河南嵩县槐树坪金矿位于熊耳山金矿化集中区东南部, 区内出露地层主要有新太古界太华群(Arth), 中元古界长城系熊耳群(Chx)、蓟县系高山河群(Jxg), 新元古界青白口系官道口群(Qbg), 中生界白垩系上统(K₂)及新生界古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q)。

区内构造以断裂为主, 褶皱不发育, 其中马超营深大断裂带和熊耳山北麓的山前断裂为主干断裂, 断裂多具多期活动性特征, 按方向大致可分为近EW向、NE向、NNE向及NNW向4组, 其中近EW向和NE向断裂最为发育。近EW向断裂多为成矿前断裂, 与NE向断裂交汇部位及附近为成矿的有利地段^[4]。

区域上该区经历了晋宁期、印支期和燕山期3个时期的岩浆活动, 岩浆岩分布极广, 主要为元古代长城纪熊耳群火山岩、印支期碱性花岗岩和燕山期花岗岩^[5], 多呈岩基产出, 部分为岩枝或岩脉^{[5, 6]}。其中, 燕山期岩浆活动最为强烈, 规模较大的花山岩体即在该时期形成, 为区内多金属矿床的形成提供了物质来源和运移动力。

矿区出露地层主要有中元古界长城系熊耳群鸡蛋坪组(Chxj³)、古近系高峪沟组(E₁g)及第四系(Q)。矿床的主要赋矿层位为熊耳群中酸性火山岩系及火山碎屑沉积岩。

图1

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	图1 槐树坪金矿区域地质简图(据庞绪成[5])

矿区构造以NE向压扭性断裂为主, 其次为NNE向、NNW向、近EW向。NE向断裂成群分布, 近于平行, 形成沿熊耳群内部分布的缓倾斜构造组。缓倾斜断裂构造组属印支造山晚期伸展滑脱断裂构造系统, 为中生代缓倾斜滑脱拆离断层的次级构造。槐树坪金矿主要赋矿构造有F₁₆、F₁₇、F₁₈、F₁₉、F₂₀、F₂₃、F₂₄、F₂₅, 宽度1~20 m, 倾向SE, 倾角11° ~30° , 断裂带与围岩边界清晰, 带内充填构造角砾岩、石英脉和蚀变岩。目前发现K₁₇、K₁₉、K₂₃、K₂₄、K₂₅等多条石英脉型矿体, 均赋存于与安山岩产状一致的缓倾斜层间挤压破碎带内, 主矿体为K₂₃和K₂₄(图2)。其中K₂₃矿体是区内矿体规模最大的隐伏矿体, 沿走向控制长度1 610 m, 沿倾向控制最大长度781 m, 厚度5~40 m, 平均15~20 m, 整体倾向东南, 总体倾角25° , 总体呈舒缓波状展布。K₂₄矿体位于K₂₃之下约100 m, 产状与K₂₃基本一致, 矿体规模小于K₂₃矿体, 沿走向控制长度1 605 m, 沿倾向控制长度 1 011 m, 厚度5~30 m, 平均厚度15~20 m, 矿体倾向南东, 倾角较平缓, 倾角10° ~20° , 整体平均倾角15° 。矿体在蚀变破碎带的中心部位, 呈脉状、透镜状、不规则条状密集近平行产出, 沿走向或倾向尖灭再现、尖灭侧现、膨大缩小、分支复合现象普遍。金属矿化主要为黄铁矿化、方铅矿化, 伴随金矿化, 黄铁矿化常随石英脉呈烟灰色脉状充填于角砾之间, 其次可见团块状和稠密浸染状。矿石按自然类型分为氧化矿和原生矿两种, 按矿物成分及结构构造可分为浸染状黄铁矿金矿石、细脉— 浸染状黄铁矿金矿石、脉状— 网脉状黄铁矿金矿石、碎裂— 角砾状金矿石。根据金属矿物之间的关系及结晶程度划分为自形— 半自形晶结构、它形晶粒状结构、交代残余结构、斑状结构、碎裂结构。

