劉學(xué)亮

中化地質(zhì)礦山總局內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020

土壤地球化學(xué)測量能有效地圈定找礦遠景區(qū)，是地質(zhì)找礦中卓有成效的勘查手段[1]。內(nèi)蒙古蘇尼特左旗達布蘇圖地區(qū)位于半干旱草原區(qū)[2]，是土壤地球化學(xué)測量的有利區(qū)域。研究區(qū)面積 54.61km2，地理坐標為：E 112°11′12″～112°14′57″，N 44°48′13″～44°54′11″。2003 年內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院在研究區(qū)內(nèi)完成了 1∶20萬區(qū)域化探掃面工作，圈出了單元素異常和綜合異常。2008年河南省第三地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)院在研究區(qū)內(nèi)圈定了4個1∶5萬化探綜合異常（圖1b）。2012年，內(nèi)蒙古自治區(qū)第九地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院在研究區(qū)南西30km處發(fā)現(xiàn)一中型鎢鉬礦床。2015年，中化地質(zhì)礦山總局內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查院對研究區(qū)進行了1∶25000土壤測量及地質(zhì)填圖工作，目的是查證區(qū)（礦）調(diào)工作中發(fā)現(xiàn)的異常，從而縮小找礦靶區(qū)。筆者以土壤測量工作為基礎(chǔ)，對研究區(qū)的成果數(shù)據(jù)進行了分析，總結(jié)了研究區(qū)成礦元素地球化學(xué)特征及元素組合類型，為研究區(qū)找礦提供了方向。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)出露的地層由老到新主要為：古生界中下泥盆統(tǒng)泥鰍河組（D1-2n），巖性為上部灰-灰綠色變質(zhì)不等粒硬砂巖、灰黃色變質(zhì)長石石英砂巖及變質(zhì)粉砂巖，下部灰綠-深灰色變質(zhì)不等粒長石硬砂巖、灰綠色變質(zhì)砂巖；新生界新近系上新統(tǒng)寶格達烏拉組（N2b），主要巖性為磚紅色泥巖夾含礫粗砂巖（圖 1a）。其中泥鰍河組地層在研究區(qū)分布最廣。侵入巖較發(fā)育，主要為早石炭世肉紅色中細粒似斑狀黑云母正長花崗巖（C1ξγβbzx），出露于研究區(qū)南部，侵入泥盆系(D1-2n)中，局部隱伏于地層之下；早石炭世淺肉紅色中粗粒黑云母正長花崗巖(C1ξγβzc)，出露于研究區(qū)西部，面積較小，被新近系上新統(tǒng)寶格達烏拉組覆蓋。研究區(qū)內(nèi)脈巖較多，主要集中于南部，主要有石英脈（q）、花崗斑巖脈（γπ）、花崗細晶巖脈（γι）、花崗偉晶巖脈（γρ）、石英鈉長斑巖脈（λπ）、正長花崗斑巖脈（ξγπ）。研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，在華力西晚期地殼收縮體制下，發(fā)育在晚古生代陸緣增生帶上的，呈北東向、北西向展布的兩組斷層。北西向斷裂以正斷層為特征，北東向斷裂以逆滑移為特征。研究區(qū)中部存在一北東向張性斷裂，傾向西北，傾角60°～70°。破碎帶寬15m左右，具碎裂巖，糜棱巖，局部可見滑動及斷裂特征，具斷裂角礫巖及擦痕等特征，同時斷裂中伴有 Au礦化。該斷裂具多期活動的特點，產(chǎn)于泥盆系泥鰍河組[3]。研究區(qū)主要蝕變有褐鐵礦化、綠泥石化、孔雀石化、高嶺土化。其中與礦化關(guān)系比較密切的蝕變，主要為硅化、褐鐵礦化、孔雀石化。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)、化探綜合異常礦產(chǎn)圖Fig.1 Comprehensive abnormal mineral map of regional geology、geochemical exploration

