內蒙古敖蘭敖日格一帶侵入巖地球化學數據的統計分析與地質解釋

龐雪嬌，付俊，宋維民，陶楠，卞雄飛，吳桐

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

內蒙古敖蘭敖日格一帶侵入巖地球化學數據的統計分析與地質解釋

龐雪嬌，付俊，宋維民，陶楠，卞雄飛，吳桐

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

采用數理統計方法，研究了內蒙古科右中旗敖蘭敖日格一帶出露的侵入巖的巖石地球化學特征.選用地質因子分析等統計方法，分析了解體后的敖蘭敖日格巖體、杜爾基巖體中各侵入巖填圖單位的常量元素、區域主要成礦元素等地球化學數據，總結了侵入巖的巖石地球化學特征由老到新的演化趨勢及變化規律，探討了各主要巖體與區域成礦的相關性，為區域地質找礦提供依據.

敖蘭敖日格；因子分析；侵入巖；地球化學；內蒙古

研究區位于內蒙古東部興安盟科右中旗的西部地區.大地構造位置屬華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，位于大興安嶺構造巖漿巖帶的中段.研究區侵入巖發育，出露面積約210 km2，呈帶狀NNE向分布.主體部分為前人劃分的敖蘭敖日格巖體和杜爾基巖體??內蒙古1∶20萬科爾沁右翼中旗幅區域地質調查項目.，新近結題的1∶5萬孟恩陶勒蓋等5幅區域地質調查項目將其解體.巖石類型主要有：晚三疊世似斑狀粗中粒二長花崗巖（ηγbczT3）、中粒二長花崗巖（ηγT3）、似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖（ηγbxT3）和巨晶正長花崗巖（ξγT3），中侏羅世堿長花崗巖（AγJ2）和花崗斑巖（γπJ2）.以晚三疊世花崗巖為主，中、晚侏羅世花崗巖零星分布（圖1）.其中似斑狀粗中粒二長花崗巖、似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖和巨晶正長花崗巖是由原1∶20萬區域地質調查敖蘭敖日格圖幅劃分的敖蘭敖日格巖體解體而來，中粒二長花崗巖為1∶20萬區調劃分的杜爾基巖體的主體部分.根據1∶5萬區域地質測量工作及同位素測年數據，晚三疊世各巖體形成時間由老到新為：ηγbczT3→ηγT3→ηγbxT3→ξγT3.研究區侵入巖的78組地球化學數據顯示：各侵入體的巖石類型均具有富SiO2、堿質含量高且相對富鉀的特點，屬高鉀鈣堿性花崗巖類（KCG）.所以本文采用因子分析等統計方法，以期尋找各巖體間的主要差別和變化規律，并通過對8種成礦元素的研究，總結成礦屬性等問題.

圖1 敖蘭敖日格地區侵入巖分布圖Fig.1 Distribution of the intrusive rocks in Aolanaorige area

1 地質因子分析方法及軟件介紹

地質因子分析是地質統計分析中的常用方法之一［1］，是在盡可能減少地質信息損失的前提下，把眾多具有錯綜復雜關系的地質觀測因子（樣品或變量）組合、歸納為極少數幾個起主導作用的主因子，進而分解疊加的地質過程、成因過程及分類研究等相關研究的一種多元統計分析方法.在我國，巖漿巖是因子分析的重要陣地之一，利用因子分析可以識別巖漿巖的形成過程，諸如巖漿巖的異源疊加或同期多源侵入、分異作用、同化作用、交代蝕變作用、礦化活動等，還可用來進行巖漿巖的分類，并賦予地質成因解釋［2］.

目前SPSS Statistics軟件在處理因子分析方面可以有較好的實現［3］，本文即選用SPSS Statistics V17.0統計軟件對數據進行處理，統一綱量為10-6，采用最大方差法進行因子降維，按特征值大于1為標準提取主因子.

