苏尼特左旗达布苏图地区土壤地球化学特征及异常评价①

刘学亮

中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院，内蒙古 呼和浩特 010020

土壤地球化学测量能有效地圈定找矿远景区，是地质找矿中卓有成效的勘查手段[1]。内蒙古苏尼特左旗达布苏图地区位于半干旱草原区[2]，是土壤地球化学测量的有利区域。研究区面积 54.61km2，地理坐标为：E 112°11′12″～112°14′57″，N 44°48′13″～44°54′11″。2003 年内蒙古地质调查院在研究区内完成了 1∶20万区域化探扫面工作，圈出了单元素异常和综合异常。2008年河南省第三地质矿产开发院在研究区内圈定了4个1∶5万化探综合异常（图1b）。2012年，内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院在研究区南西30km处发现一中型钨钼矿床。2015年，中化地质矿山总局内蒙古地质勘查院对研究区进行了1∶25000土壤测量及地质填图工作，目的是查证区（矿）调工作中发现的异常，从而缩小找矿靶区。笔者以土壤测量工作为基础，对研究区的成果数据进行了分析，总结了研究区成矿元素地球化学特征及元素组合类型，为研究区找矿提供了方向。

1 研究区地质概况

1.1 地质特征

研究区内出露的地层由老到新主要为：古生界中下泥盆统泥鳅河组（D1-2n），岩性为上部灰-灰绿色变质不等粒硬砂岩、灰黄色变质长石石英砂岩及变质粉砂岩，下部灰绿-深灰色变质不等粒长石硬砂岩、灰绿色变质砂岩；新生界新近系上新统宝格达乌拉组（N2b），主要岩性为砖红色泥岩夹含砾粗砂岩（图 1a）。其中泥鳅河组地层在研究区分布最广。侵入岩较发育，主要为早石炭世肉红色中细粒似斑状黑云母正长花岗岩（C1ξγβbzx），出露于研究区南部，侵入泥盆系(D1-2n)中，局部隐伏于地层之下；早石炭世浅肉红色中粗粒黑云母正长花岗岩(C1ξγβzc)，出露于研究区西部，面积较小，被新近系上新统宝格达乌拉组覆盖。研究区内脉岩较多，主要集中于南部，主要有石英脉（q）、花岗斑岩脉（γπ）、花岗细晶岩脉（γι）、花岗伟晶岩脉（γρ）、石英钠长斑岩脉（λπ）、正长花岗斑岩脉（ξγπ）。研究区内断裂构造发育，在华力西晚期地壳收缩体制下，发育在晚古生代陆缘增生带上的，呈北东向、北西向展布的两组断层。北西向断裂以正断层为特征，北东向断裂以逆滑移为特征。研究区中部存在一北东向张性断裂，倾向西北，倾角60°～70°。破碎带宽15m左右，具碎裂岩，糜棱岩，局部可见滑动及断裂特征，具断裂角砾岩及擦痕等特征，同时断裂中伴有 Au矿化。该断裂具多期活动的特点，产于泥盆系泥鳅河组[3]。研究区主要蚀变有褐铁矿化、绿泥石化、孔雀石化、高岭土化。其中与矿化关系比较密切的蚀变，主要为硅化、褐铁矿化、孔雀石化。

图1 区域地质矿产、化探综合异常矿产图Fig.1 Comprehensive abnormal mineral map of regional geology、geochemical exploration

2 样品采集与测试

研究区地球化学景观属于半干旱草原区[2]，水系不发育，故采用土壤地球化学测量。土壤测量工作严格执行地球化学普查规范[4]（DZ/T 0011-2015），所有采样点预先布置在1∶2.5万地形图上，本次采样采用自由网，在1∶2.5万地形图上将一平方公里四等分，等分之后的每一个格作为一个采样大格，并命名大格号（如大格号命名为 29），然后再将该大格号四等分，每一个小格分别命名a、b、c、d；假如a小格采了第一个样，则命名29a1，依次类推。采样点样品间距一般80～100m，发现矿化蚀变的地区可以适当的加密。但在新近系覆盖区则可放稀到200～250m。

GPS定点误差在5m以内，在基岩不发育地区，样品采集在B层土壤的下部，必须穿过淋滤层、钙积层；在基岩发育区，则采集残坡积物或残积物即可。现场样品采集重量不少于300g，保证过筛后不少于160g。截取-4.75～+0.850mm混合粒级作为正式样品。

