膠東半島1∶50 000萬第幅水系沉積物測量元素組合分區(qū)研究

何其芬,魏印濤,邱愷毅,劉 杰,齊永亮

(山東省物化探勘查院，濟南 250013)

0 前言

勘查地球化學(xué)自20世紀30年代誕生以來一直是基本的地質(zhì)礦產(chǎn)勘查方法之一，1∶50 000水系沉積物測量是區(qū)域地球化探掃面中一種成熟的方法[1-5]，并有效運用到找礦工作中[6-10]。但傳統(tǒng)的勘查地球化學(xué)資料涉及變量繁多，所成圖件多而復(fù)雜，不利于從整體上尋求其地質(zhì)地球化學(xué)特征和規(guī)律[11]。為此，勘查地球化學(xué)工作者使用地質(zhì)子區(qū)襯值法、移動平均法、趨勢面法、泛克里格法等來處理區(qū)域化探數(shù)據(jù)，在很大程度上改善了異常找礦信息的可靠性，有其優(yōu)越性，但仍然存在局限性[12-17]。

筆者以萬第幅1∶50 000水系沉積物測量工作為基礎(chǔ)，運用R型因子分析，進行元素組合分區(qū)研究，從整體上探討研究區(qū)的地球化學(xué)特征和找礦方向。

1 地質(zhì)概況

萬第幅位于膠東半島西南部，膠遼隆起區(qū)、膠萊盆地西部萊陽凹陷和發(fā)城凹陷內(nèi),面積為412 km2。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為：上白堊統(tǒng)王氏群辛格莊組、林家莊組，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、礫巖、細砂巖；下白堊統(tǒng)青山群八畝地組，巖性主要為安山巖、玄武安山巖；下白堊統(tǒng)萊陽群曲格莊組、龍旺莊組、水南組、止鳳莊組、瓦屋夼組，巖性主要為礫巖、砂巖、細砂巖；另在工區(qū)西南角和東部邊緣，出露少量荊山群陡崖組和野頭組，巖性主要為大理巖、黑云變粒巖。

區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育，主要為北東向和北西向。北東向的桃村斷裂、郭城斷裂是區(qū)內(nèi)最主要的斷裂構(gòu)造形跡。

區(qū)內(nèi)成礦潛力較大，目前已發(fā)現(xiàn)1處小型礦床、5處礦化點，礦種主要為金、銅(圖1)。金、銅礦化產(chǎn)出的地質(zhì)特征見表1。

2 樣品采集與分析

研究區(qū)為低山丘陵地貌，本次水系沉積物測量粒級為-60目，采樣密度平均為 4.9 點/km2,共采集水系沉積物樣品1 646件。

圖1 萬第幅地質(zhì)礦產(chǎn)圖Fig.1 Wandi area geological mineral map

表1 區(qū)內(nèi)礦床(點)地質(zhì)特征一覽表Tab.1 List of geological characteristics of deposits (spots) in the area

樣品分析由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗室承擔(dān)，該實驗室具有原國土資源部頒發(fā)的地質(zhì)實驗測試甲級資質(zhì)。本次工作分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Mo、Hg、Ni、As、Bi、W共13個元素；其中Au采用化學(xué)光譜法，Pb、Cu、Zn、Ni采用X熒光光譜法，Sn、Ag采用發(fā)射光譜法，W、Mo采用極譜法，Hg、Sb、As、Bi采用原子熒光法。各元素報出率為100%，檢出限均優(yōu)于規(guī)范要求。各批次標樣對數(shù)偏差及平均對數(shù)偏差的標準離差值合格率為100%，樣品分析質(zhì)量可信。

3 地球化學(xué)分區(qū)方法及結(jié)果

地球化學(xué)分區(qū)的關(guān)鍵在于確定分區(qū)類型和各分區(qū)邊界。首先采用R型因子分析對原有13個元素(變量)進行濃縮，提取有代表性的公共因子，劃分出主要因子的元素組合類型[18]，即各分區(qū)類型；再以因子得分為主要依據(jù)確定分區(qū)邊界。