图2

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	图2 槐树坪矿区0勘探线剖面

矿区内与矿化有关的岩浆岩主要为燕山期中酸性侵入岩— — 五丈山二长花岗岩体, 其出露矿区北部, 槐树坪矿区主要金矿体沿五丈山岩体边界展布。

本次研究样品主要取自槐树坪金矿床0勘探线见矿钻孔中, 取得化探样品293件, 样品测试由西南冶金地质测试所承担。依据槐树坪金矿元素地球化学特征及金矿矿物研究的结果选取Au、Hg、Sb、As、Ag、Cu、Bi、Mo、Pb、W、Zn、Co为成矿元素^{[11, 12]}。目前地球化学的数据处理主要应用多元统计分析方法(相关分析、聚类分析、判别分析、因子分析等)揭示研究对象和参数的分布形式、变异特征、相关程度、元素共生组合及其影响因素等^[13]。应用多元统计分析方法中的相关分析、聚类分析和因子分析的方法对样品数据进行处理, 最终确定成矿元素组合特征。

4.1 成矿元素相关性分析

相关分析是利用元素间的相关系数来衡量各元素间相关性的一种统计学算法。本次采用对原生晕元素含量取对数的方案重新检验, 各元素的对数含量均趋于正态分布, 符合进行相关性分析的条件, 利用SPSS软件的“ 相关分析” 功能, 采用Spearson相关系数进行相关性分析^{[14, 15]}, 计算得出原生晕元素的对数相关性矩阵(表1), 可得出:

表1

表1

表1 槐树坪金矿原生晕元素对数相关性矩阵 元素 Au Hg As Sb Ag Bi Co Cu Mo Pb W Zn Au 1 Hg 0.68 1.00 As 0.67 0.73 1.00 Sb 0.52 0.42 0.63 1.00 Ag 0.77 0.72 0.75 0.62 1.00 Bi 0.81 0.68 0.70 0.53 0.77 1.00 Co 0.10 0.20 0.19 0.11 0.02 0.19 1.00 Cu 0.56 0.53 0.57 0.55 0.63 0.53 0.32 1.00 Mo 0.61 0.66 0.60 0.40 0.66 0.65 -0.01 0.45 1.00 Pb 0.62 0.63 0.62 0.58 0.76 0.67 0.10 0.55 0.52 1.00 W 0.62 0.57 0.62 0.51 0.61 0.62 0.25 0.63 0.61 0.51 1.00 Zn 0.37 0.49 0.50 0.57 0.59 0.43 0.17 0.44 0.39 0.73 0.39 1.00

表1 槐树坪金矿原生晕元素对数相关性矩阵

1) 原生晕异常元素之间普遍存在一定的联系。

2) Au与Bi、Ag显著相关, 相关性系数(r)分别

为0.81和0.77, Au与Hg、As、Pb、Cu、Mo、W呈中等显著相关, 相关系数依次减小。

3) Au与高温元素、中温元素以及低温元素的显著相关, 说明本区成矿流体活动频繁且具多期次活动特征。

4)对数相关性矩阵中其他元素的相关性有:Ag与Bi、Pb、As、Sb、Hg等关系密切; Bi与Hg、As中等相关; Pb、Zn显著相关, r=0.73; Cu与W、Ag中等相关; Co相对独立存在, 与其他元素相关性较差, r=-0.01~0.32, 说明Co在本区找矿指示意义不明显。

4.2 R型聚类分析

为更加清晰、直观地比较原生晕元素间的亲疏关系和组合特征, 在相关性分析基础上对各元素进行R型聚类分析(图4)。

图4

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	图4 槐树坪金矿原生晕元素R型聚类分析谱系

在距离系数r=0.577的相似性水平上可划出3个明显族群:

第一族群包括Au、Bi、Ag、Hg、As、Mo、Cu和W, 其中Au、Bi、Ag关系最为密切, 共性较好的Hg、As与Au关系相对密切, Mo、Cu、W与Au具有一定程度相关, W和Cu相关性较好; 聚类分析与相关性分析结果具有一致性。

第二族群主要包括Pb、Zn和Sb, 其中Pb、Zn的关系更为密切。

第三族群只有Co, Co是与Au及其他元素相关性最小的独立类别。

4.3 R型因子分析

采用R型因子分析(表2、表3), 选用5个主因子代表整个原生晕元素数据的变化情况, 对初始因子进行方差最大正交旋转, 各变量在旋转因子上的负载有明显的差异, 在同一因子中两级分化, 有利于因子地质解释^[16]。

