崤山地區申家窯金礦床原生暈組合特征與成礦階段劃分研究

胡利芳，趙彥巧，曹芳芳，郭凱旋，張俊濤

(1.河南省有色金屬地質礦產局第一地質大隊， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心， 河南 鄭州 450016)

0 引言

崤山申家窯金礦床位于河南省三門峽市南150°方向，直距30 km，行政區劃隸屬于陜州區西張村鎮管轄。作為崤山地區主要的金礦床之一，申家窯金礦床經過多年勘查，現已查明金金屬量 1100 kg，銀金屬量296 t，均達到中型礦床規模(王春永等，2021)。前人在申家窯金礦區持續開展了多年的勘查和科研工作，新增了資源量，在成礦規律(陳衍景和富士谷，1992；丁振舉和方金云，1996；王學貞，2004；王宏運等，2013)、成礦年代學(朱嘉偉等，1999；魏俊浩等，2003)、成礦構造(石銓曾等，1993；朱嘉偉等，2001；徐書奎等，2015)、礦床成因(郭方方和王春永，2020)、元素地球化學(王振凱，2016)等方面取得了多項研究成果，但關于該礦床原生暈地球化學方面的研究還很少。多年來人們對原生暈地球化學的研究多集中于其分帶特征及對深部找礦預測的作用(李惠等，2010；賴亞等，2018；鄭廣明等，2019；林成貴等，2020)，但對原生暈組合特征與成礦階段劃分的關系聯系起來的研究還比較少，僅有王振凱(2016)根據黃鐵礦、黃銅礦等礦物特征初步劃分了3個成礦期，但暫未有效地指導地質勘查工作。本文在前人研究的基礎上，從申家窯金礦床成礦地質背景入手，對礦床地質特征深入研究，利用SPSS軟件對礦床原生暈地球化學數據進行統計處理，開展元素相關性分析、聚類分析、因子分析等組合特征研究，結合以往勘查工作成果，對成礦階段進行總結探討，深化崤山地區成礦規律認識，以期為申家窯金礦乃至崤山地區金礦地質勘查提供支持。

1 區域地質背景

豫西崤山地區的大地構造位置處于華北陸塊南緣，經歷了多階段、多期次運動。華北陸塊南緣構造帶北部為三門峽—魯山斷裂為界，緊鄰華北陸塊，南部則是欒川斷裂，北秦嶺構造帶與其相連(圖1)。結晶基底和蓋層的雙層結構為其突出特點，二者之間為不整合接觸。蓋層巖系變形相對不復雜、變質微弱，主要為淺層次的脆韌性—脆性變形。結晶基底主巖系為上太古界太華巖群，而中元古界熊耳群和官道口群為其蓋層。構造走向以NWW向為主，同時還是其北側與三門峽—魯山斷裂、南側與黑溝—欒川斷裂的分界線，發育多期推覆構造和伸展構造。巖漿活動集中于新太古代，其次為中生代燕山期。

圖1 研究區大地構造位置示意圖(據高帥等，2015)1—第四系；2—元古界熊耳群、官道口群；3—元古界寬坪群；4—古生界二郎坪群；5—元古界秦嶺群；6—華北陸塊基底太華巖群；7—南秦嶺造山帶；8—山麓逆沖斷層；9—欒川逆沖斷層；10—區域大斷裂；11—拆離斷層；12—地質界線；13—研究區范圍

2 礦區地質

2.1 礦區地質概況

區內地層主要為太古界太華巖群(Arth)和第四系(Q)。太華巖群巖性以斜長角閃巖、斜長角閃片麻巖和黑云斜長片麻巖為主。區內構造較為簡單，分為NNW、SN、NE向三組，主要斷裂構造為NNW向，產狀230°～265°∠60°～75°，這些構造破碎帶控制了區內主要金礦脈的分布。侵入巖主要發育新太古代變質花崗巖類，集中分布于崤山斷隆區結晶基底內，其次為中生代燕山期侵入巖，巖性主要為石英閃長斑巖，次為輝綠巖脈(圖2)。

圖2 申家窯金礦床地質簡圖(據王春永，2021①)1—第四系；2—太古界太華巖群； 3—中元古代輝綠巖脈；4—中生代白堊紀石英閃長斑巖；5—斷層及編號；6—礦體及編號；7—構造蝕變帶及編號；8—勘探線及編號