3.1 因子分析的前提條件

因子分析的主要任務(wù)之一是對原有變量進行濃縮，即將變量中的信息重疊部分進行提取并綜合成因子，進而達到減少變量個數(shù)的目的。因此要求原有變量之間應(yīng)存在較強的相關(guān)關(guān)系，否則如果原有變量之間相互獨立，不存在信息重疊，也就無法從中綜合出能夠反映某些變量共同特性的幾個較少的公共因子[19]。筆者利用巴特利特球度檢驗(Bartlett test of sphericity)和KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗對所選數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系進行檢驗[20],給定的顯著性水平α大于概率P值，說明變量間具有較強的相關(guān)性。

3.2 分區(qū)類型的確定

運用研究區(qū)1 646件樣品各元素的化驗數(shù)據(jù)做因子分析，前8個特征根代表的方差百分比累計為82.205%，超過總方差的80%(表2)，因此，將這前8個因子作為研究區(qū)的主要因子。在對元素組合的反映方面，相對初始因子負載矩陣，正交旋轉(zhuǎn)因子負載矩陣更具合理性和可解釋性，因此，使用正交旋轉(zhuǎn)因子負載矩陣來劃分研究區(qū)的元素組合類型(表3)，可以認為這8個因子分別代表了研究區(qū)8種元素組合類型的地質(zhì)體。

以因子載荷大于0.5為標準，來確定因子主元素。分述如下：F1：Pb-Zn-Bi；F2：Mo-As；F3：W-Sb；F4：Sn-Ag；F5：Ni；F6：Au；F7：Cu；F8：Hg。

表2 因子解釋原有變量總方差情況Tab.2 Factor explains the total variance of the original variables

表3 正交旋轉(zhuǎn)因子矩陣Tab.3 Orthogonal rotation factor matrix

圖2 萬第幅水系沉積物地球化學(xué)測量元素組合分區(qū)圖Fig.2 Wandi area elemental combination zoning

3.3 子區(qū)邊界的確定

分區(qū)類型確定后，每個樣品采用如下方法確定屬于哪種類型。

該方法的依據(jù)主要是基于因子得分為標準化數(shù)值，因此可以直接進行大小比較。某件樣品在因子k中得分值最大，說明該樣品在該因子組合類型中占有最大份額，因此該樣品被劃歸為第k類，從而區(qū)內(nèi)n個樣品被劃分為P個類型。如果把空間位置相鄰的同種類型樣品劃歸為一個分區(qū)，則可以確定分區(qū)的具體位置和范圍，從而達到對元素組合進行分區(qū)的目的。因此，可以將全部樣品所反映的因子分類信息，劃歸為與因子元素組合類型一致的8個元素組合分區(qū)(圖2)。

4 各因子分區(qū)特征

從圖2看出，各因子分區(qū)位于研究區(qū)的不同位置，各分區(qū)內(nèi)地球化學(xué)異常區(qū)的元素組合類型、地質(zhì)概況及成礦特征均表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

4.1 F1因子分區(qū)

F1因子元素組合為Pb、Zn、Bi，主要分布在研究區(qū)西部，東部零星出現(xiàn)，分布面積較大，約為136 km2。因子區(qū)內(nèi)廣布白堊紀地層，該因子方差貢獻率為26.927%。根據(jù)本次水系沉積物測量工作，在研究區(qū)內(nèi)圈定兩處以Pb為主元素的綜合異常(9號、13號)，其中9號異常Zn為伴生元素，但異常較弱，踏勘未見礦化現(xiàn)象。該區(qū)面積較大，推斷主要與廣布該區(qū)的白堊紀地層Pb、Zn、Bi元素的高背景有關(guān)，為一巖性因子。

4.2 F2因子分區(qū)

F2因子元素組合為Mo、As，呈不規(guī)則狀零星分布于研究區(qū)內(nèi)，總面積約為44.60 km2。結(jié)合元素組合分區(qū)圖和地質(zhì)條件分析，這是一組與中高溫?zé)嵋撼傻V作用有關(guān)的元素組合類型，成礦主元素為Mo，As為其伴生元素。區(qū)內(nèi)北北東向斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，巖性主要為下白堊統(tǒng)水南組和止鳳莊組。F2因子元素組合方差貢獻率為13.651%，排名第二，本次水系沉積物測量工作在區(qū)內(nèi)圈定2處較好的以Mo為主元素的綜合異常(3號、16號)，其中3號異常面積大，伴生元素相關(guān)性高。根據(jù)前期工作，該異常北部圖外約20 km處已發(fā)現(xiàn)棲霞市尚家莊中型鉬礦床，該礦床為斷裂構(gòu)造控礦，且與3號異常位于同一組北北東向的平行斷裂中，顯示3號異常較好的鉬找礦前景。下一步應(yīng)加強在該區(qū)的鉬地質(zhì)找礦工作。

