新疆和靜如努屋特地區地質地球化學特征及找礦遠景

辛存林，廖建棟，董 凱，孟 健，胡菊英，鞏 鑫，朱曉磊

(1.西北師范大學地理與環境科學學院，甘肅蘭州 730070;2.防災科技學院地震科學系，河北三河 065201;3.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅蘭州 730070)

地球化學異常的分布受制于一定的地質環境，元素的地球化學遷移和地球化學異常的形成受成礦期構造活動的控制。在對研究區巖漿熱液活動和成礦期構造活動特征研究的基礎上開展地球化學找礦工作，有助于抓住地球化學勘查工作的重點，加強對地球化學勘查成果的分析和解釋［1-2］。筆者在分析了位于新疆西南天山銅多金屬成礦帶上的和靜縣如努屋特地區地質特征的基礎上，對如努屋特研究區內的1∶1萬巖屑地球化學測量數據進行R型因子分析，確定元素組合類型，并根據元素組合的因子得分值對研究區進行地球化學分區，確定各子區邊界，繪制地球化學分區圖和因子得分等值線圖，對可能具有成礦意義的因子與該因子所對應子區的地質體進行詳細探討，以確定對成礦有利的地質體。同時，總結該地區的地質地球化學特征，為地球化學勘查提供找礦方向。

1 研究區地質概況

1.1 成礦地質背景

西天山是中國古生代造山帶內貴金屬和有色金屬的主要成礦單元之一，屬于古亞洲構造成礦域的一部分。區域大地構造位于天山南脈地槽褶皺帶上的巴倫臺隆起，屬于薩阿爾明金銅多金屬成礦帶。區域地層屬于準噶爾北天山地層分區上的伊林哈比爾尕地層小區，區域內斷裂較發育，主要構造線呈北西向展布。區域內侵入巖發育，主要為華力西早期第三侵入次閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖。區域內各地質單元中富集元素眾多，幾乎包含了全部主成礦元素，其中銅元素在各地質單元中均表現出極不均勻分布狀態，最具成礦潛力［3-6］。

研究區出露地層有泥盆系上統天格爾組第二亞組，呈帶狀沿北西向分布于研究區中部及西北部，其巖性主要為灰綠色硅質巖、硅質片巖、凝灰巖及灰巖等;志留系阿河布拉克組第一亞組呈帶狀沿東西向分布于研究區北部，巖性主要為淺灰色片麻巖，其中夾有黑云母斜長片巖、絹云綠泥石英片巖、絹云片巖凸鏡體及輝綠巖脈;志留系阿河布拉克組第二亞組，分布于研究區中部及東部，巖性主要為大理巖化灰巖、結晶灰巖;廣泛分布于研究區的還有志留系阿河布拉克組第三亞組，其巖性主要為綠泥石化砂巖、石英砂巖、鈣質砂巖［7-8］(見圖1)。

研究區構造活動以斷裂為主，在主斷裂帶兩側次級斷裂十分發育，主要斷裂構造呈北西向展布，次為近南北向斷裂，斷裂帶橫貫整個研究區。斷裂主要表現為左行壓扭性和張性斷裂性質，具多期活動性特征。斷裂帶巖石變形強烈，巖石具有壓扁拉長現象，發育有構造角礫巖。在沿斷裂發育的一系列巖漿巖中，常見銅礦化、硅化、褐鐵礦化、絹云母化等礦化蝕變。

研究區受構造活動的影響，中酸性侵入巖發育較好，具有同源多期次侵入特點，主要有形成于華力西早期和晚期的石英閃長巖、花崗閃長巖和花崗巖。華力西早期第三侵入次石英閃長巖巖體出露面積較大，主要呈帶狀沿東西向分布于研究區北部;華力西早期第三侵入次花崗閃長巖巖體出露面積較大，主要巖體呈條帶狀沿東西向出露于研究區中部和東南部;華力西晚期第三侵入次花崗巖巖體出露面積相對較小，呈橢圓狀沿東西向出露于研究區中部;華力西早期第二侵入次輝石角閃巖巖體出露面積較小，呈條帶狀沿北西向分布于研究區西南部。

