水城铅锌矿元素组合和变化规律的统计分析

杨光龙

(1. 贵州省地质矿产勘查开发局一○六地质大队，贵州遵义 563000；2. 贵州省地质调查院，贵州贵阳 550004)

水城铅锌矿元素组合和变化规律的统计分析

杨光龙1,2

(1. 贵州省地质矿产勘查开发局一○六地质大队，贵州遵义 563000；2. 贵州省地质调查院，贵州贵阳 550004)

为揭示黔西北水城地区铅锌矿元素组合及变化规律，利用水城铅锌矿青山矿床岩石地球化学样品测试元素进行了R型聚类分析和因子分析。水城铅锌矿主要元素(氧化物)簇分为三类：一是以Pb-Zn-Ba为组合代表的成矿元素；二是以CaO-MgO、K2O-Al2O3、Cu-Ag-Cd为组合的成岩元素；三是成岩元素中受成矿因素影响而发生改造或迁移的元素，即Ag-Cu-Cd组合。由于成矿热卤水的多次活动和断层作用，蚀变围岩中SiO2、As受成矿因子和成岩因子的双重控制，而断层破碎带中则少了受成矿因素影响的元素，代之以Ba、MgO、SiO2为代表的蚀变岩石元素组合，Pb、Zn、Ba的关系更趋于密切。解释认为，它们的组合变化除受淋滤流失、成岩作用等主因子的支配外，还受到成矿热液作用的影响，是构造控矿的直接表现。

聚类分析 因子分析 元素组合 变化规律 铅锌矿 水城地区 黔西北

Yang Guang-long. Statistical analysis of element combinations and their variations in the Shuicheng lead-zinc deposit [J].Geology and Exploration, 2014, 50(2):0303-0310.

1 成矿地质背景

黔西北水城地区大地构造位置处于特提斯-喜马拉雅与滨太平洋两大全球构造域结合部位的东侧，属扬子准地台上扬子台褶带(贵州省区域地质志，1987)，西以小江断裂与康滇陆块毗邻，东南则以盘县-师宗断裂与右江造山带相接(图1)，是昭通-六盘水古生代燕山期铜铅锌银锰成矿带的重要组成部分①。

铅锌矿主要产于北西向的威水背斜挤压构造带，矿体受这个构造带中的逆冲断层、次级褶曲和层间剥离构造控制，呈似层状、脉状、囊状和透镜状产出(杨光龙等，2009)。铅锌矿容矿岩石为石炭系不纯碳酸盐岩(张位及，1984; 张立生，1998;张长青等，2005)，矿石类型主要是以闪锌矿-方铅矿-黄铁矿为组合的硫化矿石(廖震文，2000；刘幼平，2002)，矿石结构在成矿初期主要为自形半自形晶结构、细粒交代结构(唐森宁，1984;陈士杰，1986)，改造成矿晚期多为充填结构和斑状压碎结构，矿石构造以浸染状、星散状和条带状构造为主(欧锦秀，1996)。矿床成因类型属改造型中低温热液矿床(廖文，1984;陈国勇等，2008；韩奎等，2012)。

2 岩石地球化学剖面

在青山铅锌矿床垂直矿体走向按80m间距布置岩石地球化学剖面9条，各剖面间隔20m采集岩石地球化学样品共131件，其中断层样品37件(图2)。对样品分析数据进行处理，选择叠代方法剔出特高值后，求出Pb元素的异常下限为20.1×10-6、Zn元素的异常下限为53.8×10-6。从岩石地球化学剖面(图3)可以看出，成矿元素Pb、Zn在剖面上的含量分布态式是在断裂处出现峰值，向两边呈下降趋势，说明构造是本区铅锌矿的主要控矿因素。

3 样品统计分析

为研究水城地区铅锌矿元素组合和变化规律，用多元统计方法来描述铅锌与各元素的相关性及共生组合关系，定量测定了青山矿床131件岩石地球化学样品Pb、Zn、Ag、Cd、Cu、As、Ba、K2O、Na2O、CaO、MgO、SiO2、FeO+Fe2O3、Al2O3等14个元素和氧化物组分②。对组分的概率分布型式作了推断检验，分岩石、断层两类样品进行R型聚类分析和R型因子分析。