2 樣品采集與測試

研究區(qū)地球化學(xué)景觀屬于半干旱草原區(qū)[2]，水系不發(fā)育，故采用土壤地球化學(xué)測量。土壤測量工作嚴格執(zhí)行地球化學(xué)普查規(guī)范[4]（DZ/T 0011-2015），所有采樣點預(yù)先布置在1∶2.5萬地形圖上，本次采樣采用自由網(wǎng)，在1∶2.5萬地形圖上將一平方公里四等分，等分之后的每一個格作為一個采樣大格，并命名大格號（如大格號命名為 29），然后再將該大格號四等分，每一個小格分別命名a、b、c、d；假如a小格采了第一個樣，則命名29a1，依次類推。采樣點樣品間距一般80～100m，發(fā)現(xiàn)礦化蝕變的地區(qū)可以適當?shù)募用堋５谛陆蹈采w區(qū)則可放稀到200～250m。

GPS定點誤差在5m以內(nèi)，在基巖不發(fā)育地區(qū)，樣品采集在B層土壤的下部，必須穿過淋濾層、鈣積層；在基巖發(fā)育區(qū)，則采集殘坡積物或殘積物即可?，F(xiàn)場樣品采集重量不少于300g，保證過篩后不少于160g。截取-4.75～+0.850mm混合粒級作為正式樣品。

樣品分析測試由內(nèi)蒙古國土資源勘查開發(fā)院化驗室承擔，加工至0.0750mm后采用ES-光譜定量分析法測定：Pb、Mo、Sn、Cu、Ag、Zn、Mn。AFS-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定：As、Sb、Bi。HES-化學(xué)光譜法測定痕量 Au。POL-極譜法測定W。各元素分析質(zhì)量見表1。

由表1可看出，本次樣品化驗工作符合規(guī)范要求，結(jié)果準確，滿足分析質(zhì)量要求。

表1 研究區(qū)元素分析質(zhì)量參數(shù)表Table 1 Parameters of elemental analysis quality in study area

3 數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)化驗數(shù)據(jù)主要由新疆金維軟件及SPSS處理完成，對研究區(qū)土壤化驗數(shù)據(jù)進行離群點（最高值、最低值）的迭代處理，以大于X+3S或小于X-3S的值依次進行迭代，直至無離群數(shù)值可剔除為止，形成背景數(shù)據(jù)集，求出平均值、標準離差、變化系數(shù)。研究區(qū)各元素異常下限以研究區(qū)元素平均值加 2倍標準離差（X+2S）為界，濃度分帶以“異常下限×2n”為界，其中n=0，1，2，3····來圈定。

4 土壤地球化學(xué)特征

4.1 元素參數(shù)統(tǒng)計特征

富集系數(shù)及變化系數(shù)所表現(xiàn)出的元素分散貧化、集中富集，可以直觀反映區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖及礦產(chǎn)地的地球化學(xué)特征[5]。筆者對區(qū)內(nèi)3307件樣品數(shù)據(jù)進行了分析（圖2，表2）。

研究結(jié)果表明，與地殼克拉克值[6]對比，區(qū)內(nèi)相對富集 Pb、Mo、Ag、As、Sb、Bi、W，其余元素低于地殼克拉克值。與半干旱草原區(qū)平均含量[2]對比，相對富集的元素有 Au、Cu、Sn、Ag、As、Sb、Bi、W，富集系數(shù)大于1，其余元素與半干旱草原區(qū)平均含量值相近。

變化系數(shù)反映元素變異程度，其值越大，說明元素在地質(zhì)體中不均勻分配越強烈，找礦潛力越高，變化系數(shù)大于 1的元素有 Cu、Sn，變化系數(shù)大于1.5的元素有Au、Mo、Ag、As、Sb、Bi、W。

圖2 元素富集系數(shù)及變異系數(shù)頻譜圖Fig.2 Spectrum diagram of element enrichment coefficient and variation coefficient

表2 研究區(qū)土壤元素含量特征值Table1 Elements characteristic value of soil in study area

4.2 多元統(tǒng)計分析

元素間相關(guān)系數(shù)反映在地質(zhì)作用過程中元素之間的相關(guān)程度，正相關(guān)表示兩個元素在成礦過程中共同帶入或帶出，或在同一個空間上富集；負相關(guān)則表示在成礦過程中一個元素帶入時而另一個元素被帶出，或富集的空間位置相反[7]。研究區(qū)元素相關(guān)性見表3。

表3 研究區(qū)元素相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix of elements in study area

由表3由可看出，相關(guān)系數(shù)最高的是W與Mn，達到0.501；其次是Cu與Sn，相關(guān)系數(shù)為0.46；Cu與Zn為0.18；Cu與Ag為0.17；Ag與Zn為0.13；均呈正相關(guān)。其余元素相關(guān)性較差。

