廣東石嘴金礦區(qū)土壤地球化學(xué)特征及元素相關(guān)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(xué)是最早在實際礦產(chǎn)勘查中運用的地球化學(xué)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(yīng)用土壤地球化學(xué)測量了解土壤中目標(biāo)礦種元素及與其關(guān)系密切的伴生元素的分布，總結(jié)元素的分散與富集規(guī)律，分析其與基巖中礦體的聯(lián)系，通過發(fā)現(xiàn)土壤中的異常與解釋評價異常來指導(dǎo)找礦[2]。

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

1 礦區(qū)地質(zhì)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(qū)內(nèi)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(tǒng)羅定組。北東向木格斷裂F1、古水?dāng)嗔袴2和南北向郴懷斷裂F3構(gòu)成了區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造骨架，次級斷裂極其發(fā)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(qū)內(nèi)(圖2)[4]。

礦區(qū)蝕變主要為硅化、絹云母化、角巖化等。礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)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(cè)。Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金銀多金屬礦體為構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)狀179°∠75°(圖2)[4]。

圖1 欽杭成礦帶范圍及石嘴金礦區(qū)位置示意圖[3]

圖2 石嘴金礦區(qū)地質(zhì)圖[4]

2 工作方法

本次土壤地球化學(xué)測量工作按照DZ/T0145《土壤地球化學(xué)測量規(guī)程》進(jìn)行[5]，采樣網(wǎng)度為200 m×20 m，測線方向分別為一區(qū)90°、二區(qū)0°、三區(qū)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(nèi)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(dá)300 g為要求，一般重1 000 g。全區(qū)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(jié)果滿足研究要求。

3 土壤中各元素地球化學(xué)分布特征

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

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

變異系數(shù)計算公式如下[7]：

(1)

(2)

3.1 各元素豐度特征

以豐度系數(shù)(K0)來定量地反映礦區(qū)土壤中各元素的貧化富集程度。礦區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)Mo、Bi、W、Pb、Au(K0>2.5)元素富集程度高。

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征(圖2)可知，Mo、Bi 、W富集可能與礦區(qū)及周邊區(qū)域大面積花崗巖體侵入有關(guān)；同時也與Ⅱ-V1鎢金礦化體有關(guān)。表明礦區(qū)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(qū)內(nèi)存在金、鉛多金屬礦化，是礦區(qū)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(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心

3.2 各元素含量變化特征

以變異系數(shù)(CV)來討論礦區(qū)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(shù)(CV)值越大，說明礦區(qū)內(nèi)元素的分布越不均勻，對元素聚集成礦就更有利[8]。

礦區(qū)各元素變異系數(shù)見表2。由表2可知，變異系數(shù)較大的元素有Au、As、Ag 、Bi、Mo，CV均大于0.5。結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征可知Au、As、Ag元素CV值較大，富集作用強烈，與礦區(qū)Au多金屬礦化較發(fā)育關(guān)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(guān)。

3.3 元素在各地質(zhì)單元中的分布特征

礦區(qū)出露的地質(zhì)單元有震旦系下統(tǒng)壩里組(Z1b)、寒武系下統(tǒng)牛角河組(∈1n)、白堊系下統(tǒng)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(zhì)單元中元素地球化學(xué)參數(shù)值列于表3中。結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)圖(圖2)和詳查三區(qū)Au-Ag異常圖(圖3)，可看出：

1)震旦系下統(tǒng)壩里組(Z1b)中，各元素含量相對其他地質(zhì)單元較高，其中明顯富集的元素有Au、Cu、Ag、Sb。變異系數(shù)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(shù)CV(0.84)遠(yuǎn)高于其他地質(zhì)單元。表明震旦系壩里組地層可能構(gòu)成了區(qū)內(nèi)金礦的礦源層。

表2 石嘴金礦區(qū)全區(qū)元素地球化學(xué)參數(shù)值表(n=4 614)