样品分析测试由内蒙古国土资源勘查开发院化验室承担，加工至0.0750mm后采用ES-光谱定量分析法测定：Pb、Mo、Sn、Cu、Ag、Zn、Mn。AFS-氢化物发生-原子荧光光谱法测定：As、Sb、Bi。HES-化学光谱法测定痕量 Au。POL-极谱法测定W。各元素分析质量见表1。

由表1可看出，本次样品化验工作符合规范要求，结果准确，满足分析质量要求。

表1 研究区元素分析质量参数表Table 1 Parameters of elemental analysis quality in study area

3 数据处理

研究区化验数据主要由新疆金维软件及SPSS处理完成，对研究区土壤化验数据进行离群点（最高值、最低值）的迭代处理，以大于X+3S或小于X-3S的值依次进行迭代，直至无离群数值可剔除为止，形成背景数据集，求出平均值、标准离差、变化系数。研究区各元素异常下限以研究区元素平均值加 2倍标准离差（X+2S）为界，浓度分带以“异常下限×2n”为界，其中n=0，1，2，3····来圈定。

4 土壤地球化学特征

4.1 元素参数统计特征

富集系数及变化系数所表现出的元素分散贫化、集中富集，可以直观反映区内地层、构造、岩浆岩及矿产地的地球化学特征[5]。笔者对区内3307件样品数据进行了分析（图2，表2）。

研究结果表明，与地壳克拉克值[6]对比，区内相对富集 Pb、Mo、Ag、As、Sb、Bi、W，其余元素低于地壳克拉克值。与半干旱草原区平均含量[2]对比，相对富集的元素有 Au、Cu、Sn、Ag、As、Sb、Bi、W，富集系数大于1，其余元素与半干旱草原区平均含量值相近。

变化系数反映元素变异程度，其值越大，说明元素在地质体中不均匀分配越强烈，找矿潜力越高，变化系数大于 1的元素有 Cu、Sn，变化系数大于1.5的元素有Au、Mo、Ag、As、Sb、Bi、W。

图2 元素富集系数及变异系数频谱图Fig.2 Spectrum diagram of element enrichment coefficient and variation coefficient

表2 研究区土壤元素含量特征值Table1 Elements characteristic value of soil in study area

4.2 多元统计分析

元素间相关系数反映在地质作用过程中元素之间的相关程度，正相关表示两个元素在成矿过程中共同带入或带出，或在同一个空间上富集；负相关则表示在成矿过程中一个元素带入时而另一个元素被带出，或富集的空间位置相反[7]。研究区元素相关性见表3。

表3 研究区元素相关系数矩阵Table 3 Correlation coefficient matrix of elements in study area

由表3由可看出，相关系数最高的是W与Mn，达到0.501；其次是Cu与Sn，相关系数为0.46；Cu与Zn为0.18；Cu与Ag为0.17；Ag与Zn为0.13；均呈正相关。其余元素相关性较差。

利用R型聚类分析法对12个元素进行异常组合研究，R型聚类分析将12种元素分为3个组群和3个亚群（图3），具体如下：

图3 研究区元素聚类分析Fig.3 Elements cluster analysis pedigree of study area

第一组群（Mn、W、Pb、As、Cu、Sn、Bi、Zn、Ag）为亲铁、亲铜族元素。其中第一亚群为Mn、W，相关性最强，其高值区分布显示与灰绿色中细粒变质硬砂岩与深灰色中粗粒变质长石石英砂岩互层中的硅化蚀变带有关。第二亚群为Pb、As，是一组典型的中-低温热液元素组合，其高值区与石英脉有密切关系。第三亚群为 Cu、Sn、Bi、Zn、Ag，是一组典型的中-高温热液元素组合，其高值区分布与脉岩有关。

第二组群Mo元素表现为单变量，与其他元素相关性较差，说明Mo元素为独立成矿期。

第三组群（Au、Sb）为一组低温热液元素组合。

因子分析是多元统计中常用方法之一，利用因子分析能够比较有效地对地质作用中的元素组合进行分类或分组，为从整体上认识研究区的地质地球化学特征和找矿规律提供了线索[8]。因子分析的主要目的是将具有相近因子载荷的各个变量置于一个公共因子之下，正交旋转因子载荷矩阵比初始因子载荷矩阵更具合理性和可解释性[9]，因此，本文首先选取总特征值大于1的因子进行提取（表4），可选取6个主因子，这6个主因子共解释了原有12个变量总方差的64.777%，旋转前后总的累计贡献率没有发生变化，表明因子分析效果较好。从而得到研究区元素的正交旋转因子载荷矩阵（表5）。方差极大旋转法是以把理论端元组分围绕原点旋转而成的，但是由于端元组分的不确定性及空间位置的影响，方差极大旋转法并不能完全表征实测变量的地质意义[7]。因此为了使结果更加贴近实际，本文又采用了斜交因子矩阵的计算方法，从而使计算的结果更加具有地质意义。从计算得出的斜交因子模型矩阵（表6）来看，和正交因子分析的结果大致相同，但是斜交因子结构更加简单，更能代表地质实际情况。

