湘西南苗兒山地區水系沉積物地球化學特征及找礦方向

田 磊，杜 云，鄒 源，劉邦定，張小強，樊 暉

（湖南省地質調查院，長沙 410116）

控制成礦的基本要素有區域構造與區域地球化學，礦化的形成與地質背景的明顯變化關系密切，而這種變化則主要表現在介質物質成分、結構構造、地球物理、地球化學信息等方面[1-3]；水系沉積物地球化學測量作為地球化學勘察中十分重要的方法[4-5]，在尋找有色金屬礦產方面發揮著越來越重要的作用[6-10]。

苗兒山地區位于湘西南雪峰山脈與南嶺山脈過渡地帶，因交通困難、植被覆蓋嚴重，以往地質工作相對較薄弱，化探工作僅于上世紀70年代開展過1∶20萬城步幅化探掃面工作。區內目前發現了多個鎢、銅、鉛鋅礦（化）點，并有1∶20萬W、Sn、Bi、Pb等異常分布于苗兒山巖體及接觸帶，Cu、Zn異常分布于寒武系出露區域，Au、Sb異常分布于青白口紀地層區。區內地層出露較齊全、地質構造復雜、巖漿活動頻繁，礦產較豐富，各類異常套合較好，表明該區域有著良好的找礦前景。通過開展西巖、城步、麻林、安心觀4個圖幅1∶5萬礦產地質調查工作，獲取了該區域內各種地質、地球化學勘查數據，筆者從水系沉積物測量數據入手，研究了區內W等18個元素地球化學特征及異常與地層、構造、巖漿巖之間的關系，闡明了地球化學異常的控制因素，圈定了找礦靶區，為區內的下一步地質找礦工作指明了方向。

1 地質概況

苗兒山地區位于南嶺緯向構造—巖漿巖帶西段北緣，大地構造位置（圖1a）處于揚子地塊東南緣江南造山帶與華夏地塊的結合部位[11-13]，是湘西南地區重要的成礦遠景區之一[14]，區內地形以山地丘陵為主，地勢總體呈中南高、北東低，水系較發育，多呈樹枝狀展布，適宜開展1∶5萬水系沉積物地球化學普查工作。

區內地層出露較齊全，由老到新分布有青白口系、南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系及第四系（圖1b）。青白口系是區內出露的最古老地層，為一套淺變質碎屑巖夾碳酸鹽巖；南華系－震旦系為一套含砂質板巖夾細-中粒石英雜砂巖、長石石英雜砂巖與灰黑色板巖、碳質板巖、硅質板巖沉積；寒武系由一套黑色炭泥質巖系和含炭泥質碳酸鹽巖夾較粗碎屑巖組成；奧陶系為一套活動型復理石－類復理石陸源碎屑沉積夾少量碳、硅質沉積；泥盆系是區內分布最為廣泛的地層，各類巖相發育齊全，沉積類型多樣，以臺地相碳酸鹽巖沉積為主，其次為濱淺海－三角洲相碎屑沉積，潮坪碳酸鹽－碎屑混合沉積；石炭系主要出露于文坪一帶，為一套淺海碳酸鹽巖夾濱淺海碎屑及濱后沼澤含煤沉積；二疊系為一套淺海碳酸鹽夾硅質沉積及三角洲相碎屑夾含煤沉積；第四系主要沿水系兩側分布，為現代河床、漫灘及低階地的組成部分。

圖1 大地構造位置（a）與苗兒山地區地質簡圖（b）Fig. 1 Tectonic location （a） and Simplified geological map （b） of the Miaoershan area

區內構造運動活躍，經歷了晚志留世造山事件、晚三疊世造山事件、中侏羅世造山事件等重要構造事件，形成中生代以來一系列的北東—北北東向斷裂和褶皺。區內褶皺主要有關峽褶皺群、城步褶皺群、苗兒山復背斜、文坪復向斜；NNE-NE向斷層規模大，數量多，構造形跡醒目，斷層性質以逆斷層為主，斷層間存在復雜的分支、復合、切割、繼承等關系。

