湘中芭蕉冲金矿土壤地球化学特征及找矿前景分析

文继祖，张尚峰，刘 浩，朱曙光,聂 薇

(1.长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100；2.湖南省核工业地质局三○四大队，湖南长沙 410000；3.长沙中核工程监理咨询有限公司，湖南长沙 410000)

0 引言

湘中芭蕉冲金矿区地处株洲县、衡东县、攸县三县交汇处，大部分隶属株洲县管辖，工作区北距株洲市约72 km，东距国道106线约30 km，西距京港澳高速G4线入口约20 km。该区地形属中山中等切割区，地形较陡，坡度一般为30°～40°，地形总趋势是四周高，中间低，海拔一般300～400 m，相对高差200～300 m，为低山丘陵地球化学景观区(朱有光等，2002；陈富荣等，2017)。自20世纪50年代以来，湖南省地质局区测队、湖南省地矿局416队、武警黄金第15支队、核工业中南地质局304大队等相继在该区域进行地质找矿，发现一批金汞砷锑组合异常，发现了衡南县樟树脚、株洲黄龙桥、攸县银坑等金矿(化)点。其中，1961～1965年，湖南省地质局区测队在此区域开展了区域地质调查，通过重砂测量、土壤金属量测量，圈出异常79处，发现石峡汞矿、石塘钨矿，圈定了川石、柏市、丫江桥等钨、锡、铅锌找矿远景区；1980～1985年，湖南省地矿局物探队在此区域开展了区域物化探工作，圈出了3个成矿带，10处地球化学找矿远景区，新发现一批金汞砷锑组合异常，发现了衡南县樟树脚、株洲黄龙桥、攸县银坑等金矿(化)点；1980年，湖南省地矿局416队开展区域物化探调查，圈出单元素异常576个，综合异常62个，其中与铅锌矿化有关的32个，与钨钼矿有关的23个，有11处为致矿异常。以上地质工作为本次工作奠定了良好的基础，但该区总体工作程度较低，区内的找矿工作一直未有较大的突破。

土壤地球化学测量是金矿找矿的常用手段(杨伟等，2007；张善明等，2011；贾宝杰等，2013；白永波，2014；李飞等，2014)。2013年以来，湖南省核工业地质局304大队在该地实施了芭蕉冲金矿普查项目，完成1:1万土壤地球化学测量，发现了F2含金构造及工业矿体，取得了良好的找矿成果。本文以此为基础进行湖南省中低山丘陵景观区土壤地球化学找矿研究，以供同行参考。

1 区域地质背景

湘中芭蕉冲金矿区位于羌塘-扬子-华南板块(Ⅳ)东北缘，二级构造为扬子陆块(Ⅳ-4)，三级构造单元为桂湘早古生代陆缘沉降带(Ⅳ-4-8)，四级构造单元为醴陵断隆带(Ⅳ-4-8-2)(图1a)。

图1 研究区大地构造位置及地质简图

区域出露地层主要有青白口系、泥盆系中上统、石炭系、二叠系以及第四系。断裂构造主要有老鸦冲断层、茹窝岭断裂带、黄龙桥断裂带、牛屁股断裂等；均发育于青白口系中，且见韧性变形特征。其中老鸦冲断层北起古路冲，经何家台、老鸦冲，南至金家冲，出露长度22 km,整体走向北北东，倾向北西。局部走向有些小的变化，沿走向呈舒缓的“S”状。表现为挤压破碎带、片理化带、鞘褶曲带，另见破碎蚀变带、石英破碎带，带宽1.5～10 m不等。区域内矿产以金、铁、钨、铅锌为主，其次有石灰岩、毒砂等。

2 矿区地质特征

矿区出露地层较为简单，主要有青白口系黄浒洞组第二段(Qbh2)、青白口系黄浒洞组第三段(Qbh3)、泥盆系中统易家湾组+跳马涧组(D2y+D2t)(图1b)。

矿区内构造主要为凤凰山向斜，出露于矿区南西部，矿区内出露长>3 km，轴向10°～20°，倾向北西，北段有向东偏转。核部为易家湾组+跳马涧组，出露宽度1.8 km。两翼为黄浒洞组，局部可见膝折、岩石扰曲等现象。区内断裂构造有近南北向(F2、F3、F4)、北东向(F5、F6)、近东西向(F7)三组，发育在青白口系黄浒洞组。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