4.3 F3因子分區(qū)

F3因子主要分布在研究區(qū)東北部，共計四個區(qū)塊，面積約33.6 km2。該因子元素組合為W、Sb，方差貢獻率為9.079%，出露巖性主要為下白堊統(tǒng)止鳳莊組及少量荊山群陡崖組和野頭組。本次水系沉積物測量未在該區(qū)圈定出W、Sb綜合異常，推測該因子主要與廣布區(qū)內(nèi)的北東向斷裂構(gòu)造有關(guān)。

4.4 F4因子分區(qū)

F4因子區(qū)塊零星分布于全區(qū)，元素組合為Ag、Sn，方差貢獻率為7.458%。因子區(qū)出露巖性主要為上白堊統(tǒng)林家莊組，下白堊統(tǒng)曲格莊組、止鳳莊組，斷裂構(gòu)造發(fā)育，大部分區(qū)塊沿斷裂構(gòu)造呈北東向展布。此次水系沉積物測量工作在該分區(qū)內(nèi)未圈定出較好的Ag綜合異常。同時，經(jīng)過踏勘，區(qū)內(nèi)也未見銀礦化線索，因此找礦潛力較小。

4.5 F5因子分區(qū)

F5因子分布較廣，僅東北部區(qū)塊面積就達41 km2，其他小區(qū)塊零星分布全區(qū)。因子元素組合僅為Ni，與研究區(qū)中其他元素沒有明顯的共生關(guān)系。區(qū)內(nèi)主要出露青山群八畝地組的安山巖、玄武安山巖。本次在區(qū)內(nèi)圈定的4號、6號、10號綜合異常，主元素為Ni，且均分布于該分區(qū)內(nèi)。三個異常強度普遍較弱，但分布位置基本與青山群八畝地組吻合，推測該因子主要由八畝地組的安山巖、玄武安山巖引起。

4.6 F6因子分區(qū)

該因子在工區(qū)內(nèi)零星分布6個區(qū)塊，均呈長條狀展布，長軸方向與北東向、北北西向斷裂構(gòu)造一致。元素組合僅為Au，為區(qū)內(nèi)的重要金屬礦化因子。從Au與其他因子的相關(guān)性來看，金在其他各因子上的載荷均較小，個別為負載荷，說明金與其他元素沒有明顯的共生關(guān)系，成礦獨立性較強。區(qū)內(nèi)有兩處金礦化點(圖2)，編號為1號和4號，其中1號姜家夼金礦化點為前人勘查發(fā)現(xiàn)，4號平蘭金礦化點為踏勘檢查11號Pb、Ni綜合異常時發(fā)現(xiàn)，該綜合異常區(qū)內(nèi)未見其他礦化。兩處金礦化點附近均未圈定出Au異常，其中1號姜家夼金礦化點附近樣品Au最高值為1.08×10-9，4號平蘭金礦化點附近Au最高值為1.17×10-9，均遠低于本次工作Au異常下限(2.50×10-9)，但略高于全區(qū)平均值(0.80×10-9)。因此，在F6因子區(qū)內(nèi)，Au元素的相對高值點，即使未達到異常下限，也具有一定的找礦潛力，應(yīng)在下一步找金工作中引起高度重視。