图1 研究区大地构造位置略图Fig.1 Map showing tectonic setting of the study area 1-扬子准地台；2-右山造山带；3-上扬子台褶带；4-康滇地轴；5-丽江台褶带；6-Ⅰ级构造单元界线；7-Ⅱ级构造单元界线；8-深大断裂；9-省界；10-铅锌矿床(点)；11-研究区位置1-Yangzi Paraplatform;2-Youjiang orogen;3-platform and fold zone of upper Yangzi;4-geotectonic axis of Kangdian;5-Lijiang platform and fold zone;6-boundary of structure unit Ⅰ;7-boundary of structure unit Ⅱ;8-large and deep fracture;9-provincial boundary;10-lead-zinc deposit (occurrence);11-research area

3.1 R型聚类分析

用相关系数作相似性度量，整个演算过程用福建区调队电算室编制的F2-14程序完成。簇分谱系见图4。

3.1.1 蚀变岩石R型聚类分析

青山铅锌矿床的围岩蚀变主要有白云石化、方解石化、黄铁矿化和硅化、重晶石化、萤石化等，它们往往相互叠置，顺层间滑动带和沿斜交层面的围岩裂隙充填，蚀变带宽30～50m。白云石化在区域内分布普遍，常发育于矿体底板，使原岩镁质增高、颜色变浅，方解石晶洞发育处，白云石化强烈，其范围大于矿体范围；重晶石化、黄铁矿化常分布于矿体边缘，黄铁矿在矿体头部向围岩方向由致密状逐渐变为星散状。

图2 岩石样品分布图Fig.2 Distribution of rock samples 1-中二叠统栖霞组；2-中二叠统梁山组；3-上石炭统马平组；4-上石炭统黄龙组；5-地层界线；6-逆断层及倾角；7-正断层及倾角；8-性质不明断层；9-背斜轴；10-铅锌矿体及编号；11-地层产状；12-岩石剖面及样品采集点1-Middle Permian Qixia Formation;2-Middle Permian Liangshan Formation;3-Upper Carboniferous Maping Formation;4-Upper Carboniferous Huanglong Formation;5-stratigraphic boundary;6-thrust fault and dip angle;7-normal fault and dip angle;8-unknown fault;9-anticline axis;10-Pb-Zn ore bodies and number;11-strata attitude;12-rock section and sampling location

图4(a)在“-0.3”相似水平上将14个元素(氧化物)划分为两个大组，第一大组为成矿元素，第二大组为成岩元素。

成矿元素Pb、Zn在青山矿床与Ba分在一簇，Ba在蚀变围岩中的含量为0.1%～7.0%，比在碳酸盐岩中的克拉克值(10×10-6)高几百至几千倍(何邵麟等，2002；张启厚等，1999)。高纯氯化物卤水的钡含量最高，具备了沉淀重晶石的物质基础(芮宗瑶等，1991)。由此推论Pb、Zn和Ba的富集主要与氯化物型热液成矿作用有关。野外观察常可见略带天兰色的重晶石产于水城青山、横塘、杉树林等铅锌矿床中，是成矿热液具热卤水性质的旁证。

第二组代表围岩成分。进一步簇分为两个小组，前组代表了与热液活动有关的亲硫金属元素Cu、Ag、Cd及CuO、Na2O。沉积碳酸盐岩的同时沉积微量的Cu、Ag、Cd等元素，当热液交代围岩时，它们受到了波及，在成矿热液作用下发生活化转移，在恰当部位富集，矿区内偶尔可见其硫化物-铜蓝等。后组代表未受到蚀变影响的原岩组分，CaO、MgO是其主要化学成分，岩石类型为灰岩、白云岩，SiO2、Al2O3、K2O存在于非碳酸盐岩石组分中，代表某些铝硅酸盐类物质组成的燧石层及粘土矿物。这一簇K2O、Al2O3联系极为密切，相关系数近于“1”，意味着在围岩组分的粘土层中，有K、Al的矿物存在。(FeO+Fe2O3)能反映岩石中FeS2的含量，揭示成岩环境及岩石风化程度(杨光龙，2007)。据野外和镜下观察证实，蚀变岩石中常见黄铁矿，在地表氧化条件下，黄铁矿氧化形成褐铁矿存在于粘土岩中，谱系图上Fe2O3分在粘土岩一类也验证了这点。As存在于粘土岩中，推断是以[As]2-形式进入FeS2，随黄铁矿的风化而进入粘土岩石。