1.2 研究區礦化(蝕變)特征

野外地質調查中發現的主要銅礦化點位于研究區中部，賦存于華力西早期第三侵入次花崗閃長巖的綠泥石化蝕變帶中。由于受斷裂構造影響強烈，礦化部位的巖石比較破碎，其破碎程度愈高，礦化往往越明顯。主要的礦化有孔雀石化、綠泥石化、蛇紋石化等。可見斑點狀黃銅礦、藍銅礦、黃鐵礦;石英閃長巖也含銅礦物、黃鐵礦等。其結構為顯微鱗片微粒變晶結構、碎裂結構及塊狀結構等。構造有條帶狀構造，細脈、網脈狀構造(見圖2)。

圖1 研究區地質略圖Fig.1 Geological map of researched area

圖2 研究區蝕變帶及巖石照片和含礦巖石鏡下照片Fig.2 Ore photos and microscope photos of researched area

2 研究區地球化學特征

2.1 采樣技術要求及分析質量

研究區地形平緩，水系不發育，地表巖石出露較好，巖屑測量可以保證樣品的化探數據的準確性及代表性。根據相關規定，采樣密度為150～200個/km2，采樣粒級為0.9～4.85 mm，采樣重量控制在500 g左右。采樣位置盡量布置在巖石岀露處，研究區共采集樣品926件，分析了Au，Ag，Pb，Bi，Cu，Zn，Mn，Mo，W，Sb 10 種元素。樣品測試由核工業新疆理化分析測試中心實驗室完成，分析測試過程中嚴格參照《DZ/T0011-91/DZ0130規范》中有關1∶1萬地球化學普查樣品分析方法與質量監控的要求執行。本次樣品分析的各項質量指標均能滿足或基本達到規范與設計要求［9-10］。

2.2 微量元素的統計含量特征及空間分布

研究區926件樣品的10種微量元素的平均含量、標準離差、濃度克拉克值及元素分異系數見表1。其中，濃度克拉克值與元素分異系數的計算公式為:濃度克拉克值=地質體中某元素的平均含量/該元素的克拉克值，元素分異系數=地質體中某元素的標準離差/該元素的含量平均值［11］。

表1 如努屋特地區微量元素含量統計表Tab.1 Statistical table of trace element in Runuwute

由表1可知，研究區濃度克拉克值大于1的元素有 Cu，Ag，Pb，Bi，表明這 4 種元素具有相對富集和較強富集。同時，這4種元素的變異系數均大于1，說明元素活化和遷移作用也很強烈。但是，其他元素的濃度克拉克值和變異系數均較低，其活化和遷移作用也較為微弱。研究區中巖屑地球化學剖面長約2 100 m，其10種元素的空間變化見圖3所示。從圖3可以看出，在1號勘探線，巖石地球化學剖面中出現4個Cu原生暈異常，南段異常相對規模較小，北端異常規模大。4個異常地段在空間上與研究區西北部礦化帶相對應，處于華力西第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖上。Au，Sb異常與Cu異常重合性較好，但Au，Sb異常相對于Cu異常卻很微弱。Ag，Pb，Bi高值地段重合性也較好，處于華力西第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖上，異常也相對比較明顯，但規模較小。Zn，Mn，Mo，W 異常很微弱，分布規模小，不具規律性。研究區中的華力西第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖具備形成銅多金屬礦產的地球化學條件。

圖3 1號勘探線巖石地球化學剖面圖Fig.3 Sketch profile of primary halo geochemistry in No.1

3 研究區微量元素的因子分析

因子分析是一種在盡量減少地質信息損失的前提下，將眾多的元素組合成少量的新的元素組合，以便對地質現象進行簡明的成礦分析的一種方法，它可以歸納和提煉元素組合，并可以通過元素組合特征推算、解釋成礦過程和成礦元素的遷移、富集變化，判定成礦階段［12-15］。

3.1 元素組合類型的確定及分析

本文對研究區內10種元素926件樣品的原始測量數據標準化處理后，利用SPSS統計軟件進行R型因子分析。首先得到的Bartlett球度檢驗和KMO檢驗結果如表2所示。由表2可以看出，KMO檢驗值為0.667，說明適合作因子分析;Bartlett球度檢驗統計值為3 167.945。在自由度為45的條件下，一般來說，顯著性水平值越小(P＜0.05)，表明原始數據之間越有可能存在有意義的關系，如果顯著性水平很大(P＞0.10)，可能表明數據不適宜于因子分析。因此，通過KMO檢驗和Bartlett球度檢驗表明，本區數據適合作因子分析［16-17］。

