越城岭界牌铜钨矿区土壤地球化学特征及找矿意义

雷源保，肖 荣，伍贵华，郭爱民，卜建财，陈 冲

(1. 湖南省地质调查院，湖南 长沙 410116；2. 湖南省有色地质矿业研究信息中心，湖南 长沙 410035)

0 引言

界牌铜钨矿床位于南岭成矿带越城岭矿集区越城岭花岗岩体东部与古生代变质岩接触部位，区内岩浆岩十分发育，形成以加里东期和印支期为主的复式岩体，成矿地质条件优越。近年来，苗儿山—越城岭地区成岩成矿研究已成为热点：精确测年数据表明，该区岩体主要形成于加里东期和印支期，后期亦侵入燕山期花岗岩[1-4]；前人对该区成岩成矿大量研究显示，区内发生加里东期、印支期和燕山期成矿作用[1，4，5-13]；多个单位研究人员对界牌矿区的成矿地质特征、控矿因素、成矿作用、成矿时代及工艺矿物学等方面开展了大量的研究[4，12，14-16]。前人对该区地质背景和成矿作用等方面的研究虽然对指导本区地质勘查工作具有一定的意义，但多偏于宏观和理论，对圈定具体找矿靶区作用有限。本次研究以1∶1万土壤地球化学扫面为主，结合前人研究及野外地质工作，运用因子分析和R型聚类分析，探讨该区元素异常组合特征，并圈定了有利的找矿靶区，为找矿工作奠定良好的基础。

1 区域地质背景

界牌铜钨矿床位于湘桂两省交界的东岭林场，地处华南雪峰山弧形构造带南段东缘加里东褶皱带与南岭EW向构造带北缘交汇部位，界岭背斜北西翼。越城岭花岗岩体呈长卵形侵入于元古代和古生代地层中，岩浆多次侵入形成加里东—印支—燕山期(小规模)多期多阶段复式岩体[1-4](图1)，主岩体面积约1400 km2，岩性主要为中—粗粒斑状黑云母二长花岗岩和细粒黑云母花岗岩。岩体东部地区成矿条件良好，铜、钨(锡)矿化普遍，越城岭花岗岩岩体东侧钨、锡、铜、钼、铅、锌等矿化，矿化点密集分布，共有30余处矿(化)点及矿床。矿床类型有石英脉型黑(白)钨矿、热液脉型多金属矿、矽卡岩铜钨(锡)矿、云英岩型钨、锡(铜)矿等，矿化面积80～100 km2 [6-7]。

图1 越城岭—苗儿山地区区域地质图(据程顺波等，2018，修改)[3]Fig.1 Regional and geological map of Yuechengling-Miaoershan area

2 矿区地质特征

2.1 地层与岩浆岩

2.2 构造

矿区处于界岭背斜北西翼，区内断裂构造较发育，主要为NNE向断裂，其次近EW向断裂(图2)，倾向NW，倾角多为NE 40°～60°次级断裂，其中NE向次级断裂虽规模往往较小，但与区内铜、钨多金属矿化关系最为密切，为区内主要容矿构造之一。受大规模花岗岩体侵位的影响，捕虏体、岩凹等与岩浆体侵位有关的构造甚为发育，且往往控制着矿化发育与矿体形态，是矿区矽卡岩型矿体的主要控矿构造，矿体多赋存于岩凹下部或呈层状沿捕虏体长轴分布。此外，细粒花岗岩侵入部位亦发育侵入构造，局部见云英岩化和钨矿化。

图2 界牌矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of Jiepai mining area

2.3 蚀变矿化特征

矿区围岩蚀变发育，以角岩化、硅化、矽卡岩和云英岩化化较为常见，与花岗岩体接触的砂、泥质岩类多蚀变为黝帘石云母角岩、透闪石透辉石长英质角岩及堇青石长英质角岩等接触热变质岩；与花岗岩体接触的灰岩主要发生矽卡岩化，局部见大理岩化。花岗岩体中，蚀变作用不甚发育，仅局部沿断裂破碎带、岩体节理裂隙等软弱处，可见弱至中等云英岩化、帘石化和钠长石化，偶见绿泥石化。

