胶东半岛1∶50 000万第幅水系沉积物测量元素组合分区研究

何其芬,魏印涛,邱恺毅,刘 杰,齐永亮

(山东省物化探勘查院，济南 250013)

0 前言

勘查地球化学自20世纪30年代诞生以来一直是基本的地质矿产勘查方法之一，1∶50 000水系沉积物测量是区域地球化探扫面中一种成熟的方法[1-5]，并有效运用到找矿工作中[6-10]。但传统的勘查地球化学资料涉及变量繁多，所成图件多而复杂，不利于从整体上寻求其地质地球化学特征和规律[11]。为此，勘查地球化学工作者使用地质子区衬值法、移动平均法、趋势面法、泛克里格法等来处理区域化探数据，在很大程度上改善了异常找矿信息的可靠性，有其优越性，但仍然存在局限性[12-17]。

笔者以万第幅1∶50 000水系沉积物测量工作为基础，运用R型因子分析，进行元素组合分区研究，从整体上探讨研究区的地球化学特征和找矿方向。

1 地质概况

万第幅位于胶东半岛西南部，胶辽隆起区、胶莱盆地西部莱阳凹陷和发城凹陷内,面积为412 km2。

区内出露地层主要为：上白垩统王氏群辛格庄组、林家庄组，岩性主要为泥质粉砂岩、砾岩、细砂岩；下白垩统青山群八亩地组，岩性主要为安山岩、玄武安山岩；下白垩统莱阳群曲格庄组、龙旺庄组、水南组、止凤庄组、瓦屋夼组，岩性主要为砾岩、砂岩、细砂岩；另在工区西南角和东部边缘，出露少量荆山群陡崖组和野头组，岩性主要为大理岩、黑云变粒岩。

区内断裂较为发育，主要为北东向和北西向。北东向的桃村断裂、郭城断裂是区内最主要的断裂构造形迹。

区内成矿潜力较大，目前已发现1处小型矿床、5处矿化点，矿种主要为金、铜(图1)。金、铜矿化产出的地质特征见表1。

2 样品采集与分析

研究区为低山丘陵地貌，本次水系沉积物测量粒级为-60目，采样密度平均为 4.9 点/km2,共采集水系沉积物样品1 646件。

图1 万第幅地质矿产图Fig.1 Wandi area geological mineral map

表1 区内矿床(点)地质特征一览表Tab.1 List of geological characteristics of deposits (spots) in the area

样品分析由山东省第四地质矿产勘查院实验室承担，该实验室具有原国土资源部颁发的地质实验测试甲级资质。本次工作分析Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Sb、Mo、Hg、Ni、As、Bi、W共13个元素；其中Au采用化学光谱法，Pb、Cu、Zn、Ni采用X荧光光谱法，Sn、Ag采用发射光谱法，W、Mo采用极谱法，Hg、Sb、As、Bi采用原子荧光法。各元素报出率为100%，检出限均优于规范要求。各批次标样对数偏差及平均对数偏差的标准离差值合格率为100%，样品分析质量可信。

3 地球化学分区方法及结果

地球化学分区的关键在于确定分区类型和各分区边界。首先采用R型因子分析对原有13个元素(变量)进行浓缩，提取有代表性的公共因子，划分出主要因子的元素组合类型[18]，即各分区类型；再以因子得分为主要依据确定分区边界。

3.1 因子分析的前提条件

因子分析的主要任务之一是对原有变量进行浓缩，即将变量中的信息重叠部分进行提取并综合成因子，进而达到减少变量个数的目的。因此要求原有变量之间应存在较强的相关关系，否则如果原有变量之间相互独立，不存在信息重叠，也就无法从中综合出能够反映某些变量共同特性的几个较少的公共因子[19]。笔者利用巴特利特球度检验(Bartlett test of sphericity)和KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)检验对所选数据的相关关系进行检验[20],给定的显著性水平α大于概率P值，说明变量间具有较强的相关性。

3.2 分区类型的确定

运用研究区1 646件样品各元素的化验数据做因子分析，前8个特征根代表的方差百分比累计为82.205%，超过总方差的80%(表2)，因此，将这前8个因子作为研究区的主要因子。在对元素组合的反映方面，相对初始因子负载矩阵，正交旋转因子负载矩阵更具合理性和可解释性，因此，使用正交旋转因子负载矩阵来划分研究区的元素组合类型(表3)，可以认为这8个因子分别代表了研究区8种元素组合类型的地质体。

以因子载荷大于0.5为标准，来确定因子主元素。分述如下：F1：Pb-Zn-Bi；F2：Mo-As；F3：W-Sb；F4：Sn-Ag；F5：Ni；F6：Au；F7：Cu；F8：Hg。

