太行山北段梨园金矿构造地球化学特征

图1 太行山中部金矿分布图（据Sun et al.，2014；Fan et al.，2016；Liu et al.，2017修编）

1.太古代恒山群杂岩体；2.太古代五台群杂岩体；3.太古代阜平群杂岩体；4.新生代地层；5.新生代花岗岩；6.金矿床；7.银（铅锌）矿床；8.断裂

Fig.1 Distribution map of gold deposits in the central Taihang Mountains（modified after Sun et al.，2014；Fan et al.，2016；Liu et al.，2017）

区内地层主要为阜平群混合岩、片麻岩和斜长角闪岩。断裂十分发育，按其走向可划分为NNE、NE、NW和近EW向4组（许小平，2009），其中NNE向断裂与成矿密切相关，控制着矿体的产出和分布（图2）。区内岩浆活动频繁，尤以燕山期岩浆活动最为活跃，在涞源中生代火山沉积盆地中发育有一定规模的燕山期花岗岩体（许小平，2009）。

图2

图2 梨园金矿地质简图（a）和A-A′矿体剖面图（b）（据王斌峰等，2015修编）

1.第四系冲积物、洪积物；2.阜平群混合岩化条带状片麻岩夹斜长角闪岩；3.钾长花岗岩；4.辉绿岩脉；5.石英斑岩；6.矿体；7.断层；8.背斜轴；9.剖面位置

Fig.2 Geological map of the Liyuan gold deposit（a） and cross section map of A-A′orebody（b）（modified after Wang et al.，2015）

目前发现的金矿体赋存于阜平群索家庄组NNE向断裂带（F₃）及其派生断裂带和角砾岩带中，呈似筒状和似层状侧伏于NNE向构造带（F₃）中，倾角为45°~65°，受断裂带控制（鞠培姣，2018）（图2）。主采矿体为1号爆破角砾岩型矿体和2号石英脉型矿体（甄世民等，2020）（图3）。1号矿体为最大的主矿体，矿体长200 m以上，厚度为2~5 m，变化较稳定。主要矿化类型有黄铁矿—石英脉型、黄铁矿—绢云母—石英蚀变岩型和石英—多金属硫化物脉型，金平均品位为3.62×10^-9，最高品位可达300×10^-9（许小平，2009）。2号矿体沿辉绿岩脉分布，呈近陡立状（图3）。矿体厚度为0.2~2.5 m，金平均品位为6×10^-9~8×10^-9，延伸稳定。矿化类型主要有石英—黄铁矿脉型、黄铁矿—绢云母—石英蚀变岩型和石英—多金属硫化物脉型（甄世民等，2020）。矿区围岩蚀变强烈，主要发育有碳酸盐化、黄铁矿化、绢云母化和硅化等。金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿和方铅矿，可见少量明金。矿石结构主要为自形—半自形粒状、交代和固溶体分离等，矿石构造多呈团块状、条带状和角砾状等。

图3

图3 梨园金矿十三中段地质简图（a）和22勘探线剖面示意图（b）

1.阜平群混合岩化条带状片麻岩夹斜长角闪岩；2.粗粒钾长文象花岗岩；3.辉绿岩；4.断层及编号；5.矿体（推测）边界及编号；6.巷道/中段；7.盲井

Fig.3 Geological map of the 13th middle section of Liyuan gold deposit（a） and profile map of exploration line 22（b）

矿床金成矿作用可划分为4个阶段（鞠培姣，2018；鞠培姣等，2015）。（1）黄铁矿—石英阶段：代表成矿作用的开始，硅化作用强烈。（2）金—石英—黄铁矿阶段：矿物共生组合为石英和黄铁矿，黄铁矿多呈粗粒自形立方体。（3）金—石英—多金属硫化物阶段：代表矿化作用的主要阶段，矿物共生组合为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和石英等。（4）石英—碳酸盐阶段：矿物共生组合为石英、方解石和铁白云石等，代表矿化作用结束。

2 元素相关性分析

2.1 样品采集及异常下限计算

在矿区进行地表构造地球化学测量，工作范围约为5.2 km²，采样网度为100个/km²，并在矿化蚀变地段适当加密，采样点采用GPS结合地形地貌特征定位，GPS型号为eTrex Vista H。构造带附近，尽量在构造带中采样；无构造部位，在直径约1 m的范围内采集3~5块岩石样组成一个样品。岩石样品的重量不低于150~200 g；裂隙岩泥为20~30 g。本研究共采集677件样品进行元素测试（共13个元素，Cu、Pb、Ni、Mn、Ag、Zn、Co、B、As、Sb、Bi、Hg、Au），测试工作在桂林矿产地质测试中心完成，测试方法为等离子体质谱法（ICP-MS）。