2.2 礦體特征

申家窯金礦區發育崤09、崤01、S2、S3、S4等5條含礦構造帶，走向整體呈NNW、近SN向，主要賦存在蝕變斷裂帶的頂底板，產狀嚴格受斷裂構造控制。賦存礦脈長870～3000 m，厚10.67～25.95 m，產狀220°～285°∠15°～60°。其中崤01脈規模最大，其特征簡述如下：

崤01脈長約3500 m，產狀265°∠15°～36°，主要呈NNW向展布，局地近SN向，性質為張扭性，局部有膨脹狹縮現象，沿傾斜方向上寬下窄。礦脈具分支復合現象，呈舒緩波狀平行產出，礦化嚴格受構造帶控制，多在頂底板富集成工業礦體。圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化，局部見高嶺土化。與金礦化關系密切的圍巖蝕變為硅化，硅化在頂底板發育，以底板最為強烈，次為黃鐵絹英巖化。圍巖蝕變嚴格在斷裂帶上下盤發育，礦化受斷裂構造控制。

圖3 申家窯金礦崤01礦體剖面簡圖1—覆蓋層；2—白云石英片巖；3—綠泥片巖；4—斜長角閃巖；5—混合花崗巖；6—黑云斜長片麻巖；7—蝕變巖；8—破碎蝕變巖；9—二長石英片巖；10—石英脈；11—構造蝕變帶；12—礦體；13—鉆孔位置及編號；14—產狀

通過勘查在崤01礦脈中發現兩條礦體，編號分別為崤01-Ⅰ和崤01-Ⅱ。崤01-Ⅰ金銀鉛鋅多金屬礦體是區內規模最大的工業礦體，呈NNW—SSE向展布，長1275 m，埋深336.26～525.98 m，賦存標高+810～+226 m(圖3)。礦體形態為似層狀、透鏡狀、脈狀，主要產于構造破碎帶中，產狀260°∠15°～36°，總體北緩南陡。崤 01-Ⅱ金銀礦體呈近EW向展布，長約160 m，寬約1050 m，近平行產出于崤01-Ⅰ礦體的下部，上部為金礦體，深部為銀礦體，礦體形態為細脈狀，產狀260°∠22°～24°。

2.3 礦石特征

區內礦石結構類型較簡單，以自形、半自形粒狀結構為主。構造主要有脈狀、團塊狀，以及浸染狀，次為角礫狀、條帶狀等。金礦石中主要金屬礦物以黃鐵礦為主，次為黃銅礦、赤鐵礦，少量方鉛礦、閃鋅礦、褐鐵礦等。非金屬礦物以石英為主，約占25%～49%，次為白云石、方解石，約占15%～20%。銀鉛鋅礦石中主要金屬礦物為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，非金屬礦物主要為石英、長石等。

3 原生暈元素組合特征

原生暈元素組合特征分析包括相關性分析、聚類分析和因子分析，主要用以揭示元素的分組性質，表明元素的聚合規律，尤其是與金成礦相關的元素。前人利用SPSS多元統計軟件開展原生暈組合特征研究也取得了一定的成果(蔡朝陽等，2010；戴金旺和樊小磊，2017；耿國帥，2020)。本文通過多元統計分析軟件SPSS對相關數據進行了元素組合特征的分析，具體有相關性、聚類和因子分析，并得到較為簡單明了的數據，將其結果作為地質成礦階段劃分的依據，以便指導礦床的勘查工作。

3.1 樣品整理與分析

樣品采集主要布設在申家窯金礦床崤01、崤09、S3、S2等4條礦體上的ZKS302、ZKS802、ZKS806、ZK2005 4個鉆孔中，采用鉆探巖心法，采樣點距一般為5.0 m，在礦化層、斷裂構造帶部位采樣點距加密為0.5～1.0 m。在全孔中系統采集了307件樣品，所采樣品巖性有二長石英片巖、綠泥片巖、斜長角閃巖、蝕變巖、構造蝕變巖等。

據原地礦部地球化學探礦工作手冊中確定的各類礦床的地球化學暈指示元素組合，結合申家窯金礦體礦化和蝕變特點，選擇了Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Sn、W、Bi和Mo等11種元素作為分析測試對象。