2 常量元素因子分析

在區內對各侵入巖單位進行隨機取樣，共采集樣品79件，送國土資源部東北礦產資源監督檢測中心進行了常量及微量元素的分析測試（數據略）.

應用SPSS Statistics統計分析軟件，對常量測試數據等19個變量進行R型因子分析，獲得R型方差最大旋轉載荷矩陣，共提取5個主因子（表1）.這5個主因子的累積方差貢獻率達86.5%，基本上代表了敖蘭敖日格地區侵入巖的絕大部分地質信息.將各主因子中因子載荷絕對值大于0.5的變量按載荷大小排序如下（正、負號相當于因子軸的兩端）：

表1 敖蘭敖日格地區侵入巖常量元素R型方差最大旋轉因子載荷矩陣Table1R-mode factor loading matrix of major elements of intrusive rocks in Aolanaorige area

主因子F1正端高載荷變量為MgO、FeO、TiO2等，為花崗巖中典型的基性組分.其中以MgO的載荷值最高，達0.875，因此主因子F1代表了巖漿的基性端元，且對鎂基度的體現尤為明顯，同時處于正端的巖漿固結指數SI表明了巖漿的基性程度；F1負端A/MF具有較高的負載荷（-0.829），體現了反相關關系.

主因子F2正端高載荷變量SiO2代表了巖漿的酸性程度，而同樣位于正端元的巖漿分異指數DI反應了巖漿分異演化的程度，亦反映了酸性程度的高低；負端高載荷變量CaO及C/MF的載荷絕對值分別高達0.974和0.978，遠大于正端SiO2的載荷0.647，因此認為該主因子對CaO變化具有更大比重的體現.SiO2和CaO的載荷符號相反，體現了二者的反相關關系.鈣是隨巖漿演化流失比較明顯的，反映了巖體結晶分異作用的強度.

F1、F2主因子可關聯巖漿演化趨勢，二者方差貢獻分別占總方差的24.713%和21.766%，累積達46.479%，是控制巖漿演化和發展的主導因素.

主因子F3上高載荷的變量為Al2O3（0.954）、（Na2O+K2O）（0.917）和SiO2（－0.684）.該因子正端代表了巖漿的鋁質和堿質分異，負端代表了巖漿的酸性程度.

主因子F4上高載荷變量為K2O/Na2O、Na2O和K2O，代表巖漿的堿質.該因子中Na2O和K2O具有相反的符號，表明了二者的反相關關系，表明巖漿中Na2O增加時，K2O相對減少，反之亦然.它們增加與減少的過程即是巖漿演化的過程.其中K2O/Na2O的載荷絕對值高達0.959，遠大于其他變量的載荷，所以該主因子對K2O/Na2O的體現更為明顯.

主因子F5中高載荷變量A R是描述巖漿堿性程度的一個指標.所以，該因子代表了巖漿的堿度.

通過計算，獲得了各樣品在各主因子上的因子得分（表2）.因子得分反映了各個樣品在不同的主因子（即地質成因關聯）中的權重，因此可根據各主因子的地質成因關聯繪制主因子的因子得分座標平面圖，根據圖中樣品點的分布特征總結不同時期巖體的變化特點等信息.

圖2為主因子F1-F2因子得分的座標平面圖.依據前文所述，F1主因子軸的正端代表了巖漿的基性程度，與鎂基度的關聯尤為明顯；F2主因子軸正端代表了巖漿的酸性程度，負端與CaO明顯關聯.根據測試數據求得各巖體的分異指數DI的平均值（表3），均大于90，表明巖漿分異演化均較徹底，酸性程度均比較高.從圖中不同侵入巖樣品點的分布情況看，巖體由老到新，即巖漿的酸性程度具有由大→大→小→大→大→大的變化規律.其中似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖（ηγbxT3）的鈣、鎂等基性組分含量較其他巖體明顯高，而DI值也顯示其分異演化不如其他巖體徹底.

