申家窑金矿床地气测量异常特征

王晓佳，鲁 美，王振凯，叶 荣

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)



申家窑金矿床地气测量异常特征

王晓佳，鲁 美，王振凯，叶 荣

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

河南申家窑金矿床属典型的蚀变破碎带型金矿，矿区大部分被第四系沉积物所覆盖。文章通过偏光显微镜与扫描电子显微镜观察、电子探针微区分析、矿石成分化学分析等方法，认为申家窑金矿床的主要金矿物为自然金和银金矿，主要载体矿物为石英、黄铁矿和方铅矿。作者在总结矿床矿物学特征的基础上，实验研究了地气测量在该隐伏矿床上方黄土覆盖层的勘查效果。地气测量使用泡塑为捕集介质，利用surfer软件绘制元素空间分布图。元素空间分布图表明Au具有明显的地球化学异常，同时Cu、Pb、Zn等成矿伴生元素也存在异常。综合矿床矿物学的研究结果和元素空间分布特征，认为地气测量异常为矿致异常，地气异常结果能够指示深部隐伏矿体的产状。地气测量方法作为深穿透地球化学找矿方法之一，在研究区能够反映深部矿化，可以应用于黄土覆盖区寻找隐伏矿床。

申家窑 金矿床 地气测量 隐伏矿 河南

0 引言

随着寻找露头矿难度逐步加大以及矿产需求量日渐上升，运用深穿透地球化学方法在覆盖区寻找隐伏矿、半隐伏矿显得越来越重要。多年来，地气法作为颇具广泛应用前景的深穿透地球化学方法之一，我国在其理论探索(童纯菡等，1999；王学求等，2011；叶荣等，2013)、方法有效性(王学求等，1995；童纯菡等，1998；汪眀启等，2006)、实验不同矿种(伍宗华等，1996；叶荣等，2013)、不同覆盖条件(叶荣等，2003；高延光等，2005；高玉岩等，2011)等方面已做了许多的研究工作。地气法实质上是对赋存于土壤气体中的微量亚微米级至纳米级金属微粒的测量。这些微粒包含着与成矿有关的元素信息，并能够反映深部矿化(童纯菡等，1998)。申家窑矿区大部分被第四系沉积物所覆盖，矿区及其周边地区地表所遭受的污染程度较低，可以作为开展深穿透地球化学方法技术研究的理想选区。

前人主要对申家窑金矿床的矿床地质特征(陈衍景，1992a；刘祥龙，2011)、控矿构造(刘祥龙，2011)、流体地球化学特征(陈衍景等，1992b；常成，2010)、矿床成因(陈衍景等，1992b；陈衍景等，1992c)进行了深入的研究与探讨，对于矿石矿物特征仅有简要描述(陈衍景等，1992b；陈衍景等，1992c；高阳等，2012)，尚未做过关于深穿透地球化学方面的研究。本文首次在矿区上方开展了地气法实验研究，并在前人研究的基础上进一步总结了申家窑金矿床的矿物学特征，结合元素组合特征探讨了地气测量结果元素异常的来源及地气测量在隐伏矿上的应用效果，为今后将深穿透地球化学方法应用于同类型未知矿床的勘探方面提供一些参考。

1 矿床地质特征

申家窑金矿床位于河南省三门峡市南侧的陕县，发现于20世纪80年代，属蚀变破碎带型金矿。申家窑金矿床产于崤山穹窿区核心基底的西北角，矿床赋存于崤山群或崤山群与天爷庙杂岩的接触带。赋矿构造是北北西向断层或其与层间断层的复合处(陈衍景等，1992b；陈衍景等，1992c)。本区大部分被第四系风成黄土所覆盖，黄土厚度22.9～72.9m。出露基岩主要为元古宙熊耳群安山岩、安山玢岩、太古宙太华岩群片麻状斑状花岗岩类等和太古宙兰树沟组片岩(高阳等，2012)(图1)。

图1 申家窑矿区地质图(据陈衍景等，1992b)

1.1 矿体特征

申家窑金矿床为叠加在早期北西-北北西向韧性剪切带之上的脆性断裂硅化蚀变岩型金矿带。矿床主要包括01、09、03、04号含金破碎带，以01最为重要(图2)。01带总长约5430m，厚度1.00～19.00m,平均厚度11.32m，产状265°∠31°左右(徐书奎等，2015)。01带的赋矿断层明显经历了早期断层的挤压走滑逆冲和晚期的滑塌两个地质过程(陈衍景等，1992b；陈衍景等，1992c；高阳等，2012)。