4.7 F7因子分區(qū)

該因子在工區(qū)內(nèi)面積較小，只有東南端和西南端兩個區(qū)塊，總面積約3.8 km2。該因子元素組合僅為Cu，是區(qū)內(nèi)的重要金屬礦化因子，從Cu與各主因子的相關(guān)性來看，其與研究區(qū)中其他元素沒有明顯的共生關(guān)系，表明銅富集具較大的獨立性。西南端區(qū)塊中有前人發(fā)現(xiàn)的一處小型銅礦床(編號6)。本次水系沉積物測量在區(qū)內(nèi)圈定四處以Cu為主要元素的綜合異常(12號、13號、14號、15號)，但異常面積較小，強度弱，僅具有外帶。通過異常查證，新發(fā)現(xiàn)兩處銅礦化點(編號3和5)。圖3為13號綜合異常剖析圖，由圖3可知，這是一個以Pb為主的綜合異常，Pb和Zn都具有中帶異常，而且Pb異常的面積還很大；其他元素都是只有外帶的弱小異常；產(chǎn)出的兩個Cu元素異常，也僅有外帶；其中峰值為42.5×10-6的Cu異常呈北東向展布(圖3)，其范圍與F7因子的分布基本上重合(圖2)。在嗣后開展的異常查證中，初心是尋找鉛鋅礦化，結(jié)果意外在該銅弱異常區(qū)內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了3號銅礦點，賦礦構(gòu)造走向也與Cu異常展布方向一致，整個綜合異常區(qū)內(nèi)未見其他礦化。就此推斷本區(qū)Cu元素在水系沉積物中富集程度較低，應(yīng)重視弱銅異常的找礦指示作用。測區(qū)已知三處銅礦床(點)均位于Cu元素弱異常和F7因子分區(qū)的重疊區(qū)域中，表明這一現(xiàn)象構(gòu)成了測區(qū)內(nèi)下一步銅礦找礦工作的重要指示標志。

4.8 F8因子分區(qū)

該因子在工區(qū)內(nèi)零星分布，面積約為6.1 km2，因子元素組合僅為Hg。根據(jù)本次水系沉積物測量數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)Hg數(shù)據(jù)普遍較低，只是相對的高背景，同時該因子區(qū)塊均呈北東向條帶狀，沿斷裂帶附近展布，因此推測該因子主要與北東向斷裂構(gòu)造有關(guān)。

5 應(yīng)用效果

經(jīng)查證在F6因子區(qū)內(nèi)，有兩處金礦化點(編號1和4，圖2、圖4～圖5)，其中1號姜家夼金礦化點為前人勘查發(fā)現(xiàn)，4號平蘭金礦化點為踏勘檢查11號Pb、Ni綜合異常時發(fā)現(xiàn)；F7因子區(qū)內(nèi)，存在前人發(fā)現(xiàn)的一處小型銅礦床(編號6)，異常查證新發(fā)現(xiàn)兩處銅礦化點(編號3和5，圖2、圖6～圖7)。

綜上所述，F(xiàn)6、F7因子為區(qū)內(nèi)的重要礦化因子，在研究區(qū)內(nèi)找礦中占主要地位。同時顯示因子分區(qū)與對應(yīng)元素綜合異?；駻u相對高值點的重疊區(qū)域是找礦的有利部位，具有重要的找礦指示意義，應(yīng)作為今后重點找礦區(qū)域。

圖3 13號綜合異常剖析圖Fig.3 13th comprehensive anomaly analysis

圖4 礦化體展布特征(4號金礦化點)Fig.4 Mineralized body distribution characteristics (No.4 gold mineralization point)

圖5 黃鐵礦化碎裂巖(4號金礦化點)Fig.5 Pyrite fractured rock (No.4 gold mineralization point)

圖7 孔雀石化碎裂狀砂巖(3號銅礦化點)Fig.7 Peacock petrochemical fragmented sandstone (No.3 copper mineralization point)

6 結(jié)論

1)運用R型因子分析，將研究區(qū)13個元素組合為8個因子，其元素組合分別為：F1∶Pb-Zn-Bi；F2∶ Mo-As；F3∶W-Sb；F4∶Sn-Ag；F5∶Ni；F6∶Au；F7∶Cu；F8∶Hg。

2)元素組合因子分區(qū)將研究區(qū)內(nèi)全部的地球化學(xué)統(tǒng)計信息展示在一張圖上，更有利于從總體上發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)的地球化學(xué)規(guī)律，更好地指導(dǎo)下一步礦產(chǎn)勘查工作。

3)根據(jù)元素組合分區(qū)工作，可以比較準確地判斷區(qū)內(nèi)的主要成礦元素。結(jié)合因子區(qū)綜合異常的分布情況，可以快速準確篩選出有找礦意義的找礦靶區(qū)。

4)根據(jù)各因子區(qū)異常查證成果，研究區(qū)Au、Cu、Mo元素為區(qū)內(nèi)的主成礦元素。下一步地質(zhì)找礦工作，應(yīng)將綜合異常圖、單元素異常圖和因子分區(qū)圖統(tǒng)籌考慮，針對主要礦種，加強因子分區(qū)與對應(yīng)元素綜合異常或Au相對高值點重疊區(qū)域的異常查證工作，盡快實現(xiàn)研究區(qū)的地質(zhì)找礦突破。