本次普查工作在芭蕉冲矿区共圈定4个工业矿体，初步认为金矿化类型为碎裂蚀变岩型，受区内断裂构造控制。四条矿体中，芭蕉冲F2号矿化带见矿情况较好，产于黄浒洞组板岩硅化破碎蚀变带中，板岩碎裂、硅化程度较高，脉状石英脉发育，硅化、褪色化、黄铁矿化等蚀变发育。矿化脉产状160°～178°∠65°～75°，走向长约600 m。地表探矿工程中均见金矿化，金品位一般为(0.10～0.20)×10-6(最高位0.79×10-6)。钻孔中三个工业矿段，金品位(1.34～1.63)×10-6。

3.2 矿石质量

矿石矿物成分的组成：金属矿物主要有毒砂、黄铁矿、辉钼矿及少量黄铜矿等；非金属矿物主要有石英、云母。其中毒砂常伴随黄铁矿出现，呈钢灰色立方体星点状分布，粒径0.5～2 mm；黄铁矿呈半自形-自形粒状、粒状集合体状，局部聚集团块状，大小不一，粒度0.01～>10 mm，不均匀浸染分布或沿岩石微裂隙分布。

矿石结构主要有半自形-它形粒状结构等；矿石构造主要为浸染状构造。

4 土壤样品采集

样品采集按照《地球化学普查规范》(DZ/T0011-91)及《土壤地球化学测量规范》(DZ/T0145-94)执行。样品采集深度在30～40 cm，部分采集深度为40～50 cm(贾先巧等，2009)。采样时均深挖至土壤层明显变色才开始采集土壤，采集物质成分均为土壤B层(淀积层)的细粒级物质。统计发现，样品绝大多数为壤土，部分为粘土，其次是砂土。样品重量均>750 g。本次地球化学土壤剖面测量完成工作量30 km(比例尺为1:10000，点距20 m)，采样1435件(包含重复样120件)。样品由湖南省核工业中心实验室分析，共分析Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Hg七项。分析测试工作质量管理执行《地质矿产实验室测试质量管理规范—区域地球化学调查样品化学成分分析》(DZ/T0130.4-2006)，测试质量监控采用国家一级标准物质监控分析测试准确度与精密度，按5%左右进行内检密码分析，均符合规范要求。

5 地球化学特征

对采集的土壤样品七元素的含量值进行了统计分析，得出各元素在不同地层中平均值、标准差、最大值和变异系数等地球化学参数(表1)，可一定程度反映各元素的成矿信息(王秋印等，2009；杨笑笑等，2018)。

表1 土壤地球化学测量数据统计

续表1

5.1 地球化学参数特征

从表1可知，在青白口系黄浒洞组第二段中，Ag、Pb、Hg平均值低于全测区平均值，As平均值与全测区平均值近似，Au、Zn、Sb平均值高于全测区平均值。在该地层中Ag平均值低区(0.065×10-6)全测区平均值(0.068×10-6)且低于泥盆系中统易家湾组+跳马涧组(0.191×10-6)和青白口系黄浒洞组第三段中(0.072×10-6)Ag平均值。Au在该地层显示最高(Aumax=91.300×10-9)，平均值(3.889×10-9)明显高于全测区与其他两套地层中Au平均值。

对比七种元素在不同地层变异系数的差别(表1)，发现在全区除Au、Hg变异系数>1.5外，其他元素变异系数均较小。青白口系黄浒洞组第二段中，除Au和Hg在变异系数>1.5外，其他均显示较小。该地层Au极大值(Aumax=91.300×10-9)大，变异系数(1.7)大，表明Au在该地层活动性强，有较好富集(蒙勇等，2016)。

5.2 R聚类分析

运用SPSS软件对样品数据进行R型聚类分析，得到了元素的聚类分析谱系图(图2)，可以反映元素间的亲属关系(李飞等，2014；白永波，2017；杨帆，2017；杨永春等，2017)。可以发现Ag-Pb最先聚类，其次是Au-As聚类，之后依次是Sb、Zn、Hg。

图2 R聚类分析谱系图

当r=0.56时，7种元素分为五类：①Ag、Pb一类；②Au、As一类；③Sb；④Zn；⑤Hg。Ag、Au等主成矿元素分别位于不同的组，单独聚类，反映了矿区成矿元素在空间上具有一定的分带性；而Au-As、Ag-Pb分别位于同一组，反映它们在空间上联系紧密。