图2 申家窑01带0号勘探线剖面示意图(据陈衍景等，1992c)

申家窑矿脉主要受北西向断裂构造控制。矿脉受构造控制强烈，矿带无连续的石英脉发育，局部地段含有块状铅锌矿，脉带中局部石英脉卷入糜棱岩化，矿化带蚀变带岩石破碎变形强烈，矿体与围岩界限基本清楚。矿脉形态多呈脉状、囊状及透镜状，沿走向有分支复合现象(刘祥龙，2011)。

1.2 矿石特征

1.2.1 矿石矿物组成

矿石构造主要有块状构造(图3a)、网脉状构造(图3b)、条带状构造(图3c)等。矿石结构常见自形、半自形粒状结构、碎裂结构(图4a)、残余结构(图4b)、网状结构以及乳滴结构(图4c)、交代结构(图4e)、揉皱结构(图4i)等。自形、半自形粒状结构在石英、黄铁矿及毒砂中较发育；碎裂结构在早期的黄铁矿、毒砂中较为发育；乳滴结构主要是在闪锌矿中发育，是由黄铜矿固溶体分解形成的。

矿石组合类型按矿石矿物组合可分为多金属黄铁矿型、多金属毒砂型和多金属硫化物型；按矿石组构可分为蚀变岩型和角砾岩型。

1.2.2 矿石化学成分

申家窑金矿床矿石元素分析的结果(表1)表明，矿石中Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn占主要地位，是主要的成矿元素；部分矿石中Bi、Co、Ni、Sb含量较高，多以类质同象的形式存在于金属矿物之中。Bi多分布于方铅矿中，Co、Ni会替代Fe进入黄铁矿中，Sb会替代As进入毒砂中。

图3 申家窑金矿矿石构造特征

表1 申家窑金矿床矿石中元素含量Table 1 Element content in the ores of the Shenjiayao gold deposit

2 矿床矿物学特征

经过磨制光薄片镜下观察、扫描电镜及电子探针等方法综合研究发现，矿石中主要金属矿物是黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、黄铜矿、自然金、银金矿等；非金属矿物是石英、方解石等。金矿物为自然金和银金矿，主要载体矿物为石英、黄铁矿和方铅矿。

2.1 主要金属矿物特征

(1)黄铁矿

镜下黄铁矿明显分两期，早期黄铁矿由于温度较高、物源充足，大多呈粗粒，黄白色反射色，表面有麻点，并在后期构造应力的作用下常被压碎呈角砾状，碎裂结构明显(图4a)，晚期黄铁矿颗粒较小，多呈立方体形态(图4f)。在镜下可以观察到早期压碎的黄铁矿和毒砂与在这两种矿物空隙中呈细脉状的黄铜矿共生(图4a)，晚期黄铁矿包含在黄铜矿中(图4f)，或被方铅矿交代呈骇晶结构(图4b)。根据电子探针定量分析结果(表2)得出黄铁矿的化学式分别为Fe0.94S2、Fe1.02S2、FeS2。可以看出个别黄铁矿中Fe和S有亏损。Fe的亏损是由于Co、Ni类质同象替代Fe造成的；S的亏损是由于As类质同象替代了S。黄铁矿中As含量高往往是富金的主要特征，As在黄铁矿中替代 S 的位置，会导致晶胞参数改变，化学键联结能力减弱，晶格易发生错位而形成晶格缺陷，从而有利于金的赋存(郭福祺，1988)。

黄铁矿中的Co/Ni的平均值为1.87(表2)，在岩浆热液中，Co比Ni具有更强的亲硫性，因此，岩浆热液成因黄铁矿的Co/Ni值大于1，其范围为1～5(王奎仁，1989；孔德鑫等，2013)，而且Co/Ni值越大，矿床的形成温度越高(周文雅，2001)，据此推断，申家窑金矿床中的黄铁矿属于热液成因。

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黄铁矿中Mo含量高于Co、Ni含量，同时闪锌矿、黄铜矿、毒砂中Mo含量较高(表2)，这是受矿区中广泛发育的钼矿化的影响(张元厚等，2010；佟依坤等，2014；马云涛等，2015)。