区内共发育2条规模较大的矽卡岩型铜钨矿脉，分别为Ⅰ和Ⅱ号矿体。铜、钨金属矿化往往与矽卡岩化、角岩化、硅化和云英岩化相伴。矿体形态、变化复杂，多以层状、扁豆状、脉状和不规则状赋存于悬垂体下部、捕虏体中部和捕虏体与岩体接触部位[14]。

3 方法技术与质量评述

本次工作按100 m×20 m网度采集土壤化探样，采样点位偏离测线一般不超过10 m，点间距偏差一般在10 m内，共采集4709件样品。土壤样品以采集B层或C层土壤为主，采样深度一般为20～30 cm，样品物质主要为黏土、亚黏土、砂质土、亚砂土、粉砂土等，原始样品采集重量均大于500 g。将原始样品晒干、敲碎后过40目不锈钢筛，确保过筛样品重量为120～150 g。采样单位对野外采样进行包括小组自检、项目组检查及院所检查的三级检查，重复采样相对误差合格率大于90%。

样品测试元素为Au、Ag、Sn、Cu、Pb、Zn、Mo、W、Bi、As(10种元素)，测试单位为国土资源部河北省承德华勘五一四地矿测试研究有限公司。

分析方法：Au采用P-GF-AAS-泡塑吸附无火焰原子吸收法，Ag采用ES-1m平面光栅发射光谱法，As、Hg采用AFS-原子荧光分析法，其余元素采用ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪测试。

4 土壤地球化学参数特征

为了便于研究元素的地球化学特征，需对原始数据进行预处理，本次研究先采用重复多次剔除算术平均值加2倍标准差的高含量值，按剔除后获得算术平均值(X)和标准差(S)，再由计算公式T=X+2S求得异常下限(T)。异常圈定采用 1T、2T、4T三级浓度带，且在原始点位数据图上直接勾绘出异常图，并计算标准差、变异系数，以背景值加2倍均方差作为元素的计算异常下限值，其中，Au元素以背景值加3倍均方差作为计算异常下限值，并结合已知矿点分布确定成图异常下限值，具体数据见表1。

表1 界牌铜钨矿区土壤地球化学数据统计Table 1 Statistical table of the soil geochemical analysis data in Jiepai Cu-W mining area wB/10-6

其余元素均为T0=X+2S。

4.1 单元素异常特征

维氏值作为元素在地壳中的平均值，用于衡量元素在特定区域内是否富集，而背景值与维氏值的比值(表1中的X/维氏值)能直接反映元素在地质体中富集系数，背景值相比于未剔除特高值的平均值与维氏值的比值，能更有效地反映元素在地质体中的总体富集特征[17]。矿区中背景值与维氏值的比值>1的元素为As、W、Sn、Bi、Pb，其中Bi富集系数高达50.44，在矿区中形成工业矿体的W富集系数为6.58，这说明As、W、Sn、Bi、Pb在矿区中均富集。而背景值与维氏值的比值≤1的元素为Au、Ag、Cu、Zn，但在矿区内形成工业矿体的Cu元素在矿区中整体富集系数仅为0.41，显示出Cu元素在成矿作用下富集明显。

W、Cu元素作为矿区主要成矿元素，其单元素地球化学异常图能反映矿区主要成矿作用的一些特征，本次研究将其作为研究重点，绘制了W和Cu单元素地球化学异常图(图3)。这一图中显示矿区中W和Cu元素异常总体上呈NE向与NNE向分布，这两种成矿元素在矿区东南部异常强度均高，此外，在矿区东北角至西南角连线的部位W异常强度也较高，而Cu异常则在该带内并不明显。

图3 W-Cu单元素地球化学异常图Fig.3 The contour map of geochemical anomaly of W-Cu elements

4.2 综合异常特征

因子分析是利用降维的思想，从研究原始变量相关矩阵内部结构出发，把一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个综合因子的一种多元统计分析方法，在应用地球化学领域广泛应用于探讨元素之间的共生组合关系，通过因子之间的相关系数，确定元素之间的组合关系[18]。本次研究将4709件土壤化探样品的10种元素利用SPSS软件进行因子分析，并形成皮尔森相关系数矩阵，分析结果见表2。