表2

表2

表2 槐树坪金矿原生晕元素取对数后旋转成分矩阵 元素 F1 F2 F3 F4 F5 Au 0.97 -0.014 -0.134 -0.065 0.032 Bi 0.923 0.069 0.003 0.017 -0.005 As 0.607 0.053 0.159 -0.074 0.182 Ag 0.606 -0.141 0.281 -0.077 0.16 Hg 0.542 0.117 0.267 0.332 0.199 Co 0.048 0.976 0.038 0.053 0.03 Zn -0.126 0.054 1 -0.039 0.03 Pb 0.391 -0.022 0.669 -0.038 -0.049 Sb 0.256 -0.096 0.3 -0.618 0.181 W 0.031 0.073 -0.065 -0.06 0.9 Mo 0.159 -0.229 0.12 0.337 0.711 Cu 0.042 0.196 0.082 -0.306 0.656 累积方差贡献/% 58.382 67.782 75.705 80.906 85.078

表2 槐树坪金矿原生晕元素取对数后旋转成分矩阵

表3

表3

表3 槐树坪金矿原生晕元素成分相关系数矩阵 成分 1 2 3 4 5 1 1.000 0.041 0.536 -0.075 0.699 2 0.041 1.000 0.061 -0.127 0.137 3 0.536 0.061 1.000 -0.159 0.478 4 -0.075 -0.127 -.159 1.000 -0.114 5 0.699 0.137 0.478 -0.114 1.000

表3 槐树坪金矿原生晕元素成分相关系数矩阵

根据R型因子分析方差最大正交旋转因子载荷对各因子进行解释:

F1(Au、Bi、As、Ag、Hg):金、硫化物矿化因子, As的载荷较大, 代表前缘元素组合。Bi为矿体尾晕指示元素, 在这里出现说明矿化具有多期叠加的特征。Hg为前缘晕指示元素, 出现在同一因子中表明矿体的深部有盲矿体存在。Au和Bi、As、Ag出现在同一组合, 代表具有多元素热液的活动, 是金矿化叠加的反映, 指示深部存在第二个矿体。该因子代表了元素的共生组合关系。

F2(Co):Co为矿体原生晕尾晕指示元素, 独立存在, 意义不大。

F3(Zn、Pb):硫化物因子Zn、Pb为矿体中部指示元素。

F4(Sb):Sb为金矿体前缘晕指示元素, 化学性质比较活泼, 与Au为负关系, 表明其具有一定独立性。

F5(Cu、W、Mo):高温元素W、Mo为矿体原生晕尾晕指示元素, Cu代表中温元素, 指示矿体中部。

Au的因子模型为:X_Au=0.97F1-0.014F2-0.134F3-0.065F4+0.032F5, 可以看出X_Au主要由F1提供, 其他因子提供的Au极少, 可忽略不计。据表3可知F1与F5相关性较好, F3与F5相关性较好。因子分析结果与野外地质观察相结合表明:金的矿化具有多期次特征, 至少3期, 与金矿化相关的主要3个阶段是As-Ag-Hg组合沉淀作用阶段、Pb-Zn多金属硫化物矿化阶段和Cu-W-Mo组合沉淀作用阶段, R型因子分析与相关分析、聚类分析结果具有一致性。

根据矿石中的不同物理化学条件所形成的蚀变矿物种类、矿物共生组合关系, 将矿床成矿过程划分为蚀变期、热液期及表生期。

1) 蚀变期:蚀变期为成矿期前, 安山岩受后期五丈山酸性岩浆侵入及大章地堑形成时地质作用的影响, 生成多组裂隙系统, 热液在高温、高压作用下向破碎变形带聚集。在碱性氧化条件下, 发生钾化等碱交代作用。该期生成的蚀变矿物有钾长石、钠长石、部分绢云母、赤铁矿、绿泥石、石英等。钾化带蚀变范围宽, 规模及强度大, 钾长石常呈斑块状、细脉状散布在矿体及围岩中。在弱酸性、弱还原环境中, 绢英岩化生成绢云母、石英、黄铁矿等蚀变矿物, 伴随部分矿化, 表现为早期的热液活动, 是成矿的前奏。