表4 R-型因子分析特征值和累计方差贡献率Table 4 R-type factor analysis of eigenvalue and cumulative variance contribution rate

表5 正交旋转因子载荷矩阵Table 5 Orthometric rotation factor loading matrix

表6 斜交因子模型矩阵Table 6 Oblique factor matrix of elements

在旋转因子三维空间载荷分布图中（图 4），变量载荷集中于三个因子（主成分）中，三个因子相互垂直，构成一个立体空间，根据各变量在不同因子的载荷大小在该空间进行投点，结果显示投点有4个集中分布群。

图4 旋转因子三维空间载荷分布图解Fig.4 3D load distribution diagrams of rotation factor

从表5、表6及图4中我们可以看出：第一主因子（F1）由 Cu、Sn、Bi元素组成，其中在F1因子上载荷最大的是Sn元素，Cu元素次之，Bi元素最小。成矿因子的方差贡献占总因子贡献的 13.271%，为研究区占主要地位的因子，应该代表着热液成矿作用阶段。元素组合属于中-高温金属元素组合，表现为亲硫性，Bi元素由于其迁移能力较弱，为致晕异常的元素，因而可能代表着矿体尾部或成矿作用晚期阶段的产物。且三元素之间具有明显的正相关，Cu、Sn元素间的相关系数较大（0.461），因而认为F1因子是研究区寻找热液型矿床的有利的元素组合。

第二主因子（F2）由Mn、W元素组成，这两个元素在F2上的载荷均很高，其方差贡献占总因子贡献的 12.873%，与第一主因子（F1）相差不大。W、Mn均为亲铁元素，是一组典型的高温热液元素组合。

第三主因子（F3）由 Pb、As元素组成，其成矿因子的方差贡献占总因子贡献的 10.397%，二者均为亲铜元素，其中Pb在表生条件下不易迁移，而 As为第Ⅴ主族元素，属低温半金属两性元素，迁移能力较强，可作为前缘指示元素。这二者的组合说明其代表的地质背景较为复杂。

F4主因子元素为Au、Sb，其成矿因子的方差贡献占总因子贡献的9.980%，代表了一组低温热液元素组合。

F5主因子元素为Mo，其成矿因子的方差贡献占总因子贡献的9.461%，从Mo与各主因子的相关性来看，Mo在各因子上的载荷相当小，表明Mo富集具有较大的独立性。

F6主因子元素为Cu、Ag、Zn，其成矿因子的方差贡献占总因子贡献的8.794%，同时在因子载荷矩阵表上可以看出Cu元素同时在F1上具有一定的载荷，说明 Cu元素活动的历史较长，其异常较为复杂。

综上，F1、F2因子对原始变量提供的贡献最多，结合聚类分析和相关性分析认为，F1、F2因子是对成矿最有利的元素组合，因此认为研究区有形成铜钨多金属矿的潜力。

5 异常评价与验证

5.1 异常评价

研究区共圈定出5个综合异常（AP1-AP5）。

本文利用异常元素的异常规模总值 NAPˊ（NAPˊ=ΣNAPAu+NAPAg+···，NAP=衬度×面积，衬度=均值/异常下限）、异常元素组合、异常面积及地质成矿条件对各综合异常进行评价打分排序。各综合异常评序要素见表7。

表7 各综合异常评序要素表Table 7 Review sequence elements of every comprehensive anomalies

各指标评分标准如下[10]：

（1）将各综合异常NAPˊ值最大者定为6分，按综合异常NAPˊ值由大到小排序，依次减1。

（2）将综合异常面积最大者定为6分，按面积大小排序，依次减1。

（3）异常主要成矿元素 Au、Ag、Cu、Sn、W、Mn及指示元素Bi、Sb齐全者为8分，少一个元素扣1分。

（4）地质背景定为6分：具备有利的含矿、控矿构造者为2分，处于有利的接触带位置为2分，矿化蚀变组合较好者为2分，根据各异常具体情况打分，酌情扣分。

各综合异常评序结果见表8。由综合异常评序结果表可看出，AP5评分最高，AP2、AP4次之。

表8 各综合异常评序结果表Table 8 Review sequence of every comprehensive anomalies

5.2 主要异常特征解释

AP2异常区位于研究区中北部，异常近南北走向，综合面积约3.42km2。该异常与1∶5万土壤测量HT13-乙3综合异常对应，主要分布在中下泥盆统泥鳅河组灰绿色中细粒变质硬砂岩与深灰色中粗粒变质长石石英砂岩互层（D1-2nmss+D1-2nmfq）、深灰色中粗粒变质长石石英砂岩（D1-2nmfq）中。

