地球化學(xué)分區(qū)方法在地球化學(xué)勘查中的應(yīng)用

摘要：以膠東半島乳山寨幅1.5萬水系沉積物測量為例，利用化探數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分區(qū)討論，得到7個地球化學(xué)分區(qū)，分別為：Au、As、W地球化學(xué)分區(qū)，Pb、Ag、Zn地球化學(xué)分區(qū)，Bi、Sb地球化學(xué)分區(qū)，Ni、Cu地球化學(xué)分區(qū)，Sn地球化學(xué)分區(qū)，Mo地球化學(xué)分區(qū)，Hg地球化學(xué)分區(qū)。結(jié)合圈定的金綜合異常，在Au、As、W地球化學(xué)分區(qū)內(nèi)，發(fā)現(xiàn)金礦化點2處。結(jié)果表明，分區(qū)與化探成礦信息的對應(yīng)關(guān)系較好，可以達(dá)到縮小找礦靶區(qū)，指導(dǎo)找礦工作方向的目的。

關(guān)鍵詞：水系沉積物測量；因子分析；地球化學(xué)分區(qū)；膠東半島

中圖分類號：P59" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.12.004

引文格式：魏印濤，何其芬.地球化學(xué)分區(qū)方法在地球化學(xué)勘查中的應(yīng)用——以膠東半島乳山寨幅1.5萬水系沉積物測量為例［J］.山東國土資源，2024，40（12）：2732.WEI Yintao，HE Qifen. Application of Geochemical Zoning Method in Geochemical Exploration——Taking the Measurement of Water System Sediments with the Scale of 1.50000 in Rushanzhai in Jiaodong Peninsula as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（12）：27-32.

0引言

勘查地球化學(xué)自20世紀(jì)30年代誕生以來一直是基本的地質(zhì)礦產(chǎn)勘查方法之一，1.5萬水系沉積物測量是勘查地球化學(xué)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］。近年來的實踐［12-15］表明，在開展勘查地球化學(xué)工作和研究的過程中，有必要對研究區(qū)進(jìn)行元素組合分區(qū)，劃分出不同的地球化學(xué)子區(qū)，從而針對不同的地球化學(xué)子區(qū)進(jìn)行異常信息提取，并研究其地質(zhì)找礦意義。乳山寨幅（J51E019006）位于牟平-乳山Au-Cu-Mo-Fe成礦區(qū)內(nèi)，本文以乳山寨幅（J51E019006）1697件1.5萬水系沉積物樣品分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用R型因子分析方法，開展地球化學(xué)分區(qū)研究。其結(jié)果可使所有樣品及變量組合類型在一幅圖上全部體現(xiàn)，據(jù)此將研究區(qū)劃分為7個地球化學(xué)分區(qū)，從而制作地球化學(xué)分區(qū)圖件，為從總體上研究該區(qū)的地球化學(xué)特征和成礦規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。

1研究區(qū)地質(zhì)概況

1.5萬乳山寨幅（J51E019006）位于膠東半島西南部，隸屬于膠遼隆起區(qū)和膠南-威海隆起區(qū)2個二級大地構(gòu)造單元。研究區(qū)地層出露較少，主要為下白堊統(tǒng)林寺山組、止鳳莊組，陡崖組水桃林段、野頭組定國寺段、野頭組祥山段，另在溝谷兩側(cè)分布全新統(tǒng)臨沂組。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為NE向，見少量NNE向和SE向斷裂。研究區(qū)巖漿巖大面積分布，主要為嶗山序列玉皇山單元石英堿長正長巖、午山單元正長花崗巖、下書院單元正長花崗巖，偉德山序列虎頭石單元二長花崗巖、通天嶺單元二長花崗巖、崖西單元二長花崗巖，早白堊世正長花崗斑巖，玲瓏序列崔召單元二長花崗巖、九曲單元二長花崗巖，榮成序列威海單元含黑云二長花崗巖。區(qū)內(nèi)成礦潛力較大，目前已發(fā)現(xiàn)4處礦點、礦化點，礦種主要為金、鐵（圖1）。