圖3中F3主因子軸的正端代表了巖漿堿性程度，負端代表了巖漿酸性程度；F5主因子軸正端代表了巖漿的堿度率AR=［Al2O3＋CaO＋（Na2O＋K2O）］/［Al2O3＋CaO－（Na2O＋K2O）］.因此，此圖可反映各巖體堿性程度的變化規律，巖體由老到新堿性程度具有由大→大→小→大→大→大的變化特點.其中中粒二長花崗巖（ηγT3）的堿性程度最高，似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖（ηγbxT3）堿性程度明顯低于其他巖體.

圖4中F3主因子軸的地質關聯前文已述；F4主因子軸正端代表了巖漿富鈉程度，負端代表了K2O/Na2O的大小亦即富鉀程度.由于K2O/Na2O的因子載荷絕對值為0.959，遠大于其他變量的載荷，因此可利用該圖分析各巖體鉀鈉比值變化特點.圖中樣品點分布特點顯示，各侵入巖由老到新K2O/Na2O具有大→大→小→大→大→小的變化規律.

綜上，杜爾基巖體的中粒二長花崗巖較其他巖體更富堿性，圖2、3、4中，中粒二長花崗巖的樣品點的分布明顯不同于其他巖體樣品點的分布，具有分布較分散且跨度較大的特點.區內中粒二長花崗巖的分布表現出受布敦化牧場二連-石場山構造帶的明顯控制，其巖石結構也與其他侵入巖不同.這些特征，反映在晚三疊世受布敦化牧場二連-石場山構造帶控制，可能在斷裂帶北西側及南東側分別形成了兩個不同的巖漿源區.敖蘭敖日格解體的三大巖體由老到新，酸性程度、堿性程度及K2O/Na2O比值均具有由大變小再變大的規律，其中似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖的酸性程度較小，鎂、鈣等組分較似斑狀粗中粒二長花崗巖和巨晶正長花崗巖高.通過前文分析，該巖體結晶分異不如其他侵入巖徹底.而似斑狀粗中粒二長花崗巖和巨晶正長花崗巖在圖2、3、4中的樣品點分布區間基本相同.侏羅世花崗斑巖和中粒堿長花崗巖的結晶分異程度較三疊世侵入巖高.

3 成礦元素因子分析

依前文所述，研究區內侵入巖以晚三疊世侵入巖為主，侏羅世花崗斑巖和細粒堿長花崗巖出露面積較小，因此本文主要針對晚三疊世侵入巖的8種成礦元素Cu、Pb、Zn、Ag、W、Sn、Mo、Au進行分析討論.

測試數據顯示，敖蘭敖日格巖體解體的3個巖體均具有富Sn、W、Pb、Ag元素，Au、Mo含量相對偏高，貧Cu的特點.因此以巖體為整體分析了元素的相關系數（表4），并做了聚類分析（圖5）和因子分析（表5）.

表2 敖蘭敖日格地區侵入巖巖石化學成分R型因子得分數據表Table 2 R-mode factor scores of chemical composition of the intrusive rocks in Aolanaorige area

表3 敖蘭敖日格地區侵入巖DI平均值一覽表Table 3 Average DI values of the intrusive rocks in Aolanaorige area

圖2 敖蘭敖日格地區侵入巖巖石化學成分R型因子分析F1和F2因子得分座標平面圖Fig.2 F1 vs.F2 of R-mode factor scores for the intrusive rocks in Aolanaorige area

圖3 敖蘭敖日格地區侵入巖巖石化學成分R型因子分析F3和F5因子得分座標平面圖Fig.3 F3 vs.F5 of R-mode factor scores for the intrusive rocks in Aolanaorige area

圖4 敖蘭敖日格圖幅侵入巖巖石化學成分R型因子分析F3和F4因子得分座標平面圖Fig.4 F3 vs.F4 of R-mode factor scores for the intrusive rocks in Aolanaorige area

表4 敖蘭敖日格巖體成礦元素相關系數Table 4 Correlation coefficients of ore-forming elements in Aolanaorige area