利用R型聚類分析法對12個元素進行異常組合研究，R型聚類分析將12種元素分為3個組群和3個亞群（圖3），具體如下：

圖3 研究區(qū)元素聚類分析Fig.3 Elements cluster analysis pedigree of study area

第一組群（Mn、W、Pb、As、Cu、Sn、Bi、Zn、Ag）為親鐵、親銅族元素。其中第一亞群為Mn、W，相關(guān)性最強，其高值區(qū)分布顯示與灰綠色中細粒變質(zhì)硬砂巖與深灰色中粗粒變質(zhì)長石石英砂巖互層中的硅化蝕變帶有關(guān)。第二亞群為Pb、As，是一組典型的中-低溫?zé)嵋涸亟M合，其高值區(qū)與石英脈有密切關(guān)系。第三亞群為 Cu、Sn、Bi、Zn、Ag，是一組典型的中-高溫?zé)嵋涸亟M合，其高值區(qū)分布與脈巖有關(guān)。

第二組群Mo元素表現(xiàn)為單變量，與其他元素相關(guān)性較差，說明Mo元素為獨立成礦期。

第三組群（Au、Sb）為一組低溫?zé)嵋涸亟M合。

因子分析是多元統(tǒng)計中常用方法之一，利用因子分析能夠比較有效地對地質(zhì)作用中的元素組合進行分類或分組，為從整體上認識研究區(qū)的地質(zhì)地球化學(xué)特征和找礦規(guī)律提供了線索[8]。因子分析的主要目的是將具有相近因子載荷的各個變量置于一個公共因子之下，正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣比初始因子載荷矩陣更具合理性和可解釋性[9]，因此，本文首先選取總特征值大于1的因子進行提?。ū?），可選取6個主因子，這6個主因子共解釋了原有12個變量總方差的64.777%，旋轉(zhuǎn)前后總的累計貢獻率沒有發(fā)生變化，表明因子分析效果較好。從而得到研究區(qū)元素的正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣（表5）。方差極大旋轉(zhuǎn)法是以把理論端元組分圍繞原點旋轉(zhuǎn)而成的，但是由于端元組分的不確定性及空間位置的影響，方差極大旋轉(zhuǎn)法并不能完全表征實測變量的地質(zhì)意義[7]。因此為了使結(jié)果更加貼近實際，本文又采用了斜交因子矩陣的計算方法，從而使計算的結(jié)果更加具有地質(zhì)意義。從計算得出的斜交因子模型矩陣（表6）來看，和正交因子分析的結(jié)果大致相同，但是斜交因子結(jié)構(gòu)更加簡單，更能代表地質(zhì)實際情況。

表4 R-型因子分析特征值和累計方差貢獻率Table 4 R-type factor analysis of eigenvalue and cumulative variance contribution rate

表5 正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣Table 5 Orthometric rotation factor loading matrix

表6 斜交因子模型矩陣Table 6 Oblique factor matrix of elements

在旋轉(zhuǎn)因子三維空間載荷分布圖中（圖 4），變量載荷集中于三個因子（主成分）中，三個因子相互垂直，構(gòu)成一個立體空間，根據(jù)各變量在不同因子的載荷大小在該空間進行投點，結(jié)果顯示投點有4個集中分布群。

圖4 旋轉(zhuǎn)因子三維空間載荷分布圖解Fig.4 3D load distribution diagrams of rotation factor

從表5、表6及圖4中我們可以看出：第一主因子（F1）由 Cu、Sn、Bi元素組成，其中在F1因子上載荷最大的是Sn元素，Cu元素次之，Bi元素最小。成礦因子的方差貢獻占總因子貢獻的 13.271%，為研究區(qū)占主要地位的因子，應(yīng)該代表著熱液成礦作用階段。元素組合屬于中-高溫金屬元素組合，表現(xiàn)為親硫性，Bi元素由于其遷移能力較弱，為致暈異常的元素，因而可能代表著礦體尾部或成礦作用晚期階段的產(chǎn)物。且三元素之間具有明顯的正相關(guān)，Cu、Sn元素間的相關(guān)系數(shù)較大（0.461），因而認為F1因子是研究區(qū)尋找熱液型礦床的有利的元素組合。

