內(nèi)蒙集寧覆蓋區(qū)鉆孔900地球化學(xué)元素主成分分析研究

李 鵬

（河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050000）

我國(guó)地質(zhì)普查和勘查工作不斷展開(kāi)，大部分露頭礦和淺部礦床已被找到，找礦對(duì)象逐步轉(zhuǎn)向隱伏礦、深部礦。覆蓋區(qū)作為基巖被終年冰雪、水體、沼澤、植被以及沖積、洪積，冰積、風(fēng)積等第三紀(jì)、第四紀(jì)沉積物廣泛掩蓋的地區(qū)，其下隱伏礦、深部礦產(chǎn)資源也備受關(guān)注。全球重要的成礦省和成礦區(qū)帶內(nèi)均有大面積覆蓋區(qū)，但已發(fā)現(xiàn)的礦床少，資源潛力巨大[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

集寧地區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)屬于內(nèi)蒙臺(tái)隆，位于華北陸塊北緣中段烏拉山-大青山東段，是我國(guó)地質(zhì)歷史演化最久，建造較為齊全，構(gòu)造巖漿活動(dòng)極為復(fù)雜的地區(qū)。本區(qū)地殼經(jīng)歷了陸核孕育、陸塊形成、陸塊發(fā)展和濱西太平洋邊緣活動(dòng)等地質(zhì)演化階段，又處于華北板塊、西伯利亞板塊和庫(kù)拉-太平洋板塊的接合部，具備形成多種礦產(chǎn)的極為有利的地質(zhì)環(huán)境。

2 覆蓋區(qū)弱緩地球化學(xué)異常形成機(jī)理研究

研究覆蓋地區(qū)的成礦過(guò)程及地球化學(xué)異常的形成機(jī)制，對(duì)于探索覆蓋區(qū)找礦技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。大量的學(xué)者已經(jīng)對(duì)強(qiáng)烈風(fēng)化及覆蓋區(qū)的地球化學(xué)異常的形成機(jī)制進(jìn)行了持續(xù)的研究。對(duì)于地球化學(xué)元素的縱向遷移，尤其是定量化的研究現(xiàn)階段還比較少，而且目前并沒(méi)有得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[2]。傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的基于百分?jǐn)?shù)、四分位數(shù)和分位數(shù)的技術(shù)通常是不能從背景中分離出有意義的異常，為分解地質(zhì)作用過(guò)程的相關(guān)地球化學(xué)組成需要發(fā)展更復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法。由于低的信噪比，除了地球化學(xué)信號(hào)的強(qiáng)弱外，其他地球化學(xué)屬性如幾何、尺度、各向異性和自仿射性也必須考慮[3]。

3 ZK900鉆孔的地質(zhì)特征

以下將介紹較為典型（礦化明顯、巖性豐富）的ZK900測(cè)量結(jié)果。ZK900終孔孔深985.02m，孔內(nèi)主要巖性為輝鉬礦化黑云斜長(zhǎng)片麻巖、輝鉬礦化石榴二長(zhǎng)淺粒巖、輝鉬礦化黑云斜長(zhǎng)變粒巖、輝鉬礦化輝綠巖、多斑花崗斑巖。孔內(nèi)巖石一般具硅化、綠泥石化、高嶺土化及絹云母化。局部見(jiàn)黃鐵礦化。該孔礦化情況以輝鉬礦化為主（以礦化石英脈狀充填在裂隙中，且從上至下礦化裂隙脈越來(lái)越少）。輝鉬礦一般呈星散侵染狀及線痕狀集合體發(fā)育石英脈邊部，少量呈脈狀。局部富集，自60m至700m，輝鉬礦化較連續(xù)[4]。

4 數(shù)據(jù)采集手段

本項(xiàng)目嘗試采用多種現(xiàn)代測(cè)試分析手段如野外便攜式XRF和巖芯掃描儀等測(cè)量手段獲取礦石、脈石原位測(cè)試分析地球化學(xué)數(shù)據(jù)，采用多元統(tǒng)計(jì)分析和非線性方法從多尺度研究成礦元素組合及其空間變化。測(cè)量包括手表本、巖石露頭剖面、巖芯等尺度獲取高密度地球化學(xué)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行圖像分析。采用野外便攜式XRF測(cè)量手段對(duì)多個(gè)典型礦床已有鉆孔樣品，包括礦體上覆蓋層樣品進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)量分析，采用多元主成分分析與分形模型相結(jié)合的方法研究了多種元素組合縱向變化規(guī)律[5]。

