广西龙凤岭地区土壤地球化学特征及找矿预测

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  [摘要]广西龙凤岭地区位于扬子陆块与华南活动带的结合部位,苗儿山复式背斜及苗儿山加里东期花岗岩体南西侧,为广西重要的钨、铅、锌成矿带之一。土壤元素地球化学分析显示,研究区W、Mo、Pb、Zn、Cu、Ni、Ag等元素含量相对较高,分布范围广,表明这些元素参与了次生富集成晕作用。元素地球化学异常展布方向主体与早、晚古生代不整合接触线方向一致。以区域成矿地质条件为背景,以土壤元素含量异常为依据,结合研究区地质和构造特征,对龙凤岭地区找矿潜力进行了评价,圈定了两个一级(Ⅰ1、Ⅰ2)和两个二级(Ⅱ1、Ⅱ2)成矿远景区。
  [关键词]成矿元素 土壤地球化学 成矿远景 广西龙凤岭
  [中图分类号] K826.14 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-5-250-3
  广西地处南岭有色金属成矿带西段,地质构造复杂,岩浆活动频繁,成矿地质条件好[1]。截至2012年底,广西已发现矿种145种,已探明资源储量矿产97种,约占全国已探明资源储量矿种的45.8%[2]。其中,桂北蕴藏着较为丰富的沉积矿产和岩浆热液型矿产,是广西钨、锡、金的主要产地之一,并共伴生铜、铅、锌等矿产。
  龙凤岭地区位于桂东北灵川县与兴安县接壤处的中低山区,由于地形条件的制约,该区基础地质及矿产勘查工作相对较薄弱,对于土壤地球化学勘查来说,更是少之又少。因该区位于广西重要的多金属成矿带上,同时位于大乌石—油麻岭一级钨、铅锌矿远景区以及苗儿山复式背斜和苗儿山加里东期花岗岩体的南西侧,经历了复杂的地层、构造演化,具有优越的成矿地质背景条件。
  1研究区地质背景
  研究区位于扬子陆块与华南活动带的结合部位,桂东北凹陷之桂林弧形褶皱带,苗儿山复式背斜和苗儿山加里东期花岗岩体南西侧,是广西重要的钨、铅、锌成矿带。
  区域出露地层主要有早古生代的寒武系(∈)和奥陶系(O),属准地槽发展阶段,构成本区的构造基底;晚古生代以泥盆系(D)为主,属准地台发展阶段的盖层沉积。受加里东运动影响,后者角度不整合于前者之上(图1)。
  研究区经历了加里东—燕山期的多期次构造活动。加里东运动以褶皱构造活动为主,断裂次之,使早古生代地层褶皱成山,造就了本区的基底构造,形成北东向苗儿山背斜,伴随大规模岩浆侵入活动,并使得后来的泥盆系呈角度不整合于下伏地层之上;印支运动是又一次褶皱成山运动,使晚古生代地层产生倾斜,并形成大庙圩向斜构造,造就本区的地台盖层构造,并有小型花岗岩体侵入;燕山期运动以断裂为主,褶皱次之,有小型花岗岩体沿断裂带侵入,至此,形成本区最终构造基本格架。
  研究区岀露地层简单,主要为下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)。其中下奥陶统黄隘组(O1h)岩性为灰—灰绿色或灰黑色的薄—中厚层状石英细砂岩夹页岩、硅质页岩;下泥盆统(D1)岩性为紫红色中厚层状中—细粒石英砂岩、粉砂岩及泥质砂岩。
  研究区位于加里东期褶皱—苗儿山复背斜南西侧与印支期褶皱—大庙圩向斜的北东侧的过渡带。受加里东构造运动(广西运动)的影响,早、晚古生代地层呈角度不整合接触,其接触界线呈北西—南东向从研究区西南部穿过。
  研究区未见明显断裂构造发育,受区域构造运动影响,研究区内节理构造较为发育,且多被石英脉充填,部分石英脉中可见黑钨矿化。
  研究区内无岩体岀露。
  2研究区土壤地球化学特征
  土壤地球化学找矿是应用土壤地球化学测量了解土壤中元素的分布,总结元素的分散与集中的规律,研究其与基岩中矿体的联系,通过发现土壤中的异常与解释评价异常来进行找矿的一种方法[3]。它通过系统采集土壤样品,根据样品中成矿元素及其伴生元素的含量结果所圈定的地球化学异常,作为找矿标志[4]。
  2.1样品的采集、加工与测试
  根据相关地质勘查规范,本次工作按500m×100m网度进行了土壤地球化学测量,取样对象为土壤B层,共采集土壤次生晕样品221个,光谱半定量分析W、Mo、Sn、Pb、Zn、Cu、Ni、Ag等8种元素。
  2.2元素组合分析
  2.2.1聚类分析
  聚类是将数据分类到不同的类的过程,同一类中的对象有很大的相似性。从统计学的观点看,聚类分析是通过数据建模简化数据的一种方法。本次聚类分析是通过SPSS多元统计软件实现的。聚类结果显示(图2):横坐标以17为界,可以将研究区成矿元素分为3类,第一类以高温的W、Mo、Sn元素;第二类以中低温的Cu、Pb、Zn、Ni元素为主;第三类以Ag元素为主。该结果较好地反映主要成矿元素的次生组合特征,可以作为本区找矿指示元素。
  2.2.2因子分析
