廣東石嘴金礦區土壤地球化學特征及元素相關性淺析

張國歡

(廣東省地球物理探礦大隊，廣州 510800)

0 引言

土壤地球化學是最早在實際礦產勘查中運用的地球化學勘查方法，也是最直接、快速、有效的礦致異常圈定手段[1]。它的原理是應用土壤地球化學測量了解土壤中目標礦種元素及與其關系密切的伴生元素的分布，總結元素的分散與富集規律，分析其與基巖中礦體的聯系，通過發現土壤中的異常與解釋評價異常來指導找礦[2]。

礦區位于廣東省廣寧縣石嘴鄉。在前期工作中開展了較大面積的土壤地球化學測量，取得了大量土壤樣品分析數據,但整體對金礦土壤地球化學特征研究程度不高，缺乏深入剖析。筆者依托石嘴金礦區詳查土壤測量分析數據，對礦區元素分布特征及元素間的相關性進行了剖析，為礦區找礦工作提供出新的地球化學依據，可為相似地球化學景觀區尋找金礦提供借鑒。

1 礦區地質概況

石嘴金礦位于欽杭成礦帶南段，云開隆起北部，北東向博白-岑溪大斷裂和吳川-四會大斷裂之間(圖1)[3]。

礦區內地層主要有震旦系老虎塘組、壩里組，寒武系高灘組、牛角河組，下白堊統羅定組。北東向木格斷裂F1、古水斷裂F2和南北向郴懷斷裂F3構成了區內總體構造骨架，次級斷裂極其發育。巖漿巖大面積分布，巖性主要為黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖，少量中酸性～基性巖脈零星分布于礦區內(圖2)[4]。

礦區蝕變主要為硅化、絹云母化、角巖化等。礦區共發現了4條金銀多金屬礦體和 1條鎢金多金屬礦體，集中分布于F1斷裂及其兩側。Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金銀多金屬礦體為構造蝕變巖型，Ⅰ-V1礦體長約50 m，厚為1 m，Au品位為2.38 g/t，礦體呈北東向展布，產狀315°∠75°；Ⅰ-V2礦體控制長度為120 m，厚為0.96 m，金品位為0.02 g/t～2.42 g/t，銀品位為 1.94 g/t～54.46 g/t，總體北東向展布，產狀303°∠65°，并伴生Pb礦化；Ⅰ-V3礦體控制長度為170 m，厚度為1 m～2 m，金品位為0.25 g/t ～3.53 g/t，銀品位為12.52 g/t～65.54 g/t，總體南北向展布，產狀90°～135°∠22～25°；Ⅰ-V4礦體控制長度為50 m，厚度為1.93 m，金品位為0.14 g/t～3.07 g/t，銀品位為3.18 g/t～487.00 g/t，總體南北向展布，產狀270°∠75°；Ⅱ-V1鎢金多金屬礦體為石英脈型，礦體控制長度為160 m，厚度為0.5 m～1 m，Au品位為1.46 g/t～16.75 g/t，WO3品位為1.45%～11.56%，產狀179°∠75°(圖2)[4]。

圖1 欽杭成礦帶范圍及石嘴金礦區位置示意圖[3]

圖2 石嘴金礦區地質圖[4]

2 工作方法

本次土壤地球化學測量工作按照DZ/T0145《土壤地球化學測量規程》進行[5]，采樣網度為200 m×20 m，測線方向分別為一區90°、二區0°、三區315°(圖2)。樣品采自B層，深度約20 cm～40 cm之間。樣品為采樣點附近1 m直徑范圍內多點采集組合而成。采樣粒級為小于60目，采樣原始重量保證樣品過篩后達300 g為要求，一般重1 000 g。全區共采集土壤樣品4 614個。樣品分析Au、Ag、As、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Sn等11項。分析方法、檢出限、報出率見表1，分析結果滿足研究要求。

3 土壤中各元素地球化學分布特征

研究統計了礦區土壤中各元素的地球化學參數：最大值(Xmax)、最小值(Xmin)、中位數(Me)、算術平均值、背景平均值(C0)、變異系數(CV)、豐度系數(K0)。

背景平均值(C0)計算方法為：對全域數據集進行離群值連續迭代處理，把平均值加減三倍離差范圍外的數據剔除，直到無離群數值可剔除為止。

變異系數計算公式如下[7]：

(1)

(2)