區內巖漿巖較發育，以中—深成相為主。巖漿活動具有多期性[15]，從青白口紀、志留紀、晚三疊世直至中侏羅世[16]，多為酸性巖漿巖。青白口紀花崗巖大體沿苗兒山巖體西部邊緣分布[17]，空間上構成三個巖體群，自北往南分別為貓兒界巖體群、譚家坳巖體群及報木坪巖體群；苗兒山復式巖體由志留紀花崗巖構成主體，三疊紀和侏羅紀花崗巖呈小巖株狀分布其中，構成補體[18]。

區內礦產資源豐富，以鎢銅多金屬礦床為主[19-20]，代表性礦床有平灘鎢礦床[21-22]、威溪鎢銅多金屬礦礦床[23]、金水銅礦[24]等。

2 樣品采集與分析

湖南省苗兒山地區礦產地質調查完成1∶5萬水系沉積物測量面積1809.5 km2，采集樣品8687件（含重復樣239件），采樣密度為4.67件/ km2。樣點主要分布于一級水系的末端，采樣點控制的匯水面積大致在0.125～0.25 km2之間，采樣物質主要為粉砂、細砂等顆粒物，采樣粒度為－10目～＋80目，樣品重量為過篩后不少于300 g。

樣品分析由鄂東南地質大隊實驗室承擔。采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）、原子熒光光譜法（AFS）、粉末發射光譜法（ES）、離子選擇性電極法的多元素分析配套方案，聯合測定了W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Sb、As、Hg、Cd、Cr、Ni、Co、F、La共18種元素。樣品測試工作嚴格按照《地質礦產實驗室測試質量管理規范》[25]、《地球化學普查規范（1∶50000）》[26]執行，各元素合格率均為100%。

3 地球化學特征

3.1 地球化學參數統計

數據處理應用地學數據處理專家輔助系統（GEEMS），統計了測區原始數據的最大值、最小值、平均值、標準離差、變異系數、富集系數等地球化學參數（表1），用以說明和討論區內1∶5萬水系沉積物地球化學特征及規律[27]；濃集系數（K）為研究區平均值與南嶺成礦帶水系沉積物平均值比值，反映各元素的富集程度；變異系數（Cv）可以衡量各元素的分布均勻程度。

表1 苗兒山地區水系沉積物地球化學參數統計Table 1 Geochemical parameters of stream sediments of the Miaoershan area

研究區內除La外其余元素濃集系數均大于1，表明區內水系沉積物中這些元素含量與南嶺成礦帶水系沉積物背景值相比，均發生了不同程度的富集；其中As、Bi、Cu、Mo、Hg、Pb、Zn等元素發生明顯富集（1.4≤K≤2），W、Au、Sb、Cd等元素為強富集（K＞2）。

從變異系數來看，W、Mo、Hg、Au、Ag、As、Cd 等7種元素變異系數均大于1.5，分布極不均勻；主要成礦元素W高值點多分布于苗兒山巖體內接觸帶，Mo、Ag、Hg、As、Cd等元素高值點主要分布于寒武系出露區域，Au高值點主要分布于青白口系出露區域。

綜合以上統計分析，研究區內元素（除La外）明顯高于南嶺成礦帶水系沉積物平均值，說明研究區內大部分元素呈高背景值分布；結合濃集系數與變異系數分析，認為元素的富集程度較高、變異系數較大，有發生成礦富集的可能，對研究區內的找礦工作有一定的指示作用。因此，可以確定W、Mo、Bi、Au、Cu、Pb、Zn元素為研究區內主要成礦元素。