  聚类分析定性地描述了元素的相关性,为了进一步定量说明元素组合问题,在SPSS多元统计软件中用测试的数据进行因子分析。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的依赖关系出发,将多个关系不明的变量归结为少量综合因子的一种统计分析方法[5],该方法,以因子中最大因子载荷的50%为阀值确定不同因子的元素组合[6]。从而通过元素组合特征推算、解释成矿过程和成矿元素的迁移以及富集规律,划分成矿阶段,确定成矿物质来源[7]。
  对全部土壤样品数据进行基于主成分变量的R型因子分析,以累计方差贡献56.547%为准,可从中提取2个因子(表1)。其中,F1因子(Pb、Ni、Cu、Zn)和F2因子(W、Mo)分别代表不同成矿温度条件下的成矿元素次生富集组合关系。
  2.3土壤地球化学异常特征
  2.3.1背景值及异常下限的确定
  背景值及异常下限确定的方法有多种,常用的有长剖面法及图解法(其中包括直方图解法、概率格纸图解法)和计算法等。后两种方法均属于整理统计方法。本次背景值的统计方法用的是直方图解法,统计结果如表2所示:   由表2可知,本次工作测试的研究区土壤元素中浓度克拉克值﹥1的元素有Pb、Zn、Cu、W、Ag;浓度系数<1的元素有Ni、Mo、Sn。总体来说,龙凤岭地区Pb、Zn、Cu、W、Mo、Ni元素含量相对较高,表明了这些元素均参与了次生富集成晕作用及过程,易形成地球化学异常。
  2.3.2土壤地球化学异常评价
  土壤地球化学异常反映出本区成矿元素富集且具有明显的分区聚集特征(图3),Pb、Zn、Cu元素异常主要分布在研究区的中西部,具有显著的相互叠加浓集中心,异常值较高且有规律。W、Ni、Mo、Ag、Sn元素异常主要分布在研究区的中南部,相互叠加的浓集中心明显。总体来看,研究区异常展布方向主体与早、晚古生代不整合接触线方向一致,局部与节理等构造线方向一致。
  2.3.2.1 Pb元素土壤地球化学异常特征
  Pb元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Pb元素含量为9~200×10-6,最高含量为200×10-6,是其背景值(27.99×10-6)的7.15倍,是其异常下限(64.05×10-6)的3.12倍。Pb元素异常分布相对较为集中,分布范围较广,主要分布在研究区的中西部,具有5个显著的异常浓集中心。此外,研究区的东北部及中南部也分布了4个小面积的低含量异常,分带清晰。
  2.3.2.2 W元素土壤地球化学异常特征
  W元素异常主要分布在下奥陶统黄隘组(O1h)地层中。通过土壤地球化学数据统计分析可知,W元素含量为9~50×10-6,最高含量为50×10-6,是其背景值(9.23×10-6)的5.42倍,是其异常下限(11.47×10-6)的4.36倍,异常分布相对集中,分布范围较广,研究区的中部分布有4个显著的异常浓集中心,异常面积较大,此外,研究区北部分布一个显著异常浓集中心,东北部分布小面积的低含量异常。总体上,异常形态呈南北向展布。
  2.3.2.3 Ni元素土壤地球化学异常特征
  Ni元素异常主要分布于下奥陶统黄隘组(O1h)地层中。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Ni元素含量为8~80×10-6,统计中Ni元素的最高含量为80×10-6,是背景值(19.4×10-6)的4.12倍,是异常下限(31.82×10-6)的2.51倍,异常分布相对集中,分布范围较广,具有显著的浓集中心,异常主要位于研究区的中南部及北东部。总体上,异常形态呈北东向展布。
  2.3.2.4 Mo元素土壤地球化学异常特征
  Mo元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布,但其异常浓集中心主要位于下奥陶统黄隘组(O1h)地层中。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Mo元素含量为0.9~25×10-6,统计中Mo元素的最高含量为25×10-6,是背景值(1.26×10-6)的19.84倍,是异常下限(2.3×10-6)的10.87倍,异常分布相对分散,分布范围广,异常浓集中心主要位于研究区的中南部,研究区的中北部分布两个面积相对较大的低含量异常。总体上,异常形态呈北东向展布。
  2.3.2.5 Sn元素土壤地球化学异常特征
  Sn元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Sn元素含量为2~12×10-6,统计中Sn元素的最高含量为12×10-6,是背景值(4.14×10-6)的2.90倍,是异常下限(7.68×10-6)的1.56倍,异常分布相对分散,分布范围小,异常浓集中心主要位于研究区的中南部,研究区西北部以及东南部均分布多个单点低含量异常。
  2.3.2.6 Cu元素土壤地球化学异常特征
