、绢云母石英片岩、糜棱岩、碎裂岩等是在该地区找矿的地层标志;区域大断裂附近的EW向、NE向次级断裂蚀变构造带、片理化带内，是主要的控矿构造，也是找金的重要标志。

(2)化探异常标志:土壤地球化学测量Au、Ag、Cu、Pb、Zn异常带为有利找矿地段。

(3)地球电化学标志:地电提取以Au、Ag、Cu、Pb、Zn异常为主，在已知矿体上方，具有较好的示矿效果。

已知矿体上方的地电提取试验结果表明，单元素和衬度累加异常地化指标示矿效果较好。因此，综合上述找矿标志和矿区地质特征，建立柳梢沟金矿地质－地电化学找矿模型如图6。

4.2 找矿预测

按照研究思路，从已知到未知，由点到线及面，根据已知剖面的研究，在柳梢沟矿区外围开展了地区电提取找矿预测。

4.2.1 平面异常特征地球电化学异常中，Au、Ag、Cu、Pb、Zn单元素异常规模较大，三级浓度分带明显，异常主要位于赋矿地层丹凤群的黑湾里组e层((Z－O)he)绢云石英片岩与d层((ZO)hd)绿泥绿帘片岩夹绢云石英片岩内，有断层F15穿过，各元素异常套合较好，异常轴线延伸方向与断裂走向一致(图6a～6e)。在F16断裂的分支交汇处，均有Au、Ag、Cu、Pb、Zn异常的分布。

利用衬度累加异常，结合地质背景圈定了5处内中外带发育完整的异常带(图6f):∑-1异常带内有两个浓集中心，位于断裂的交汇处;∑-2异常带位于(Z－O)he与泥盆系何家店组(Dh3)之间的韧性剪切带内;∑-3主要位于(Z－O)hd中，其南边为断层F15穿过;∑-4和∑-5分别位于(ZO)he和(Z－O)hd中。

4.2.2 找矿预测根据地电提取单元素和衬度累加异常特征，结合研究区的地质条件，按照找矿潜力的大小，在该区划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类找矿靶区(图7)。其中:Ⅰ类靶区1个;Ⅱ类靶区2个(Ⅱ－1、Ⅱ－2);Ⅲ类靶区1个。

Ⅰ类靶区位于研究区的西南侧，跨越PⅠ、PⅡ、PⅢ3条测线，面积约0.048 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn单元素和衬度累加值均出现较为明显的异常，二者吻合程度较高，异常所处地质部位成矿条件优越，推测在Ⅰ类靶区深部是寻找隐伏矿的最佳有利部位，建议加大在Ⅰ类靶区找矿的地质研究工作，达到寻找隐伏矿目的。

Ⅱ－1类找矿靶区的北部，横跨PⅢ、PⅣ、PⅤ3条测线，面积约0.027 km2。Au、Ag、Cu、Pb、Zn单元素和衬度累加值均出现较为明显的异常，二者吻合程度中等，异常所处地质部位成矿条件优越，推测在Ⅱ类靶区深部是寻找隐伏矿的有利部位，建议加大在Ⅱ类靶区找矿的地质研究工作。

Ⅱ－2类找矿靶区的北部，横跨PⅤ、PⅥ2条测线，面积约0.018 km2。Au、Ag、Cu、Pb单元素和衬度累加值均出现较为明显的异常，吻合程度中等，位于(Z－O)he绢云石英片岩与何家店组第三段(Dh3)绢云母板岩、变长石石英砂岩分界的断层(F16)破碎带内，轴线延伸与断层破碎带走向一致。