表2 Bartlett球度檢驗和KMO檢驗分析表Tab.2 Bartlett's and KMO test

根據因子分析的原理計算相關系數矩陣，通過SPSS統計軟件對原始數據進行因子分析，得到研究區10種元素原始含量數據的相關系數矩陣［18］，其結果如表3所示。由表3可以看出，Ag，Pb，Bi三者有顯著的相關性;Au，Cu，Sb三者有較好的相關性;W和Mo二者具有一定的相關性;Zn和Mn二者也具有一定的相關性。

表3 工作區元素(變量)相關系數矩陣Tab.3 Correlation matrix in the study area

對研究區全部化探數進行據標準化后處理，通過因子分析求出相關系數矩陣的特征值，根據特征值大于1和累計方差貢獻率大于75%的原則，合理提取公共因子［19］(見表4);共提取4個主因子，這4個主因子共解釋了原10種變量總方差的75.25%，且旋轉前后總的累計貢獻率沒有發生變化，這表明總的信息量沒有發生變化，因子分析效果較好(見圖4)。

表4 如努屋特礦區因子分析正交旋轉因子載荷矩陣Tab.4 Orthogonal rotating factor score matrix for the Runuwute copper deposit

圖4 如努屋特銅礦F1-F2-F3主因子三維圖Fig.4 3-D map of principal factors F1-F2-F3 in Runuwute copper deposit

本文采用比初始因子載荷矩陣更具合理性和可解釋性的正交旋轉因子載荷矩陣來劃分研究區內元素的地化元素組合類型［20］，將10種元素劃分為4種元素組合，分別是F1代表Ag-Bi-Pb元素組合，F2代表Cu-Au-Sb元素組合，F3代表Zn-Mn元素組合;F4代表W-Mo元素組合。由圖4可知，Ag-Bi-Pb，Zn-Mn，Cu-Au-Sb 和W-Mo元素組合的組內元素之間聯系緊密，具一定的相關性。但是，這4種元素組合中元素組合和元素組合之間的離散度較大，相互較為獨立，具一定的獨立性，從而能夠反映出各個因子所代表的組合類型，指示了不同的地球化學意義，實現了因子分析的目標［21］。

3.2 地球化學分區及找礦遠景分析

在因子分析過程中，每個樣品都有因子得分值，其大小反映了該樣品所代表某種地質信息的多少，因此可以根據每個樣品的因子得分值來劃分地球化學子區類型和繪制因子得分等值線圖，并對每件樣品所代表的地質信息進行評價［19-23］。利用研究區926件樣品的10種元素的原始含量數據進行因子分析后，對每個樣品在不同的公共因子中得分最大者賦予自定義值，然后將每個公共因子中得分最高的樣品劃分出來，進行地球化學分區［1，23-24］(見圖 5);再確定因子得分的異常下限，圈定因子得分等值線圖［23］(見圖6)。

通過表4、圖5和圖6，結合研究區地質特征及地球化學分區圖和因子得分等值線圖對研究區的地球化學分區特征進行如下討論。

1)F1因子的方差貢獻是28.32%，是研究區占主要地位的因子。元素組合Ag-Bi-Pb均屬于中高溫元素，易在酸性巖體中富集，反映了其中高溫熱液成礦的聚集過程。Ag-Bi-Pb子區主要分布在研究區中西部，面積分布較廣，但分布較為零散，受北西向斷裂構造和北東向斷裂構造的控制較為明顯，反映了研究區內巖漿熱液活動時期中高溫元素的富集階段，這與F1因子的元素組合類型密切相關。該分區內出露的巖體主要為華力西早期第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖，但從因子得分等值線圖可以看出，Ag-Bi-Pb元素組合的因子得分高值區僅賦存在華力西早期第三侵入次花崗閃長巖的巖體中，且處于北西向斷裂帶和北東向斷裂帶的交匯處，異常面積較小。由此推斷，F1元素組合Ag-Bi-Pb的富集不僅與華力西早期的中酸性巖漿入侵時巖漿氣化的中高溫熱液活動有密切的關系，而且受斷裂構造作用的影響較為強烈。

圖5 地球化學分區圖Fig.5 Geochemical subdivisions map

2)F2因子的方差貢獻是20.68%，也是研究區占主要地位的因子。元素組合Au-Sb-Cu均屬于中低溫元素，Au和Sb屬于親銅元素。從研究區實際的礦化特征來看，研究區主要的銅礦化點幾乎全部都位于F2因子的Au-Sb-Cu元素組合的子區內，是各分區中最重要的因子分區。該元素組合與成礦關系密切，可以作為主成礦元素組合。Au-Sb-Cu分區主要位于研究區中西部，分布面積較大，該分區與華力西早期第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖巖體的分布吻合程度較高。此外，在研究區中北部地區也有零星的分布，但分布面積相對較小。F2因子得分高值區主要是在華力西早期第三侵入次石英閃長巖和花崗閃長巖巖體中，受斷裂構造作用的影響較為明顯，呈串珠狀沿北西向斷裂蝕變帶橫穿研究區，研究區幾乎所有銅礦化就位于該巖體中的斷裂蝕變帶上及附近。因此，F2因子分區可以作為尋找熱液型銅礦產的重要遠景區，是下一步工作的重點。