2) 热液期:根据矿脉穿插关系及矿物共生组合规律将热液期分为4个阶段(图5)。

图5

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	图5 矿脉穿插关系 Ⅰ — 乳白色石英脉阶段; Ⅱ — 烟灰色石英-多金属硫化物阶段; Ⅲ — 白色石英脉-黄铁矿细脉状矿化阶段; Ⅳ — 石英-碳酸盐阶段; Py— 黄铁矿

第Ⅰ 阶段:乳白色石英脉阶段, 早期张— 张扭性断裂活动, 热液沿层间挤压破碎带及较大的裂隙充填, 胶结早期的岩石, 形成沿裂隙分布的石英脉并伴有少量黄铁矿、磁铁矿, 叠加在早期形成的蚀变碎裂岩、碎裂石英脉及钾化带之上构成矿化体, 规模较小, 所含黄铁矿晶形较好, 但金品位较低。

第Ⅱ 阶段:烟灰色石英— 多金属硫化物阶段, 后期张性构造活动, 热液富含Hg、Bi、Cu、Pb、Sb、Ag、As、S等大量成矿物质, S浓度降低, As、Sb等浓度升高, 富含Fe、S 、Pb、Zn等组分流体沿裂隙充填成矿, 可富集形成浸染状、细脉状、网脉状黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿组合, 形成角砾— 裂隙充填型矿化, 该阶段与早期的成矿叠加, 形成富矿体。黄铁矿主要呈细脉浸染状、团块状, 晶型较差, 含矿性高, 为Au矿化的主要成矿阶段, 金品位与黄铁矿细脉分布密度呈正比^[17]。

第Ⅲ 阶段:白色石英脉— 黄铁矿细脉状矿化阶段, 晚期压扭性断裂活动, 低S热液叠加早期成矿物质进行时迁移改造, Cu、W、Mo等高温元素组合沉淀, 伴随黄铁矿化, 黄铜矿化, 形成初糜棱岩型矿化。黄铁矿呈暗黄色, 晶型较差, 含矿性一般。

第Ⅳ 阶段:石英— 碳酸盐阶段, 矿化已进入末期, 成矿元素金基本没有。该阶段主要形成一些石英及碳酸盐脉。成矿的晚期, 热液中Fe、S、Cu、Zn、Pb等组分已沉淀完毕, 以富含Ca、Mg、Fe、C O32-为特征, 碳酸盐矿物主要以方解石的形式叠加在早期形成的矿岩之上, 是成矿期结束的标志。由于受Ca质来源的限制, 造成本阶段不发育。碳酸盐矿物载Au能力较低, 析出的金矿物也相应较少。碳酸盐脉本身不构成矿体。

3) 表生期:主要发生表生氧化作用, 表现为原生矿物被氧化成氧化物, 硅铝矿物次生变化为高岭石等, 黄铁矿等硫化合物及含铁矿物氧化被成褐铁矿、赤铁矿及其他氧化物。

1) 槐树坪金矿床矿石矿物组合为(黄铁矿、赤铁矿)— 白铁矿— 闪锌矿— 方铅矿— (黄铜矿、斑铜矿)— 蓝辉铜矿, 为一套中低— 温热液成因的矿物组合。围岩蚀变特征矿物组合为钾长石、石英、黑云母、高岭土、方解石、白云石、绢云母、绿泥石、绿帘石。

2) 利用相关性分析、聚类分析、R型因子分析及岩矿鉴定分析, 得出成矿主要元素间的相关性和矿物共生组合关系, 可作为矿床成因探讨标志。综合研究表明:Au矿化与Bi、Ag显著相关, 可作为金的具体指示元素; Hg异常可作为良好的浅部找矿标志。Bi与Hg、Ag、As出现在同一因子中表明矿体的深部有盲矿体存在或有较大延伸。与金矿化相关的主要3个阶段是As-Ag-Hg组合沉淀作用阶段、Pb-Zn多金属硫化物矿化阶段、Cu-W-Mo组合沉淀作用阶段。

3) 初步确定矿床属中— 低温岩浆热液型金矿床。

4) 成矿过程分为蚀变期、热液期及表生期, 热液期又分为乳白色石英脉阶段、烟灰色石英— 多金属硫化物阶段、白色石英脉— 黄铁矿细脉状矿化阶段和石英— 碳酸盐阶段。