四川北川县沟系沉积物测量地球化学特征及找矿

岳大斌，廖兴建，詹胜强，周 勇

（四川省地质矿产勘查开发局四○二地质队，成都 611730）



四川北川县沟系沉积物测量地球化学特征及找矿

岳大斌，廖兴建，詹胜强，周 勇

（四川省地质矿产勘查开发局四○二地质队，成都 611730）

摘要：北川县金凤桥一带是金矿的有利成矿区域。对该区域3265件沟系沉积物测量结果进行R型聚类分析、因子分析。结果显示：工作区内Cu、Pb、Zn元素有较高的浓集克拉克值，其形成可能与区域内微弱的中温热液活动有关； Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn元素成矿联系较弱，仅可能存在空间上的伴生，而不是共生关系；与金矿化关系比较密切元素组合为As、Sb，但金元素在因子分析中贡献率低，说明区内金矿化主要以小规模的矿点形式出现。

关键词：沟系沉积物；金矿找矿；地球化学；金凤桥

地球化学在现行的找矿中日益体现出其重要性，特别是在覆盖区、半覆盖区找矿有着独特的优势[1]。我国勘查地球化学在很长一段时间内停滞不前[2]，21世纪晚期进入了高速发展阶段，建立了以全国多目标区域地球化学调查为主要标志，立足于地球化学填图及与矿产勘查一体化的地质、物探、化探、遥感等综合找矿方法[3]。

1∶2.5万沟系次生晕地球化学测量是地球化学找矿方法的重要组成部分[4]。理论与实际的结合过程中有过众多成功的案列[5]、[6]、[7]、[8]，同时其过程也推动了理论的丰富、完善[9]、[10]、[11]。室内布样、野外采样、室内异常圈定与评价和室外异常查证是1∶2.5万沟系次生晕地球化学测量的组成部分[1]。其中室内异常圈定与评价有着承前启后的重要作用，是最为关键的一环。元素相关性和因子分析在化探评价中有较强的指向意义，主要体现在[12]：能对异常进行合理分类，从而增强对某些未知异常的找矿信心；不同矿种引起的相似异常，在高相似水平上相互分离，从而可以减少在简单类比中容易产生的错误；特殊情况下，聚类分析结果能反映矿的相对剥蚀程度[13]。通过对北川县金凤桥一带3 265件沟系土壤样品数据处理中确定了最佳成矿指示元素组合，并重点对其进行了R型因子分析。分析结果和后期验证指向性一致，说明因子分析对于解译该类型成矿条件有效，可以为同类型矿床的次生晕处理提供借鉴。

图1　区域地质图

1　区域成矿背景

工作区位于扬子准地台西缘马尔康分区与龙门山分区的交接部分，是铅锌矿、（铁）锰矿及金矿的有利产出部位[14]。典型的矿床有平武县虎牙乡老队部铁锰矿床、松潘县小河乡火烧桥铁锰矿床、松潘县双河乡四旺铺铁锰矿床、尖尖山金矿，其中与本区成矿有密切联系的矿床为尖尖山金矿床。

工作区出露地层以古生界为主，中生界少量分布，有志留纪茂县群、泥盆纪危关群。茂县群以岩性单调、化石稀少、褶皱复杂、普遍变质、厚度巨大为特征，其归属历来存在争议；其岩性为一套厚大千枚岩夹结晶灰岩为主，是邻区尖尖山金矿床的赋矿层位。泥盆系整合于茂县群之上，假整合或整合于下石炭统雪宝顶群之下，主要由灰黑色绢云英千枚岩、含碳质千枚岩与石英岩状砂岩的不等厚韵律式互层所组成，中部间夹结晶灰岩。工作区有典型的青溪大断裂，为龙门山断裂带的一部分，呈北北西向展布。断层上下盘皆由志留系茂县群千枚岩组成。在断层的西北侧发育与其大致平列的规模较小的逆冲断层，矿区内的成矿作用可能与这些次级断层联系密切。

2　样品采集及测试分析

沟系沉积物中，不同粒度的样品可近似代表不同程度的风化产物。因风化产物的差异导致的沟系沉积物中的元素含量显著不同。在沟系沉积物测量中采样介质的一致性成为化探野外工作的关键环节。在不同地球化学景观区，开展沟系沉积物测量的最佳采样粒度也不相同。基于此，在不同自然景观区开展沟系沉积物测量时，首先应查明元素在不同粒度沟系沉积物和土壤中的分布特征、成矿及成矿指示元素的最佳富集粒度，以此制定合理的地球化学样品采集方案，从而有效突出元素地球化学异常，获取自然的、清晰的成矿和成晕信息。