图3 岩石地球化学剖面Fig.3 Cross section of geology (lower panel) and curves of Zn and Pb content (upper panel) 1-中二叠统梁山组；2-上石炭统马平组；3-上石炭统黄龙组；4-灰岩；5-泥质灰岩；6-白云岩；7-砂岩；8-粘土岩；9-页岩；10-断层及编号；11-白云石化；12-硅化；13-重晶石化；14-地层产状1-Middle Permian Liangshan Formation;2-upper Carboniferous Maping Formation;3-upper Carboniferous Huanglong Formation;4-limestone;5-shaly limestone;6-dolomite;7-sandstone;8-clay rock;9-shale;10-fault and number;11-dolomitization;12-silicified;13-barition;14-strata attitude

图4 R型聚类分析谱系图Fig.4 R cluster analysis spectra

3.1.2 断层样品R型聚类分析

图4(b)在“-0.2”相似水平上将14个元素(氧化物)明显地分为两个簇团。第一簇团代表了成矿元素，第二簇团代表了成岩元素。与蚀变岩石聚类分析谱系图比较：少了受蚀变影响的一簇，Pb、Zn、Ba关系更加密切。因此认为，断层形成前，主要成矿阶段的热液活动遵照蚀变岩石谱系图所反映的活动规律形成不同簇。后来在残余矿液和断层作用下，元素再次活化，破碎带进一步遭受蚀变，Pb、Zn、Ag、Cd等进一步富集或转移，造成了Pb、Zn、Ba相关性的增大和Ag、Cd与Pb、Zn的一定相关性。

第二簇团CaO、MgO分支代表了纯净的碳酸盐岩，其余代表硅酸盐类矿物组成。

3.2 R型因子分析

为进一步揭示上述变量间的内在联系，对所采样品的分析数据作了R型因子分析，力图找出几个互相独立的变量来表达主要热液成矿阶段各变量的变化规律。演算用福建区调队电算室编制的F2-7程序完成。

3.2.1 蚀变岩石R型因子分析

从主因子载荷阵中提取前五个因子，累积方差贡献为80.307%，包含了原始变量中的大部分信息。公因子方差所说明的每个变量的方差也是较大的。主因子载荷阵出现较多的中等载荷，经正交旋转后，各变量在每个主成分上的载荷趋于消失，故以正交因子模型作为讨论重点(表1)。

表1 青山矿床蚀变岩石R型因子分析正交因子解Table 1 Orthogonal factor solutions of R factor analysis of altered rocks in the Qingshan ore deposit

第一正交旋转因子(F1)的方差贡献为3.634，占全部方差贡献的25.957%。代表元素为较大正载荷的CaO、K2O、FeO+Fe2O3、Al2O3和中等载荷的As、SiO2，是沉积原岩的元素组合。Ba、MgO也以其量不大的负载荷出现在F1中，这说明了碳酸盐岩在后期遭受了重晶石化、白云石化蚀变，在成矿作用过程中，有镁质向围岩扩散，而原岩中的部分钙质被置换出。

第二正交旋转因子(F2) 的方差贡献为2.750，占全部方差贡献的19.643%。代表元素为Pb、Zn、As、SiO2，是铅锌矿的成矿因子。As的硫化物雄黄是低温热液的标型矿物。SiO2以正载荷存在于F2中，说明本区铅锌矿与硅化有较密切的内在联系。F2中还有小载荷的K2O、FeO+Fe2O3、Al2O3，斜交旋转后已不复存在。

斜交因子相关阵(表2)中F1、F2相关系数最大，表明成矿因子与成岩因子间有某种内在联系。推断1：F2实际代表了石英-重晶石热液成矿阶段，由于硅化较强，原岩组分仍有所残留，从而形成正交因子解中F2有少量Fe2O3、Al2O3、K2O的载荷，造成了F1与F2的相关。推断2：原岩组分受矿液交代，利于PbS、ZnS的沉淀，引起F1与F2相关。

