区域地球化学评价中变异系数校正参数的意义

2018-10-31刘明义孟广路

现代地质 2018年5期

刘明义，张晶，孟广路，胡立

(1. 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西西安 710054；2.西北大学地质学系，陕西西安 710069；3. 中化地质矿山总局陕西地质勘查院, 陕西西安 710075)

0 引言

图1 新疆西天山地质矿产及地球化学分区图(据中国地质调查局西安地质调查中心)Fig.1 Geological mineral and geochemical divisions in the west Tianshan mountain of Xinjiang

地球化学勘查数据中蕴藏着大量的地质信息，在圈定地质异常、预测成矿元素分布规律和选区评价中有显著的优势。因此，勘查地球化学是现今快速、极具活力的勘查方法之一，尤其在勘探程度较低的地区更为便捷、有效。目前，地球化学勘查评价在找矿和资源潜力评价方面向定量、半定量转变[1]，许多研究者相继提出了丰度、富集系数、变异系数、成矿有利度、矿物质量等系列地球化学评价参数[2-8]。其中，变异系数是评价元素分异程度的重要参数。在物质条件(背景值)相同的情况下，变异系数大的元素分异程度高，易于局部富集成矿。多年来变异系数虽然在分析单元素成矿规律方面得到了广泛应用并起到了较好的效果[2-9]；但在区域资源潜力评价中[8-11]，同一地区简单地依据单元素变异系数排序预测元素成矿有利顺序并不很好地符合地质规律。如在新疆西天山地区，Hg元素平均值约为40×10-6，边界品位是0.04%，要富集4个数量级(104)才能成矿，而Fe2O3平均含量为4.5%，铁矿的边界品位是25%，那么对于铁来说只要富集一个数量级就可以成矿。对此现象，本文以新疆西天山地区为例，提出的变异系数校正参数，消除不同元素之间排序的影响。

1 地球化学背景

西天山是天山—兴蒙成矿带的重要组成部分，与天山造山带具有相似的地质构造背景。在长期的地壳演化过程中，显生宙以来的离散-汇聚阶段的壳幔物质交换过程，造就了区内铜、金、铅锌、铁、铬等多金属矿产[9-12]。依据新疆西天山近33个1∶20万图幅化探数据，参考大地构造单元划分原理，将研究区划分为西伯利亚(哈萨克斯坦—准噶尔)和卡拉库姆—塔里木两大地球化学域。再根据域内地球化学背景差异，分出5个地球化学区(图1)。

西天山不同地球化学区中元素富集程度不同，形成的矿产资源[13-16]亦具有较强的规律性。其中，富集系数用来评价富集程度的标准，即：

Ki=Xi/X

(1)

表1 西天山各地球化学分区元素富集系数排序

注：K≥1.5为强富集，1.5>K≥1.3为富集，1.3>K≥1.1为弱富集，1.1>K>0.9为背景，0.9≥K>0.7弱贫乏，0.7≥K>0.5贫乏；全区平均值Au、Ag元素的单位为10-9，其他元素为10-6。

式中：Ki为各个地球化学区的富集系数；Xi为各个地球化学区的元素平均值，i为地球化学区代号；X为西天山研究区的元素平均值。

准噶尔南缘构造地球化学区(Ⅰ-1)中Cu、Mo、Fe2O3、Mn、Hg、Zn等元素相对富集(表1)，目前发现有小型的金矿和铜矿，大型的铬矿体(图1)；伊犁地块构造地球化学区(Ⅰ-2)物质条件较好，大部分元素有富集，目前发现有金矿床及矿点，铅矿床、铅锌矿点，铁、铜矿点；拉拉提—巴伦台构造地球化学区(Ⅰ-3)物质条件相对较差，只有W元素略有富集，该区发现有铜、铅矿点，局部有砂金矿和铁、铁锰矿床；南天山构造地球化学区(Ⅱ-1)Au、Hg、Sb等元素相对富集，区内发现有金矿，锑矿和锑矿点，铜、锰、铁矿点；库鲁克塔格构造地球化学区(Ⅱ-2)元素均呈背景值甚至相对匮乏，发现有铜镍矿、铜矿及部分金矿点。元素富集程度与矿床、矿化点比较，富集较好的地球化学区成矿地质背景有利，但并不一定成矿，且元素贫乏区也有成矿可能性，需要进一步考虑元素分异程度。

2 变异系数及校正

2.1 变异系数特征

分异程度可以用变异系数(Cvi)评价，变异系数为一个数据集均方差与其平均值的比值，亦是无量纲参数，可以用于对比。公式为：

Cvi=Si/Xi

(2)