3)F3因子的方差貢獻是15.212%，都是研究區內占次要地位的因子。在F3因子的元素組合中，Mn屬于高溫元素，較為穩定，易在酸性巖體富集，而Zn屬于中低溫元素，活動性高，遷移能力強，這說明該組合的地質背景較為復雜。Zn-Mn子區主要位于研究區中東部，該分區分布面積較大，分布較為混亂，不能反映一定的地球化學背景。其因子得分高值區主要位于華力西晚期第三侵入次花崗巖巖體中，異常面積極小，而且在該區，Zn和Mn元素平均含量均低于地殼克拉克值，分異系數較小，可能是由同一地區多種地質作用同時出現的復雜現象所致。因此，該元素組合代表多種地質作用下的多金屬元素的礦化現象。

圖6 因子得分等值線圖Fig.6 Contours of factor scores

4)F4因子的方差貢獻是11.037%，該因子的元素組合W-Mo均屬于高溫元素，地球化學性質相近，易在酸性巖體富集。該組合因子得分普遍較低，呈特殊的因子狀，其分區分布比較復雜，面積極小，不具規律性。其因子得分高值區主要分布于華力西早期第三侵入次石英閃長巖和華力西晚期第三侵入次花崗巖的外圍，異常較為明顯，分布面積較大。雖然該異常代表了與中酸性侵入巖有關的高溫巖漿熱液活動有一定的關系，但該區W和Mo的濃度克拉克值低，遷移和活化能力不顯著，與研究區中其他有用元素的成礦地質背景區沒有明顯的共生關系。這說明這個組合類型在研究區主要成礦期外，存在獨立的元素聚集期，且元素的地球化學濃集-分散程度相對較低，相關異常不發育。

綜上所述，在F2因子分區內Cu的濃度克拉克值較高，遷移和活化相對顯著，元素組合Au-Cu-Sb元素組合可以作為尋找銅礦的主成礦元素組合，該區可以作為尋找熱液型銅礦產的重要遠景區。元素組合Ag-Bi-Pb的濃度克拉克值都比較高，遷移和活化相對顯著，F1因子分區主要位于主成礦元素組合異常區的外圍，分布較為零散。由于因子得分高值區規模較小，該組合可以作為輔助成礦元素組合，為下一工作提供參考。F3與F4因子方差貢獻較低，在區內是占次要地位的因子，各元素的濃度克拉克值低，遷移和活化能力不顯著。F3因子可能是由同一地區多種地質作用同時出現的復雜現象所致，代表了同一地區多種地質作用下多種金屬元素的礦化現象。F4因子元素組合與區內其他因子得分高值區沒有明顯的共生關系，可能該組合在研究區主要成礦期外存在獨立的元素聚集期，并且元素的地球化學濃集-分散程度較低，相關異常不發育。

4 結論

1)根據地球化學分區的結果，綜合研究區地質體的分布特征，發現各子區的邊界形態與區內地質內容吻合較好，驗證了地球化學分區和因子分析在中大比例尺預測中的可行性，為今后的地質工作指明了方向。

2)研究區受華力西早期的巖漿活動和巖漿汽化中低溫熱液作用強烈，斷裂構造發育較好。區內 Cu，Pb，Ag，Bi元素相對富集，活化和遷移能力十分顯著，具備形成銅多金屬礦產的優越地球化學條件和地質條件。結合區域成礦背景特征和地球化學特征分析認為，該區具有尋找中低溫熱液型銅多金屬礦床較好的前景。

3)利用因子分析，將研究區內10種元素劃分成4個元素組合，并結合區域成礦特征，通過對礦化特征及地球化學分區圖和因子得分等值線圖進行對比分析認為，最具找礦前景的元素組合為Au-Cu-Sb，可以將F2因子分區作為尋找中低溫熱液型銅礦的重要遠景區，將該分區內華力西早期花崗閃長巖和石英閃長巖作為下一步工作的重點。

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