异常主要以W、Sb、Mn、As、Au、Cu为主。由元素组合及规模来看，该异常主成矿元素为Au、Sb、W、Mn，其中Au、Sb元素为低温元素，W、Mn元素为高温元素，前缘元素Sb的富集说明该异常受多期次的热液活动影响（表9）。

表9 AP2异常参数Table 9 Parameters of AP2 geochemical anomalies

其中W元素面积最大，Au、Sb、W、Mn元素浓度分带均为四级，最高值分别为 300×10-9、500×10-6、91.48×10-6、10000×10-6，Mn 元素达矿化级别。该异常元素套合较好，异常规模较大，具有较好的找矿前景。

AP5异常区位于研究区西南部，异常形态呈不规则状，该异常内存在一铜矿（化）点，与1∶5万土壤测量HT35-甲3-2综合异常对应，异常重现性较好，走向近东西。该异常综合面积约3.12km2。出露的地层主要是中下泥盆统泥鳅河组深灰色中粗粒变质长石石英砂岩（D1-2nmfq），南部为侵入岩，岩性为肉红色中细粒似斑状黑云母正长花岗岩（C1ξγβbzx），在异常区内有多条正长花岗斑岩脉（ξγπ），异常所处地质环境较为有利。元素组合为 Cu、Sn、W、Bi、Ag、Au（表10）。该异常是一组中-高温元素组合，异常中Sn元素面积最大，Cu元素次之，浓度分带均为四级，极值分别为 100×10-6、1000×10-6，Ag、Cu、Sn元素浓集中心套合良好，找矿方向为热液型Cu、Sn等金属矿产。

表10 AP5异常参数Table 10 Parameters of AP5 geochemical anomalies

5.3 异常查证

利用三条1∶5000综合剖面对AP2异常浓集中心进行了查证，剖面走向 90°。经地质测量，在该异常内发现一条硅化蚀变带，走向近南北，地表断续出露长约400m，最宽处约60m，贫富不均，褐铁矿化、硅化强烈。经地表拣块化验分析，Mn含量最高值为22.88%，达边界品位。

经土壤地球化学测量结果显示，异常元素重现性及连续性较好（图5）。异常连续280m（160点～190点之间），在点166/ZP13出现Mn、W、Sb 极值，分别为 10000×10-6、302.08×10-6、20.06×10-6。在点 176/ZP14出现 Mn、W 极值，分别为 7330×10-6、215×10-6，在点 176/ZP15 出现Mn、W 极值，分别为 10000×10-6、397.8×10-6。

由于施工受当地居民阻拦，工作无法进行，只对AP2异常进行土壤测量，其他异常未能进行异常查证。AP2未施工物探工作，故硅化蚀变带的深部情况未能了解。

图5 AP2 地化剖面图Fig.5 Geological and geochemical section of AP2

对AP5异常进行概略性检查，在异常高值点附近发现了孔雀石，局部伴有褐铁矿化。在露头处采样，经化验分析Cu最高含量为0.56%，达边界品位。通过对AP2、AP5的异常查证可知，土壤地球化学测量能够有效反映地表附近矿化情况，圈定的找矿范围及判定的主要矿种是准确的[11]。

6 结语

（1）无论是相对地壳克拉克值、还是相对半干旱草原区平均含量，研究区富集的元素有Ag、As、Sb、Bi、W，研究区南西约 30km处发现一中型W、Mo矿床，通过化探异常类比，大致可推断出研究区具有形成热液型矿床的潜力。

（2）研究区是半干旱草原区，出露较差，通过土壤地球化学测量圈定的单元素异常及综合异常为研究区的找矿指明了方向。如 AP2中 W、Mn、Sb异常带、AP5中Cu、Sn异常带，在浓集中心均发现了矿（化）点，且矿（化）点矿种与土壤测量主要异常元素一致。

（3）研究区位于少数民族聚居区，由于文化差异及之后出台的环境保护政策，该项目只完成了地质填图、土壤测量的工作。故未能在AP2、AP5异常区中的浓集中心处动用山地工程，从而无法进一步研究矿（化）体的产状及深部情况。