(2)方铅矿

多为不规则粒状或他形集合体，银白色，表面具有明显的黑三角形孔。常沿边部交代黄铜矿(图4e)、闪锌矿(图4c)，可交代黄铁矿呈骇晶结构(图4b)。方铅矿中常有黄铜矿或闪锌矿的他形集合体。方铅矿裂隙中可见自然金(图4i)。根据电子探针定量分析结果(表2)计算得出方铅矿的化学式分别为PbS、Pb1.02S、Pb1.01S，较接近其标准化学式。从表2可以看出，方铅矿中包含少量的分散元素Ga、Ge，原因是Ga、Ge具有较强的亲硫性，且两者共生关系密切(胡瑞忠等，2000；章明等，2003)。

(3)闪锌矿

呈深灰色反射色，均质体，多呈他形粒状集合体，可沿着裂隙充填在黄铁矿和毒砂中(图4a)，也可沿边部交代毒砂(图4d)，也可被方铅矿交代(图4c)。闪锌矿中还可见出溶的黄铜矿以乳滴状存在(图4c),还可见闪锌矿与金伴生(图4g)。与闪锌矿共生的矿物主要为毒砂、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿等。毒砂作为高温矿物，闪锌矿可与其共生，说明闪锌矿形成时的温度较高。根据表2计算出的闪锌矿的化学式分别为(Zn0.97，Fe0.03)S、(Zn0.94，Fe0.05)S、(Zn0.93，Fe0.09)S。从化学式可以看出Zn的含量低于其理论值，应是Fe、Ga等元素替代Zn造成的。从表2中可以看出，随着w(Zn)的增加，w(Fe)呈降低趋势，表明Fe替代Zn进入了闪锌矿的晶格。

(4)毒砂

毒砂在显微镜下为亮白色，早期毒砂为延长状，常被压碎呈角砾状，晚期毒砂则呈没有压碎的菱形晶体(图4a)。与毒砂共生的矿物主要是黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿等。早期毒砂裂隙中会有黄铜矿充填(图4a)，可含黄铜矿他形晶粒呈包含结构(图4d)，也可见毒砂被闪锌矿交代(图4d)。毒砂的理论化学式为FeAsS。根据表2可以计算其成分为FeAs0.596S1.425，明显地偏离理论毒砂的成分(FeAs1.12S1-x≤ 0.131)，表现出明显的富S、贫As的特点，具有低温热液毒砂的矿物特征(鲍振襄等，2005；艾国栋等，2010)。

(5)黄铜矿

2.2 金的赋存状态

金矿物有自然金和银金矿，以银金矿为主。金矿物主要赋存在石英、晚期黄铁矿及方铅矿中。在显微镜下可观察到石英中的自然金(图4g)，方铅矿裂隙中的自然金(图4i)，黄铁矿和菱铁矿裂隙中的银金矿(图4h)，此处黄铁矿为晚期黄铁矿。自然金为金黄色，表面较为干净，呈不规则粒状、粒度在20～200μm之间。银金矿粒度较小，在20～30μm左右。

3 地气样品采集处理与分析方法

3.1 样品采集前处理

本文首次在申家窑金矿床上方黄土覆盖层进行地气测量实验，捕集介质为泡塑。为了降低泡塑中元素本底含量以及降低实验装置对样品的污染，对泡塑、泡塑装载器、自封袋、塑料镊子等进行前处理。处理流程为：去离子水机处理高纯水得到去离子水，用制得的去离子水初步清洗泡塑等实验装置，然后用浓度为10%的王水将泡塑等装置浸泡24小时，24小时后用10%的王水将装置清洗一遍，接着用去离子水反复清洗，清洗过后用吹风机吹干，最后将泡塑浸泡在5%的王水中，其他装置装袋备用。根据王学求的研究(王学求等，1995)，经过特殊方法处理过的泡塑中金的含量显著降低。

3.2 样品采集步骤

本次实验在山前盆地黄土覆盖区布置了四条测线，每条测线相距100m，每条测线设计采样点41个，点距40m，地气测量覆盖了0.64km2黄土，图5列出实际采样点位置。