矿区内地表水主要靠大气降水补给，山间溪流均为季节性河流，雨季可有山洪发生，旱季则基本干涸。矿区沟谷较为狭窄陡倾，沟系沉积物分选性较差，其成分以粗碎屑为主。在各种风化作用中，物理风化作用占主导地位，同时化学风化、生物风化作用也具相当规模，微景观较为复杂。本次沟系次生晕采样点位布置在1：2.5万地形图上，其布样原则为距山梁200m开始沿水系往下布样。样品的点距为80～100m，密度为45件/km2。野外样品采样深度大于30cm，均采集到B或C层。野外记录按照相关规范进行[15]，尤其注意砂、砾石的结构、成分成熟度和蚀变特征。这些信息能为后续找矿工作提供有关产生异常的地质体、异常源的矿化类型、矿化强度和规模等地质线索[1]。

在沟系沉积物测试前，对矿区的沟系沉积物样品进行了粒度试验。即将5个粒度试验土壤样品分别进行五级筛分，将大于4目（>5mm）部分舍去，取4～10目（5～2mm）编为1级，10～20目（2～0.9mm）编为2级，20～40目（0.9～0.28mm）编为3级，40～60目（0.28～0.154mm）编为4级，小于60目（<0.154mm）编为5级。将筛分后的沟系沉积物和土壤样品分别细碎成小于200目的粉末样品，送至具分析甲级资质的四川省地矿局区域地质调查队进行元素分析。

表1　金凤桥一带沟系土壤地球化学参数统计表

化学风化指标就是基于风化岩石中元素淋失、迁移特性，利用不同元素的氧化物含量计算得出的用以衡量风化程度的指标。本文选择两种风化指标：化学蚀变指数CIA和帕克风化指数WIP来查证粒度与风化程度的关系。通过对这两种指标的查证，本文选择40～60目作为矿区沟系沉积物测量的最佳采样粒度。这一粒级样品既可继承原岩在连续风化过程中元素行为又不受后期新的风化机制的明显影响，同时可最大限度地风化而分散以达到降低采样密度的需要。

在前述准备工作基础上将工作区3265件沟系土壤样品过40目筛后缩分80克装袋送分析。Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn元素是本次测试的基本对象。其中Cu、Pb、Zn采用的检测方法为DZG20-05-1990全谱直读光谱法，检测用的仪器设备为ICP光谱仪；As、Sb、Hg采用检测方法为DZG20-05-1990原子荧光法，检测用的仪器设备为原子荧光仪；Ag采用检测方法为DZG20-05-1990发射光谱法，检测用的仪器设备为平面光栅摄谱仪，Au采用检测方法为DZG20-05-1990石墨炉光谱法，检测用的仪器设备为石墨炉光谱仪。

图2　R型聚类谱系图

3　地球化学特征

运用SPSS2.0分析软件对工作区所获得的数据进行R型聚类分析和因子分析，为成矿预测、地质填图提供科学依据。

3.1化探参数分析

参与统计的样本数为3 265件，分析元素为Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn。室内数据处理后得到相关参数见表1所示。

1）浓集克拉克值（K）：指在某一地区或某种地质体内元素含量平均值与该元素克拉克值之比值又称浓度克拉克值[17]。其中Ag、Pb、Zn、As、Sb五中元素的浓集克拉克值K﹥1，指示了该区域为这些元素的异常高背景区域，可能为成矿提供物质来源。

2）变化系数（CV）：它是代表数据集中位置和分散程度的综合特征数，便于不同元素间的含量变化特征对比[17]。其中Au元素的变化系数CV﹥1，表明Au元素在地质体中分布、分配不均匀，离散程度大，分异性强，易于活动迁移形成矿（化）体或强异常。

3）富集系数（q）：它常用于判断各种风化产物中元素的次生富集或贫化，还可以用来研究某一元素的表生地球化学性质[18]。本次测试的七种元素除锌（q=0.99）外，其余元素的富集系数q﹥1，表明了这些元素发生次生富集的地化环境多为碱性的，且围岩化学性质活泼，形成的气候干冷[19]等。

浓集克拉克值、变化系数、异常下限三者存在着一定的内在联系，三数值愈大，其地质找矿意义愈大。本次化探工作所涉及的元素中，Ag、Pb、Zn、As、Sb的浓集克拉克值K﹥1，但变化系数CV＜1，且异常下限值亦较低；Au元素的化系数CV=2.38，但浓集克拉克值K仅为0.52，且异常下限值为4.47ppb。综合这些参数表明参与统计的元素在工作区内多为分散矿化，分配较均匀，离散程度小，分异性弱。

