方 捷，張曉東，張定源，謝恩才，凌其懷，梁勝躍

(1 中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)(2 安徽省霍山縣黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，霍山 237200)(3 江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，南京 210008)

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安徽霍山縣東溪—南關(guān)嶺金礦土壤化探的數(shù)學(xué)地質(zhì)分析*

方 捷1，張曉東1，張定源1，謝恩才2，凌其懷2，梁勝躍3

(1 中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)(2 安徽省霍山縣黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，霍山 237200)(3 江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，南京 210008)

文章運(yùn)用數(shù)學(xué)地質(zhì)方法對(duì)東溪—南關(guān)嶺金礦及外圍1：10000土壤化探數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明Au及相關(guān)指示元素異常主要受北西向構(gòu)造破碎帶控制。土壤地球化學(xué)元素R型聚類分析表明，12種微量元素可劃分為：F1因子為Cu-Pb-Zn的中溫元素組合，代表硫化物礦化因子；F2因子為Sb-As-W-Mo組合，反映可能存在多期次疊加；F3因子為Bi-Hg-Sn組合，反映多期次疊加的特征；F4因子為Au-Ag組合，反映成礦元素組合。對(duì)研究區(qū)1910個(gè)樣品分別計(jì)算F4因子得分，F(xiàn)4因子得分>0的異常等值線圖與Au異常等值線異常類似，與已知礦體吻合度高，認(rèn)為F4因子得分異常區(qū)域及Au元素異常區(qū)域是重點(diǎn)找礦區(qū)域，具有較好的找礦前景。

土壤化探測(cè)量；聚類分析；因子分析；金異常

20世紀(jì)50年代，我國興起了用數(shù)學(xué)地質(zhì)方法研究地質(zhì)勘探中遇到的問題，并取得了一些成果。數(shù)學(xué)地質(zhì)是一門新興交叉學(xué)科[1]，進(jìn)入80年代更多的數(shù)學(xué)地質(zhì)方法應(yīng)用到了地質(zhì)找礦領(lǐng)域，比如聚類分析、因子分析、趨勢(shì)面分析等，實(shí)踐證明數(shù)學(xué)地質(zhì)應(yīng)用于找礦是具有成效的[2]，尤其在礦床類型及成因判斷[3-4]、元素分類[5]、異常圈定[6]及隱伏礦體的預(yù)測(cè)[7]等方面應(yīng)用廣泛。本文應(yīng)用數(shù)學(xué)地質(zhì)方法對(duì)霍山東溪—南關(guān)嶺金礦及外圍的土壤化探數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究，以期獲得該區(qū)各個(gè)土壤化探元素之間的相互關(guān)系，研究綜合異常的找礦指示，圈定找礦靶區(qū)，進(jìn)而指導(dǎo)找礦勘探。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

東溪—南關(guān)嶺金礦產(chǎn)于桐柏-大別山造山帶之北淮陽構(gòu)造帶東段，位于磨子潭-曉天火山巖盆地中部南側(cè)邊緣，其南北分別以磨子潭-曉天斷裂(區(qū)域上稱為桐柏—桐城斷裂)和金寨斷裂為界，向東被郯廬斷裂截切[8](圖1)。礦區(qū)地層為基底+蓋層的雙層結(jié)構(gòu)，基底為前中生代變質(zhì)雜巖，蓋層為中生代火山巖。礦區(qū)出露的巖石為毛坦廠組火山巖，巖性有安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r、安山質(zhì)火山角礫巖等。毛坦廠組火山巖層南薄北厚。蓋層與基底界面總體向NE緩傾，但呈舒緩波狀，局部有凸凹。

礦區(qū)內(nèi)僅發(fā)育少量閃長巖脈、花崗斑巖脈。前人鉆孔資料記錄，深部見有閃長巖脈、閃長玢巖脈及石英正長巖脈等。礦區(qū)南東外圍發(fā)育早白堊世雜巖體，巖性為閃長巖、正長巖、石英正長巖等。