3.1 各元素豐度特征

以豐度系數(K0)來定量地反映礦區土壤中各元素的貧化富集程度。礦區內地表土壤中除Sb、Zn、Cu等元素富集程度不高(K0<2)外，其他元素均相對富集(K0>2)，各元素的富集程度由高到低的順序為：Bi>Mo>W>Pb>Au>Sn>Ag>As>Cu>Zn>Sb(見表2)，說明區內Mo、Bi、W、Pb、Au(K0>2.5)元素富集程度高。

結合礦區地質特征(圖2)可知，Mo、Bi 、W富集可能與礦區及周邊區域大面積花崗巖體侵入有關；同時也與Ⅱ-V1鎢金礦化體有關。表明礦區土壤中W、Bi、Mo等元素異常是鎢礦化的反映。

Pb、Au元素富集說明區內存在金、鉛多金屬礦化，是礦區找礦的重要指示。

表1 土壤樣品分析方法、檢出限、報出率一覽表

分析測試單位：國土資源部長沙礦產資源監督檢測中心

3.2 各元素含量變化特征

以變異系數(CV)來討論礦區各元素均勻分布的程度。通常情況下，各元素分布越不均勻，越有利于局部聚集成礦[6]。變異系數(CV)值越大，說明礦區內元素的分布越不均勻，對元素聚集成礦就更有利[8]。

礦區各元素變異系數見表2。由表2可知，變異系數較大的元素有Au、As、Ag 、Bi、Mo，CV均大于0.5。結合礦區地質特征可知Au、As、Ag元素CV值較大，富集作用強烈，與礦區Au多金屬礦化較發育關系密切；Bi、Mo元素CV值較大與兩元素在巖體中和地層中含量差別較大相關。

3.3 元素在各地質單元中的分布特征

礦區出露的地質單元有震旦系下統壩里組(Z1b)、寒武系下統牛角河組(∈1n)、白堊系下統羅定組(K1l)、晚奧陶世巖體和早白堊世巖體。計算獲得的各主要地質單元中元素地球化學參數值列于表3中。結合礦區地質圖(圖2)和詳查三區Au-Ag異常圖(圖3)，可看出：

1)震旦系下統壩里組(Z1b)中，各元素含量相對其他地質單元較高，其中明顯富集的元素有Au、Cu、Ag、Sb。變異系數較大的元素有Au、Mo、Ag、As、Sb，CV值在0.51～0.84之間。Au背景平均值(4.42×10-9)、變異系數CV(0.84)遠高于其他地質單元。表明震旦系壩里組地層可能構成了區內金礦的礦源層。

表2 石嘴金礦區全區元素地球化學參數值表(n=4 614)

圖3 三區土壤測量詳查Au、Ag異常圖

2)寒武系下統牛角河組(∈1n)中，Cu、W、Ag、As、Au元素平均含量低于全區(表2)，其他元素較全區略高，全部元素變異系數均低于全區，表明該組地層內元素分布較均勻，各元素富集貧化作用較弱。但這里出現了礦區土壤中Au最大值466×10-9，該異常點位于構造破碎帶附近，與礦化體Ⅰ-V2位置吻合(圖2)；結合圖3看，Au、Ag異常主要受F1、F3斷裂控制。表明礦區金礦化主要受構造控制，特別是NE向構造破碎帶及其次級斷裂。

3)白堊系下統羅定組(K1l)中，明顯富集的元素有Zn、Pb、W、Sn等。變異系數較大元素為Cu、Mo、W、As、Bi、Au，CV值在0.51～0.83之間。

4)晚奧陶世巖體中，Cu、W、Pb、Sn、As、Bi等元素平均含量明顯低于全區，Au、Ag平均值略高于全區。

5)早白堊世巖體中，整體富集Sn、Mo、Pb，Cu、As、Au，含量高于全區平均值。變異系數較大的元素為Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi，CV值在0.54～0.78之間，說明這一期巖漿活動帶來了較多的Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi元素，并發生了較強的后期富集作用，是礦區成礦的重要因素之一。

總體來看，目標礦種Au元素在震旦系下統壩里組(Z1b)中明顯富集，Au、Ag元素異常主要分布于F1、F3斷裂兩側。

4 礦區土壤中元素間相關性研究

為研究元素間相互關系，揭示主要地質作用，分析各元素的聚合趨勢，對測區土壤測量數據(樣本數=4614)進行了R型聚類分析和因子分析。本次數據統計分析采用中國地質調查局推薦軟件GeoExpl 2010。所有參與統計的數據均為未經任何處理的原始數據。

