新疆和静如努屋特地区地质地球化学特征及找矿远景

2014-01-01辛存林廖建栋胡菊英朱晓磊

西北大学学报（自然科学版） 2014年5期

辛存林，廖建栋，董凯，孟健，胡菊英，巩鑫，朱晓磊

(1.西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃兰州 730070;2.防灾科技学院地震科学系，河北三河 065201;3.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃兰州 730070)

地球化学异常的分布受制于一定的地质环境，元素的地球化学迁移和地球化学异常的形成受成矿期构造活动的控制。在对研究区岩浆热液活动和成矿期构造活动特征研究的基础上开展地球化学找矿工作，有助于抓住地球化学勘查工作的重点，加强对地球化学勘查成果的分析和解释［1-2］。笔者在分析了位于新疆西南天山铜多金属成矿带上的和静县如努屋特地区地质特征的基础上，对如努屋特研究区内的1∶1万岩屑地球化学测量数据进行R型因子分析，确定元素组合类型，并根据元素组合的因子得分值对研究区进行地球化学分区，确定各子区边界，绘制地球化学分区图和因子得分等值线图，对可能具有成矿意义的因子与该因子所对应子区的地质体进行详细探讨，以确定对成矿有利的地质体。同时，总结该地区的地质地球化学特征，为地球化学勘查提供找矿方向。

1 研究区地质概况

1.1 成矿地质背景

西天山是中国古生代造山带内贵金属和有色金属的主要成矿单元之一，属于古亚洲构造成矿域的一部分。区域大地构造位于天山南脉地槽褶皱带上的巴伦台隆起，属于萨阿尔明金铜多金属成矿带。区域地层属于准噶尔北天山地层分区上的伊林哈比尔尕地层小区，区域内断裂较发育，主要构造线呈北西向展布。区域内侵入岩发育，主要为华力西早期第三侵入次闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩。区域内各地质单元中富集元素众多，几乎包含了全部主成矿元素，其中铜元素在各地质单元中均表现出极不均匀分布状态，最具成矿潜力［3-6］。

研究区出露地层有泥盆系上统天格尔组第二亚组，呈带状沿北西向分布于研究区中部及西北部，其岩性主要为灰绿色硅质岩、硅质片岩、凝灰岩及灰岩等;志留系阿河布拉克组第一亚组呈带状沿东西向分布于研究区北部，岩性主要为浅灰色片麻岩，其中夹有黑云母斜长片岩、绢云绿泥石英片岩、绢云片岩凸镜体及辉绿岩脉;志留系阿河布拉克组第二亚组，分布于研究区中部及东部，岩性主要为大理岩化灰岩、结晶灰岩;广泛分布于研究区的还有志留系阿河布拉克组第三亚组，其岩性主要为绿泥石化砂岩、石英砂岩、钙质砂岩［7-8］(见图1)。

研究区构造活动以断裂为主，在主断裂带两侧次级断裂十分发育，主要断裂构造呈北西向展布，次为近南北向断裂，断裂带横贯整个研究区。断裂主要表现为左行压扭性和张性断裂性质，具多期活动性特征。断裂带岩石变形强烈，岩石具有压扁拉长现象，发育有构造角砾岩。在沿断裂发育的一系列岩浆岩中，常见铜矿化、硅化、褐铁矿化、绢云母化等矿化蚀变。

研究区受构造活动的影响，中酸性侵入岩发育较好，具有同源多期次侵入特点，主要有形成于华力西早期和晚期的石英闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩。华力西早期第三侵入次石英闪长岩岩体出露面积较大，主要呈带状沿东西向分布于研究区北部;华力西早期第三侵入次花岗闪长岩岩体出露面积较大，主要岩体呈条带状沿东西向出露于研究区中部和东南部;华力西晚期第三侵入次花岗岩岩体出露面积相对较小，呈椭圆状沿东西向出露于研究区中部;华力西早期第二侵入次辉石角闪岩岩体出露面积较小，呈条带状沿北西向分布于研究区西南部。