圖3 三區(qū)土壤測量詳查Au、Ag異常圖

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

3)白堊系下統(tǒng)羅定組(K1l)中，明顯富集的元素有Zn、Pb、W、Sn等。變異系數(shù)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(qū)，Au、Ag平均值略高于全區(qū)。

5)早白堊世巖體中，整體富集Sn、Mo、Pb，Cu、As、Au，含量高于全區(qū)平均值。變異系數(shù)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(fā)生了較強的后期富集作用，是礦區(qū)成礦的重要因素之一。

總體來看，目標(biāo)礦種Au元素在震旦系下統(tǒng)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(cè)。

4 礦區(qū)土壤中元素間相關(guān)性研究

為研究元素間相互關(guān)系，揭示主要地質(zhì)作用，分析各元素的聚合趨勢，對測區(qū)土壤測量數(shù)據(jù)(樣本數(shù)=4614)進(jìn)行了R型聚類分析和因子分析。本次數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用中國地質(zhì)調(diào)查局推薦軟件GeoExpl 2010。所有參與統(tǒng)計的數(shù)據(jù)均為未經(jīng)任何處理的原始數(shù)據(jù)。

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(guān)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(guān)系，聚類分析結(jié)果展示于表4和圖4中。

整體來看，以相關(guān)系數(shù)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(guān)系數(shù)大于0.7，相關(guān)性極強，該組合與Cu相關(guān)系數(shù)大于0.5，相關(guān)性較強，與Sn、Mo相關(guān)系數(shù)約為0.27，有微弱相關(guān)性。本簇群是區(qū)內(nèi)鎢金多金屬礦化活動有關(guān)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(guān)系數(shù)大于0.5，As和Sb相關(guān)系數(shù)大于0.4，相關(guān)性較強,構(gòu)成了礦區(qū)內(nèi)與金成礦有關(guān)的特征元素組合。

表3 石嘴金礦區(qū)各主要地質(zhì)單元地球化學(xué)參數(shù)表

3)第三簇群元素組合為Pb和Zn兩個元素，相關(guān)系數(shù)0.432，相關(guān)性較強。是區(qū)內(nèi)多金屬礦化的反映。

以上討論表明，應(yīng)用聚類分析可以很好地區(qū)分礦區(qū)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(fā)現(xiàn)不同礦化之間的元素組合關(guān)系。

圖4 石嘴金礦區(qū)元素R型聚類分析譜系圖

表4 石嘴金礦區(qū)元素相關(guān)系數(shù)表

4.2 因子分析

因子分析是多元統(tǒng)計中降維的一種方法[10]。每個主因子代表了某一特定地質(zhì)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(shù)為6個，對應(yīng)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(qū)土壤樣品因子得分制作成因子得分等值線圖。

從旋轉(zhuǎn)因子矩陣得分圖(圖5)并結(jié)合土壤測量詳查三區(qū)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(jié)果一致，因子得分高值區(qū)主要分布于Ⅱ-V1鎢金多金屬礦體附近，是礦區(qū)鎢金多金屬礦化有利地段的反映。

圖5 石嘴金礦區(qū)土壤測量元素旋轉(zhuǎn)因子得分圖

2)F2因子得分較高的為Pb、Zn，因子得分高值區(qū)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(qū)內(nèi)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(qū)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(qū)內(nèi)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(xiàn)出一定相關(guān)性，因子得分高值區(qū)分布與F3因子較一致，是礦區(qū)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(qū)礦化有關(guān)的其他指示元素具有一定的關(guān)系，特別是與Zn、Sb呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。F5因子得分高值區(qū)主要分布于巖體中，F(xiàn)6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(jié)論

1)礦區(qū)元素地球化學(xué)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(qū)內(nèi)含量變化大。顯示礦區(qū)是Au多金屬的成礦有利地段。

2)各地質(zhì)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(qū)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(qū)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(qū)內(nèi)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(guān)系最密切，構(gòu)成了礦區(qū)金多金屬礦化的特征指示元素組合。