3.2 相關性分析

本文利用SPSS軟件對申家窯礦區特高值處理后的233件原生暈樣品中的11種地球化學元素的分析結果進行相關性分析，結果如表1所示。

表1 申家窯金礦床原生暈R型因子分析相關系數矩陣表

從表1中可以較為直觀地看出，與Au相關性較好的元素有Cu、Pb、Zn、Sb、Ag和Bi，這幾種元素同Au相關系數比較大，說明它們的分布規律與Au較為相似，也意味著它們能在一定程度上較好的指示Au的富集規律，可以作為尋找金礦的指示元素；與W、Mo的相關性也較好，但與Sn幾乎不相關。Pb和Zn的相關系數最大，為0.784，表明二者成礦關系緊密。Sb和Bi幾乎與各主成礦元素相關性都較好，指示了礦床成礦時的環境復雜。Ag與Pb、Zn的相關系數為均大于0.5，表明三者密切的相關關系，Ag以類質同象形式包含于方鉛礦中，或者以輝鉍銀鉛礦的形式與方鉛礦構成固溶體結構，是本區銀的主要載體礦物(王振凱，2016)。除此之外，Sn與各元素多為負相關，或者相關性弱，則反映出Sn的成礦環境差異較大。

3.3 聚類分析

本文選擇利用R型聚類分析對元素含量進行處理分析。由圖4可見，當相似水平距離取1時，Pb和Zn劃為一類，表明其成礦較為緊密，內在聯系較大；當相似水平距離取10時，Au、Pb、Zn、Sb歸為一類，Cu、Bi劃為一類；當相似水平取15時，Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag歸為一類，表現為主成礦元素之間的關系，其余W、As、Mo、Sn各為一類，與其它元素聚為一類的相關性水平均較低。

圖4 申家窯金礦床原生暈各元素聚類分析譜系圖

故Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag成礦關系緊密，為主要的成礦指示元素組合。W、As、Mo、Sn各為一類，也反映了礦體的形成是一個多階段成礦的過程?？傮w來說R聚類分析得出的結果與相關性分析基本一致。

3.4 因子分析

因子分析在礦床學、地球化學等地學領域得到了成功應用(崔來運等，2005；伊燕平等，2012；祁軼宏等，2017)。對233個樣品各元素數據進行R型因子分析，計算得KMO值為0.803，Bartlett’s球度檢驗給出的相伴概率為0.000，適合于因子分析。

對233個數據進行方差解釋得出因子的特征值和方差貢獻率如表2。由表2可以看出，由于前兩個因子的特征值和方差貢獻均較大，且二者的累計方差貢獻達到57.943%，因此前兩個因子的影響是較為重要的。特征值是主成分影響力度大小的主要指標之一，按照特征值大于1的原則，選取前3個因子為主因子；從累積方差貢獻率上來看，前3個因子的累積方差貢獻率達到了68.885%，因此認為前3個因子可以較好地反映11種因子的大部分信息。

表2 申家窯金礦床元素方差解

在此基礎上，為了變量特征更明顯，對3個因子采用主成分分析法提取后得到了旋轉后的載荷矩陣，同時為了因子含義更為簡明與清楚，利用方差最大法得到了因子旋轉(表3)。

表3 申家窯金礦床元素因子荷載表

以相關系數0.5為界限，由表3可得出三個主因子，分別為第一主因子(F1)Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu、Sb，第二主因子(F2)As、Sb、W、Mo，以及第三主因子(F3)Mo。

第一個因子(F1)的方差貢獻率為33.575%，占絕對主要位置，主要元素為Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu，表明Ag、Au、Pb、Zn礦化密切相關，Sb和Bi分別代表低溫和高溫元素，但Bi荷載較大，推測為一次中高溫成礦階段。Ag、Zn、Pb、Bi、Au、Cu為親硫元素，是研究區主要的成礦元素組合，體現了主要的成礦作用，可以作為研究區主要成礦元素空間聚集的綜合指示。

第二主因子F2的貢獻率為23.279%，主要載荷為As、Sb、W、Mo，為低、高溫元素的融合。As元素上有最高載荷值為0.854，表明低溫環境持續時間較長，為主要成礦環境，形成了As的硫化物毒砂；另外As、Sb為前緣暈元素，易遷移，可推測深部可能的成礦區域。

第三主因子F3的貢獻率為12.031%，主要載荷為Mo。Mo為高溫指示元素，容易在酸性巖體中富集，為巖漿熱液指示元素。在礦區北西側出露面積有0.2 km2的后河花崗斑巖體，礦區北側出露龍臥溝花崗巖體，有研究表明兩處巖體形成時代相近，在130 Ma左右，屬燕山期(盧仁等，2013，2014)，該期燕山花崗巖的就位可能與礦床的形成密切相關，為礦床的形成提供熱源、成礦物質等。