5 鉆孔數(shù)據(jù)處理

5.1 鉆孔元素垂向變化

ZK900巖性較為齊全，既有巖體成分（花崗斑巖），又有幾種主要變質(zhì)巖（斜長(zhǎng)淺粒巖、石榴二長(zhǎng)淺粒巖、石榴斜長(zhǎng)淺粒巖、黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖），此外還有輝綠巖脈穿插。為了方便討論，以下將以淺色礦物為主的淺粒巖、變粒巖合并稱為長(zhǎng)英質(zhì)粒巖。

表1 分層元素測(cè)量讀數(shù)RSD

由于巖石類型以鋁硅酸鹽為主，常量元素差別不太顯著。統(tǒng)計(jì)了分層PXRF讀數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），值越小代表層位內(nèi)元素含量差異越小，也反映巖石復(fù)雜程度越低。從表2-1可以看出，Si在各巖性中變化最小，RSD僅為0.17，K、Al稍大于Si，三元素都小于Fe并遠(yuǎn)小于Ca。此外，Al和Sr在輝綠巖中變化程度最小，Ti、Si、Mg在花崗巖中變化最小，F(xiàn)e、Ca、K在第三分層黑云斜長(zhǎng)變粒巖中變化最小。基于元素含量及變化情況，第三分層更接近片麻巖，以下將把此層歸為片麻巖討論。

由元素垂向變化（表1）可見(jiàn)，常量元素K、Al、Si在各巖性中無(wú)顯著差異，Ca、Mg、Fe、Ti、Sr則在片麻巖和輝綠巖中含量整體較高，與其中暗色礦物含量高有關(guān)。元素Bi僅在花崗巖中有檢出，而Bi也可作為礦床中酸性侵入巖的指示性元素。礦化元素Mo、Cu、Pb、Zn基本上在各巖性中都有分布，與單一巖性無(wú)明顯正相關(guān)關(guān)系，側(cè)面反映了礦床變質(zhì)巖、輝綠巖脈和花崗斑巖中都發(fā)育含礦脈的礦化特征。

5.2 元素組合與巖性識(shí)別

使用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析，獲取了反映各巖石類型的元素組合，如圖1。

PC1：Si、K、Bi、Pb、Nb，由元素變化曲線知，元素Bi僅在花崗巖中有效檢測(cè)，而Si、K是花崗巖礦物的主要組成元素。如圖1，可見(jiàn)PC1在花崗巖處整體偏高，而在輝綠巖處整體偏低，說(shuō)明其可以有效反映酸性巖，在本礦床可作為酸性巖的指示性元素組合。

PC2：Fe、V、Ti、Mg、Si、P、Ba、Sr、Ca、Cu、Zr，由于Fe、Mg、V、Ti等元素是暗色礦物的主要組成元素，鉆孔片麻巖和輝綠巖中暗色礦物含量高于其他巖性，而此元素組合變化曲線清晰反映了兩種巖性的位置，因此，PC2元素組合可作為礦床輝綠巖脈及片麻巖的指示性元素組合。

圖1 ZK900測(cè)量數(shù)據(jù)主成分分析結(jié)果

PC3 ：V、Ti、Cr、Mg、Ba、Sr、Rb、K、Al、Sn、Zr、Si，PC4 ：Fe、V、Ti、Mg、Zn、Si、Mn、P、Rb、Sn、Bi、Ca、Mo、Nb、Zr，根據(jù)元素組成，PC3、PC4和PC2相似，以暗色礦物組成元素為主，其曲線變化也反映如此，但PC3側(cè)重片麻巖，而PC4側(cè)重輝綠巖。兩組合的主要區(qū)別是PC3無(wú)Fe有K、Al，PC4有Fe而無(wú)K、Al，基本反映了礦物組成差異：片麻巖中長(zhǎng)英質(zhì)礦物多于輝綠巖，而輝綠巖中暗色礦物顯著多于片麻巖。因此，PC3可作為礦床片麻巖指示性礦物組合，而PC4可以作為礦床輝綠巖脈指示性元素組合。

PC5：Fe、Mo、Zn、Pb、As、Mn、P、Bi、Ca、Nb、S、Ni，顯然，PC5中元素基本為礦化元素。由于受輝綠巖和片麻巖中高Fe的影響，加上礦化與巖性無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，元素組合曲線在兩種巖性處為高值，其余無(wú)明顯規(guī)律。PC5可以作為礦化指示性元素組合，但如何削弱圍巖背景Fe的影響，突出礦化Fe的顯示，仍需要進(jìn)一步研究。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZK900鉆孔地球化學(xué)元素的主成分分析，獲知PC1在花崗巖中偏高，在輝綠巖中偏低，可在本礦床作為酸性巖的指示性組合元素；PC2元素組合可作為礦床輝綠巖脈及片麻巖的指示性元素組合；PC3可作為礦床片麻巖指示性礦物組合，而PC4可以作為礦床輝綠巖脈指示性元素組合；PC5可以作為礦化指示性元素組合。