利用迭代法进行各元素异常下限计算，结果见表1。

表1 梨园矿区各元素特征值计算结果

Table 1 Calculation results of eigenvalue of elements in Liyuan gold deposit

元素	最大值	最小值	样品数	离差倍数	均值	标准离差	计算异常下限	实际异常下限	实际样品数
Cu	632.30	3.70	677	2	11.10	5.99	27.17	27	574
Pb	1853.5	5.10	677	2	26.84	7.38	41.46	41	665
Ni	204.10	2.80	677	2	6.53	3.10	12.70	13	507
Mn	3417	20	677	2	156.18	122.82	344.10	344	552
Ag	20	0.02	677	2	0.07	0.02	0.11	0.1	603
Zn	652.3	6.2	677	2	36.61	23.00	84.02	84	627
Co	54.2	1.7	677	2	4.17	2.05	12.44	12	502
B	95.4	2.3	677	2	5.32	2.17	9.46	9.5	576
As	22.59	0.31	677	2	0.81	0.22	1.18	1.2	624
Sb	130.4	0.11	677	2	0.33	0.08	0.46	0.5	639
Bi	0.79	0.04	677	2	0.04	0.01	0.05	0.05	504
Hg	0.7	0.01	677	2	0.01	0.01	0.02	0.02	579
Au	21.66	0.09	677	2	0.63	0.34	1.10	1.1	657

注：Au元素单位为×10^-9，其他元素单位为×10^-6

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2.2 多元统计分析

（1）相关分析。运用SPSS软件对矿区样品微量元素进行相关性分析，通过元素间的相关系数来衡量各元素间的相关性和亲和性（梁平等，2018），结果见表2，其置信度为0.05，检验临界值r=0.0754（N=677）。由表2可知：①相关性相对较高的元素有Pb-Sb（0.989）、Pb-Ag（0.981）、Ag-Sb（0.975）、Mn-Co（0.835）、Mn-Zn（0.770）、Ni-Co（0.767）、Cu-Ag（0.743）、Cu-Pb（0.705）、Cu-Sb（0.694）、Zn-Co（0.666）、Ni-Mn（0.589）、Cu-Zn（0.578）、Ag-As（0.527）和Cu-As（0.526）；②以相关系数0.3为界，与Au元素呈显著正相关关系的元素有Zn（0.402）、Bi（0.401）、Cu（0.227）、As（0.218）和Mn（0.206），表明Au成矿与Cu、Zn、As、Bi关系密切，其高含量具有较好的成矿指示意义。Ag与Cu、Pb、As、Sb元素相关性较好，显示多金属硫化物阶段的元素组合。虽然Pb与Au元素的相关性很弱（0.002），但野外及室内研究发现方铅矿为该矿床重要的金属矿物，所以Pb元素异常对该矿床成矿作用仍具有重要的指示意义。

表2 地球化学元素相关关系矩阵

Table 2 Correlation matrix of geochemical elements

相关系数	Cu	Pb	Ni	Mn	Ag	Zn	Co	B	As	Sb	Bi	Hg	Au
Cu	1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Pb	0.705	1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Ni	0.307	-0.059	1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Mn	0.425	0.179	0.589	1	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Ag	0.743	0.981	0.001	0.236	1	-	-	-	-	-	-	-	-
Zn	0.575	0.334	0.470	0.770	0.388	1	-	-	-	-	-	-	-
Co	0.359	0.004	0.767	0.835	0.064	0.666	1	-	-	-	-	-	-
B	0.034	-0.003	0.187	0.154	0.045	0.149	0.165	1	-	-	-	-	-
As	0.439	0.486	-0.022	0.163	0.527	0.290	0.047	0.035	1	-	-	-	-
Sb	0.694	0.989	-0.013	0.227	0.975	0.372	0.055	0.021	0.466	1	-	-	-
Bi	0.233	-0.010	0.311	0.27	0.051	0.295	0.280	0.128	0.160	-0.010	1	-	-
Hg	0.161	0.222	0.034	0.137	0.221	0.163	0.102	0.078	0.117	0.227	0.002	1	-
Au	0.227	0.002	0.137	0.206	0.053	0.402	0.069	-0.006	0.218	0.007	0.401	0.012	1