2樣品采集與分析方法

2.1地球化學(xué)景觀與樣品采集

研究區(qū)屬于沿海濕潤半濕潤中低山丘陵景觀區(qū)，兼具海洋（沿海）和大陸（內(nèi)陸）性氣候，溫暖濕潤、降水集中，該景觀區(qū)水系較發(fā)育，水系中碎屑沉積物較為豐富，適宜開展水系沉積物測量工作?；饺硬捎命c位布置圖1.5萬網(wǎng)度+GPS領(lǐng)航，輔以航跡監(jiān)控。經(jīng)采樣試驗與20萬化探粒級綜合分析，本次工作水系沉積物測量采樣粒級為60目，采樣密度4.6個點/km2，共采集水系沉積物樣品1 697件。

2.2樣品分析測試

樣品分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Mo、Hg、Ni、As、Bi、W共13種元素，選用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)12個水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣品，用被選定分析方法對每一個標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行12次分析，并分別計算每個樣品平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之間對數(shù)偏差，合格率為100%（表1）。樣品加工及分析測試由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗室完成。

2.3地球化學(xué)分區(qū)基本原理和方法

R型因子分析是研究元素共生組合的有效手段和方法［16-19］，是利用降維的思想，從研究原始變量相關(guān)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，把一些具有錯綜復(fù)雜關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合因子的一種多元統(tǒng)計分析方法［20］。在化探數(shù)據(jù)處理過程中，因子分析有2個作用：①依據(jù)篩選出的公共因子達(dá)到確定分區(qū)類型的目的；②樣品類型的劃分則利用因子得分值確定，即確定分區(qū)邊界和位置，實現(xiàn)地球化學(xué)分區(qū)。

2.3.1確定分區(qū)類型

因子分析的主要任務(wù)之一是對原有變量進(jìn)行濃縮，即將變量中的信息重疊部分進(jìn)行提取并綜合成因子，進(jìn)而達(dá)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(qiáng)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［21］。準(zhǔn)確篩選出公共因子是確定合理的、可解釋的元素組合的前提，所以需要運用因子模型來計算因子載荷矩陣。

設(shè)樣品數(shù)量為n，每個樣品觀測變量數(shù)為p，在符合一定條件的約束下得到因子模型：Xi=ai1F1+ai2F2+…+aimFm +εi，i=1，2，…，p

是因子荷載矩陣；F—公共因子;ε—特殊因子。因子載荷矩陣得出后，為使篩選的公共因子代表性更強(qiáng)，筆者對初始因子載荷矩陣進(jìn)行方差最大法正交旋轉(zhuǎn)，同時綜合考慮研究區(qū)地質(zhì)概況，劃分合理的元素組合，從而確定分區(qū)類型。

2.3.2劃分樣品類型

確定分區(qū)類型后，如何確定每個樣品屬于何種類型，采用的方法如下：設(shè)樣品i對應(yīng)的P個因子得分為：f（i，j），其中j=1，2，…，n;P=1，2，…，n若 f（i，k）=max[DD（][]j=1，p[DD）]（f（i，j）），則第i個樣品歸為第k類。該方法的主要依據(jù)是：基于因子得分是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，因此可以進(jìn)行大小比較。一件樣品在因子k中具有最大的得分值，表明該樣品在該因子組合類型中所占份額最大，因此將該樣品歸為第k類。從而，區(qū)內(nèi)n個樣品可分為P個類型。如果把空間位置相鄰的同類樣品劃分為一個分區(qū)，則可以確定分區(qū)的具體位置和邊界，從而達(dá)到元素組合分區(qū)的目的。

3分區(qū)類型根據(jù)地球化學(xué)分區(qū)的基本原理和方法，確定研究區(qū)的分區(qū)類型和樣品類型。

3.1確定分區(qū)類型

筆者采用研究區(qū)1 697件樣品13種元素的化驗數(shù)據(jù)做因子分析，前7個特征根代表的方差為80.557%，大于總方差的80%（表2），因此把這7個因子作為區(qū)內(nèi)的主要因子。在反應(yīng)元素組合方面，正交旋轉(zhuǎn)因子負(fù)載矩陣比初始因子更具合理性和解釋性，因此筆者采用正交旋轉(zhuǎn)因子負(fù)載矩陣來確定本區(qū)的元素組合（表3）。因此，可以認(rèn)為這7個因子分別代表了本區(qū)7種不同元素組合類型。F1—Au-As-W；F2—Pb-Ag-Zn；F3—Bi-Sb；F4—Ni-Cu；F5—Sn；F6—Mo；F7—Hg。