3.2 元素的分布特征

將區內地層劃分為第四系、二疊-石炭系、泥盆系、奧陶系、寒武系、震旦-南華系，青白口系共7個地質子區，巖漿巖按侵入時代劃分為侏羅紀-三疊紀花崗巖、志留紀花崗巖及青白口紀花崗巖3個地質子區。苗兒山地區各地質子區水系沉積物元素豐度見表2。

各地質子區的元素濃集比率（CR）是各地質子區元素的含量平均值與全區原始含量數據平均值之比（圖2），元素濃集比率越大，其在地質子區含量越富集，成礦的可能性也越大。

由表2和圖2歸納出各地質子區水系沉積物地球化學特征如下：元素在不同時代的地層分布區具有較明顯的豐度區別，寒武系、二疊系-石炭系和泥盆系中富集的元素最多，奧陶系、震旦系-南華系、青白口系相對較為貧化；W、Sn、Bi等高溫成礦元素在花崗巖巖體中富集，在志留紀花崗巖中最高；寒武系中多種元素呈現高背景分布，尤其是Ag、As、Sb、Mo、Cu、Zn、Cd等7個元素含量最高，與寒武系黑色巖系關系密切；Au主要在青白口系中富集，其豐度在該地層中遠高于其它時代地層。

表2 各地質子區水系沉積物元素平均值表Table 2 Average element abundances of stream sediments in different geological subareas

圖2 各地質子區水系沉積物中各元素濃集比率圖Fig. 2 Relative element abundances of stream sediments in the collection areas of various geological units

3.3 元素的相關性特征

聚類分析以變量之間的相似程度為基礎，將變量分成不同級別的類或點群，直觀地對變量進行分類處理，R聚類分析可以了解個別變量之間以及各變量組合之間的親疏程度[28]。通過R型聚類分析，得到18種元素之間的相關關系（圖3），在相關系數γ=0.5的相似水平上，除了Au、As為離群元素外，可將元素分為四個簇群。

圖3 苗兒山地區水系沉積物測量元素聚類分析譜系圖Fig. 3 Dendrogram of geochemical data of stream sediments in the Miaoershan area

Ⅰ簇群為W、Sn、Bi元素組合，該組合各元素相關性較好，與志留紀花崗巖關系密切，是區內重要成礦及伴生元素，主要與巖漿高溫熱液成礦作用有關，該組合異常的出現是尋找鎢錫多金屬礦床的重要地球化學找礦標志。

Ⅱ簇群為La、F、Cr、Ni、Co元素組合，各元素相關系數高，反映了本區內石炭系、泥盆系地層中富集的元素，與碳酸鹽巖關系密切。

Ⅲ簇群為Pb、Cd、Zn、Hg、Sb元素組合，與區內北東向構造及中低溫熱液蝕變成礦作用有關，是區內的主要成礦及伴生元素，反映了本區以鉛鋅為主的中低溫成礦元素組合。

Ⅳ簇群為Cu、Mo、Ag元素組合，相關系數較高，其形成的綜合異常反映了區內特定的地質構造特征及控礦因素。

3.4 地球化學異常特征

3.4.1 異常的分布特征

異常下限的確定采用傳統方法。首先對原始數據的離群點（最高值、最低值）進行迭代剔除處理，采用與迭代剔除，直至無離群點數值可剔除為止，即所有數據均分布于區間，形成背景數據，采用公式計算出理論異常下限值，再綜合研究區內地質背景、成礦地質條件、各地質子區背景值等因素進行調整，確定研究區內異常下限采用值（表3）。

表3 苗兒山地區單元素地球化學異常特征表Table 3 Threshold of element geochemical anomaly values in the Miaoershan area

根據各元素的空間分布規律及單元素異常特征，結合區內地質礦產特征，圈定了31處綜合異常（表4），綜合異常分布受已知礦床（點）、北東向斷裂構造帶、寒武紀牛蹄塘組（?1-2n）、巖體接觸帶的聯合制約，異常整體上呈帶狀分布，其形態展布嚴格受構造帶、寒武系或巖體接觸帶（主要為內接觸帶）控制，巖體內少數綜合異常呈串珠狀分布；在已知礦床（點）上主要成礦元素濃集中心明顯，與已知礦床（點）吻合。