Ⅲ类找矿靶区位于研究区中部，断层F15与F16之间。Au、Cu、Zn单元素和衬度累加值均出现明显的异常，二者吻合程度一般，异常位于黑湾里组e层绢云石英片岩中。

总之，该区处于西秦岭重要的金、银、铅、锌等多金属成矿带上，褶皱、断裂较为发育，断裂有区域性东峪－太阳寺断裂等，褶皱主要发育于店子上－太阳寺推覆体内，总体为一复式向斜。矿区的西北、南部、北东侧分别与天子山、太白牙、磨扇坝等具多期侵入活动的中酸性、酸性的侵入体相邻，赋矿地层为丹凤群木其滩岩组和黑湾里岩组，长期持续的变质作用和构造运动，可以说本区有良好的成矿“源－运－储”地质条件。

5 结束语

研究地球化学异常是化探找矿的最基本、最重要的任务之一，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际找矿意义。前人研究表明，在找矿工作中综合利用组合元素异常，使勘查地球化学找矿信息更加可靠。然而，同一研究区不同测试元素的单位量纲不同，不利于进行不同数量级的指示元素组合研究。因此，笔者在常规的数据处理方法的基础上，首先进行衬度处理，然后结合矿石中成矿元素的伴生关系、地电提取元素的相关性分析、聚类分析及因子分析，把不同元素的衬度值进行累加，再对累加衬度值求取背景值及异常下限，更加深入地探究累加衬度异常在找矿中的效果。

图6 西秦岭柳梢沟矿区地球电化学提取异常平面图Fig.6 Anomalies of geo-electrochemical elements in Liushaogou district，west Qinling

图7 西秦岭柳梢沟矿区地球电化学找矿预测靶区Fig.7 Geo-electrochemical prospecting predicting target in Liushaogou district，west Qinling

(1)在秦岭地区开展地球电化学提取试验，单元素异常和累加衬度异常综合分析表明，地球电化学找矿方法在该地区寻找隐伏金银铜等金属矿床是可行、有效的。

(2)通过示范研究，总结出地球电化学的找矿指标，建立了柳梢沟地质－地球电化学找矿模型，在该地区寻找类似的隐伏矿床是适用的。

(3)在柳梢沟矿区，综合利用单元素异常、单点衬度异常和累加衬度异常，圈定了4个规模不等异常靶区。靶区的轴线延伸方向与该区的断裂走向一致，与秦岭造山带的主构造线方向一致，推测其具有较大的找矿远景。

[1]Shmakin B M.The method of partial extraction of metalsin in a constant current elextrical for geochemical exploration[J].Journal of Geochemical Exploration，1985，23:27－33.

[2]Hamilton S M.Electrochemical mass-transport in overburden:A new model to account for the formation of selective leach geochemical anomalies in glacial terrain[J].Journal of Geochemical Exploration，1998，63:155－172.

[3]Leinz R W，Donald B H，David L F，et al.Electrogeochemical sampling with NEOCHIM—Results of tests over buried gold deposits[J].Journal of Geochemical Exploration，1998，61(1):57－86.

[4]Smee B W.A new theory to explain the formation of soil geochemical responses over deeply covered gold mineralization in arid environments[J].Journal of Geochemical Exploration，1998，61:149－172.

[5]罗先熔，康明，欧阳菲，等.地电化学成晕机制、方法技术及找矿研究[M].北京:地质出版社，2007.

[6]罗先熔.地球电化学勘查及深部找矿[M].北京:冶金工业出版社，1996.

[7]王光洪，罗先熔，单江涛，等.第四纪沉积物覆盖区地电化学法寻找隐伏金矿——以安徽凤阳为例[J].桂林理工大学学报，2010，33(1):52－55.

[8]吕明芬，罗先熔，王葆华，等.地电提取原始数据的综合处理方法——以金川硫化铜镍矿Ⅱ矿区为例[J].桂林理工大学学报，2010，30(2):217－222.

[9]曹中煌，罗先熔，王培培.地电化学提取方法在金川南延寻找隐伏铜镍钴矿床的应用[J].桂林理工大学学报，2010，30(1):47－51.

[10]康明，罗先熔.地电化学方法的改进及应用效果[J].地质与勘探，2003，39(5):63－66.

