老挝沙拉坎金矿土壤地球化学特征及其意义

李 勇侯中健李 敏王春林刘鑫宇李韶昱

（1.成都理工大学地球科学学院；2.四川省地质矿产勘查开发局四〇三地质队）

沙拉坎金矿位于老挝万象省沙拉坎县城北1 km，在矿区以北约10 km处由中资公司发现了大型构造蚀变岩型金矿床——南坡金矿，研究区与南坡金矿处于同一成矿带，具极佳的成矿背景。土壤地球化学是通过研究某些元素在土壤中的分布、富集和变化规律，从而圈定与成矿作用相关的地球化学异常来指导找矿［1］。

传统土壤地球化学测量数据处理方法多以找矿为目的，未深入探讨各元素的共生组合、载金矿物与矿体、矿床间的联系，使已有资料得不到充分地利用。本研究利用相关性分析、因子分析等多元统计方法探讨矿床土壤地球化学特征，通过布设探槽、钻孔对异常进行揭露，为区域内下一步找矿作指导。

1 地质概况

沙拉坎地区位于老挝西部，为中国西南三江墨江被动陆缘构造带在老挝境内的南延，属印支陆块构造单元川圹—巴色地层区，进一步划分的琅勃拉邦岛弧带中，西以琅勃拉邦断裂带为界，东以普雷山断裂为界。区域地层为北东—南西向单斜地层，主要为泥盘系、石炭系、二叠系、侏㑩系、白垩系。该带中岩浆岩活动较弱，中酸性、基性岩均有出露。该带亦是热液型铅锌矿、构造蚀变岩型金矿、岩浆热液型铜金矿床的重要成矿带［2-4］（图1）。

研究区内出露地层由老至新依次为上石炭统南坡组二段（C2n2）、三段（C2n3）、第四系［5］。二段为灰色—深灰色粉砂质板岩夹薄—中层状大理岩、变砂岩等，主要分布于研究区中部、东南部。三段为浅紫红色、灰黄色板岩，板理面可见少量绢云母，新鲜面可见印模特征，主要分布于研究区西部。第四系为坡积层、洪积层断续覆盖。

区内构造发育，主要为脆—韧剪切构造带、F1断层。脆—韧剪切构造带主要表现为裂隙、节理、挠曲等，倾向为80°～140°，倾角为47°～85°，为研究区内主要的含金构造。F1断层在研究区内走向延伸大于3 000 m，宽50～200 m，倾向为272°～335°，倾角为50°～84°，该破碎带内可能赋存小规模的铜锌矿体。

区内印支期中—酸性岩浆侵入活动发育，主要有深成侵入岩（石英闪长岩）、浅成侵入岩（似斑状花岗闪长岩）和脉岩（闪长岩）3类，主要侵位于石炭系南坡组地层中。据岩石全分析结果表，化学成分以SiO2为主，其次为Al2O3，为过铝质岩石，σ值为-0.15～4.90，属钙碱性系列，K2O/Na2O值为0.37～16.68，属陆壳沉积物熔融形成的S型花岗岩类，SiO2—（K2O+Na2O）图解属闪长岩类，SiO2—K2O图解属钾玄岩+高钾钙碱系列，SiO2—AR图解中以碱性系列为主。

2 土壤地球化学异常

2.1 样品的采集与测试

研究区内岩石出露较差、坡积层覆盖较厚，按100 m×40 m网度布置采样点，采样位置无污染、土壤堆积较好。每个采样点按“一点多坑”原则采样，深度控制在30～50 cm，采集无腐殖土、无石块的土壤作为样品。样品过60目样筛，筛下物作为样品装袋。样品测试采用原子荧光光谱法、等离子质谱法，测定分析Au、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、Ag、Fe、Co、Ni、Mn共12个元素作为金矿指示元素。