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（2）R型聚类分析。对所采集样品的微量元素进行R型聚类分析，为研究矿床成因和元素组合规律提供依据，结果如图4所示。

图4

图4 R型聚类分析谱系图

Fig.4 Pedigree diagram of R-type cluster analysis

在R>0.8的聚类水平上，元素组合有2组，即Pb-Sb-Ag和Mn-Co，其中Pb与Sb元素的相关性最好，Pb、Sb和Ag元素发生关联，为共生关系。该组合中，Pb、Sb为中、低温元素，是矿体的前缘晕，说明矿体的剥蚀程度较低（林森等，2002）。在R>0.6的聚类水平上，Pb、Sb、Ag与Cu合为一组，Mn、Co与Zn合为一组。在R>0.4的聚类水平上，Ni-Mn-Co-Zn组合为矿体的尾晕特征元素（李惠，1997）。Au、Bi在R=0.4的聚类水平上相关联，说明Bi矿物对金成矿具有指示作用。Hg、B元素明显与其他元素分离，相关性低，表现出它们在成矿活动过程中的相对独立性（陈艳等，2009）。

（3）斜交因子分析。表3列出了矿区各元素Pro-max斜旋转因子结构矩阵。

表3 梨园金矿地球化学元素Pro-max斜旋转因子结构矩阵

Table 3 Pro-max oblique factor structure matrix of geochemical elements in Liyuan gold deposit

元素	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7
Cu	0.828	0.532	0.451	0.007	0.105	0.257	0.406
Pb	0.974	0.171	0.203	-0.023	0.199	-0.040	0.486
Ni	0.071	0.801	0.196	0.199	-0.022	0.441	-0.112
Mn	0.322	0.915	0.461	0.173	0.109	0.194	0.147
Ag	0.982	0.237	0.260	0.026	0.194	0.023	0.524
Zn	0.491	0.832	0.703	0.170	0.133	0.182	0.278
Co	0.151	0.935	0.261	0.180	0.065	0.288	0.002
B	0.034	0.181	0.037	0.999	0.070	0.127	0.023
As	0.513	0.159	0.322	0.026	0.103	0.117	0.994
Sb	0.973	0.220	0.216	0.004	0.204	-0.043	0.464
Bi	0.077	0.336	0.405	0.131	-0.020	0.963	0.136
Hg	0.227	0.131	0.085	0.077	0.997	-0.020	0.119
Au	0.097	0.230	0.922	0.004	-0.001	0.337	0.213

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F1因子轴特征元素组合主要为Cu、Pb、Ag、As、Sb和Zn，体现出较为特征的热液硫化物成矿作用，在矿物组合上表现为闪锌矿、方铅矿和黄铜矿等在多金属硫化物阶段紧密共生。前晕元素As、Sb与矿化元素Cu、Pb、Zn、Ag有密切的空间关系。

F2因子轴特征元素组合主要为Ni、Mn、Co和Zn，为亲铁元素组合，反映了成矿物质的深源特征，可能与深部岩浆热液活动有关。该元素组合为尾晕特征指示元素，与金矿体相关性不明显，对金成矿指示作用不大。

F3因子轴特征元素组合为Au、Zn、Cu和Mn，为近矿晕元素组合。Au元素的高因子得分显示其在矿化活动中的相对独立性。Au与Cu、Zn等硫化物有相似的迁移形式及沉淀条件（刘英俊等，1984），表现为金与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂等硫化物共生，可作为找矿标志。

F4和F5因子轴特征元素分别为B和Hg，为前晕元素组合，分布于矿体上部及前缘，其强异常指示矿体前缘或头部。此外，B、Hg元素在矿化活动中具有相对独立性。

F6因子轴特征元素为Bi、（Au、Ni）组合。Bi元素异常常分布于矿体下部及尾部，为尾晕特征元素，该元素的高因子得分显示出其在成矿作用过程中的独立性。由表3可见，Bi与Au元素呈明显的正消长关系，说明铋矿物与金矿化关系密切，在陕西小秦岭金矿（叶芳等，1989）、吉林小西南岔金矿（吴尚全，1986）等地区均可见自然金与铋矿物密切共生。