圖5 敖蘭敖日格巖體成礦元素R型聚類圖Fig.5 R-mode cluster analysis of ore-forming elements in Aolanaorige area

敖蘭敖日格巖體內58個樣品8種成礦元素相關系數數據見表4.根據自由度查表獲得一次檢驗在1%水平上具統計學意義的相關系數數值為0.306，所以選取相關系數大于該值的數據進行分析.數據顯示：該巖體內Zn與Ag為顯著相關，相關系數為0. 65；Pb與Sn、W、Ag、Zn中度相關，相關系數分別為0.54、0.44、0.34、0. 31；Cu與Mo中度相關，相關系數為0.44，與W、Sn元素存在著弱的反消長關系.

表5 敖蘭敖日格巖體R型最大方差正交旋轉因子載荷矩陣Table 5 R-mode orthogonal rotation factor loading matrix of the Aolanaorige intrusive rocks

R型聚類分析是從數字分類角度研究元素在成礦活動中地球化學行為相似程度的一種有效方法.通過聚類分析研究，可以得出元素組合特征，判斷元素之間親疏關系，有助于礦化階段的劃分、成礦元素遷移和富集的判斷以及礦床成因問題的研究［4］.對敖蘭敖日格巖體內58個樣品8種成礦元素的原巖光譜數據進行了R型聚類分析，聚類分析圖（圖5）顯示，在γ=15的相似水平上，成礦元素明顯分成了3類，即：①Zn，Ag，Au；②Pb，Sn，W；③Cu，Mo.各類之間相關性較低.

應用SPSS軟件對58個樣品8種元素進行了因子分析，獲得最大方差正交旋轉載荷矩陣（圖5），共提取了3個主因子，即F1：Pb、Sn、W、Ag、-Au；F2：Au、Zn、Ag；F3：Cu、Mo、-Au、-Sn.

F1主因子代表了中高溫元素組合，總體顯示了Pb、Ag、Sn、W元素的富集和Au虧損的特點，這與敖蘭敖日格巖體富集Sn、W、Pb、Ag元素的特征吻合.其中Sn和W為親石元素，多以類質同像形式存在于造巖礦物和副礦物中；Pb、Ag為親硫元素，多以硫化物形式沉淀富集；Au為親鐵元素.綜合W、Sn、Pb、Ag的不相容性（親巖漿），認為該主因子內元素由固相部分熔融進入熔體或熔液中，在溫壓等條件合適的情況下，Sn、W和Pb、Ag分別以各自的方式沉淀富集，而Au元素仍保留在熱液中.F2公因子代表了中低溫元素組合，說明前文所述的Au元素直至低溫階段才沉淀，同時體現了Au和Zn、Ag的共生關系.F3代表了高溫元素組合，體現了Cu、Mo的富集和Au、Sn的虧損.3個公因子高、中溫元素的疊加顯示了巖體侵入多期多源的特點.Sn在F3的貧化及在F1的富集顯示了Sn元素由高溫熱液向中高溫熱液遷移的特點，同樣可以看出Au元素由高溫熱液向中低溫遷移.

計算58個樣品在3個主因子上的因子得分（數據略），繪制F1-F3因子得分座標平面圖（圖6）.圖中樣品點的分布具有明顯的分區，依據F1和F3主因子的組成及其成因關聯，可總結各巖體成礦元素的富集情況：似斑狀粗中粒二長花崗巖主要富集Au、Pb、Ag；似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖富集Pb、Ag、W、Sn和Au；巨晶正長花崗巖富集Cu、Pb、Ag、Mo、Au.由于兩主因子軸正端均代表中高溫成礦元素組合，負端均代表中低溫成礦元素組合，表明由正端到負端，成礦溫度由中高溫向中低溫變化，因此可以借此總結各巖體的成礦溫度變化規律.由各樣品點的分區情況來看，似斑狀粗中粒二長花崗巖的成礦溫度明顯低于另兩種巖體.