式中：Si为元素在地球化学区内标准差，Xi为地球化学元素平均值，i为地球化学区代号。

据变异系数公式计算西天山各个地球化学区12种常见成矿元素变异系数(表2)可知，各分区Fe2O3、Zn等元素基本位于后5名，除Ⅱ-2地球化学区外，Hg、Sb、Cr等元素排序异常靠前。除此之外，在中国农业生态地球化学评价体系研究与成果集成、西北矿产资源潜力评价综合研究、吉尔吉斯斯坦库姆托尔金矿邻区找矿潜力预测中的应用等研究过程当中，元素排序问题尤为明显，需要建立元素彼此之间可对比的参数纽带，对此提出了变异系数矫正参数。

2.2 校正系数

经对比分析，变异系数排序与成矿规律不符主要是由于元素成矿的自身丰度和边界品位存在明显差异，成矿要求的富集倍数明显不同，为了消除这种差异对评价元素富集程度的影响，本文以研究区近33个1∶20万图幅地球化学数据为基础，对39个元素的原始数据不取对数，不做对数变换，而进行普通聚类分析，得到其R型聚类分析元素关系谱系图(图2)。从谱系中选择新疆西天山成矿作用较强、与各种内生作用都有关、没有明显专属性且性质稳定的Au元素为标准，元素富集形成矿床的边界品位与元素在测区的平均值的比值取对数倒数的3倍。作为变异系数校正参数，即：β=3[1/lg(边界品位/研究区平均值)]，矫正后的变异系数为Cvi′=Cvi×β。

对于成矿时需要富集倍率高的元素，评价成矿可能性时其变异系数要调低(表3)，Hg、Sb等元素的变异系数要调至原值的70%～75%，相反成矿时需要富集倍率小的元素要调高，如Cu元素的变异系数要调至原值的1.49倍，Fe元素的变异系数要调至原值的3.76倍。

表2 新疆西天山各地球化学分区元素变异矫正前后排序系数

图2 新疆西天山成矿元素R型聚类分析Fig.2 R cluster analysis of ore-forming elements in the west Tianshan mountain of Xinjiang

元素AgAuCrCuHgMnMoPbSbWZnFe边界品位/10-6451250 0002 000400100 0003005 0006 0001 00010 000250 000校正系数(β)1.021.390.791.490.691.361.161.200.741.021.343.76

注：边界品位数据来自前人在研究区确定边界品位的平均值。

3 元素成矿评价

为了更客观地评价元素成矿的有利程度，需综合考虑元素富集系数Ki和校正后的变异系数Cvi′，将其投至平面上做统一比较(图3)，结合上述地质背景，西天山各地球化学区元素成矿排序符合地质成矿规律，进一步总结西天山元素成矿有利程度。

图3 富集系数与变异系数平面交会图Fig.3 Planar cross plot of variation and enrichment coefficient

Ⅰ-1地球化学区元素富集程度各异，变异系数整体偏低，成矿条件相对较差，成矿有利元素主要有Cr、Au、Cu、Mo、Fe等；Ⅰ-2地球化学区元素富集程度较好，大部分都处于弱富集状态，变异系数也较高，尤其是Au更为突出，是最有利的成矿区，成矿有利元素主要有Au、Pb、W、Ag、Cu、Mo、Fe等；Ⅰ-3地球化学区元素富集程度整体较低，但变异系数是各个分区最高，成矿有利元素主要为Cu、Pb、W、Au等；Ⅱ-1地球化学区元素富集程度差异较大，其中Sb和Hg元素尤为富集。Au变异系数较高，成矿有利元素主要为Au、Sb、Hg、W、Fe、Mn等；Ⅱ-2地球化学区富集系数和变异系数都偏低，相对来说是成矿较差的一个区，主要成矿有利元素有Mo、Fe、Au、Cu、Cr等。

当元素富集系数小于0.9的弱贫乏时，若变异系数大于1，则可以成矿；目前研究区有小型矿点、矿化点存在；当元素富集系数大于1.1的弱富集或者富集时，虽然富集程度高，但只有变异系数不低于0.6才能成矿。从已发现的矿床和矿点与交会图对比，富集系数和变异系数对成矿影响权重中，变异系数大于富集系数。

从目前资料来看，W、Mo等元素没有对应的矿点，随着进一步的勘探，可能会发现未知的矿床，与理论相互校正，进一步验证地球化学预测方法的正确性并使其得到补充和完善。