先用校准过的GPS定点导航，开展取样工作。一个取样点打一个60～80cm深的孔，孔打好后，旋入螺旋取样器。然后按顺序连接好采样装置，抽气过程要匀速缓慢进行，每个采样点抽取3L气体。抽气结束后，及时密封泡塑装载器两端，以免大气颗粒进入，从而影响测试结果。回到室内后，将泡塑装载器中的泡塑样品转移至事先处理好的自封袋内密封保存。

图4 申家窑金矿矿物结构及共生关系

3.3 分析方法

样品测试分析在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所应用地球化学实验室进行。测试分析了Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn 12项元素。首先将泡塑灰化，然后在王水中溶解，最后进行测试(As使用氢化物原子荧光光谱法测定，Hg使用冷蒸气原子荧光光谱法测定，其余元素使用高分辨率等离子体质谱法测定)。实验中通过测试重复样控制数据质量(表3)，一般认为样品相对误差低于40%，数据即可靠。

表2 申家窑金矿床矿物电子探针分析结果(wB/%)Table 2 EPMA results of minerals in the Shenjiayao gold deposit(wB/%)

测试单位：中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室；测试时间：2014年。

图5 申家窑金矿区地气采样点位图

4 地气中元素空间分布

表4为地气中元素地球化学统计参数，最大值与最小值之间普遍相差5倍以上，其中As、Cu、Hg分别相差3个数量级，可以将异常与背景清晰地分辨出来。

图6为地气中元素的空间分布图，图件依据中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所2012年起草的《地球化学勘查图图式、图例及用色标准》，采用不同的累积频率来划分色阶，含量级别依次为0.8%、5%、12%、25%、40%、60%、75%、88%、95%、99.2%、100%，最小值根据处理图件时的插值情况略有调整。图6中红色线条为已勘探隐伏矿。

Au空间分布图表明测区南部围绕Au的浓集中心具有显著的异常，且异常为北西方向。测区中部也有Au的异常，异常方向大致为北西。测区北部可见明显的北西方向的异常，笔者于2014年6月野外采样过程中在测区北部发现正在开采的金矿床。金元素空间分布图中部北西向异常与笔者于2015年12月补充采样过程中发现测线中部正在开采的金矿床相对应。因此地气样品的金元素空间分布异常能够反映深部矿化。

Ag空间分布上南部具有两个浓集中心，围绕浓集中心产生北西向异常区别于背景，中部和北部具有多处单点异常。

Cu、Pb、Zn空间分布图比较接近，从南到北可分成四组异常，四组异常互相平行，呈北西方向。

表3 地气重复样品测试结果Table 3 Results of duplicate samples using the Geogas collector

表4 地气中元素地球化学参数统计表Table 4 Statistics of element geochemical parameters in geogas

图6 地气中元素空间分布图

W和Mo属于高温元素，空间分布比较相似，从南到北大致呈现北西方向四组异常。

As、Sb和Bi在硫化物中都可以形成阴离子或者络阴离子，且同属于第5主族元素。三者在地气中空间分布形式相近，尤其是在测区南部和北部，都围绕着浓集中心产生北西向异常，异常在空间的位置基本相同。

Hg是唯一可以呈气态的金属元素，性质活跃，能够沿断裂构造裂隙上升至地表，因此Hg的分布能够反映测区断裂构造情况。空间分布图上Hg具有多处异常，证明测区断裂比较发育。

5 讨论

申家窑金矿是蚀变破碎带型金矿。赋矿构造是北北西向断层或者它与层间断层的复合处(陈衍景等，1992b；陈衍景等，1992c)。从图1中可以看出，靠近申家窑第四系覆盖层时金矿化带走向转为北西向。本文测区即位于申家窑第四系黄土覆盖区，Au空间分布图中异常的方向与金矿化带走向平行，而且Au的异常分布位置与已勘探金矿体以及笔者实际采样中发现的正在开采的金矿床十分对应，证明本区地气测量能够反映深部矿化。地气中元素空间分布异常带的走向与矿体走向以及区域构造线走向基本一致，但是从图6中不难看出，地气中元素异常带并不是全部位于矿体正上方。造成这种现象的原因一方面是因为区域断裂十分发育，影响地气元素的迁移；另一方面可能与矿体的产状有关，尤其是矿体的倾向。地质勘查资料(陈衍景等，1992c)表明，申家窑矿床主矿体产状265°∠31°左右。由于地气迁移主要为垂向迁移，因此元素空间分布的异常在矿体的正上方和西南方主要受矿体产状控制。