表2 因子解释原有变量总方差情况Tab.2 Factor explains the total variance of the original variables

表3 正交旋转因子矩阵Tab.3 Orthogonal rotation factor matrix

图2 万第幅水系沉积物地球化学测量元素组合分区图Fig.2 Wandi area elemental combination zoning

3.3 子区边界的确定

分区类型确定后，每个样品采用如下方法确定属于哪种类型。

该方法的依据主要是基于因子得分为标准化数值，因此可以直接进行大小比较。某件样品在因子k中得分值最大，说明该样品在该因子组合类型中占有最大份额，因此该样品被划归为第k类，从而区内n个样品被划分为P个类型。如果把空间位置相邻的同种类型样品划归为一个分区，则可以确定分区的具体位置和范围，从而达到对元素组合进行分区的目的。因此，可以将全部样品所反映的因子分类信息，划归为与因子元素组合类型一致的8个元素组合分区(图2)。

4 各因子分区特征

从图2看出，各因子分区位于研究区的不同位置，各分区内地球化学异常区的元素组合类型、地质概况及成矿特征均表现出一定的规律性。

4.1 F1因子分区

F1因子元素组合为Pb、Zn、Bi，主要分布在研究区西部，东部零星出现，分布面积较大，约为136 km2。因子区内广布白垩纪地层，该因子方差贡献率为26.927%。根据本次水系沉积物测量工作，在研究区内圈定两处以Pb为主元素的综合异常(9号、13号)，其中9号异常Zn为伴生元素，但异常较弱，踏勘未见矿化现象。该区面积较大，推断主要与广布该区的白垩纪地层Pb、Zn、Bi元素的高背景有关，为一岩性因子。

4.2 F2因子分区

F2因子元素组合为Mo、As，呈不规则状零星分布于研究区内，总面积约为44.60 km2。结合元素组合分区图和地质条件分析，这是一组与中高温热液成矿作用有关的元素组合类型，成矿主元素为Mo，As为其伴生元素。区内北北东向断裂构造极其发育，岩性主要为下白垩统水南组和止凤庄组。F2因子元素组合方差贡献率为13.651%，排名第二，本次水系沉积物测量工作在区内圈定2处较好的以Mo为主元素的综合异常(3号、16号)，其中3号异常面积大，伴生元素相关性高。根据前期工作，该异常北部图外约20 km处已发现栖霞市尚家庄中型钼矿床，该矿床为断裂构造控矿，且与3号异常位于同一组北北东向的平行断裂中，显示3号异常较好的钼找矿前景。下一步应加强在该区的钼地质找矿工作。

4.3 F3因子分区

F3因子主要分布在研究区东北部，共计四个区块，面积约33.6 km2。该因子元素组合为W、Sb，方差贡献率为9.079%，出露岩性主要为下白垩统止凤庄组及少量荆山群陡崖组和野头组。本次水系沉积物测量未在该区圈定出W、Sb综合异常，推测该因子主要与广布区内的北东向断裂构造有关。

4.4 F4因子分区

F4因子区块零星分布于全区，元素组合为Ag、Sn，方差贡献率为7.458%。因子区出露岩性主要为上白垩统林家庄组，下白垩统曲格庄组、止凤庄组，断裂构造发育，大部分区块沿断裂构造呈北东向展布。此次水系沉积物测量工作在该分区内未圈定出较好的Ag综合异常。同时，经过踏勘，区内也未见银矿化线索，因此找矿潜力较小。

4.5 F5因子分区

F5因子分布较广，仅东北部区块面积就达41 km2，其他小区块零星分布全区。因子元素组合仅为Ni，与研究区中其他元素没有明显的共生关系。区内主要出露青山群八亩地组的安山岩、玄武安山岩。本次在区内圈定的4号、6号、10号综合异常，主元素为Ni，且均分布于该分区内。三个异常强度普遍较弱，但分布位置基本与青山群八亩地组吻合，推测该因子主要由八亩地组的安山岩、玄武安山岩引起。

4.6 F6因子分区

该因子在工区内零星分布6个区块，均呈长条状展布，长轴方向与北东向、北北西向断裂构造一致。元素组合仅为Au，为区内的重要金属矿化因子。从Au与其他因子的相关性来看，金在其他各因子上的载荷均较小，个别为负载荷，说明金与其他元素没有明显的共生关系，成矿独立性较强。区内有两处金矿化点(图2)，编号为1号和4号，其中1号姜家夼金矿化点为前人勘查发现，4号平兰金矿化点为踏勘检查11号Pb、Ni综合异常时发现，该综合异常区内未见其他矿化。两处金矿化点附近均未圈定出Au异常，其中1号姜家夼金矿化点附近样品Au最高值为1.08×10-9，4号平兰金矿化点附近Au最高值为1.17×10-9，均远低于本次工作Au异常下限(2.50×10-9)，但略高于全区平均值(0.80×10-9)。因此，在F6因子区内，Au元素的相对高值点，即使未达到异常下限，也具有一定的找矿潜力，应在下一步找金工作中引起高度重视。