3.2元素相关性分析

对涉及统计的样本进行R型聚类分析计算，并将计算数据结果绘制成元素分类谱系图（图2）。从统计分析来看，原始分析数据均呈现为非正态分布，故采用Spearman相关系数进行分析。分析数据显示：在99%的置信水平上，Au 与Hg呈弱负相关外（相关系数γ为 -0.20），与Cu元素呈低度相关（相关系数γ为0.315），与其余四种元素均为弱相关（相关系数γ均小于0.3）；在99%的置信水平上，Cu、Zn、Pb的相关系数γ为0.348～0.671，表现为低度相关-显著相关；在99%的置信水平上，As-Sb的相关系数γ为0.635，表现为显著相关。

R型聚类分析（图2）按取值为15的距离系数划分，区内成矿元素组合可分为四组：分别为Cu-Zn-Pb、Ag、As-Sb-Au和Hg。其中Cu-Pb-Zn为中温成矿元素组合，显示区内存在微弱的热液成矿活动；Cu-Au为低度相关，说明部分铜元素的物质来源可能与金的物质来源相同；Hg-Sb-As为低度相关，金元素与金矿的前缘晕元素As、Sb存在一定关联，反映金主要受后期热液作用影响，与控矿构造及成矿热液有关。

表2旋转后的成分矩阵及旋转载荷特征

3.3因子分析

因子分析是利用降维的思想[19]，由研究原始变量相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个综合因子的一种多变量统计分析方法[20]。通过对数据的KMO和Bartlett的球形度检验，其KMO值为0.587，球形检验的ρ值为0.00（＜0.05），并提取出累积贡献率为84.132%的五组因子（见表2）。正交因子解的结果显示：

1）F1因子具有较高载荷的变量为Cu、Pb、Zn，它代表了这些元素的较高浓集克拉克值，其形成可能与区域内微弱的中温热液活动有关[21]。

2）F2因子、F3因子、F4因子、F5因子均显示唯一的较高载荷，分别为Sb、Hg、Au、Ag，说明这些元素的成矿联系较弱，仅可能存在空间上的伴生，而不是共生关系。

4　成矿预测

依据组合异常的分布特性，本次工作可在区内划分出两个找矿靶区，即金凤桥找矿靶区和、晒金村找矿靶区。两个找矿靶区分别由AS-1、AS-2、AS-3和AS-4、AS-5、AS-6组成（图3、图4）。

图3　金凤桥找矿靶区

图4　晒金村一带组合异常图

1）金凤桥找矿靶区：主成矿元素Au最大值为145×10-9，平均值35.15×10-9，面积约1.05km2，为Au、As、Sb组合异常（AS-1、AS-3）或Au、Sb组合异常（AS-2），异常元素套合好，异常强度大，主成矿元素（Au）的浓度分带明显，呈三级浓度分带，靶区中见张性正断层通过，是寻找金矿的有利部位。

2）晒金村找矿靶区：主成矿元素最大值为13×10-9，平均值8.52×10-9，为Au、As、Sb组合异常（AS-4、AS-6）或Au、Sb组合异常（AS-5），异常元素套合较好，异常强度较大，主成矿元素（Au）的浓度分带明显，由于工作程度较浅，目前靶区内暂没有发现明显的构造痕迹，仅为单斜构造，为寻找金矿较有利的地段。

5　结论

本文对北川县金凤桥一带的化探数据处理中分别运用了R型聚类分析、因子分析，并就相关参数进行了探讨。由此本文取得了如下认识：

1）化探工作中室内布样、野外采样、室内异常圈定与评价和室外异常查证是一个有机的整体，不能孤立待之。同时在工作中要将各种地质信息和不同层次的地球化学信息有机地结合起来，可以形成一套快捷、简便而有效的地球化学找矿方法。

2）由岩石演变到风化壳再形成土壤的过程是非常复杂的，受多种因素影响。对样品的粒度选择决定了化探工作的有效性，本文对工作区进行了粒度试验，选择了40～60目为本次的采样的最佳粒度。

3）本次化探工作所涉及的元素中，Ag、Pb、Zn、As、Sb的浓集克拉克值K﹥1，但变化系数CV＜1，且异常下限值亦较低；Au元素的化系数CV=2.38，但浓集克拉克值K仅为0.52，且异常下限值为4.47ppb。综合这些参数表明参与统计的元素在工作区内多为分散矿化，且分配较均匀，离散程度小，分异性弱。

4）相关性分析和因子分析显示：工作区内Cu、Pb、Zn元素有较高的浓集克拉克值，其形成可能与区域内微弱的中温热液活动有关；数据中涉及的元素Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn成矿联系较弱，仅可能存在空间上的伴生，而不是共生关系。

5）化探参数得出的信息和因子分析所取得的成果相匹配，并在后期的验证工作中得到了证实。在异常浓集中心获取的蚀变千枚岩中，褐铁矿化强烈，Au得品位在0.2左右。蚀变带最厚者仅15cm左右，多呈细脉状不稳定延伸，进一步证实了矿区内金的贡献率小，仅有形成小规模矿床的可能性。

参考文献：

[1]李国华,王大伟,王国富,黄志良,等.1:2.5万沟系次生晕地球化学找矿方法探讨[J].地质与勘探,2001,5(37): 50～51.