礦區(qū)褶皺構(gòu)造不明顯，總體呈NE緩傾的單斜構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)主要斷裂有NW和NE向兩組，次為SN向斷裂，后期出現(xiàn)近EW向斷裂。NW向的掃帚河-童家河構(gòu)造破碎帶為東溪—南關(guān)嶺金礦最重要的控礦構(gòu)造，礦體主要產(chǎn)于NW向斷裂破碎帶的石英硅化脈中。根據(jù)該破碎帶中的金礦體及蝕變帶的空間分布，可識(shí)別出兩條特征明顯的近乎平行的礦化蝕變帶，即南礦化帶和北礦化帶，前人稱之為苗兒坦—木魚地礦化蝕變帶和東溪嶺—水竹灣礦化蝕變帶。

圖1 東溪—南關(guān)嶺金礦構(gòu)造位置示意圖[9]Fig.1 Sketch tectonic map of the Dongxi-Nanguanling gold ore deposit①明港-六安斷裂；②金寨斷裂；③磨子潭-曉天斷裂；④商城-麻城斷裂；⑤青山-熬藥尖斷裂；⑥郯廬斷裂；1-古近、新近、第四系；2-侏羅、白堊系；3-侏羅系；4-石炭系；5-新元古界；6-中元古界；7-太古宇-古元古界；8-超基性巖類；9-基性巖類；10-正長斑巖；11-燕山期閃長巖；12-燕山期花崗巖；13-燕山期花崗斑巖；14-東溪—南關(guān)嶺金礦位置。

東溪—南關(guān)嶺金礦由東溪礦區(qū)和南關(guān)嶺礦區(qū)組成。東溪礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)大小礦體25個(gè)，平面形態(tài)多呈不規(guī)則脈狀或小透鏡狀，具明顯的分枝、復(fù)合及膨大、縮小的特征。礦體嚴(yán)格受石英大脈和細(xì)脈帶的形態(tài)控制，規(guī)模較大的為1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)礦體，位于南礦化帶，現(xiàn)已采空。南關(guān)嶺礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦體18條，礦體形態(tài)嚴(yán)格受賦礦石英脈形態(tài)制約，多為脈狀，少數(shù)呈透鏡狀。在地表，礦體也具膨大收縮、分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)等特點(diǎn)，除4號(hào)、5號(hào)二個(gè)主要礦體規(guī)模較大外，其余礦體規(guī)模均較小。4號(hào)礦體呈脈狀，長250 m，平均厚3.33 m，最大延深70 m，為地表礦。脈狀礦體產(chǎn)于NW向斷裂控礦系統(tǒng)內(nèi)，呈平行式或錯(cuò)斷斜列式展布，走向295°～315°，傾向NE，傾角陡立。5號(hào)礦體位于四號(hào)礦體北東幾十米，為隱伏礦體，形狀呈礦囊狀，呈NW向展布，NE向緩傾，礦囊長230 m以上，囊的中央最厚處達(dá)50 m以上，為目前開采的主礦體。

2 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)任務(wù)，部署1∶10000土壤地球化學(xué)測(cè)量面積8 km2，按照100 m×40 m網(wǎng)度布設(shè)和采樣，共獲得化探數(shù)據(jù)1910組，數(shù)據(jù)測(cè)試在國土資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)背景和實(shí)際情況，采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布逐步截尾法[10]求異常下限，結(jié)果表明研究區(qū)以Au異常為主(表1)，異常率達(dá)17.31% ，土壤化探是找金礦的重要方法。

利用Mapgis進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，作出Au異常等值線圖(圖2)。Au異常呈NW向分布，可見明顯兩條間隔幾十米至一兩百米近平行的NW向異常帶，與已知礦體吻合度較高，單個(gè)異常多呈長條狀，不規(guī)則狀，橢圓狀展布，異常受NW向構(gòu)造控制。Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo、As、Sb、Bi、Hg等其它元素的異常也具有明顯的NW向展布特征。

表1 東溪—南關(guān)嶺金礦地球化學(xué)元素異常參數(shù)

Table 1 Element geochemical anomalous parameters of the Dongxi-Nanguanling gold mine ore deposit

元素AuAsBiCuHgMoPbSbWZnAg異常值1060．47280．081．23381．44．11000．12樣本數(shù)19121912191219121912191219121912191219121912小于異常數(shù)15811842184718661852177218421826186118511846外帶值1060．47280．081．23381．44．11000．13中帶值40120．94560．162．46762．88．22000．26內(nèi)帶值80241．881120．324．921525．616．44000．52異常率0．170．040．030．020．030．070．040．040．030．030．03