表2 界牌铜钨矿区土壤地球化学元素因子分析结果Table 2 Factor Analysis result of soil geochemical elements in Jiepai Cu-W mining area

因子分析表明，矿区内W与Bi呈很强的正相关性，相关系数为0.9388，Sn与W和Bi相关系数分别为0.853和0.822，正相关性明显，其中Cu与W、Bi的相关系数均大于等于0.697，说明其具有显著的正相关。Ag与W、Bi相关系数大于等于0.527，相关性也较高，Cu与Ag大体上呈正相关，相关系数为0.666，Mo与Bi的相关系数也较高为0.509。而相关性最差的元素为Au、Pb，其相关系数仅为0.08。高温成矿元素W、Bi、Sn正相关显著，其相关系数大于0.80，可将其归为同一组成矿元素组合，这一特征符合高温成矿作用的特征，说明矿区内发生了典型的高温成矿作用，矿区中发育的钨矿体可以很好地验证这一观点。而Cu与Ag也具较显著的正相关，可归为中低温成矿系列，Cu-Ag组合在很多典型的矿床中均有出现，在本矿区中铜矿体发育在矿区南部，主要以矽卡岩型矿体出现，为接触交代成矿作用的中低温阶段。

R型聚类分析在数理统计中多用于区域地球化学数据的参数统计和多样本的归类与分组，通过多个变量之间的相关系数来定量研究元素之间聚集和分离。这种作法不但可以了解单变量的亲疏关系程度，还可以了解单变量组合之间的亲疏关系，进而揭示岩体与岩体、期次与期次之间可能存在的内在联系[19-21]。相比于因子分析，R型聚类分析更能直观反映元素间共生组合关系。按聚类分析原理，本次研究将4709件土壤化探样品的10种元素利用SPSS软件进行R型聚类分析，采用最邻近分类原则，测量间距采用皮尔森相关系数作为划分R聚类分析的依据，生成聚类分析系统树图(图4)。系统树图以躺倒树的形式展现了聚类分析的每一次类合并情况，SPSS自动将各类间的距离映射到0～25之间，可称为距离系数，距离系数越小，说明变量之间的相关系越高，反之亦然[18]。

图4 界牌铜钨矿区土壤地球化学元素R型聚类分析谱系图Fig.4 The hierarchical map of R Clustering Analysis ofsoil geochemical elements in Jiepai Cu-W mining area

R型聚类分析系谱图显示：距离系数小于5的元素为W、Bi和Sn，其中W和Bi距离系数最小，说明其相关性最强；Ag和Cu距离系数也小于10，说明其相关性较强，其余元素间的距离系数均大于15，表明其具有弱的相关性，且在矿区中未见明显矿化，不能较好地反映该区的成矿元素富集特征，这与因子分析的结果一致。依据聚类分析系谱图将W、Bi、Sn、Cu和Ag元素分为两组，一组为高温成矿元素组合(W-Bi-Sn)，一组为中低温成矿元素组合(Cu-Ag)，两组间的距离系数约为13，为中等相关性。

5 靶区圈定及评价

因子分析和R型聚类分析均表明矿区发育W-Bi-Sn的高温成矿元素组合和Cu-Ag的中低温成矿元素组合，这两种类型的元素组合均符合矿床成矿作用过程中的共生组合规律，能反映成矿作用的某些特征，通常被认为是致矿异常，是地质找矿工作中良好的找矿标志。本次研究利用W-Bi-Sn组合异常和Cu-Ag组合异常制作元素异常组合图(图5)，在此过程中剔除因河流、废渣堆及其他非致矿因素引起的异常，用以圈定有利找矿靶区。

图5 界牌铜钨矿区W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常图

为了便于更加直观的反映出W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常，本文采用异常打分法进行组合异常特征研究[22-24]。该方法的原理为对每个采样点的每种元素进行打分，打分标准见表3。