圖6 敖蘭敖日格地區侵入巖成礦元素R型因子分析F1和F3因子得分座標平面圖Fig.6 F1 vs.F3 of R-mode factor scores of ore-forming elements inAolanaorige area

F1和F2因子得分座標平面圖（圖7）顯示：似斑狀粗中粒二長花崗巖主要富集Pb、Ag、Zn、Au；似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖富集Pb、Ag、Zn；巨晶正長花崗巖富集Au、Ag、Zn.

F2和F3因子得分座標平面圖（圖8）顯示：巨晶正長花崗巖相對富集Cu和Mo，而似斑狀粗中粒二長花崗巖和似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖相對更富集Au.

圖7 敖蘭敖日格地區侵入巖成礦元素R型因子分析F1和F2因子得分座標平面圖Fig.7 F1 vs.F2 R-mode factor scores of ore-forming elements in Aolanaorige area

圖8 敖蘭敖日格地區侵入巖成礦元素R型因子分析F2和F3因子得分座標平面圖Fig.8 F2 vs.F3 of R-mode factor scores of ore-forming elements inAolanaorige area

綜上，似斑狀粗中粒二長花崗巖主要富集Pb、Ag、Zn、Au等中低溫成礦元素，其成礦溫度較另兩巖體明顯較低；似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖富集Pb、Ag、Zn、W、Sn、Au；巨晶正長花崗巖富集Cu、Pb、Mo、Au、Ag、Zn.

區內中粒二長花崗巖（ηγT3）為1∶20萬區調劃分的杜爾基巖體的主體部分，巖體具有富Sn、Pb、W、Ag，貧Cu的特點，Mo和Au含量相對偏高.

隨機采集樣品15個，經相關分析獲得相關系數數據（表6），查表獲得一次檢驗在5%水平上的具有統計意義的相關系數為0.442.數據顯示：Ag與Pb、Zn顯著相關，相關系數為0.95、0. 94；Pb和Zn顯著相關，系數為0. 81；Cu與Zn、Mo中度相關，系數為0.55、0.52.；Zn與W，Sn與Au中度相關，相關系數分別為0.59和0.50.

表6 中粒二長花崗巖成礦元素相關系數Table 6 Correlation coefficients of ore-forming elements of the medium-grained monzogranite

聚類分析結果（圖9）顯示在γ=16的相似水平上，成礦元素明顯分成了3類，即①Pb、Ag、Zn和W；②Sn和Au；③Cu和Mo.

圖9 中粒二長花崗巖（ηγT3）成礦元素R型聚類圖Fig.9 R-mode cluster andysis of ore-forming elements of the medium-grained monzogranite

通過因子分析得到中粒二長花崗巖（ηγT3）最大方差正交旋轉載荷矩陣（表7），提取3個主因子，即F1：Ag、Pb、Zn、W、Cu、（-Mo、-Sn）；F2：Au、Sn、W、（Zn、Cu、-Mo）；F3：Mo、Cu、（Au、-Sn）.

F1公因子代表中溫成礦元素組合，中溫熱液富集Ag、Pb、Zn、W和Cu，虧損Mo和Sn（已于較高溫度時進入固相），利于Pb、Zn、Ag等在構造有利部位成礦；F2和F3公因子均代表了高溫成礦元素組合，且具有Au、Sn、Cu、Mo多元素的疊加，顯示了巖漿的多源性.由于高溫階段Sn、Mo已沉淀富集，所以F1中顯示了兩種元素的虧損.

4 結論

1）由1∶20萬區調劃分的敖蘭敖日格巖體解體的似斑狀粗中粒二長花崗巖、似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖及巨晶正長花崗巖的酸性程度、堿性程度和K2O/Na2O比值均具有由大→小→大的變化規律.