圖2 金元素地球化學(xué)異常圖Fig.2 Map showing the geochemical anomaly of gold

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 R型聚類分析

按照聚類分析原理[11-12],通過SPSS統(tǒng)計(jì)軟件[13]對(duì)化探數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)變換后，根據(jù)其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行R型聚類分析，采用最鄰近類準(zhǔn)則和皮爾森相關(guān)系數(shù)，獲取地球化學(xué)元素相關(guān)關(guān)系矩陣(表2)及樹圖(圖3)。從表2中可以看出，Pb、Zn相關(guān)性最好，

達(dá)到0.9以上，Pb、Zn還與Cu、Bi具有較好的相關(guān)性；Sb與As，Bi與Hg也具有一定的相關(guān)性，W、Mo、Sn與其它元素的相關(guān)性都較差；而主成礦元素Au與Ag的相關(guān)性為0.39。根據(jù)樹圖，取距離系數(shù)為20時(shí)，各種元素可以分為4類：Cu、Pb、Zn一類；Sb、As、W、Mo為一類；Au、Ag為一類；Bi、Hg、Sn一類。

表2 各元素相關(guān)系數(shù)矩陣

Table 2 Matrix of correlative coefficients between the elements

SbBiAsHgCuPbZnWMoAuAgSnSb1．000．303．417．165．182．312．254．289．124．094．169-．014Bi1．000．253．343．248．539．414．085．087-．027．040．192As1．000．257．049．114-．015．249．276．041．039．111Hg1．000-．050．150．020-．001．079-．039．031．189Cu1．000．607．648．171．027．120．119-．055Pb1．000．911．062．105．000．014．078Zn1．000．021．033．000-．018．009W1．000．111．148．101-．090Mo1．000．029．043．061Au1．000．390-．053Ag1．000．015Sn1．000

圖3 各元素R型聚類分析樹狀圖Fig.3 R-cluster analysis of the elements

3.2 因子分析

因子分析是一種降維分析，找出主因子并利用該因子得分圈定的異常往往更具有成因及找礦指示意義[14]。因子分析的步驟[15]為：確定因子載荷，進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)并計(jì)算因子得分，由于初始因子載荷矩陣不唯一，所以需要進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，得到更具實(shí)際意義的公共因子。為了確定對(duì)成礦作用具有指示意義的元素組合的合理性，對(duì)各元素進(jìn)行了數(shù)據(jù)檢驗(yàn)[16]，得到KMO值為0.694，Barrlett球形檢驗(yàn)顯著性概率是0，小于顯著性水平0.05，拒絕零假設(shè)，原始變量間存在相關(guān)性，數(shù)據(jù)適合作因子分析。

本文以前述數(shù)據(jù)進(jìn)行R型因子分析[17]。采用主成分分析法所得的初始特征值及方差貢獻(xiàn)值如表3所示。從方差貢獻(xiàn)表中可以看出沒有一個(gè)主因子的方差貢獻(xiàn)率超過50%，數(shù)據(jù)的方差貢獻(xiàn)率收斂較慢，說明各元素的綜合信息比較分散，很難找到一個(gè)綜合主因子來表征。采用因子的初始特征值>1確定因子個(gè)數(shù)，取前4個(gè)為公共因子，此時(shí)的方差貢獻(xiàn)率累計(jì)值為62.687%，可用于表征12種元素的主要信息。

表3 特征值及方差貢獻(xiàn)

Table 3 Eigenvalues and variance contribution

成份初始特征值合計(jì)方差的%累積%提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%13．06525．54025．5403．06525．54025．54021．75414．61540．1561．75414．61540．15631．54812．89853．0531．54812．89853．05341．1569．63462．6871．1569．63462．6875．9317．75970．4466．7896．57677．0227．6895．74182．7638．6125．10387．8659．5484．56592．43010．5034．19196．62111．3372．80699．42712．069．573100．000

表4 初始因子載荷

Table 4 Initial factor loadings

F1F2F3F4Sb．555．425．106-．202Bi．682．097-．325．168As．360．667-．156-．243Hg．277．391-．476．293Cu．686-．349．303-．045Pb．888-．331-．063．022Zn．817-．484．029-．011W．262．402．365-．420Mo．210．387-．069-．222