表3 界牌铜钨矿区异常打分标准Table 3 Anomaly scoring standard in Jiepai Cu-W mining area

然后对每个采样点中的各种组合元素的打分结果进行求和，获得异常得分值，再将打分结果在Surfer软件中绘制得分异常等值线图。其中，该异常结果打分公式(1)：

(1)

式中：Ai为第i点的异常得分值，Zij为第i点第j元素的得分值。根据式(1)所求得的异常得分值，利用Surfer 8软件绘制得分异常图(图6)，并对异常得分值较大的区域进行划分。

矿区W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常图(图5)和得分异常图(图6)显示，矿区元素组合异常主要呈NNE向和NE向，这种异常分布特征跟岩体与围岩接触带、岩体内岩脉形态基本一致，说明矿区成矿作用受构造控制明显，东南角界牌离区接触带较近，各成矿元素异常强烈，为矿区最佳的找矿部位，目前已发现多个铜钨矿体。本次研究工作共圈定5个找矿靶区，分别为AP1、AP2、AP3、AP4和AP5，各靶区特征如下：

图6 界牌铜钨矿区W-Sn-Bi-Cu-Ag得分异常图

靶区AP1：位于矿区东南部的界牌一带，往南及往东均延伸至矿区外，在化探样采集区面积为0.40 km2(图5)，具有明显的W-Cu-Sn-Bi-Ag多元素组合异常特征，多元素异常相互重叠，异常浓集中心明显，为显著的致矿异常，该异常也是矿区最主要的找矿靶区，通过前期地质工作发现5条规模较大的铜钨矿体及多条小矿体(图2、图7)，初步估算该区钨矿可达中型规模。

图7 界牌铜钨矿区10线地质剖面图Fig.7 The geological section map of exploration line No.10 in Jiepai Cu-W mining area1—寒武系探溪组 2—加里东期中粗粒斑状黑云母二长花岗 3—角岩、矽卡岩及变质砂岩 4—残坡积层5—实测及推测地质界线 6—探槽及编号 7—钻孔及编号 8—铜钨矿脉及编号

靶区AP2：位于矿区南部的老木冲以北、报木山以南，是矿区面积最大的化探异常区，面积达1.40 km2(图5)。该异常区以W异常为主，叠加Cu异常，伴生Bi和Ag异常，该区有多个W异常中心，总体上异常呈NE向。经后期地表异常查证、探槽施工与钻孔揭露(图8)，该异常区内共发现3条赋存于NNE向细粒花岗岩脉中的白钨矿脉，初步估算该区钨矿可达小型规模。矿体与该区NE向异常区大体一致，说明该区的组合异常是由钨矿体所致，具有较好的找矿前景。

图8 界牌铜钨矿区37线地质剖面图Fig.8 The geological section map of exploration line No.37 in Jiepai Cu-W mining area1—印支期中粗粒斑状黑云母二长花 2—细粒花岗岩 3—残坡积层4—实测及推测地质界线 5—探槽及编号 6—钻孔及编号 7—白钨矿矿脉及编号

靶区AP3：位于矿区东部的报木山一带，面积约为0.55 km2。异常元素以W为主，伴有Cu和Bi元素(相互重叠)的组合分布，异常元素均明显地具有2处浓集中心，异常强度高，连续性好(图5)，具有较明显的矿致特征。经后期地表异常查证与少量探槽工程控制，该异常区已发现赋存于NNE向细粒花岗岩脉中的白钨矿脉，矿脉与该区NE向异常区大体一致，说明该区的组合异常是由钨矿体所致。推测该矿脉可能为AP2异常区矿脉的北部延伸(图2)，具有一定的找矿前景。

靶区AP4：位于矿区东部将军坳以西一带，面积约为0.80 km2(图5)。以W元素异常为主，叠加有Cu、Bi和Ag元素异常，具有2处明显的W-Bi-Cu元素异常叠加区，异常区位于山坡上，可以排除是由于河流因素引起的异常，呈现出明显的矿致异常特征，是寻找钨铜矿体的有利位置，其找矿潜力较好，有待进一步验证。