3.2劃分樣品類型

將全部樣品所反映的因子分類信息劃分為與因子元素組合類型相同的8個元素組合分區(qū)，如圖2所示。

4地球化學(xué)分區(qū)特征

從圖2看出，各分區(qū)位于研究區(qū)的不同位置，各分區(qū)內(nèi)地球化學(xué)異常的元素組合類型、地層構(gòu)造及成礦規(guī)律均表現(xiàn)出一定的特點。

4.1F1地球化學(xué)分區(qū)

F1因子主要元素為Au、As、W，零星分布全區(qū)，面積約19 km2。該因子元素組合方差貢獻(xiàn)率為23.693%，為區(qū)內(nèi)主要的礦化因子。根據(jù)水系沉積物化驗數(shù)據(jù)，在該分區(qū)內(nèi)圈定數(shù)處以Au為主元素的綜合異常，異常元素峰值高，套合好，具有較好的找礦前景。因此判斷該區(qū)的找礦方向應(yīng)以Au為主，As、W為其伴生指示元素。

4.2F2地球化學(xué)分區(qū)

F2因子元素組合為Pb、Ag、Zn，是區(qū)內(nèi)主要的多金屬礦化因子，呈不規(guī)則狀零星分布于研究區(qū)內(nèi)，總面積約34.80 km2。從元素的地球化學(xué)親和性來看，這些元素表現(xiàn)為親硫性，結(jié)合地球化學(xué)分區(qū)圖、綜合異常圖和區(qū)內(nèi)的地質(zhì)礦產(chǎn)特征，這是一組與中-低溫?zé)嵋航饘倭蚧锍傻V作用有關(guān)的元素組合類型，主成礦元素為Pb、Zn，Ag為其伴生元素。F2因子元素組合方差貢獻(xiàn)率為13.96%，排名第二，此次水系沉積物測量在區(qū)內(nèi)圈出2處較好的以Pb、Zn為主元素的綜合異常，異常強(qiáng)度高，套合好。

4.3F3地球化學(xué)分區(qū)

F3因子主要分布在研究區(qū)西北部，共3個區(qū)塊，面積約41.30 km2。該因子元素組合為Bi、Sb，方差貢獻(xiàn)率為11.929%，為低溫元素組合。根據(jù)水系沉積物綜合異常特征，區(qū)內(nèi)Bi、Sb異常均較弱，未見明顯異常，推測該因子主要作為F2因子的前端指示元素。

4.4F4地球化學(xué)分區(qū)

F4因子零星分布于全區(qū)，元素組合為Cu、Ni，方差貢獻(xiàn)率為10.682%。因子區(qū)出露巖性主要為玲瓏序列九曲單元的二長花崗巖，榮成序列威海單元含黑云二長花崗巖。F4因子也是區(qū)內(nèi)的主要礦化因子，礦化元素為Cu，Ni為其伴生指示元素。此次水系沉積物測量工作在該分區(qū)內(nèi)圈定2處以Cu為主元素的綜合異常，異常套合好、強(qiáng)度高，整體沿NE向展布，與區(qū)內(nèi)主構(gòu)造方向一致，推測該因子礦化與NE向斷裂構(gòu)造有關(guān)。目前，根據(jù)踏勘檢查和異常查證，在區(qū)內(nèi)未見銅礦化線索，下一步應(yīng)在F4因子與Cu綜合異常重疊區(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)找礦工作。

4.5F5地球化學(xué)分區(qū)

F5因子分布較廣，面積總計近100 km2。因子元素組合僅為Sn，與研究區(qū)中其他元素沒有明顯的共生關(guān)系，區(qū)內(nèi)主要出露中酸性巖漿巖。本次水系沉積物測量區(qū)內(nèi)Sn異常強(qiáng)度普遍較弱，但分布位置基本與酸性巖漿巖吻合，推測該因子異常主要由廣布該區(qū)的酸性巖漿巖引起。

4.6F6地球化學(xué)分區(qū)

該因子在研究區(qū)內(nèi)零星分布，呈不規(guī)則狀展布，面積約70 km2。該元素組合僅為Mo，從Mo與各主因子的相關(guān)性來看，Mo在各因子上的載荷相當(dāng)小甚至存在負(fù)載，與研究區(qū)中其他元素沒有明顯的共生關(guān)系，表明Mo富集具較大的獨立性。區(qū)內(nèi)圈定5處Mo異常，異常顯示較弱，經(jīng)前期異常檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯礦化蝕變。Mo為Ⅵ副族元素，屬于高溫元素，易在酸性巖體中富集，推測該因子異常與廣布該區(qū)的酸性巖漿巖有關(guān)，但也不排除鉬局部成礦的可能性。