表5 正交旋轉(zhuǎn)因子載荷

Table 5 Rotated factor loading matrix

F1F2F3F4Sb．285．659．068-．144Bi．520．262-．518．-032As-．024．771．251-．017Hg．012．246-．694-．018Cu．791-．057-．180．158Pb．928．108．166-．039Zn．949-．016．017-．047W．062．638-．320-．160Mo-．011．489．081-．044Au．104．253．653．414Ag．146．311．548．539Sn．116．170-．468．502

所得初始因子載荷矩陣見表4，若以因子載荷0.4為標(biāo)準(zhǔn)，主成分1、2與大多數(shù)元素相關(guān)性較好，地質(zhì)意義不明顯，需要進(jìn)行因子矩陣的旋轉(zhuǎn)變換。用方差極大法對(duì)初始因子載荷矩陣作正交旋轉(zhuǎn)變換后所得的因子載荷見表5，可知，取公共因子與元素相關(guān)系數(shù)大于0.4為標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)1因子為Bi-Cu-Pb-Zn的中溫元素組合，代表硫化物礦化因子，方差貢獻(xiàn)率為25.54%；F2因子代表Sb-As-W-Mo組合，方差貢獻(xiàn)率為14.61%，As-Sb往往代表前暈元素，而W-Mo則代表尾暈，它們出現(xiàn)在同一個(gè)因子中，可能反映多期次成礦作用的疊加作用；F3因子代表Bi-Hg-Sn組合，方差貢獻(xiàn)率為12.90%，其地質(zhì)意義與F2因子類似；F4因子代表Au-Ag組合，代表了金的主要礦化作用，且Ag與主礦種伴生，這也與礦石中有Ag伴生的事實(shí)吻合。因子分析與聚類分析結(jié)果類似，均表現(xiàn)為組內(nèi)元素的相關(guān)性較大并且在元素組合上相似，組間元素的相關(guān)性盡量小的特點(diǎn)，但不同的是因子分析不是對(duì)原始變量進(jìn)行重新組合，而是對(duì)原始變量進(jìn)行分解，找出影響變量的公共因子，從而簡化數(shù)據(jù)[18]。

4 異常圈定與討論

因子得分值反映每個(gè)樣品在各地質(zhì)作用中的屬性，是勘查地球化學(xué)中經(jīng)常應(yīng)用的參數(shù)之一，因子得分絕對(duì)值愈高說明該因子代表的地質(zhì)過程在樣品上的表現(xiàn)愈強(qiáng)烈[19]。利用全樣品進(jìn)行因子分析計(jì)算，得出代表金礦化的F4主因子相應(yīng)的得分值，將其中主因子得分>0的樣品篩選出，F(xiàn)4因子的主要信息來自于這些樣品，F(xiàn)4因子所代表的金礦化作用在這些樣品所在的區(qū)域表現(xiàn)更加強(qiáng)烈，將這些數(shù)據(jù)利用Sufer軟件作出F4因子得分等值線圖(圖4)，等值線分為F4>0和F4>1兩個(gè)梯度帶，這些高值區(qū)為金的找礦靶區(qū)。

從F4因子得分等值線圖(圖4)中可以看出，F(xiàn)4因子得分呈條帶狀分布，整體呈NW走向，除南關(guān)嶺5號(hào)隱伏礦體地表化探信息較弱，與其余已知礦體均具有較好的疊合度，且東溪1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)以及南關(guān)嶺3號(hào)、4號(hào)等礦體所處異常區(qū)F4>1，為綜合異常高值區(qū)，表明F4因子得分能較好地指示金異常，可以指導(dǎo)找礦。與Au單元素異常對(duì)比具有類似特征，F(xiàn)4因子得分南北異常帶更為明顯，消除了干擾，增強(qiáng)了異常，且能較好地反映南關(guān)嶺地表3號(hào)、4號(hào)礦體與東溪金礦的北礦化帶可能處于同一條帶上，這不同于前人的認(rèn)識(shí)。據(jù)此，推測(cè)在南關(guān)嶺隱伏5號(hào)礦體可能為第三條NW走向的礦化帶，即原來認(rèn)識(shí)的南帶和北帶之北還有一條隱伏的北北礦化帶(圖4)。在北異常帶之北還有多個(gè)呈長條狀、橢球狀分布且整體走向?yàn)镹W的異常。由于礦區(qū)北東剝蝕程度相對(duì)較低，北北帶異常規(guī)模相對(duì)較小且不連續(xù)。因此，該區(qū)找礦空間無論在走向上，還是在礦區(qū)外圍均可得到進(jìn)一步擴(kuò)展：南關(guān)嶺3號(hào)、4號(hào)礦體所處的北帶之南應(yīng)存在與東溪1號(hào)、3號(hào)類似的南帶；東溪金礦的北帶工作程度較低，有較多小的礦體，找礦前景應(yīng)與南關(guān)嶺3號(hào)、4號(hào)礦體類似；南關(guān)嶺隱伏的5號(hào)礦體應(yīng)處于NW走向的北北帶中，東溪礦區(qū)異常顯示也可能存在與之對(duì)應(yīng)的北北帶；該礦區(qū)是否存在類似雁列式[20]間隔分布的礦化帶，這值得進(jìn)一步探索和研究。