1.2 研究区矿化(蚀变)特征

野外地质调查中发现的主要铜矿化点位于研究区中部，赋存于华力西早期第三侵入次花岗闪长岩的绿泥石化蚀变带中。由于受断裂构造影响强烈，矿化部位的岩石比较破碎，其破碎程度愈高，矿化往往越明显。主要的矿化有孔雀石化、绿泥石化、蛇纹石化等。可见斑点状黄铜矿、蓝铜矿、黄铁矿;石英闪长岩也含铜矿物、黄铁矿等。其结构为显微鳞片微粒变晶结构、碎裂结构及块状结构等。构造有条带状构造，细脉、网脉状构造(见图2)。

图1 研究区地质略图Fig.1 Geological map of researched area

图2 研究区蚀变带及岩石照片和含矿岩石镜下照片Fig.2 Ore photos and microscope photos of researched area

2 研究区地球化学特征

2.1 采样技术要求及分析质量

研究区地形平缓，水系不发育，地表岩石出露较好，岩屑测量可以保证样品的化探数据的准确性及代表性。根据相关规定，采样密度为150～200个/km2，采样粒级为0.9～4.85 mm，采样重量控制在500 g左右。采样位置尽量布置在岩石岀露处，研究区共采集样品926件，分析了Au，Ag，Pb，Bi，Cu，Zn，Mn，Mo，W，Sb 10 种元素。样品测试由核工业新疆理化分析测试中心实验室完成，分析测试过程中严格参照《DZ/T0011-91/DZ0130规范》中有关1∶1万地球化学普查样品分析方法与质量监控的要求执行。本次样品分析的各项质量指标均能满足或基本达到规范与设计要求［9-10］。

2.2 微量元素的统计含量特征及空间分布

研究区926件样品的10种微量元素的平均含量、标准离差、浓度克拉克值及元素分异系数见表1。其中，浓度克拉克值与元素分异系数的计算公式为:浓度克拉克值=地质体中某元素的平均含量/该元素的克拉克值，元素分异系数=地质体中某元素的标准离差/该元素的含量平均值［11］。

表1 如努屋特地区微量元素含量统计表Tab.1 Statistical table of trace element in Runuwute

由表1可知，研究区浓度克拉克值大于1的元素有 Cu，Ag，Pb，Bi，表明这 4 种元素具有相对富集和较强富集。同时，这4种元素的变异系数均大于1，说明元素活化和迁移作用也很强烈。但是，其他元素的浓度克拉克值和变异系数均较低，其活化和迁移作用也较为微弱。研究区中岩屑地球化学剖面长约2 100 m，其10种元素的空间变化见图3所示。从图3可以看出，在1号勘探线，岩石地球化学剖面中出现4个Cu原生晕异常，南段异常相对规模较小，北端异常规模大。4个异常地段在空间上与研究区西北部矿化带相对应，处于华力西第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩上。Au，Sb异常与Cu异常重合性较好，但Au，Sb异常相对于Cu异常却很微弱。Ag，Pb，Bi高值地段重合性也较好，处于华力西第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩上，异常也相对比较明显，但规模较小。Zn，Mn，Mo，W 异常很微弱，分布规模小，不具规律性。研究区中的华力西第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩具备形成铜多金属矿产的地球化学条件。

图3 1号勘探线岩石地球化学剖面图Fig.3 Sketch profile of primary halo geochemistry in No.1

3 研究区微量元素的因子分析

因子分析是一种在尽量减少地质信息损失的前提下，将众多的元素组合成少量的新的元素组合，以便对地质现象进行简明的成矿分析的一种方法，它可以归纳和提炼元素组合，并可以通过元素组合特征推算、解释成矿过程和成矿元素的迁移、富集变化，判定成矿阶段［12-15］。

3.1 元素组合类型的确定及分析

本文对研究区内10种元素926件样品的原始测量数据标准化处理后，利用SPSS统计软件进行R型因子分析。首先得到的Bartlett球度检验和KMO检验结果如表2所示。由表2可以看出，KMO检验值为0.667，说明适合作因子分析;Bartlett球度检验统计值为3 167.945。在自由度为45的条件下，一般来说，显著性水平值越小(P＜0.05)，表明原始数据之间越有可能存在有意义的关系，如果显著性水平很大(P＞0.10)，可能表明数据不适宜于因子分析。因此，通过KMO检验和Bartlett球度检验表明，本区数据适合作因子分析［16-17］。