4.7F7地球化學(xué)分區(qū)

該分區(qū)在研究區(qū)內(nèi)面積較廣，總面積近70 km2。該因子元素組合僅為Hg，從Hg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Hg富集具較大的獨立性。本次水系沉積物測量在區(qū)內(nèi)圈定2處Hg異常，異常面積小，強(qiáng)度弱，僅具有外帶。Hg是熔點很低的金屬元素，具有很強(qiáng)的遷移能力，推斷Hg元素主要是局部斷裂構(gòu)造的反映，或作為其他元素的指示元素出現(xiàn)，成礦可能性較小。

5應(yīng)用效果

綜上所述，F(xiàn)1、F2兩因子為區(qū)內(nèi)的重要多金屬礦化因子，在研究區(qū)內(nèi)占主要地位。本次共篩選了5處異常開展異常查證工作，其中3處為F1因子內(nèi)以Au為主元素的綜合異常，2處為F2因子內(nèi)以Pb、Zn為主元素的綜合異常。經(jīng)查證，在F1地球化學(xué)分區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)2處金礦化點（圖3）。顯示了地球化學(xué)分區(qū)與對應(yīng)元素綜合異常的重疊區(qū)域是找礦的有利部位，可以達(dá)到縮小找礦靶區(qū)，指明找礦方向的目的。

6結(jié)論

（1）運用因子分析方法，研究區(qū)可分為7個地球化學(xué)分區(qū)，分別為：F1—Au、As、W地球化學(xué)分區(qū)；F2—Pb、Ag、Zn地球化學(xué)分區(qū)；F3—Bi、Sb地球化學(xué)分區(qū)；F4—Ni、Cu地球化學(xué)分區(qū)；F5—Sn地球化學(xué)分區(qū)；F6—Mo地球化學(xué)分區(qū)；F7—Hg地球化學(xué)分區(qū)。

（2）地球化學(xué)分區(qū)將研究區(qū)內(nèi)全部的地球化學(xué)信息在一張圖上得以體現(xiàn)，更易于從整體上認(rèn)識區(qū)內(nèi)的地球化學(xué)規(guī)律，更好地指導(dǎo)找礦工作。

（3）根據(jù)元素組合分區(qū)所反映的信息，可以判斷區(qū)內(nèi)的主成礦元素。結(jié)合圈定的綜合異常，可以達(dá)到縮小找礦靶區(qū)，指明找礦方向的目的。

（4）根據(jù)各因子方差貢獻(xiàn)率來看，研究區(qū)Au、Pb、Zn元素為區(qū)內(nèi)的主成礦元素。下一步勘查工作，應(yīng)將元素組合分區(qū)圖和綜合異常圖統(tǒng)籌考慮，針對重點礦種，加強(qiáng)重疊區(qū)域的查證工作。

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Abstract：Taking the drainage sediment survey with the scale of 1.50000 in Ruzhai area in Jiaodong Peninsula as an example， by using geochemical exploration data， the factor zoning has been discussed. 7 geochemical zones have been obtained， they are Au， As， W geochemical zoning; Pb， Ag， Zn geochemical zoning; Bi， Sb geochemical zoning; Ni， Cu geochemical zoning; Sn geochemical zoning; Mo geochemical zoning; Hg geochemical zoning. Combining with the delineated gold synthetical anomaly， two gold mineralization spots have been found in Au， As， W geochemical zone. It is showed that the corresponding relationship between the zoning and geochemical and metallogenic information is good. It can achieve the purpose of reducing the prospecting target area and guiding the prospecting direction.

Key words：Stream sediment survey; factor analysis; geochemical zoning; Jiaodong Peninsula

收稿日期：20240410；修訂日期：20240925；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

基金項目：山東省省級地質(zhì)勘查項目，山東省膠東半島西南部萬第等六幅1.5萬水系沉積物測量，編號：魯勘字〔2012〕43號

作者簡介：魏印濤（1985—），男，河北清河人，高級工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)工作；E-mail：wtywyt2009@163.com*

通訊作者：何其芬（1986—），女，貴州銅仁人，高級工程師，主要從事化探及地質(zhì)勘查工作；E-mail：592485890@qq.com