[2]刘崇明,胡树起,马明生,等.热液多金属矿岩石地球化学勘查[M].北京:地质出版社,2014.

[3]藏金生,李诗言,蔡新明,等.化探中五个常用参数的应用[J].科技视界,2001,5(37): 8～12.

[4]刘汉忠，陈举熙，史新民，等.DZ/T0145-94土壤地球化学测量规范[S].中华人民共和国地质矿产行业标准.

[5]罗正传.沟系次生晕测量在青海东昆仑造山带沟里地区的应用效果[J].矿产与地质,2005 19( 112): 679-682.

[6]李发明,董毅,何财福,施根红,青海省都兰县沟里地区沟系次生晕找矿实例[J].矿产与地质,2008,22（5）456～512.

[7]高珍权,方维萱,王伟,曾志刚.沟系土壤测量在新疆乌恰县萨热克铜矿勘查中的应用效果[J].矿产与地质,2005,19(5) 669～673.

[8]周圣华,鄢云飞,李艳军.矿产勘查中的物化探技术应用与地质效果[J].地质与勘探,2007 43(6):58～ 61.

[9]王郁柏.辽西地区沟系次生晕测量方法的研究[J].地质找矿论丛,2006,21(21).

[10]徐善法.高寒荒漠区异常查证技术方法-以青海龙尾沟铜、金矿床为例[J].地球学报.2005 26( 5): 475～482.

[11]姚玉增,巩恩普,梁俊红,等.R型因子分析在处理混杂原生晕样品中的应用-以河北丰宁银矿为例[J].地质与勘探.2005 41(2):51～55.

[12]到罗长清.聚类分析在某地化探异常评价中的应用效果[J].物化探计算技术,1984 6(1):77～80.

[13]贾玉杰,龚庆杰,等.化探方法技术之取样粒度研究-以豫西牛头沟金矿1:5万化探普查为例[J].地质与勘探,2013 49(5):928-937.

[14]刘文毅,何美香,孙春霞,李玉芹,等.四川省北川县大垭口矿区地质与地球化学特征及找矿远景分析[J].科技向导,2013 17(1):289～291.

[15]孙焕振.DZ/T0011-91地球化学普查规范(比例尺I :50000 )[S].中华人民民共国地质矿产行业标准.

[16]时艳香,纪宏金,陆继龙,马力,段国正.水系沉积物地球化学分区的因子分析方法与应用[J].地质与勘探,2004 40(5):73～76.

[17]张本仁,赵仑山,李泽九,等.地球化学[M].北京地质出版社.1979.

[18]阮天健,朱有光,等.地球化学找矿[M].武汉她质出版社.1985.

[19]李卫东.应用多元统计分析[M].北京: 大学出版社.2008.

[20]董庆吉,陈建平,唐宇.R型因子分析在矿床成矿预测中的应用-以山东黄埠岭金矿为例[J].地质与勘探,2008 44(4):64～67.

[21]项运筹.因子分析,判别分析在五龙金矿床找矿勘探中的应用[J].地质与勘探,2004 26(3):60～67.

Ditch Sediment Geochemical Survey and Prospecting in Beichuan,Sichuan

YUE Da-bin LIAO Xing-jian ZHAN Sheng-qiang ZHOU Yong
(No.402 Geological Team,BGEEMRSP,Chengdu 611730)

Abstract:R-type cluster analysis and factor analysis of ditch sediment geochemical data in the Jinfengqiao area,Beichuan,Sichuan are carried out.The results indicate that concentration Clarkes of Cu,Pb,Zn elements are higher which is related to weak mesothermal activity.As and Sb anomalies are related to Au mineralization.

Keywords:ditch deposit survey; gold ore; prospecting; cluster analysis; geochemistry; Jinfengqiao

作者简介：岳大斌（1969-），男，四川盐亭人，高级工程师，主要从事地质找矿工作

收稿日期：2015-04-09

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.033

中图分类号：P632+.1

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0148-05