4.1 R型聚類分析

R型聚類分析不但可以了解個別變量之間關系的親疏程度，而且可以了解各個變量組合之間的親疏程度[10-11]。因此，本研究采用R型聚類分析來揭示元素間的相互關系，聚類分析結果展示于表4和圖4中。

整體來看，以相關系數0.25為界，可以明顯分為三大簇群。

1)第一簇群為W、Bi、Cu、Sn、Mo五個元素，其中W和Bi相關系數大于0.7，相關性極強，該組合與Cu相關系數大于0.5，相關性較強，與Sn、Mo相關系數約為0.27，有微弱相關性。本簇群是區內鎢金多金屬礦化活動有關的元素組合。

2)第二簇群元素組合為Au、Ag、As、Sb四個元素，其中Au和Ag相關系數大于0.5，As和Sb相關系數大于0.4，相關性較強,構成了礦區內與金成礦有關的特征元素組合。

表3 石嘴金礦區各主要地質單元地球化學參數表

3)第三簇群元素組合為Pb和Zn兩個元素，相關系數0.432，相關性較強。是區內多金屬礦化的反映。

以上討論表明，應用聚類分析可以很好地區分礦區不同類型的礦化元素組合特征，找出金礦化的特征指示元素組合，發現不同礦化之間的元素組合關系。

圖4 石嘴金礦區元素R型聚類分析譜系圖

表4 石嘴金礦區元素相關系數表

4.2 因子分析

因子分析是多元統計中降維的一種方法[10]。每個主因子代表了某一特定地質成因的元素組合，利用該因子圈定的異常，往往更具有成因及找礦指示意義[12]。

本研究采用GeoExpl 2010軟件中的“因子分析”功能，選擇輸出因子數為6個，對應累積特征百分比為79%。為更直觀反映各因子所包含的信息，將因子得分表制作成柱狀圖。將三區土壤樣品因子得分制作成因子得分等值線圖。

從旋轉因子矩陣得分圖(圖5)并結合土壤測量詳查三區因子得分等值線圖(圖6)和Au-Ag土壤異常圖(圖3)來看：

1)F1因子得分較高的元素為Cu、W、Bi，與聚類分析結果一致，因子得分高值區主要分布于Ⅱ-V1鎢金多金屬礦體附近，是礦區鎢金多金屬礦化有利地段的反映。

圖5 石嘴金礦區土壤測量元素旋轉因子得分圖

2)F2因子得分較高的為Pb、Zn，因子得分高值區主要分布于Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金銀多金屬礦體附近，整體分布與F3因子相似，是區內Pb、Zn伴生金銀多金屬礦富集成礦有利地段的反映。

3)F3因子主要代表Au、Ag兩元素，因子得分高值區主要分布于Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金銀多金屬礦體附近及外圍，與Au、Ag異常位置吻合，反映區內Au、Ag相伴成礦，有利地段與多金屬礦化重合。

4)F4因子主要為As、Sb兩元素，同時與Au、Cu、Zn、Mo表現出一定相關性，因子得分高值區分布與F3因子較一致，是礦區金多金屬礦的重要指示元素。

5)F5、F6因子較獨立，分別為Sn、Mo元素，與礦區礦化有關的其他指示元素具有一定的關系，特別是與Zn、Sb呈現負相關關系。F5因子得分高值區主要分布于巖體中，F6因子整體分布與F3因子相似，且沿F1斷裂分布，表明Sn、Mo主要是斷裂活動的指示元素，也可能是礦化的尾部指示元素。

5 結論

1)礦區元素地球化學特征分析對比顯示，Mo、Bi、W、Pb、Au元素較富集；同時，Au、As、Ag、Bi、Mo等元素在礦區內含量變化大。顯示礦區是Au多金屬的成礦有利地段。

2)各地質單元元素分布特征研究表明，震旦系壩里組(Z1b)Au元素背景平均值最高，是礦區金礦主要礦源層；早白堊世巖漿侵入帶來了較多的Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi，是礦區多金屬成礦的重要因素之一。

3)聚類分析和因子分析很好揭示了礦區內不同礦化類型間的元素組合特征，其中 Au、Ag、As、Sb元素組合與金礦成礦關系最密切，構成了礦區金多金屬礦化的特征指示元素組合。