表4 苗兒山地區水系沉積物綜合異常Table 4 Comprehensive geochemical anomalies of stream sediments in the Miaoershan area

3.4.2 異常地質成因解釋

區內異常分布點多面廣，元素組合復雜，異常的形成與礦產、巖體、構造、地層巖性等因素有著密切的關系。按地質成因可分為與花崗巖有關的異常、與北東—北北東向斷裂構造有關異常、與地層局部富集有關異常三類。

與花崗巖有關的異常主成礦元素為W、Sn、Cu，次要元素有Pb 、Ag、As、Au、Sb等，元素組合主要為高溫熱液礦床成礦元素，該類代表性異常有AS8、AS14、AS17、AS29等，主要分布于苗兒山巖體內部及其內外接觸帶，是區內尋找鎢錫多金屬礦床的重要異常。

與北東或北北東向斷裂構造有關異常主成礦元素有Au、Mo、Ag等，次要元素有Sb、As、Zn、Cu、Pb等，主要分布于貓兒界背斜傾伏端兩側、關峽褶皺群及文坪向斜北端，該類異常是區內尋找金銅多金屬礦床的重要異常。

與地層局部富集有關異常元素組合比較復雜，與區內寒武紀牛蹄塘組的高背景值密切相關，該類型綜合異常有AS1、AS2、AS12、AS13、AS18、AS19、AS30、AS31，主成礦元素有Au、Sb、Ag、Cu、Zn，次要元素有As、Hg、Pb、W、Ni、Co等，主要分布于苗兒山窿起周圍寒武紀牛蹄塘組出露區域，該類異常是尋找以鉛鋅硫化物為主的中低溫熱液多金屬礦床的重要異常。

續表4

4 找礦遠景區劃分

根據研究區內地球化學特征，異常元素組合、異常強度、異常面積以及異常的評序與解釋推斷，結合區域地質物化探等找礦標志，分析地質背景是否有利于成礦，優選圈定了3處找礦遠景區（圖4）。

圖4 找礦遠景區分布圖Fig. 4 Prospecting area map in the Miaoershan area

4.1 貓兒界-平灘鎢錫多金屬礦遠景區

該遠景區位于狗子田-貓兒界復式背斜的傾伏端及西翼，苗兒山巖體北西部接觸帶上，大體呈北東向展布，面積約85.15 km2，主要由AS8（圖5）、AS14（圖6）兩個綜合異常組成。

圖5 貓兒界-平灘鎢錫多金屬礦遠景區AS8綜合異常剖析圖Fig. 5 No. AS8 comprehensive geochemical anomaly of the Maoerjie-Pintan W-Sn prospecting area

圖6 貓兒界-平灘鎢錫多金屬礦遠景區AS14綜合異常剖析圖Fig. 6 No. AS14 comprehensive geochemical anomaly of the Maoerjie-Pintan W-Sn prospecting area

遠景區內出露地層有青白口紀架枧田組（Qb2j）、磚墻灣組（Qb1z）、黃獅洞組（Qb1hs）；狗子田-苗兒山復式背斜為北東-北北東向寬緩褶皺，核部地層產狀變化較小，發育大量的同層褶皺和擠壓拖拉的小褶皺；區內苗兒山復式巖體由志留紀中細粒黑云母二長花崗巖構成主體，晚三疊世中粒黑云母二長花崗巖及中侏羅世細粒二長花崗巖構成補體。受巖漿熱液及構造應力的影響，區內巖石蝕變十分普遍，蝕變類型多、程度強，主要有硅化、角巖化、絹云母化、綠泥石化及黃鐵礦化，花崗巖巖體內發育偉晶巖化、云英巖化，各種蝕變常互相重疊。