圖4 F4因子得分等值線及礦化帶推測(cè)圖Fig.4 Map showing the contour of F4 factor scores and speculated mineralized zones

5 結(jié)論及建議

(1)東溪—南關(guān)嶺金礦區(qū)與Au相關(guān)密切的元素為Ag，這與礦石中有Ag伴生相吻合，反映了石英脈型金礦的成礦元素組合。相關(guān)分析表明各元素的綜合信息較分散，該區(qū)土壤中各元素的物質(zhì)來源和成因較復(fù)雜。

(2)礦區(qū)及外圍Au異常及F4因子得分異常分布情況大致吻合，表明Au異常受NW向構(gòu)造破碎帶控制，Au異常濃集中心及F4>0的區(qū)域應(yīng)是找礦重點(diǎn)區(qū)域。

(3)東溪礦區(qū)的南、北礦化帶與南關(guān)嶺礦區(qū)的南、北礦化帶不是同一概念，東溪礦區(qū)的北礦化帶可能與南關(guān)嶺的南礦化帶為同一條北西走向的礦化帶，礦區(qū)及外圍可能存在一系列呈雁列式排列的礦化帶，具有較好的找礦前景。

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Analysis of mathematical geology for soil geochemical exploration in the Dongxi-Nanguanling gold ore deposit, Huoshan, Anhui province

FANG Jie1, ZHANG Xiao-dong1, ZHANG Ding-yuan1, XIE En-Cai2, LING Qi-huai2, LIANG Sheng-yue3

(1NanjingCenter,ChinaGeologicalSurvey,Nanjing210016,China) (2HuoshanCountryGoldMineCo.,Ltd,AnhuiProvince,Huoshan237200,China) (3GeologicalExplorationTechniquesInstituteofJiangsuProvince,Nanjing210008,China)

This paper analyzed the data of soil geochemistry survey at the scale of 1∶10000 in the Dongxi-Nanguanling gold ore deposit using the methods of mathematical geology. The results show that the Au anomalies and other related anomalies are mainly controlled by NW-trending tectonic fracture zone. R-cluster analysis of the soil geochemical data shows that twelve trace elements can be grouped into four categories. (1) F1 factor (including Cu, Pb, Zn and Au) is the combination of medium-temperature ore-forming elements and represents the sulfide mineralization factor. (2) F2 factor (including Sb, As, W and Mo) may reflect character of multiple superimposed halos. (3) F3 factor including Bi, Hg and Sn is the same as F2 factor. (4) F4 including Au and Ag reflects the combination of ore-forming elements. The F4 factor score for 1910 samples from the study area was calculated. The contour map with the F4 factor score>0 is similar to that of the Au anomalies, and this is highly coupled with the orebodies identified. Authors suggest that the anomalous areas and Au anomalous areas defined by F4 factor scores are of good ore-finding prospecting and should be the key exploration regions.

soil geochemistry; cluster analysis; factor analysis; gold anomaly

2016-02-18 改回日期：2016-04-19 責(zé)任編輯：譚桂麗

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)與評(píng)價(jià)專項(xiàng)“安徽省霍山縣東溪—南關(guān)嶺金礦接替資源勘查”(項(xiàng)目編碼：12120114046001)。

方捷，1987年生，男，助理工程師，主要從事礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)研究工作。

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.04.007

P618.51

A

2096-1871(2016)04-284-007