表2 Bartlett球度检验和KMO检验分析表Tab.2 Bartlett's and KMO test

根据因子分析的原理计算相关系数矩阵，通过SPSS统计软件对原始数据进行因子分析，得到研究区10种元素原始含量数据的相关系数矩阵［18］，其结果如表3所示。由表3可以看出，Ag，Pb，Bi三者有显著的相关性;Au，Cu，Sb三者有较好的相关性;W和Mo二者具有一定的相关性;Zn和Mn二者也具有一定的相关性。

表3 工作区元素(变量)相关系数矩阵Tab.3 Correlation matrix in the study area

对研究区全部化探数进行据标准化后处理，通过因子分析求出相关系数矩阵的特征值，根据特征值大于1和累计方差贡献率大于75%的原则，合理提取公共因子［19］(见表4);共提取4个主因子，这4个主因子共解释了原10种变量总方差的75.25%，且旋转前后总的累计贡献率没有发生变化，这表明总的信息量没有发生变化，因子分析效果较好(见图4)。

表4 如努屋特矿区因子分析正交旋转因子载荷矩阵Tab.4 Orthogonal rotating factor score matrix for the Runuwute copper deposit

图4 如努屋特铜矿F1-F2-F3主因子三维图Fig.4 3-D map of principal factors F1-F2-F3 in Runuwute copper deposit

本文采用比初始因子载荷矩阵更具合理性和可解释性的正交旋转因子载荷矩阵来划分研究区内元素的地化元素组合类型［20］，将10种元素划分为4种元素组合，分别是F1代表Ag-Bi-Pb元素组合，F2代表Cu-Au-Sb元素组合，F3代表Zn-Mn元素组合;F4代表W-Mo元素组合。由图4可知，Ag-Bi-Pb，Zn-Mn，Cu-Au-Sb 和W-Mo元素组合的组内元素之间联系紧密，具一定的相关性。但是，这4种元素组合中元素组合和元素组合之间的离散度较大，相互较为独立，具一定的独立性，从而能够反映出各个因子所代表的组合类型，指示了不同的地球化学意义，实现了因子分析的目标［21］。

3.2 地球化学分区及找矿远景分析

在因子分析过程中，每个样品都有因子得分值，其大小反映了该样品所代表某种地质信息的多少，因此可以根据每个样品的因子得分值来划分地球化学子区类型和绘制因子得分等值线图，并对每件样品所代表的地质信息进行评价［19-23］。利用研究区926件样品的10种元素的原始含量数据进行因子分析后，对每个样品在不同的公共因子中得分最大者赋予自定义值，然后将每个公共因子中得分最高的样品划分出来，进行地球化学分区［1，23-24］(见图 5);再确定因子得分的异常下限，圈定因子得分等值线图［23］(见图6)。

通过表4、图5和图6，结合研究区地质特征及地球化学分区图和因子得分等值线图对研究区的地球化学分区特征进行如下讨论。

1)F1因子的方差贡献是28.32%，是研究区占主要地位的因子。元素组合Ag-Bi-Pb均属于中高温元素，易在酸性岩体中富集，反映了其中高温热液成矿的聚集过程。Ag-Bi-Pb子区主要分布在研究区中西部，面积分布较广，但分布较为零散，受北西向断裂构造和北东向断裂构造的控制较为明显，反映了研究区内岩浆热液活动时期中高温元素的富集阶段，这与F1因子的元素组合类型密切相关。该分区内出露的岩体主要为华力西早期第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩，但从因子得分等值线图可以看出，Ag-Bi-Pb元素组合的因子得分高值区仅赋存在华力西早期第三侵入次花岗闪长岩的岩体中，且处于北西向断裂带和北东向断裂带的交汇处，异常面积较小。由此推断，F1元素组合Ag-Bi-Pb的富集不仅与华力西早期的中酸性岩浆入侵时岩浆气化的中高温热液活动有密切的关系，而且受断裂构造作用的影响较为强烈。

图5 地球化学分区图Fig.5 Geochemical subdivisions map

2)F2因子的方差贡献是20.68%，也是研究区占主要地位的因子。元素组合Au-Sb-Cu均属于中低温元素，Au和Sb属于亲铜元素。从研究区实际的矿化特征来看，研究区主要的铜矿化点几乎全部都位于F2因子的Au-Sb-Cu元素组合的子区内，是各分区中最重要的因子分区。该元素组合与成矿关系密切，可以作为主成矿元素组合。Au-Sb-Cu分区主要位于研究区中西部，分布面积较大，该分区与华力西早期第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩岩体的分布吻合程度较高。此外，在研究区中北部地区也有零星的分布，但分布面积相对较小。F2因子得分高值区主要是在华力西早期第三侵入次石英闪长岩和花岗闪长岩岩体中，受断裂构造作用的影响较为明显，呈串珠状沿北西向断裂蚀变带横穿研究区，研究区几乎所有铜矿化就位于该岩体中的断裂蚀变带上及附近。因此，F2因子分区可以作为寻找热液型铜矿产的重要远景区，是下一步工作的重点。

