安徽五河地区天井湖铅金矿床原生晕地球化学特征

张建明，肖 涛，张家嘉，杜东旭，张顺林

(1.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031；2.江西省地质矿产勘查开发局物化探大队，江西 南昌 330009)

0 引 言

五河地区位于华北地台南部边缘，郯庐断裂带自北向南从五河县境内穿过。该区为安徽重要的金矿成矿区带，已发现荣渡金矿、大巩山金矿、西板金矿、河口金矿等(张顺林等，2017；杨治等，2019；张家嘉等，2019)。前人认为区内金矿为胶东金矿带沿郯庐断裂的延伸(徐嘉炜等，1984；朱光，1999)，以往对该地区的研究主要侧重于成矿地质条件、矿床成因等，但未对矿床原生晕进行系统研究。

天井湖铅金矿为五河地区的一处小型铅金矿床，成矿类型与河口铅金矿床基本一致，为多期次石英脉-构造蚀变岩复合型中低温热液金矿床(胡海风等，2015；张家嘉等，2019)。以热液矿床原生晕分带理论为基础，研究天井湖铅金矿床原生晕的含量分带特征、矿体的轴向分带特征及相关指示元素的变化规律，为五河地区及天井湖矿区深部找矿提供依据。选择90勘探线为研究对象，按5～10 m间隔采取岩芯样品，考虑到矿区第四系覆盖厚度达80 m左右，所以仅研究该勘探线-200 m以下区段的成矿元素及相关指示元素分布特征。

1 地质背景

五河地区位于华北地台南缘，蚌埠复背斜与郯庐断裂的交会部位，蚌埠复背斜为五河地区的基底构造，其基底为分布于蚌埠—五河一带的上太古—下元古界五河岩群——一套中-深变质岩系。断裂构造主要为郯庐断裂及其次级断裂，次级断裂以北东向及近南北向为主，并较发育一系列北西向、近东西向断裂构造(安徽省地质矿产地质调查队，1979)。北东向断裂为五河地区的重要控岩控矿构造，控制着后期岩浆侵位和金矿床(点)就位(王小凤等，2000)。岩浆活动以多期次不同类型的岩浆岩为特点，主要表现为混合岩化和花岗岩化(邢凤鸣等，1995；徐祥等，2005)。区内岩浆岩主要为燕山期花岗岩类及其他脉岩(杨治等,2019)。

天井湖矿区位于五河县城北东约8.5 km，紧邻郯庐断裂带的次级断裂朱顶—石门山断裂。矿区为第四系覆盖区，根据钻孔揭露情况推测，矿区下伏地层主要为五河岩群西堌堆组、下白垩统新庄组。矿区北北东向断裂发育，主要为郯庐断裂的次级断裂，与金矿的成矿关系较密切。矿区岩浆岩不发育，仅在个别钻孔中见有煌斑岩、正长斑岩和辉绿岩，呈脉状产出。天井湖矿区铅金矿体主要赋存于五河群西堌堆组岩石中，岩性主要为片麻岩、糜棱岩、碎裂岩、绢英岩、混合岩和石英脉等。

2 样品采集及测试

系统采集了天井湖矿区16个钻孔的2 886件样品，钻孔相对位置见图1，选择钻孔数量较多、矿体连续性较好的90勘探线为研究对象。样品岩性主要为角闪斜长片麻岩、斜长片麻岩、角闪岩、斜长角闪岩、混合岩、糜棱岩、碎裂岩、(细)砂岩及砂砾岩等。岩石样品具硅化、绢云母化、混合岩化、糜棱岩化、碳酸盐化、绿泥石化、绿帘石化等，有后期的石英细脉穿插，表明后期热液活动明显。

图1 天井湖铅金矿区地质简图及工程位置图1-下白垩统新庄组；2-上太古—下元古界五河岩群西堌堆组第三岩性段；3-推测断层及编号；4-勘探线及编号；5-未见矿钻孔及编号；6-见矿钻孔及编号Fig. 1 Geological sketch of Tianjinghu Pb-Au mining area and the project location map

全部样品均分析了10种元素，分析方法为：Cu、Zn采用火焰原子吸收分光光度法,As、Sb、Bi采用原子荧光光度法,Ag、Pb、Mo采用直读发射光谱法,Au采用石墨炉原子吸收分光光度法,W采用催化极谱法。

3 元素组合特征

利用相关分析、聚类分析和因子分析了解元素之间的伴生组合关系，分析矿化类型，查明矿床成因，有效指导矿产勘查工作。

3.1 相关分析

相关分析是利用元素之间的相关系数来衡量元素之间相互关系的数理统计方法(孙莉等，2013)。对90勘探线344件样品的10种元素进行相关分析，置信度为95%，结果(表1)显示，Au、Pb与Ag、As弱相关，As与Sb、Bi弱相关，Sb与W弱相关，W与Zn、Mo弱相关，Zn与Cu若相关。因此，As、Sb、Bi、Ag等元素是找矿指示元素。