表7 中粒二長花崗巖R型最大方差正交旋轉因子載荷矩陣Table 7 R-mode orthogonal rotation factor loading matrix of the medium-grained monzogranite

2）似斑狀粗中粒二長花崗巖主要富集Pb、Ag、Zn、Au等中低溫成礦元素，據因子分析結果，其成礦溫度較似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖、巨晶正長花崗巖明顯偏低.

3）似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖的鈣、鎂等組分較似斑狀粗中粒二長花崗巖和巨晶正長花崗巖高，結晶分異程度不如后二者徹底.該巖體富集Pb、Ag、Zn、W、Sn、Au等中高溫成礦元素；該巖體南、北兩側侵入下寒武紀淺變質巖系，在構造有利部位可以形成同期Sn、W、Au礦產，如在該圖幅東緣，似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖與下寒武紀接觸，在后者的變質砂巖內發現必魯圖銅錫礦點.另外巖體可以作為物源為后期成礦作用提供成礦物質.

4）巨晶正長花崗巖主要富集Cu、Pb、Mo、Au、Ag、Zn，較似斑狀粗中粒二長花崗巖和似斑狀細粒（細中粒）二長花崗巖富Cu和Mo.

5）由1∶20萬區調劃分的杜爾基巖體的主體部分中粒二長花崗巖，在常量元素因子分析得分平面圖中，樣品點的分布特點明顯不同于該圖幅其他侵入巖，具有分布散和跨度大的特點，較其他巖體更富堿性，印證了其與敖蘭敖日格巖體具有不同的巖漿源區.成礦元素統計分析數據顯示，其巖漿來源具有多源性.

6）侏羅世花崗斑巖和中粒堿長花崗巖在區內出露較少，酸性程度較高，巖漿結晶分異程度也較高.

致謝：本文在撰寫過程中獲得沈陽地質調查中心區調項目的支持；野外工作中，得到劉世偉主任（教授級高工）傾心指導；李之彤研究員對本文進行了細心審閱并提出了寶貴意見，在此致以衷心感謝!

［1］孫華山，趙鵬大，張壽庭，等.因子分析在成礦多樣性定量化研究中的應用——以滇西北富堿斑巖礦產類型成礦多樣性分析為例［J］.成都理工大學學報：自然科學版,2005,32（1）:82—86.

［2］余金生，李裕偉.地質因子分析［M］.北京：地質出版社,1985.

［3］陽正熙，吳塹虹，彭直興，等.地學數據分析教程［M］.北京：科學出版社,2008.

［4］趙鵬大，胡旺亮，李紫金.礦床統計測（第二版）［M］.北京：地質出版社,1994.

STATISTICAL ANALYSIS AND GEOLOGICAL INTERPRETATION OF THE GEOCHEMICAL DATA OF THE INTRUSIVE ROCKS IN AOLANAORIGE AREA, INNER MONGOLIA

PANG Xue-jiao,FU Jun-yu,SONG Wei-min,TAO Nan,BIAN Xiong-fei,WU Tong
（Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China）

The method of mathematical statistics is adopted to study the geochemical characteristics of the intrusive rocks in Aolanaorige area,Inner Mongolia.With geological factor statistical methods,the major elements,regional ore-forming elements and other geochemical data of the Aolanaorige rock body and Duerji rock body are analyzed after they have been disintegrated.The geochemical evolution trend and changing rule of the intrusive rocks are summarized,with discussion on thecorrelationbetweentherockmassandregionalmetallogenesis,whichprovideabasisforregionalgeologicalprospecting.

factor analysis;intrusive rock;geochemistry;Aolanaorige;Inner Mongolia

1671-1947（2014）02-0138-08

P588. 12；P59

A

2012－11－28.編輯：張哲．

中國地質調查局地質調查項目“內蒙古1∶5萬孟恩陶勒蓋、敖蘭敖日格、科爾沁右翼中旗、馬家窯、哈日道布幅區調項目”（編號1212010881212、1212011120646）資助.

龐雪嬌（1984—），女，碩士，工程師，主要從事區域地質調查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//pangxjsy@foxmail.com