F7因子轴特征元素组合为As、Ag、（Pb、Sb、Cu），反映了亲铜元素As的活化事件。

综上，梨园矿区元素异常分布组合齐全，异常范围较广，厘定最佳近矿成矿指示元素组合为Cu-Pb-Zn-Au-Ag，矿体旁侧及外围成矿指示元素组合为As-Sb-Hg。

3 构造地球化学特征

基于上述多元统计分析，梨园金矿床多元素异常组合可划分为：（1）成矿元素：Au；（2）指示元素异常组合：直接指示元素异常组合为Cu-Pb-Zn-Au-Ag；间接指示元素异常组合为As-Sb-Hg。

Au元素异常下限值为1.1×10^-9，区内所测最高值为21.66×10^-9。异常范围不大，连续性差，多分布于研究区中部及东部。异常展布方向大致呈NE-SW向，与区内构造线方向相吻合（图5）。可见6处明显的异常中心，金矿化出现在破碎带、褐铁矿化花岗岩体、岩脉（细晶岩、辉绿岩）和地层（斜长角闪片麻岩）内部。褐铁矿化为找矿的表生标志，矿化受岩体及破碎带控制。

图5

图5 梨园金矿区Au-Ag-Cu-Pb-Zn地球化学组合异常分布图

1.第四系冲积物、洪积物；2.阜平群混合岩化条带状片麻岩夹斜长角闪岩；3.石英斑岩；4.花岗细晶岩；5.辉绿岩；6.粗粒钾长文象花岗岩；7.断层；8.地质界线；9.Au元素异常，下限为1.1×10^-9；10.Ag元素异常，下限为0.1×10^-6；11.Cu元素异常，下限为27×10^-6；12.Pb元素异常，下限为41×10^-6；13.Zn元素异常，下限为84×10^-6

Fig.5 Distribution diagram of geochemical anomaly of Au-Ag-Cu-Pb-Zn in the Liyuan gold deposit

Cu-Pb-Zn-Au-Ag元素组合异常分布范围广，连续性较好，面积占研究区总面积的2/3以上（图5）。异常展布呈NNW和NE-SW向，与区内构造线方向相吻合。可见多个异常中心，分布在破碎带、褐铁矿化花岗岩体、岩脉（细晶岩、辉绿岩）和地层（斜长角闪片麻岩）内部。该元素组合异常与成矿元素Au的异常分布叠合度高，比Au异常范围大。Au、Ag、Cu、Pb和Zn为近矿晕组合，其强异常对金成矿指示作用明显。这个组合对隐伏矿体有较大的指示意义。

As-Sb-Hg元素组合异常分布范围较广，展布方向呈NNW和NE-SW向，可见多个异常中心，位于花岗岩体和辉绿岩脉分布区域（图6），说明成矿岩体和成矿过程都是富Cu族元素的。

图6

图6 梨园金矿区Au-Sb-Hg-As地球化学组合异常分布图

1.第四系冲积物、洪积物；2.阜平群混合岩化条带状片麻岩夹斜长角闪岩；3.石英斑岩；4.花岗细晶岩；5.辉绿岩；6.粗粒钾长文象花岗岩；7.断层；8.地质界线；9.Au元素异常，下限为1.1×10^-9；10.Sb元素异常，下限为0.5×10^-6；11.Hg元素异常，下限为0.02×10^-6；12.As元素异常，下限为1.2×10^-6

Fig.6 Distribution map of geochemical anomaly of Au-Sb-Hg-As in the Liyuan gold deposit

该组合异常分布与Cu-Pb-Zn-Au-Ag和Au元素异常区域基本吻合，As、Sb、Hg为前晕元素，其强异常指示矿体上部及前缘与金成矿作用关系密切。在成矿作用过程中，金主要赋存在硫化物中，这些亲铜元素形成毒砂、辉锑矿和辰砂等硫化物，与金密切共生。

4 结论

（1）矿区元素异常分布组合齐全，矿体剥蚀程度较低。成矿元素为Au，成矿直接指示元素组合为Cu-Pb-Zn-Au-Ag，成矿间接指示元素组合为As-Sb-Hg。

（2）金矿化多发生在破碎带及褐铁矿化花岗岩体、岩脉和地层内部，异常展布方向与区域构造线相吻合，矿化受岩体及破碎带控制。

（3）指示元素组合异常与成矿元素异常叠合度较高，与成矿作用关系密切。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2021/1005-2518/1005-2518-2021-29-1-64.shtml

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