表1 天井湖铅金矿床90勘探线原生晕元素相关系数矩阵Table 1 Primary halo element correlation coefficient matrix of Exploration Line 90 in Tianjinghu Pb-Au deposit

3.2 聚类分析

聚类分析是通过研究多个元素之间的相关系数，分析各元素之间聚集和分离的一种数理统计方法，主要遵循“物以类聚”的原则(林成贵等，2020)。通过对天井湖铅金矿床90勘探线的5个钻孔光谱分析数据进行分析，采用R型聚类分析将10个元素分为四大类(图2)，即Cu、Zn聚为一类，As、Bi、Sb、W聚为一类，Au、Pb、Ag聚为一类，Mo单独为一类。其中，Au、Pb、Ag为主成矿元素组合，As、Bi、Sb、W为相关指示元素组合，Zn、Cu、Mo与成矿无关。

图2 天井湖铅金矿原生晕指示元素聚类分析谱系图Fig.2 Cluster analysis pedigree of primary halo indicator elements in Tianjinghu Pb-Au deposit

3.3 因子分析

为进一步了解元素的相关关系，对10种元素进行因子分析。该方法可以分析成晕元素的共生组合关系，反映矿床成因，指导找矿地质勘查工作(罗先熔等，2007)。从分析结果(表2)来看，F1因子为As、Bi，为成矿指示元素组合；F2因子为Pb、Ag、Au，为主成矿元素；F3因子为Cu、Zn，为次要成矿元素；F4因子为高温指示元素Mo；F5因子为Sb、W，代表与岩浆热液有关的元素组合。因子分析结果与R型聚类分析结果基本相似。

表2 天井湖铅金矿指示元素正交旋转载荷矩阵Table 2 Orthogonal rotating load matrix of indicator elements in Tianjinghu Pb-Au deposit

从主成矿元素Au、Pb因子模型可以看出：Au成矿与F1、F2、F5因子呈正相关，与F3、F4因子呈负相关；Pb成矿与F2、F3、F4、F5因子呈正相关，与F1因子呈负相关。Au成矿与F2、F5因子关系最密切。Pb成矿与F2因子关系最密切。以上特征说明Au、Pb成矿作用具多期次性。

4 原生晕特征分析

原生晕是赋存于基岩中的由成岩成矿作用引起的岩石地球化学异常(邵跃,1997)。研究原生晕异常特征有助于研究成矿规律，为矿产勘查工作提供理论依据(李惠等，2003)。在诸多原生晕研究工作中，以热液矿床为对象的原生晕研究较为成熟(蒋敬业等，2006)。原生晕地球化学异常研究建立在热液矿床原生晕轴向分带理论的基础上，以成矿成晕元素的分带特征为研究对象，研究各元素与成矿的相关关系，以达到总结成矿规律、指导找矿的目的(柳炳利等，2016)。以热液矿床原生晕特征为基础，对90勘探线进行原生晕地球化学特征研究。

4.1 原生晕含量分带特征

研究元素含量分带的前提条件是确定一个合理的异常下限。测试样品数据的处理运用地球化学勘查数据一体化处理系统(Geochem Studio软件)。成矿元素(Cu、Pb、Zn、Ag、Au)异常下限的确定及原生晕异常含量分级采用邵跃(1997)提出的异常圈定方法，即以各元素最低工业品位下推一个数量级为该元素的内带含量值，以内带含量值的1/2为中带含量值，以中带含量值的1/2为外带含量值，圈定成矿元素的3个含量分带(表3)。

表3 天井湖铅金矿区样品中元素的异常界限值Table 3 Anomalous boundary values of elements in samples from Tianjinghu Pb-Au mining area

其他指示元素(As、Sb、Bi、W、Mo)异常下限的确定步骤:① 运用迭代剔除法按平均值加减3倍标准离差的方法逐步剔除数据中的离群值，直到剔除后的数据基本符合正态分布为止；② 对剔除离群值后的分析数据进行统计分析，用算术平均值加2倍标准离差为异常下限值，并结合区域内地壳元素的丰度值选取合适的异常下限来圈定异常，再按照异常下限的1、2、4倍分别圈定异常的3个含量分带(表3)。

异常下限的算法和内外带的划分并非一成不变，实际成图过程中需要不断进行调试，使各元素能在原生晕剖面图上突显最佳分带效果。根据确定的异常含量分带值分别绘制天井湖铅金矿90勘探线原生晕剖面等值线图(图3)，其中Cu、Zn、W、Mo、Sb 5个元素异常均与铅金矿体无关。

图3 天井湖铅金矿床90线主要指示元素原生晕剖面图1-地球化学异常(内、中、外带)；2-金矿体及编号；3-铅矿体及编号；4-钻孔终孔位置及编号Fig. 3 Primary halo profile of main indicator elements of Line 90 in Tianjinghu Pb-Au deposit