4.7 F7因子分区

该因子在工区内面积较小，只有东南端和西南端两个区块，总面积约3.8 km2。该因子元素组合仅为Cu，是区内的重要金属矿化因子，从Cu与各主因子的相关性来看，其与研究区中其他元素没有明显的共生关系，表明铜富集具较大的独立性。西南端区块中有前人发现的一处小型铜矿床(编号6)。本次水系沉积物测量在区内圈定四处以Cu为主要元素的综合异常(12号、13号、14号、15号)，但异常面积较小，强度弱，仅具有外带。通过异常查证，新发现两处铜矿化点(编号3和5)。图3为13号综合异常剖析图，由图3可知，这是一个以Pb为主的综合异常，Pb和Zn都具有中带异常，而且Pb异常的面积还很大；其他元素都是只有外带的弱小异常；产出的两个Cu元素异常，也仅有外带；其中峰值为42.5×10-6的Cu异常呈北东向展布(图3)，其范围与F7因子的分布基本上重合(图2)。在嗣后开展的异常查证中，初心是寻找铅锌矿化，结果意外在该铜弱异常区内，发现了3号铜矿点，赋矿构造走向也与Cu异常展布方向一致，整个综合异常区内未见其他矿化。就此推断本区Cu元素在水系沉积物中富集程度较低，应重视弱铜异常的找矿指示作用。测区已知三处铜矿床(点)均位于Cu元素弱异常和F7因子分区的重叠区域中，表明这一现象构成了测区内下一步铜矿找矿工作的重要指示标志。

4.8 F8因子分区

该因子在工区内零星分布，面积约为6.1 km2，因子元素组合仅为Hg。根据本次水系沉积物测量数据，区内Hg数据普遍较低，只是相对的高背景，同时该因子区块均呈北东向条带状，沿断裂带附近展布，因此推测该因子主要与北东向断裂构造有关。

5 应用效果

经查证在F6因子区内，有两处金矿化点(编号1和4，图2、图4～图5)，其中1号姜家夼金矿化点为前人勘查发现，4号平兰金矿化点为踏勘检查11号Pb、Ni综合异常时发现；F7因子区内，存在前人发现的一处小型铜矿床(编号6)，异常查证新发现两处铜矿化点(编号3和5，图2、图6～图7)。

综上所述，F6、F7因子为区内的重要矿化因子，在研究区内找矿中占主要地位。同时显示因子分区与对应元素综合异常或Au相对高值点的重叠区域是找矿的有利部位，具有重要的找矿指示意义，应作为今后重点找矿区域。

图3 13号综合异常剖析图Fig.3 13th comprehensive anomaly analysis

图4 矿化体展布特征(4号金矿化点)Fig.4 Mineralized body distribution characteristics (No.4 gold mineralization point)

图5 黄铁矿化碎裂岩(4号金矿化点)Fig.5 Pyrite fractured rock (No.4 gold mineralization point)

图7 孔雀石化碎裂状砂岩(3号铜矿化点)Fig.7 Peacock petrochemical fragmented sandstone (No.3 copper mineralization point)

6 结论

1)运用R型因子分析，将研究区13个元素组合为8个因子，其元素组合分别为：F1∶Pb-Zn-Bi；F2∶ Mo-As；F3∶W-Sb；F4∶Sn-Ag；F5∶Ni；F6∶Au；F7∶Cu；F8∶Hg。

2)元素组合因子分区将研究区内全部的地球化学统计信息展示在一张图上，更有利于从总体上发现区内的地球化学规律，更好地指导下一步矿产勘查工作。

3)根据元素组合分区工作，可以比较准确地判断区内的主要成矿元素。结合因子区综合异常的分布情况，可以快速准确筛选出有找矿意义的找矿靶区。

4)根据各因子区异常查证成果，研究区Au、Cu、Mo元素为区内的主成矿元素。下一步地质找矿工作，应将综合异常图、单元素异常图和因子分区图统筹考虑，针对主要矿种，加强因子分区与对应元素综合异常或Au相对高值点重叠区域的异常查证工作，尽快实现研究区的地质找矿突破。