手标本以及显微镜下观察，Au以自然金和银金矿形式赋存于黄铁矿、方铅矿和石英中。Cu、 Pb作为Au的伴生元素，元素空间分布与Au相似。成矿期黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿共生，镜下黄铜矿从闪锌矿中出溶，二者为共生关系。Cu、Pb、Zn空间分布极其相似，证明地气中这三种元素具有相关性。矿体中黄铁矿、方铅矿与闪锌矿共生与地气中Cu、Pb、Zn具有相关性相对应，证明地气中元素异常来自于深部隐伏矿体，地气测量能够反映隐伏矿体，地气测量方法在申家窑金矿行之有效。

前人的研究结果表明地气中纳米微粒是导致地气测量地球化学异常的原因，即地气测量就是探测气体中赋存的纳米微粒(童纯菡等，1998)。Cu、Pb、Zn地球化学性质相近，在硫化物矿床中一般各自形成独立矿物，且在矿石中紧密共生，这是三者的宏观表现。本次地气测量实验中，纳米微粒Cu、Pb、Zn空间分布显著相关，这是三者微观表现。从宏观矿体到微观地气中纳米微粒，Cu、Pb、Zn的性质具有继承性。这一发现有利于进一步研究成矿和纳米微粒的形成与迁移的关系。

6 结论

(1)矿石中主要金属矿物是黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、黄铜矿、自然金、银金矿等；非金属矿物是石英、方解石等。金矿物为自然金和银金矿，主要载体矿物为石英、黄铁矿和方铅矿。载金黄铁矿为晚期黄铁矿。

(2)首次在申家窑金矿区进行的地气测量研究能够反映深部隐伏矿床。从矿体到地气，从宏观到微观，元素具有继承性，地气异常为矿致异常。因此，地气法可以作为黄土覆盖区矿产勘查的有效勘查手段，今后不仅可以将地气法用于其他勘探方法探测结果的验证，亦可直接用地气法来探测未知区域的隐伏矿。

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Characteristics of Geogas Anomalies Measured in the Shenjiayao Gold Deposit of Shan County,Henan Province

WANG Xiao-jia,LU Mei,WANG Zhen-kai,YE Rong

(SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083)

The Shenjiayao gold deposit in Shan County of Henan Province is a typical altered crushed belt type.Most of the ore district is covered by Quaternary sediments.Observations under polarization microscope and scan electron microscope,electron probe and elemental analysis of ores suggest that the primary gold-bearing minerals of this deposit are natural gold and electrum,and the main carrier minerals are quartz,pyrite and galena.Based on the summarized features of mineralogy,the results of the geogas measurement were evaluated in the regolith cover above the concealed ore bodies of the deposit.The foam was used as the trapping agent in the geogas measurement and surfer software was employed to draw the spatial distribution of elements.The spatial distribution map of the elements indicates that Au geochemical anomalies are quite clear over the ore deposit and are associated with some other anomalies such as Cu,Pb,and Zn.Supported by the comprehensive research of mineralogy and the spatial distribution characteristics of elements,it is considered that the source of anomalous elements of geogas is the deep-concealed ore body and these anomalies can effectively indicate the occurrence of the ore body.As one of the geochemical prospecting methods with deep penetration,geogas measurement can reveal the deep-seated mineralization in the research area and can be applied to exploration of concealed deposits in loess overburden areas.

Shenjiayao gold deposit,geogas measurement,concealed deposit,Henan Province

2016-02-04；[修改日期]2016-06-21；[责任编辑]郝情情。

国家自然科学基金项目(批准号：41273063；41573037)和中国地质调查局地质矿产调查评价专项(批准号：12120113100900)资助。

王晓佳(1991年—)，女，2014年毕业于石家庄经济学院，获学士学位，在读硕士研究生，地球化学专业。E-mail：wxj911108@163.com。

叶 荣(1956年—)，女，1997年毕业于中国地质大学(北京)，获博士学位，教授，现主要从事勘查地球化学教学与研究。E-mail：yerong@cugb.edu.cn。

P632

A

0495-5331(2016)04-0667-11

Wang Xiao-jia,Lu Mei,Wang Zhen-kai,Ye Rong.Characteristics of geogas anomalies measured in the Shengjiayao gold deposit of Shan County,Henan Province[J].Geology and Exploration,2016,52(4):0667-0677.