3)F3因子的方差贡献是15.212%，都是研究区内占次要地位的因子。在F3因子的元素组合中，Mn属于高温元素，较为稳定，易在酸性岩体富集，而Zn属于中低温元素，活动性高，迁移能力强，这说明该组合的地质背景较为复杂。Zn-Mn子区主要位于研究区中东部，该分区分布面积较大，分布较为混乱，不能反映一定的地球化学背景。其因子得分高值区主要位于华力西晚期第三侵入次花岗岩岩体中，异常面积极小，而且在该区，Zn和Mn元素平均含量均低于地壳克拉克值，分异系数较小，可能是由同一地区多种地质作用同时出现的复杂现象所致。因此，该元素组合代表多种地质作用下的多金属元素的矿化现象。

图6 因子得分等值线图Fig.6 Contours of factor scores

4)F4因子的方差贡献是11.037%，该因子的元素组合W-Mo均属于高温元素，地球化学性质相近，易在酸性岩体富集。该组合因子得分普遍较低，呈特殊的因子状，其分区分布比较复杂，面积极小，不具规律性。其因子得分高值区主要分布于华力西早期第三侵入次石英闪长岩和华力西晚期第三侵入次花岗岩的外围，异常较为明显，分布面积较大。虽然该异常代表了与中酸性侵入岩有关的高温岩浆热液活动有一定的关系，但该区W和Mo的浓度克拉克值低，迁移和活化能力不显著，与研究区中其他有用元素的成矿地质背景区没有明显的共生关系。这说明这个组合类型在研究区主要成矿期外，存在独立的元素聚集期，且元素的地球化学浓集-分散程度相对较低，相关异常不发育。

综上所述，在F2因子分区内Cu的浓度克拉克值较高，迁移和活化相对显著，元素组合Au-Cu-Sb元素组合可以作为寻找铜矿的主成矿元素组合，该区可以作为寻找热液型铜矿产的重要远景区。元素组合Ag-Bi-Pb的浓度克拉克值都比较高，迁移和活化相对显著，F1因子分区主要位于主成矿元素组合异常区的外围，分布较为零散。由于因子得分高值区规模较小，该组合可以作为辅助成矿元素组合，为下一工作提供参考。F3与F4因子方差贡献较低，在区内是占次要地位的因子，各元素的浓度克拉克值低，迁移和活化能力不显著。F3因子可能是由同一地区多种地质作用同时出现的复杂现象所致，代表了同一地区多种地质作用下多种金属元素的矿化现象。F4因子元素组合与区内其他因子得分高值区没有明显的共生关系，可能该组合在研究区主要成矿期外存在独立的元素聚集期，并且元素的地球化学浓集-分散程度较低，相关异常不发育。

4 结论

1)根据地球化学分区的结果，综合研究区地质体的分布特征，发现各子区的边界形态与区内地质内容吻合较好，验证了地球化学分区和因子分析在中大比例尺预测中的可行性，为今后的地质工作指明了方向。

2)研究区受华力西早期的岩浆活动和岩浆汽化中低温热液作用强烈，断裂构造发育较好。区内 Cu，Pb，Ag，Bi元素相对富集，活化和迁移能力十分显著，具备形成铜多金属矿产的优越地球化学条件和地质条件。结合区域成矿背景特征和地球化学特征分析认为，该区具有寻找中低温热液型铜多金属矿床较好的前景。

3)利用因子分析，将研究区内10种元素划分成4个元素组合，并结合区域成矿特征，通过对矿化特征及地球化学分区图和因子得分等值线图进行对比分析认为，最具找矿前景的元素组合为Au-Cu-Sb，可以将F2因子分区作为寻找中低温热液型铜矿的重要远景区，将该分区内华力西早期花岗闪长岩和石英闪长岩作为下一步工作的重点。

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