遠景區內異常以W、As、Bi、Ag、Cu、Pb、Sn等元素為主，伴有Mo、Au、Zn、Cd等元素。主要元素W、Bi、As異常呈異常群分布，主要呈北東向帶狀展布，區內W異常面積共49.68 km2，Bi異常面積共44.19 km2，As異常面積共32.16 km2，區內W、Bi、As異 常 均 值 分 別 為39.99×10-6、4.2×10-6、198.13×10-6，反映主要元素異常強度很高，濃度中心明顯。這些主要元素相互吻合好，在空間上總體的分布明顯受到苗兒山巖體與青白口紀地層內接觸帶的控制，此外，還受區域性北東向、北北東向斷裂帶及次一級斷裂、背斜等構造的控制。

區內已知礦床有威溪中型銅鎢礦床、平灘中型鎢礦床共2處，已知礦（化）點有莫家團鎢錫礦點、易家山錫礦點、徐家山銅礦點、箭桿坪錫礦點、吳家坪鎢礦、箭桿坪砷礦點、對門沖砷礦點、江口砷礦化點、長佃銅礦化點、貓兒界錳礦化點共10處，已知礦床（點）與異常套合較好；通過異常查證及礦產檢查工作新發現了沙坪鎢礦點、界福山鎢銅礦點、落家沖鎢礦點、大突界鎢礦化點共4處礦（化）點。

該遠景區內主要元素異常面積大、強度高，濃度分帶特征明顯，成礦地質條件良好，具有良好的尋找鎢錫多金屬礦的前景。

4.2 楊荷嶺-安堂坪金礦遠景區

該遠景區分布于研究區北部楊荷嶺－安堂坪一帶，面積46.43 km2，由AS5（圖7）、AS25、AS26、AS27綜合異常組成。

圖7 楊荷嶺-安堂坪金礦遠景區AS5綜合異常剖析圖Fig. 7 No. AS5 comprehensive geochemical anomaly of the Yangheling-Antangping Au prospecting area

遠景區內出露的地層有全新統（Qh）、跳馬澗組（D2t）、富祿組（Nh1f）、長安組（Nh1c）、青白口紀巖門寨組（Qb2y）。遠景區位于苗兒山巖體北側，苗兒山復式背斜的傾伏端，區內褶皺及斷層構造跡象明顯，地層產狀總體傾向北西，局部可見層間小褶皺發育；區內斷裂構造較發育，主要為北東向、近東西向和北西向三組斷裂構造。

區內異常以Au、Ag、Pb元素為主，伴有Hg、Sb、Cd、Zn、As等元素。主要元素Au、Ag、Pb異常呈現異常群分布； Au異常面積共11.4 km2，Ag異常面積共1.47 km2，Pb異常面積共1.26 km2，區內Au、Ag、Pb元素異常均值分別為250.24×10-9、0.95×10-6、615.4×10-6，反映主要元素異常強度很高，濃度中心明顯，其中Au元素含量最高值為6878×10-9，為全測區最高；這些主要元素高濃度帶相互吻合較好，在空間上總體的分布除明顯受到北東向斷裂、背斜軸部或翼部及轉折部位或向斜的揚起部位等構造控制外，還受到南華紀長安組、青白口紀巖門寨組的制約。