  Cu元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Cu元素含量为3~85×10-6,统计中Zn元素的最高含量为85×10-6,是背景值(36.91×10-6)的2.30倍,是异常下限(67.21×10-6)的1.62倍,异常分布相对集中,分布范围小,具3个显著的异常浓集中心,呈哑铃状分布于研究区的中西部。分带较为清晰。
  2.3.2.7 Ag元素土壤地球化学异常特征
  Ag元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布,但其异常浓集中心主要位于下泥盆统地层中。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Ag元素含量为0~0.5×10-6,统计中Ag元素的最高含量为0.5×10-6,是背景值(0.08×10-6)的6.25倍,是异常下限(0.12×10-6)的4.17倍,异常分布相对分散,分布范围较广,高含量异常主要分布在研究区的西南部,分布面积较大,东北部、西北部以及东南部均有少量面积较小的低含量异常分布。总体上,异常形态呈北东向展布。
  2.3.2.8 Zn元素土壤地球化学异常特征
  Zn元素异常在下奥陶统黄隘组(O1h)和下泥盆统(D1)地层中均有分布,但其异常浓集中心主要位于下奥陶统黄隘组(O1h)地层中。通过土壤地球化学数据统计分析可知,Zn元素含量为25~300×10-6,统计中Zn元素的最高含量为300×10-6,是背景值(73.89×10-6)的4.06倍,是异常下限(127.69 ×10-6)的2.35倍,异常分布相对较为分散,具有两个较为明显的异常浓集中心,主要分布在研究区的中西部,多个单点低含量异常沿北东向呈条带状分布,分带不是很清晰。
  3找矿远景分析
  研究区位于广西大乌石—油麻岭一级钨、铅锌矿区域成矿远景区,苗儿山加里东期花岗岩体的南西侧。加里东—燕山期的多期构造运动及伴生多期岩浆活动,使得研究区具有优越的成矿地质背景条件。早、晚古生代地层角度不整合接触界线呈北西—南东向从研究区西南部穿过,为成矿物质提供了有利的运移通道及成矿部位。   综合研究区地质条件及土壤地球化学异常特征,共圈定了4个土壤地球化学异常区。异常区主要分布在测区的中西部、中南部、东北部以及北部,根据异常的强弱,总体可分为两个一级找矿远景区(Ⅰ1、Ⅰ2)和两个二级找矿远景区(Ⅱ1、Ⅱ2)(图3)。其中一级找矿远景区异常强度相对较高,异常叠加现象明显,找矿潜力较大,可作为进行下一步地质找矿的依据。
  Ⅰ1远景区位于研究区中西部,所圈定的远景区面积为3.42km2,远景区位于早、晚古生代地层不整合接触带上。区内出现Pb、Zn、Cu、Mo、Ag、Sn元素综合异常,其中Pb、Zn、Cu元素异常强度相对较高,具有显著的浓集中心。
  Ⅰ2远景区位于研究区中南部,所圈定的远景区面积为1.47km2,远景区亦位于早、晚古生代地层不整合接触带上。区内出现W、Ni、Mo、Sn、Ag、Pb元素综合异常,异常吻合性较好,具有显著的浓集中心,异常值较高,特别是Ni元素,达到80×10-6。
  Ⅱ1远景区位于研究区东北部,所圈定的远景区面积为6.21km2,区内出现W、Ni、Mo、Pb、Zn元素综合异常,异常吻合性较好,具有较显著的浓集中心,W元素异常分布范围较广,最大异常值为45×10-6。
  Ⅱ2远景区位于研究区北部,所圈定的远景区面积为1.25 km2,区内出现W、Ag元素异常,W元素异常值较高,为26.50×10-6,呈哑铃状分布。Ag元素异常呈点状分布。
  4结论
  通过对研究区成矿元素地球化学特征进行分析,同时结合研究区的地质条件,得出以下结论:
  (1)微量元素地球化学参数统计显示,研究区中Pb、Zn、Cu、W、Ag、Mo、Ni元素含量相对较高,分布范围广,表明这些元素参与了次生富集成晕作用,易形成地球化学异常。
  (2)通过对成矿元素进行聚类分析及因子分析可知,Pb、Zn、Cu、Ni及W、Mo分别代表了不同成矿温度的元素次生富集组合关系,可作为本研究区找矿指示元素。
  (3)以元素含量异常为依据,以区域成矿地质条件为前提,结合研究区地质和构造特征,对研究区找矿潜力进行评价,圈定了Ⅰ级和Ⅱ级成矿远景区各两个,其中:Ⅰ1远景区面积为3.42km2,以Pb、Zn、Cu元素异常最明显,峰值分别为200×10-6、300×10-6、85×10-6;Ⅰ2远景区面积为1.49 km2,以W、Ni、Mo、Ag异常最明显,峰值分别为50×10-6、80×10-6、25×10-6、0.5×10-6;Ⅱ1远景区面积为6.21 km2,以Ni元素异常为主,峰值为42×10-6,异常面积大。Ⅱ2远景区面积为1.25 km2,以W元素异常为主,峰值为27×10-6。
  基金项目:广西自然科学基金项目(编号:2013GXNSFBA019209)
  参考文献
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