第二主因子（F2）由Mn、W元素組成，這兩個元素在F2上的載荷均很高，其方差貢獻占總因子貢獻的 12.873%，與第一主因子（F1）相差不大。W、Mn均為親鐵元素，是一組典型的高溫?zé)嵋涸亟M合。

第三主因子（F3）由 Pb、As元素組成，其成礦因子的方差貢獻占總因子貢獻的 10.397%，二者均為親銅元素，其中Pb在表生條件下不易遷移，而 As為第Ⅴ主族元素，屬低溫半金屬兩性元素，遷移能力較強，可作為前緣指示元素。這二者的組合說明其代表的地質(zhì)背景較為復(fù)雜。

F4主因子元素為Au、Sb，其成礦因子的方差貢獻占總因子貢獻的9.980%，代表了一組低溫?zé)嵋涸亟M合。

F5主因子元素為Mo，其成礦因子的方差貢獻占總因子貢獻的9.461%，從Mo與各主因子的相關(guān)性來看，Mo在各因子上的載荷相當小，表明Mo富集具有較大的獨立性。

F6主因子元素為Cu、Ag、Zn，其成礦因子的方差貢獻占總因子貢獻的8.794%，同時在因子載荷矩陣表上可以看出Cu元素同時在F1上具有一定的載荷，說明 Cu元素活動的歷史較長，其異常較為復(fù)雜。

綜上，F(xiàn)1、F2因子對原始變量提供的貢獻最多，結(jié)合聚類分析和相關(guān)性分析認為，F(xiàn)1、F2因子是對成礦最有利的元素組合，因此認為研究區(qū)有形成銅鎢多金屬礦的潛力。

5 異常評價與驗證

5.1 異常評價

研究區(qū)共圈定出5個綜合異常（AP1-AP5）。

本文利用異常元素的異常規(guī)?？傊?NAPˊ（NAPˊ=ΣNAPAu+NAPAg+···，NAP=襯度×面積，襯度=均值/異常下限）、異常元素組合、異常面積及地質(zhì)成礦條件對各綜合異常進行評價打分排序。各綜合異常評序要素見表7。

表7 各綜合異常評序要素表Table 7 Review sequence elements of every comprehensive anomalies

各指標評分標準如下[10]：

（1）將各綜合異常NAPˊ值最大者定為6分，按綜合異常NAPˊ值由大到小排序，依次減1。

（2）將綜合異常面積最大者定為6分，按面積大小排序，依次減1。

（3）異常主要成礦元素 Au、Ag、Cu、Sn、W、Mn及指示元素Bi、Sb齊全者為8分，少一個元素扣1分。

（4）地質(zhì)背景定為6分：具備有利的含礦、控礦構(gòu)造者為2分，處于有利的接觸帶位置為2分，礦化蝕變組合較好者為2分，根據(jù)各異常具體情況打分，酌情扣分。

各綜合異常評序結(jié)果見表8。由綜合異常評序結(jié)果表可看出，AP5評分最高，AP2、AP4次之。

表8 各綜合異常評序結(jié)果表Table 8 Review sequence of every comprehensive anomalies

5.2 主要異常特征解釋

AP2異常區(qū)位于研究區(qū)中北部，異常近南北走向，綜合面積約3.42km2。該異常與1∶5萬土壤測量HT13-乙3綜合異常對應(yīng)，主要分布在中下泥盆統(tǒng)泥鰍河組灰綠色中細粒變質(zhì)硬砂巖與深灰色中粗粒變質(zhì)長石石英砂巖互層（D1-2nmss+D1-2nmfq）、深灰色中粗粒變質(zhì)長石石英砂巖（D1-2nmfq）中。

異常主要以W、Sb、Mn、As、Au、Cu為主。由元素組合及規(guī)模來看，該異常主成礦元素為Au、Sb、W、Mn，其中Au、Sb元素為低溫元素，W、Mn元素為高溫元素，前緣元素Sb的富集說明該異常受多期次的熱液活動影響（表9）。

表9 AP2異常參數(shù)Table 9 Parameters of AP2 geochemical anomalies

其中W元素面積最大，Au、Sb、W、Mn元素濃度分帶均為四級，最高值分別為 300×10-9、500×10-6、91.48×10-6、10000×10-6，Mn 元素達礦化級別。該異常元素套合較好，異常規(guī)模較大，具有較好的找礦前景。