5.3 相关性分析

运用SPSS软件对样品数据进行了相关性分析(熊亮等，2010；孙社良等，2011)，发现研究区Au、As、Sb、Pb等4种成矿元素的相关关系较大，相关系数均>0.4(表2)；Au-As、Ag-Pb-Sb在矿区均呈正相关关系(席明杰等，2013；余晓彤，2019)，表明As、Pb、Sb这3种元素可作为芭蕉冲矿区找矿的指示元素。

表2 相关系数矩阵

5.4 因子分析

对样品数据进行因子分析，利用Bartlett和KMO模型对数据进行相关性系数检验(席明杰等，2013；杨帆，2017；杨永春等，2017；余晓彤，2019)，得到2个主因子(表3)：F1和F2。F1因子由Ag、Pb组成，F2因子由Au、As组成，均为低温元素，表明矿区成矿与岩浆热液活动有一定关系，推测为隐伏岩体顶上带部位(陈树民等，2019)。

综合以上分析结果，可以认为Au、Ag为芭蕉冲矿区的主成矿元素，Pb、As为本次找矿的有效指示元素。

6 异常圈定与异常评价

6.1 数据准备

图3 元素含量分布直方图

6.2 异常圈定

本次土壤化探工作在矿区共圈定规模大小不一的单元素异常39处，综合异常区6处。从所圈定的综合异常看，该工作区可划分为6个较为明显的元素富集带。分别位于工作区F2断层区域和F3断层南面(图4)。

图4 异常剖析图

6.3 异常评价

Au异常在矿区较为发育(图4a)，共圈定Au异常区10处。Au异常区绝大多数分布在黄浒洞组第二段中(9个)，黄浒洞组第三段分布有一处。Au异常值(8.01～91.3)×10-9，衬度(1.6～11)高，异常浓集中心明显。芭蕉冲地段的Au异常规模较大，具有3处异常中心(Aumax=91.300×10-9)，异常面积达0.229 km2。纵观全区，Au异常大面积呈不规则带状分布在F2断层西面，F3、F4断层之间也有Au异常出现。

Ag异常在矿区规模较小(图4d)，仅在F2断层南面和F3、F4断层之间圈定2处。Ag异常值(0.18～0.39)×10-6，分带不明显且异常面积小，除去两处主要Ag异常区外，其他范围虽有少数异常点出现，但异常值小且为单点异常。芭蕉冲地段南面的Ag异常聚集了大多数异常点(12个)，位于易家湾组+跳马涧组和黄浒洞组第二段交界处，该异常区被F2断层贯穿。

As异常在工作区共5处(图4b)，分别位于黄浒洞组第三段(1处)和黄浒洞组第二段(4处)中。异常值(26.89～85.69)×10-6，异常分带不明显，均呈不规则分布。As异常主要位于芭蕉冲地段、F2断层出露地段。As-Au异常范围部分叠加，伴生作用明显。

其他4种元素异常在矿区的成矿作用不明显，本篇不做评价；Hg受区内民房、农田、公路等人为因素扰动，呈面积性出露，后期成图用Hg衬值异常代替，以做参考。

7 地球化学构造推断

由于芭蕉冲矿区位于低山丘陵景观区，区内第四系残坡积物等覆盖层厚，地层、构造等露头少。本次找矿工作初期，项目组开展了地质填图，没有发现F2等主要控矿构造位置。在区域地质图上原构造位置布设了槽探进行揭露，也并没有找到含矿构造。

对土壤地球化学测量成果进行了深度分析，发现Au、As等元素在芭蕉冲矿区的分布极不均匀，运用元素的衬值异常(黄瑞，2005；赵荣军，2006；杨伟寿等，2007；杨笑笑等，2018)，进行了地球化学构造推断，发现芭蕉冲至杨家山地段出现了一处元素衬值含量起伏较大的区域(图5a、图5c)，高值区呈现北北西向连续分布，长度>1000 m。该起伏区域穿过青白口系黄浒洞组第二段与第三段，并在青白口系黄浒洞组第三段尖灭。

对照已有地质资料推测该处为一处矿化断层，但断层方向和产出位置与前人认识有出入。前人认为该区域所出露的F2断层位置为芭蕉冲-杨家山-李家台一带(图5b)，延伸至新屋场东南端，长约1800 m。

本次研究运用衬值异常推测含矿断层出露在芭蕉冲地段，位置与原F2断层在芭蕉冲地段重合，但沿芭蕉冲至杨家山方向推测断层向西偏移(图5c)。工程验证显示F2断层出露位置为芭蕉冲至杨家山段，呈北北西向产出。断层方向与位置均与化探推测断层重合较好(图5d)。地质工程所发现矿化位置也和推测剖面范围一致。