[11]单江涛，罗先熔，王光洪，等.高原寒冷区地球电化学方法寻找隐伏金矿对比试验[J].桂林理工大学学报，2012，32(4):490－494.

[12]闫伟，罗先熔，文美兰，等.森林沼泽覆盖区地电化学方法寻找隐伏铜多金属矿——以黑龙江铜山铜矿为例[J].桂林理工大学学报，2014，34(3):439－445.

[13]Yan Wei，Zhang Youjun，Luo Xianrong，et al.China's progress in prospecting for concealed deposits by applying geoelectrochemical method[J].Acta Geological Sinica，2014，88(S2):1309－1310.

[14]Zhang Youjun，Luo Xianrong，Zhang Qingwei，et al.Study of the prospecting for concealed gold deposits by applying geo-electrochemical method in the West Qingling Orogen，China[J].Acta Geological Sinica，2014，88(S2):1329－1330.

[15]张国伟，孟庆任，于在平，等.秦岭造山带的造山过程及其动力学特征[J].中国科学:D辑，1996，26(3):193－200.

[16]张国伟，张本仁，袁学成，等.秦岭造山带与大陆动力学[M].北京:科学出版社，2001.

[17]张国伟，孟庆仁，赖绍聪.秦岭造山带的结构构造[J].中国科学:B辑，1995，25(9):994－1003.

[18]朱赖民，张国伟，李犇，等.秦岭造山带重大地质事件、矿床类型和成矿大陆动力学背景[J].矿物岩石地球化学通报，2008，27(4):384－390.

[19]胡晓隆，赵利利.对北秦岭太阳寺矿集区金矿成矿特征的初步认识[J].甘肃地质，2008，17(1):41－46.

[20]罗先熔，文美兰，罗楠，等.地球电化学在中国和澳大利亚寻找隐伏矿床的研究[J].桂林理工大学学报，2013，33(S2):12－22.

[21]罗先熔，文美兰，欧阳菲.地球电化学法成晕机制及找矿研究[J].桂林理工大学学报，2013，33(S2):1－4.

[22]赵荣军.不同方法在栾川北部化探数据处理中的应用[J].地质与勘探，2006，42(3):67－71.

[23]黄学强，罗先熔，李彦伟，等.高原寒冷区地电化学方法寻找隐伏铜多金属矿研究——以青海尕大阪矿区为例[J].地质与勘探，2012，48(2):344－351.

[24]黄学强，罗先熔，刘巍，等.凹陷盆地铜镍多金属矿床地电化学异常特征及找矿预测[J].物探与化探，2013，37(2):199－205.

[25]王建明，陈衍景，李胜利，等.河南周庵铂族－铜镍矿床的地质特征及成因分析[J].矿物岩石，2006，6(3):31－37.

[26]糜梅，陈衍景，孙亚莉，等.河南周庵铂族－铜镍矿床的稀土和铂族元素地球化学特征:热液成矿的证据[J].岩石学报，2009，25(11):2769－2775.

[27]闫海卿，汤中立，钱壮志，等.河南周庵铜镍矿锆石U－Pb年龄及地质意义[J].兰州大学学报:自然科学版，2011，47(6):23－32.

[28]王梦玺，王焰.扬子地块北缘周庵超镁铁质岩体矿物学特征及其对铜镍矿化的启示[J].矿床地质，2012，31(2):179－194.

[29]王梦玺，王焰，赵军红.扬子板块北缘周庵超镁铁质岩体锆石U/Pb年龄和Hf－O同位素特征:对源区性质和Rodinia超大陆裂解时限的约束[J].科学通报，2012，57(34):3283－3294.

[30]李春昱.中国板块构造的轮廓[J].中国地质科学院学报，1980，2:11－20.

[31]彭素霞，陈隽璐，程建新，等.北祁连清水沟—白柳沟Fe－S和Pb－Zn－Cu型块状硫化物矿床形成环境探讨[J].地质学报，2013，87(7):1003－1012.