从90线原生晕剖面图上看，各元素异常向南东倾伏，呈不规则条带状。Au、Pb、Ag 3个元素异常形态与矿体展布特征基本一致，其中，Au、Pb元素异常面积较大，发育3级含量分带；Ag异常较Au、Pb异常面积略小，仅在Ⅱ、Ⅲ号矿体对应位置发育内带异常；As异常展布特征与矿体展布特征基本一致，且As异常在矿体的头部和尾部均有异常出现，尤其是矿体尾部及其延伸方向有较强的As异常，推测矿体沿倾向有较大延伸或存在盲矿体，对铅金矿体有很好的指示及盲矿预测作用，因此可将As作为前缘晕指示元素；Bi异常在矿体的中部和尾部较发育，可作为尾晕指示元素。

4.2 原生晕轴向分带特征

原生晕轴向分带序列研究方法较多，应用较广的有格里戈良分带指数法、广义衬值法等(叶庆森，2014)。采用王建新等(2007)对格里戈良分带指数法的改良方法对90勘探线的5个矿体进行轴向分带研究(表4)，得出以下结果。

表4 90勘探线原生晕轴向分带特征Table 4 Axial zoning features of primary halos of Exploration Line 90

(1)Au、Pb为天井湖铅金矿的主成矿元素，As为前缘晕，Bi为尾晕。

(2)天井湖铅金矿床的原生晕轴向分带较复杂。由表4可以看出：Ⅰ号矿体的轴向分带以As、Sb(前缘晕)结束，推测Ⅰ号矿体沿倾向还有延伸；Ⅱ、Ⅲ、3、4号矿体的轴向分带无明显规律，但成矿成晕元素相互间隔出现，可能是成矿热液多期叠加的结果。

4.3 原生晕叠加特征

成矿过程中，矿液沉淀过程非常复杂，并非1次完成，而是在外部环境发生变化的情况下多次沉淀，每次沉淀都会形成1次原生晕，最终形成的原生晕是多次叠加形成的结果(李惠等，1999)。根据天井湖铅金矿床90勘探线的原生晕含量分带特征，结合其轴向分带特征，以As为前缘晕指示元素、Bi为尾晕指示元素，研究铅金矿体与前缘晕、尾晕及主成矿元素的相互关系，以达到评价矿体沿倾向延伸方向的含矿性的目的(刘崇民等，2010)。通常情况下，若矿体的尾部出现As异常(前缘晕)，说明矿体向下还有延伸；若矿体的延伸方向有As异常(前缘晕)，说明矿体在其延伸方向可能仍有延伸或存在盲矿体。

根据天井湖铅金矿床90勘探线矿体特征，结合原生晕地球化学异常特征，绘制了天井湖铅金矿体(4号矿体)原生晕叠加示意图(图4)，可以明显看出As异常(前缘晕)、Au和Pb异常(近矿晕)及Bi异常(尾晕)在矿体尾部相互叠加，同时可见As异常沿矿体延伸方向延伸明显，推测矿体延伸方向有盲矿体存在。

图4 90勘探线4号矿体原生晕叠加示意图Fig.4 Superposition of primary halo of No.4 ore body in Exploration Line 90

5 讨 论

元素浓集中心是原生晕含量分带最直观的反映，能有效指导矿体的圈连，为矿产勘查工作布置提供依据。为取得有效的剖面数据，要以水平和垂直方向高密度的光谱样采集为前提。由于勘探线上仅有5个钻孔，且矿体厚度较薄，得到的剖面并不十分理想，但仍然能得出As、Bi对研究区的Au、Pb矿体有一定的指示作用，可对矿体的倾向延伸情况及深部盲矿体进行预测。

矿床原生晕的轴向分带是其指导找矿的一个重要特性。天井湖铅金矿为热液矿床，可利用一般热液矿床轴向分带特征指导找矿并进行盲矿预测。Au、Pb为天井湖铅金矿床的主成矿元素，As为前缘晕，Bi为尾晕。天井湖铅金矿床90勘探线的原生晕轴向分带复杂，但仍然可以看出成矿成晕元素相互叠加，推测成矿热液为多期次成矿热液。

为达到指导盲矿预测的目的，选择合适的指示元素尤为重要，指示元素可以有效地反映其与成矿的关系，从而为找矿地质勘查工作提供依据。若矿体的尾部或延伸方向出现As异常，可以推测其深部延伸方向有盲矿体。天井湖铅金矿床90线的5个矿体中，4号矿体的延伸方向及ZK9004、ZK9006钻孔的下部均有明显的As异常出现，且异常强度高，具明显的含量分带特征，推测4号矿体的延伸方向及ZK9004、ZK9006钻孔深部As异常的延伸方向有盲矿体存在。

6 结 论

(1)Au、Pb为天井湖铅金矿的主成矿元素，As为前缘晕，Bi为尾晕。

(2)根据天井湖矿区90勘探线的原生晕地球化学异常特征、轴向分带、相关指示元素分布规律，推测该矿床为多期次成矿热液叠加形成的铅金矿床，预测Ⅰ号、4号矿体延伸方向及ZK9004、ZK9006钻孔深部As异常的延伸方向有盲矿体存在。