图5 芭蕉冲金矿区构造推断

8 异常查证

根据本次化探野外工作与室内资料处理成果，对部分圈定Au异常范围进行了异常查证工作。异常查证工作所布设工程主要集中在AP-4综合异常范围进行。

异常圈定(图4)发现，矿区西北角AP-1综合异常范围内Au、As、Sb异常套合情况较好。经采样资料分析和现场踏勘发现，该异常区位于牛角塘地段，民房、农田较多，附近有水泥公路，认为该异常与人类社会活动有关，判定为假异常。

AP-4综合异常区位于芭蕉冲至杨家山地段青白口系黄浒洞组第二段中，及与青白口系黄浒洞组第三段交界处。F2断层近南北向将该综合异常区贯穿。AP-4综合异常区面积为0.195 km2，异常晕圈闭合。该区域内包含了Au异常1处、As异常3处、Sb异常1处、Zn异常1处，其中Au(0.299 km2)、As异常(0.079 km2)面积较大、衬度高。Au具有外中内三级浓度分带，自北向南不规则带状分布有3处浓集中心，Au异常中心最高值70.18×10-9。As三处异常区浓集中心和Au异常浓集中心基本套合。该综合异常区内Au-As-Sb-Zn伴生作用明显，显示该区域为良好的Au-As-Sb-Zn富集区。

地质调查发现，异常区内出露的F2断层为一条近南北向的碎裂岩带，带内多见碎裂的透镜状、团块状、脉状石英脉、构造间磨碎物及围岩等，碎块呈次棱角至棱角状，发育褐铁矿化、褪色化、硅化、金矿化。AP-4综合异常区出露区域布设异常查证工程有探槽工程7个、剥土工程5个、钻探工程5个(图6)。工程揭露证明F2断层穿过该异常区，BT05取样金品位达0.63×10-6，真厚1.9 m。工程显示矿化地段与该异常区内Au异常中心位置重合，As异常区亦与其套合。该异常区西缘所布置的钻孔，ZK003、ZK241见工业矿体，ZK001、ZK031、ZK161见矿化。这些证明了该处异常为矿致异常，具有较好的找矿潜力，也进一步证明了运用衬值推测的含矿断层位置的准确性。

图6 AP-4异常查证图

AP-6综合异常区呈不规则带状自西向东沿测线分布，位于在泥盆系易家湾组+跳马涧组和青白口系黄浒洞组第二段交界处。综合异常区内各单元素异常均显示东西向沿测线分布，各单元素异常圈南面均未闭合。F2断层自北向南斜插入，F6断层带沿北东向贯穿异常区东面。AP-6综合异常区异常面积0.054 km2。异常区内包含了Au异常1处、Ag异常1处、Pb异常1处、Sb异常2处。其中位于泥盆系易家湾组+跳马涧组的Ag-Pb-Sb异常区平面上相互叠加。Pb在该区表现出异常点多且集中聚集的特征，Ag异常位置是F2断层斜插入该综合异常区的部位(图4d)。

地质调查发现，F6断层宽约2～10 m，断裂带内带内均被石英脉碎块及绢云母板岩、砂质板岩碎块充填，碎块成菱角状，无明显位移，较为松散，以磨碎物质、硅质、铁质及泥质胶结。蚀变带内一般发育有硅化、黄铁矿化、褪色化等蚀变。已有地质工程取样金品位1.790×10-6。虽然F2、F6断层均穿过该异常区，但异常区显示出异常点断续分布，且在蚀变带工程布设验证所发现的含矿化区域均和该异常区有一定距离。加之AP-6综合异常区整体沿测线分布，各单元素异常区亦沿测线分布。该处测线位置为一山谷，异常区展布方向与山谷流水方向一致，推测该异常区形状与地貌有关。由于工作量限制未对其进行工程揭露，有待下一步工作验证。

9 结论

(1)运用R型聚类分析、相关性分析、因子分析及地球化学参数分析等数据分析手段，确定芭蕉冲矿区Ag、Au有较好的成矿潜力，Pb、As为该区找矿重要指示元素。

(2)本次土壤地球化学测量工作在芭蕉冲矿区圈定出单元素异常39处，综合异常区6处。异常查证工作发现AP-4综合异常内Au成矿富集作用明显，工程验证见金工业矿体，是矿区下一步找矿工作的重点。

(3)运用元素衬值异常进行了隐伏构造推断，重新修正了矿区F2含金构造位置，较好地指导了芭蕉冲矿区的找矿工作。