AP5異常區(qū)位于研究區(qū)西南部，異常形態(tài)呈不規(guī)則狀，該異常內(nèi)存在一銅礦（化）點，與1∶5萬土壤測量HT35-甲3-2綜合異常對應(yīng)，異常重現(xiàn)性較好，走向近東西。該異常綜合面積約3.12km2。出露的地層主要是中下泥盆統(tǒng)泥鰍河組深灰色中粗粒變質(zhì)長石石英砂巖（D1-2nmfq），南部為侵入巖，巖性為肉紅色中細粒似斑狀黑云母正長花崗巖（C1ξγβbzx），在異常區(qū)內(nèi)有多條正長花崗斑巖脈（ξγπ），異常所處地質(zhì)環(huán)境較為有利。元素組合為 Cu、Sn、W、Bi、Ag、Au（表10）。該異常是一組中-高溫元素組合，異常中Sn元素面積最大，Cu元素次之，濃度分帶均為四級，極值分別為 100×10-6、1000×10-6，Ag、Cu、Sn元素濃集中心套合良好，找礦方向為熱液型Cu、Sn等金屬礦產(chǎn)。

表10 AP5異常參數(shù)Table 10 Parameters of AP5 geochemical anomalies

5.3 異常查證

利用三條1∶5000綜合剖面對AP2異常濃集中心進行了查證，剖面走向 90°。經(jīng)地質(zhì)測量，在該異常內(nèi)發(fā)現(xiàn)一條硅化蝕變帶，走向近南北，地表斷續(xù)出露長約400m，最寬處約60m，貧富不均，褐鐵礦化、硅化強烈。經(jīng)地表揀塊化驗分析，Mn含量最高值為22.88%，達邊界品位。

經(jīng)土壤地球化學(xué)測量結(jié)果顯示，異常元素重現(xiàn)性及連續(xù)性較好（圖5）。異常連續(xù)280m（160點～190點之間），在點166/ZP13出現(xiàn)Mn、W、Sb 極值，分別為 10000×10-6、302.08×10-6、20.06×10-6。在點 176/ZP14出現(xiàn) Mn、W 極值，分別為 7330×10-6、215×10-6，在點 176/ZP15 出現(xiàn)Mn、W 極值，分別為 10000×10-6、397.8×10-6。

由于施工受當?shù)鼐用褡钄r，工作無法進行，只對AP2異常進行土壤測量，其他異常未能進行異常查證。AP2未施工物探工作，故硅化蝕變帶的深部情況未能了解。

圖5 AP2 地化剖面圖Fig.5 Geological and geochemical section of AP2

對AP5異常進行概略性檢查，在異常高值點附近發(fā)現(xiàn)了孔雀石，局部伴有褐鐵礦化。在露頭處采樣，經(jīng)化驗分析Cu最高含量為0.56%，達邊界品位。通過對AP2、AP5的異常查證可知，土壤地球化學(xué)測量能夠有效反映地表附近礦化情況，圈定的找礦范圍及判定的主要礦種是準確的[11]。

6 結(jié)語

（1）無論是相對地殼克拉克值、還是相對半干旱草原區(qū)平均含量，研究區(qū)富集的元素有Ag、As、Sb、Bi、W，研究區(qū)南西約 30km處發(fā)現(xiàn)一中型W、Mo礦床，通過化探異常類比，大致可推斷出研究區(qū)具有形成熱液型礦床的潛力。

（2）研究區(qū)是半干旱草原區(qū)，出露較差，通過土壤地球化學(xué)測量圈定的單元素異常及綜合異常為研究區(qū)的找礦指明了方向。如 AP2中 W、Mn、Sb異常帶、AP5中Cu、Sn異常帶，在濃集中心均發(fā)現(xiàn)了礦（化）點，且礦（化）點礦種與土壤測量主要異常元素一致。

（3）研究區(qū)位于少數(shù)民族聚居區(qū)，由于文化差異及之后出臺的環(huán)境保護政策，該項目只完成了地質(zhì)填圖、土壤測量的工作。故未能在AP2、AP5異常區(qū)中的濃集中心處動用山地工程，從而無法進一步研究礦（化）體的產(chǎn)狀及深部情況。