4 討論

4.1 成礦階段分析

由相關性分析可知，Pb和Zn成礦關系緊密，Cu、Pb、Zn、Sb、Ag、Bi在一定程度上能較好的指示Au的富集規律，可以作為尋找金礦的指示元素。由聚類分析得知，Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag歸為一類，表現為主成礦元素之間的關系，其中Pb和Zn成礦關系最為緊密，也表明Au、Ag、Pb、Zn、Cu、Bi、Sb元素組合異常區是地球化學找礦的重要標志。因子分析可得出成礦元素組合的分帶特征為(Ag、Pb、Zn、Bi-Au-Cu-Sb)-(As-Sb-W-Mo)-Mo。Ag、Pb、Zn、Bi-Au-Cu-Sb為近礦帶，形成了黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、毒砂、輝鉍銀鉛礦等金屬礦物，礦石類型主要為含金多金屬硫化物—砷化物型礦石。同時也形成了含Sb、Bi礦物，Bi主要與方鉛礦伴生；As-Sb-W-Mo為前緣暈元素組合，顯示中高溫成礦的疊加，但以中低溫為主，主要形成了As、Sb的硫化物，例如毒砂和輝鉬礦；Mo為尾暈元素，指示一次成巖活動。

如前文所述，本區主要礦石礦物為黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、毒砂，脈石礦物主要為石英和菱鐵礦，局部可見少量絹云母。金主要以銀金礦和自然金的形式出現，銀礦物通常和方鉛礦伴生，也見有獨立的輝銀礦產出在黃鐵礦裂隙中。因此，成礦階段大致可以分為三個階段，早期為高溫環境，形成了大量菱鐵礦，為石英—菱鐵礦階段；中期為石英—多金屬硫化物階段，這一階段成礦作用以自形晶石英、黃鐵礦及黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等硫化物的大量產出為主要特征，這一階段也是金、銀的主要成礦階段，伴隨含礦熱液的活動，在早期礦物裂隙中形成自然金、銀金礦、輝銀礦、輝鉍銀鉛礦等；晚期為石英—黃鐵礦階段，以細粒半自形—他形石英、黃鐵礦及部分毒砂為特征。

4.2 深部找礦預測分析

由原生暈組合特征分析研究可知，申家窯金礦形成環境復雜，經歷了多期成巖成礦活動。前緣暈指示元素Sb和尾暈指示元素Mo較為活躍(李惠等，1999)，出現在主成礦階段等多個成礦活動中，表現了前緣暈和尾暈疊加的特征，也指示了深部找礦的可能性。

同時利用C.B.格里戈良分帶指數法對申家窯金礦崤01、崤09兩個礦體開展了分帶特征研究。崤09礦體分帶序列為：As-Ag-Cu-Sn-Mo-Bi-Sb-Pb-Au-Zn-W，作為尾暈元素的Sn、Bi遷移至前暈，而前暈元素Sb則出現在近礦暈部位，表明了成礦的多期疊加作用。崤01礦體為Au-Cu-Zn-Sb-Mo-As-Pb-Sn-W-Ag-Bi，顯示了前緣暈和尾暈疊加。

綜上所述，申家窯金礦床原生暈元素組合特征和分帶特征都表明了成礦元素的疊加特征，顯示了良好的深部找礦前景。

5 結論

(1)相關性特征顯示與Au相關性較好的元素有Cu、Pb、Zn、Sb、Ag和Bi，它們的分布規律與Au較為相似，能在一定程度上較好的指示Au的富集規律，可以作為尋找金礦的指示元素。

(2)聚類分析研究把Pb、Zn、Au、Sb、Cu、Bi、Ag歸為一類，表現為主成礦元素之間的關系，推測為同一成礦期次，是地球化學找礦的重要標志。

(3)因子分析得出成礦元素組合的分帶特征為(Ag、Pb、Zn、Bi-Au-Cu-Sb)-(As-Sb-W-Mo)-Mo，體現了成礦元素疊加的特征。

(4)成礦活動劃分為3個階段，分別為石英—菱鐵礦階段、石英—多金屬硫化物階段、石英—黃鐵礦階段。

(5)礦床原生暈元素組合特征和分帶特征都表明了成礦元素的“反向”—疊加特征，顯示了良好的深部找礦前景。

注 釋

① 王春永，白英建，張磊，馮昂.2021.河南省陜縣申家窯-葫蘆峪礦區深部金礦普查報告[R].鄭州：河南省有色金屬地質礦產局第一地質大隊.