靶区AP5：位于矿区东北部大坪里以西一带，面积较小，约0.70 km2(图5)。异常元素以W为主，局部零星分布Bi、Cu、Ag和Sn的小范围异常带，W-Bi-Cu具有较明显组合分布关系，单元素异常强度不大，均在异常下限附近，推测其找矿潜力一般。

6 成矿潜力与找矿远景分析

经探槽、剥土和钻孔验证(图7、图8)，AP1、AP2和AP3异常均为致矿异常，其内发育多条铜钨矿体。AP1异常处于加里东期中粗粒似斑状花岗岩与寒武系探溪组碳酸盐岩、泥岩、砂岩侵入接触部位及其附近，W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常总体上与不规则状侵入接触带走向一致，形成了矿区主要的矽卡岩型铜钨矿体，结合矿区地质背景和前人研究[14]，推断该异常为接触交代成矿作用所致。而AP2和AP3异常位于印支期中粗粒似斑状花岗岩体内，W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常总体上呈NNE向，这与该处赋存白钨矿矿体的细粒花岗岩脉走向一致，且异常中心与白钨矿矿体的揭露部位基本重合，矿化具有岩浆热液充填成矿作用的特征，说明其致矿异常为含矿岩浆热液充填作用所致。这两种致矿异常成因虽有不同，但其存在一共同点，即W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常与矿体揭露部位基本重合，且异常与矿体均发育于侵入接触构造部位及其附近，岩浆岩热液充填成矿作用发生在接触交代成矿作用的附近，并与其近平行。

矿区位于越城岭矿W-Cu-Sn集区内的多期多阶段花岗岩与寒武系碳酸盐岩地层接触部位及附近，成矿条件良好，区内发育接触交代和岩浆热液充填两种成矿作用。接触交代成矿作用发育于加里东期花岗岩与寒武系探溪组碳酸盐岩、泥岩、砂岩侵入接触部位及附近，加里东期花岗岩与寒武系探溪组接触部位和W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常套合部位是寻找矽卡岩型铜钨矿体的最佳有利部位，具有寻找矽卡岩型铜钨矿体的巨大潜力，为今后开展勘查工作的主攻方向。而岩浆热液充填成矿作用发育于印支期花岗岩中的NNE向细粒花岗岩脉中，NNE向细粒花岗岩脉与W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常套合处是寻找岩浆热液充填型白钨矿的有利部位，具备寻找岩浆热液充填型白钨矿体的良好潜力，为今后勘查的重点方向。AP4异常总体走向NNE，组合异常强度明显，且在空间上呈现为AP3异常和细粒花岗岩岩脉的NNE向延伸，根据上述分析，推断其具有寻找岩浆热液充填型白钨矿矿体的良好潜力，后续可布置浅地表工程进行验证。

综上，矿区存在两个主要的找矿方向，其一为花岗岩与寒武系碳酸盐岩侵入接触部位，其二为印支期岩体中NNE向的细粒花岗岩脉，两者共同的地球化学找矿标志为W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常。

7 结论

1)以矿区土壤地球化学数据的因子分析、R型聚类分析为基础，结合矿区地质特征，表明矿区存在两组致矿异常组合，即W-Bi-Sn的高温成矿元素异常组合与Cu-Ag中低温成矿元素组合，两种组合间相关性较显著。

2)W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常图和W-Cu单元素异常图显示，元素异常走向展布跟岩体与围岩接触带、岩体内岩脉形态基本一致，说明矿区成矿作用严格受侵入构造控制，在岩体与围岩接触带形成矽卡岩型铜钨矿体，岩体内岩脉形成岩浆热液充填型钨矿体。

3)利用W-Sn-Bi-Cu-Ag组合异常图和得分异常图，圈定了5个找矿靶区。经异常查证，界牌附近AP1、老木冲附近AP2及报木山附近AP3均为致矿异常，找矿潜力较好。