第三正交旋转因子(F3)主要元素为MgO、Ba和Ag、Zn。这一因子中MgO、Ba、SiO2载荷的大小定量地描述了青山矿床主要热液活动阶段岩石蚀变这一宏观地质现象。MgO载荷的绝对值最大，占其首位，Ba次之，SiO2载荷最小。说明白云石化最为强烈、广泛，并伴随重晶石化及少量硅化，这一结论完全符合野外观察的实际。可以说F3是青山矿床主要热液成矿阶段(白云石-重晶石-石英)的表征。MgO与Ba、SiO2同一因子中以相反关系出现表明MgO与Ba、SiO2物质来源不同。白云石蚀变所需要的Mg来自碳酸盐围岩，Ba、Si来自成矿热液。Zn的载荷较大，与Ag反号而与MgO同号，显示了矿质来源的复杂性，但热液作用下矿质均在一定构造与岩性耦合的空间聚集，同时也说明氧化带中Zn仍保留在以白云石化为主的蚀变岩石中。

第四正交旋转因子(F4)以较大正载荷的Cu、Cd为代表，反映了地表氧化带中Cu、Cd的流失。Cu、Cd等微量金属组分在原生成岩阶段沉积，热液改造阶段发生迁移并局部富集，氧化阶段Cu、Cd具有很高的迁移能力，在氧化带淋滤流失(余金生等，1985)。因而谱系图上，因子分析中Cu、Cd与Ag常常分离。

第五正交旋转因子(F5)是载荷很高的Na2O的单一因子。Na+在矿液中可能与Cl-结合形成NaCl。Na+的存在意味着热液是一种卤水，说明青山矿床热液可能是氯化物型的。

SiO2在F1、F2、F3上都有一定量的载荷，一方面说明硅化的多期性，另一方面也表明原岩沉积时有Si的加入，主要以陆源碎屑矿物形式存在于原岩中。MgO、SiO2以较高的载荷分别出现在几个主因子中，充分显示了热液活动具有多期的特点。

以正交旋转因子解中的F1、F2作因子投影图(图5)可更清楚看出其化学组合意义。图上将元素(氧化物)分为五类。

图5 蚀变岩石正交因子解投影图Fig.5 Orthogonal factor solution projections of alteration rocks

第一类：F1轴上大正载荷，F2轴上负载荷的陆源碎屑成分Al2O3、Fe2O3、K2O，受成岩因子F1的控制。

第二类：F1轴上大正载荷，F2轴小正载荷的石灰岩成分CaO。

第三类：F1轴上小负载荷，F2轴上大正载荷的主要成矿元素Pb、Zn，受成矿因子F2控制。

第四类：F1、F2轴均为中等正载荷的SiO2、As，表明受成岩成矿因子的控制。

第五类：位于F1、F2轴交点的其余热液活动成分，Ba、MgO、Cu、Ag、Cd、Na2O等，它们受F1、F2的控制均较弱，而受其余几个主因子的支配。

因子投影图上可以看出，铅锌矿在成矿过程中的元素共生组合较为单一，这与矿石矿物成分简单的情况相一致。

3.2.2 断层样品R型因子分析

主因子解载荷矩阵提取的前五个因子的累积方差百分数为92.379%，包含了原始变量的大部分信息。五个主因子所说明的每个变量的方差也是较大的，最低在0.8以上，高于蚀变岩石。用正交因子解(表3)来讨论。

表3 青山矿床断层R型因子分析正交因子解Table 3 Orthogonal factor solutions of R factor analysis for faults in the Qingshan ore deposit

由于断层样品取自北西向和北东向不同期的几条断层，所以后几个因子反应的规律较差，不便作进一步解释，但可以肯定断层中铅锌矿的生成已与沉积原岩无关，因为成矿因子F3与成岩因子F2的相关系数仅为-0.0458。