區內有找礦前景的金礦點（楊荷嶺金礦點）一處，與Au水系沉積物異常吻合；通過異常查證工作，新發現了安堂坪金礦化點。

鑒于區內Au、Pb、Ag、Hg等元素異常規模大，強度高，套合好，區內金礦成礦地質條件優越，有擴大已知礦床點規模及新發現礦產地的找礦前景。

4.3 周塘-茅坪鉛鋅金多金屬礦遠景區

該遠景區位于研究區北部的周塘-雅儒田-茅坪一帶，分布面積49.22 km2，主要由綜合異常AS1、AS12組成。

遠景區內出露地層較多，有全新統、佘田橋組（D3s）、棋子橋組（D2q）、跳馬澗組、污泥塘組（?2-3w）、牛蹄塘組（?1-2n）、留茶坡組（Z2l）、金家洞組（Z1j）、洪江組（Nh1n）、富祿組（Nh1f）、長安組（Nh1c），地層主要呈北東向展布。區域性斷裂周塘斷裂帶呈北東方向從遠景區穿過，主要由北東走向的三條大致平行的斷層構成，斷層中擠壓直立帶及斷層角礫巖、碎裂巖發育，斷層巖具分帶特征，中部碎裂程度高，向邊部變低。斷裂旁側巖層常因擠壓強烈變形，揉皺現象普遍，劈理發育，方解石脈縱橫交錯。

該遠景區內異常元素較多、組合較復雜，以Mo、Ag、Sb、Au、Hg為 主，伴 有Cd、As、Zn、W、Pb、Cu、Ni等 元 素。主 要 元 素Mo、Ag、Sb、Au、Hg呈異常群分布，各元素異常呈北東向條帶狀展布；遠景區內Mo、Ag、Sb、Au、Hg元素異常面積分別為29.67、28.16、21.59 、19.58 、16.22 km2， Mo、Ag、Sb、Au、Hg元素異常均值分別為17.76×10-6、0.72× 10-6、21.8×10-6、12.88×10-9、0.91×10-6，反映主要元素異常強度高，濃度中心明顯。主要元素高濃度帶相互吻合好，在空間上總體的分布除明顯受到區域性北東向斷裂帶及次一級斷裂構造、背斜軸部或翼部及轉折部位或向斜的揚起部位等構造的控制外，還受到寒武紀牛蹄塘組等重要礦源層及賦礦層位的制約。

該遠景區內已有礦床（點）眾多，已有已知礦床（點） 9處，其中小型鉛鋅礦床1處，即周山鉛鋅礦；小型鎢礦床1處，即周塘鎢礦；小型鐵礦床2處，分別為周山鐵礦與周塘鐵礦；鐵礦化點1處，為花橋鐵礦化點；砂金礦點1處，即花橋砂金礦；銅礦點1處，為水東銅礦點；此外還有2處煤礦，分別為陳家煤礦點及土地堂煤礦（化）點。區內已知礦床（點）多位于各元素異常的濃集中心，與異常套合較好，反映遠景區內的異常成因為礦致異常。

該遠景區內主要元素異常規模大、強度高，各元素異常套合較好，成礦地質條件良好，在寒武系出露的斷裂帶內尋找金銻礦前景良好；此外，雖然區內W、Pb、Zn元素異常強度中等，規模一般，但礦產資料顯示遠景區內的周山鉛鋅礦、周塘鎢礦床均為隱伏礦床，推斷該遠景區內深部具有尋找隱伏鉛鋅礦、鎢礦的前景。

5 結論

（1）通過水系沉積物測量方法可以快速確定研究區內主要成礦元素。

（2）苗兒山地區成礦元素在不同地質分區含量特征表明：W、Sn、Bi元素在花崗巖巖體中富集；Ag、As、Sb、Mo、Cu、Zn、Cd元素在寒武系中呈現高背景分布；Au元素主要在青白口系中富集。

（3）研究區內元素異常按地質成因可分為與花崗巖有關的異常、與北東—北北東向斷裂構造有關的異常、與地層局部富集有關的異常三類。

（4）優選出貓兒界-平灘鎢錫多金屬礦遠景區、楊荷嶺-安堂坪金礦遠景區、周塘-茅坪鉛鋅金多金屬礦遠景區3處地球化學找礦遠景區。通過對遠景區內綜合異常查證，新發現了落家沖鎢礦點、界福山銅鎢礦點、楊荷嶺金礦點等礦（化）點，表明水系沉積物測量在該區具有較好的找礦效果。