第一正交旋转因子是以Ba、MgO、SiO2为代表的蚀变岩石元素组合。第二正交旋转因子以CaO、K2O、Fe2O3、Al2O3为代表，是沉积原岩的反映。这两个因子的地质意义与蚀变岩石中的F3、F1两个主因子大体相同。断层中代表蚀变组合的因子里Ba转荷增加，同时Cu、Pb、Zn等金属元素的载荷有所加强。断层原岩因子的CaO、Fe2O3载荷比蚀变岩石中原岩因子的CaO、Fe2O3载荷明显减小，而MgO由负载荷转变为正载荷，不再与成岩因子主要元素反号，说明断层活动时，原岩已白云石化，由此推论断层的形成在白云石蚀变(即主要热液活动)之后或白云石蚀变的同时。

4 结论

黔西北水城地区铅锌矿成矿元素的富集与水城断陷的演化密切相关(毛健全等，1992；陈国勇等，2008)，用多元统计方法定量描述Pb、Zn与各元素的相互关系，对深化水城铅锌矿成矿规律的认识是有益的。

水城铅锌矿主要元素(氧化物)分为三类：一是以Pb-Zn-Ba为组合代表的成矿元素；二是以CaO-MgO、K2O-Al2O3、Cu-Ag-Cd为组合的成岩元素；三是成岩元素中受成矿因素影响而发生改造或迁移的元素，即Ag-Cu-Cd组合。由于成矿热液的多次活动和断层作用，蚀变围岩中SiO2、As受成矿因子和成岩因子的双重控制，而断层破碎带中则少了受成矿因素影响的元素，代之以Ba、MgO、SiO2为代表的蚀变岩石元素组合，Pb、Zn、Ba的关系更趋于密切。解释认为，它们的组合变化除受淋滤流失、成岩作用等主因子的支配外，还受到成矿热液作用的影响，是断层控矿的直接表现。

致谢 本文所用资料除注明者外，其余均源于“贵州艾家坪-水城地区矿产远景调查”项目成果，特向参加此项目的工作人员致谢!

[注释]

① 贵州省地质调查院.2004.贵州省矿产勘查规划部署和选区研究[R].

② 贵州省地质调查院.2010.贵州艾家坪-水城地区矿产远景调查成果报告[R].

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Statistical Analysis of Element Combinations and Their Variations in the Shuicheng Lead-Zinc Deposit

YANG Guang-long1,2

(1. No.106 Brigade, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Zunyi, Guizhou 563000;2. Guizhou Academy of Geologic Survey, Guiyang, Guizhou 550004)

This work carried out R cluster analysis and factor analysis on rock samples under geochemical tests from the Qingshan deposit, Shuicheng lead-zinc ore district to reveal the rules of element combinations and their variations in the Shuicheng ore district of northwest Guizhou Province. The principal element (oxides) clusters in the Shuicheng lead-zinc ore district can be divided into three types: (1) ore-forming elements dominated by an element combination of Pb-Zn-Ba; (2) rock-forming elements dominated by element combinations of CaO-MgO, K2O-Al2O3and Cu-Ag-Cd as the combination becomes the crag element; and (3) rock-forming elements deformed or migrated due to ore-forming precesses, i.e., an element combination of Ag-Cu-Cd. Affected by the multiple activities of ore-forming hot brine and faulting, the SiO2and As in the altered wall rocks are controlled by both ore-forming and rock-forming factors. However, for those in the fault fracture zones, they are little affected by ore-forming processes. Hence, the element combination is Ba-MgO-SiO2, while Pb-Zn for the fault fracture zone. It is concluded that the variations of element assemblages not only depend upon the factors of leaching loss and diagenesis, but also are affected by ore-forming hot fluids, which shows a tectonic control on the ore-forming processes.

cluster analysis, factor analysis, element combination, change rule, lead-zinc deposit, Shuicheng area, northwest Guizhou Province

2013-02-26；

2013-05-25；[责任编辑]郝情情。

国家自然科学基金项目“贵州艾家坪-水城地区矿产远景调查”(编号:矿调[2006]5-4)资助。

杨光龙(1971年-)，男，1992年毕业于昆明地质学校，高级工程师，长期从事基础地质和矿产勘查工作。E-mail: ygl-106@163.com。

P618

A

0495-5331(2014)02-0303-8