2.2 土壤地球化学异常下限的确定

为了异常下限值更加准确可靠，采用多重分形法（含量—频数）和传统计算方法共同确定异常下限。多重分形法：在SPSS软件中进行统计分析，采用线性回归法，使含量—频数散点分布在两段线性方程直线上，两段直线的交点所对应的含量值视为背景与异常的分界点，即为异常下限值C0［6］。传统计算方法：首先对分析数据中离群数据进行Xˉ±3S（平均值±3倍标准差）计算，作为上下限迭代剔除，直至无离群点可剔除为止，即所有数据符合正态或对数正态分布，计算出平均值与标准差，再计算出各单元素在区内的富集系数、变异系数。以Xˉ作为背景值，再以Xˉ±2S作为异常下限C0［7-8］（表1）。

注：Au含量单位为×10-9，Fe为×10-2，其余为×10-6。

从表1中可以看出，富集元素（富集系数＞1.5）为Au、As、Pb；较富集元素（富集系数1.5～1.0）为Ag、Sb；变异元素（变异系数0.45～1.0）包括Au、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Mn等。因此，研究区内Au、Pb、As、Sb元素为区内较活跃的元素。

2.3 土壤地球化学异常浓度分带

各元素异常含量浓度分带按异常下限C0的2n倍划分（n=1、2、4），见表2。

注：Au含量单位为×10-9，Fe为×10-2，其余为×10-6。

3 元素组合分析

3.1 相关性分析

为了解研究区各元素之间的相关性，运用SPSS软件对分析数据进行相关性矩阵分析和R型聚类分析，了解各元素间组合间的亲疏关系，最终对元素进行分类（表3、图2）。结果表明，研究区内元素大致可以分为两大类：Co、Mn、Zn、Cu、Fe、Ni和Au、Ag、As、Sb、Pb、Hg。

3.2 因子分析

因子分析是将相同本质的变量归入一个因子，减少变量数目的思路，将大量无规律的数据归结为几个共性因子，从而提取公共因子并确定各元素组合是获取地球化学信息最有效的方法和手段［8-9］。

采用因子分析的数据需通过巴特利特球度检验和KMO检验。巴特利特球度检验是用来判断各变量是否独立，概率值P小于给定的显著性水平α=0.05时，则认为各变量适合做因子分析；KMO检验是度量各变量的相关性，越接近于1，意味着变量间的相关性越强［10］。本次分析的数据，在自由度为66的条件下，水平上达到显著0.000，KMO值为0.739，通过巴特利特球度检验（表4）。

根据R型因子分析处理结果，本次提取了累计方差贡献率大于70%的6个主因子（表5），共解释了12个原始变量，总方差为75.772%。因子分析中正交旋转因子较初始因子的载荷矩阵表达的地质意义更明显，故本次采用正交旋转因子载荷矩阵（表6）来进行区内元素组合。F1代表Cu-Zn-Fe-Mn-Co；F2代表Au-As-Sb；F3代表Ag-Pb；F4代表Hg；F5代表Ni。

3.3 因子讨论

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F1因子的方差贡献率为25.430%，主要分布于F1断层破碎带附近，具破碎带控矿特征。Cu、Zn、Fe均为中低温亲硫元素，活动性比较强。成矿流体来源可能分为2种：一种热卤水体系，另一种来自下地壳、上地幔流体。其中，热卤水主要来自大气降水、地下水下渗形成，在环流过程中溶滤、萃取了Cu2+、Zn2+、Fe2+以及还原性质的硫。在深大断裂的热动力驱动下，有机质热分解产生强还原性物质如CH4、SO2-4，随后发生氧化还原反应生成S2-（CH4+SO2-4→S2-+CO2+2H2O），运移到有利的容矿空间（破碎带、裂隙）与含有还原成分的热卤水反应生成大量金属硫化物，形成矿体；另外，下地壳、上地幔流体中金属元素和硫元素以配合物形式存在，当流体沿着裂隙空间上涌时，因四周压力快速下降，导致热液中的CO2、H2O等气体逸出，金属元素和硫浓度增加，原物理化学环境被打破，Cu2+、Zn2+、Fe2+与S2-以金属硫化物形式沉淀析出，充填于破碎带、裂隙中［11］。因此，地表铁帽带是研究区内铜、锌矿体最直接的找矿标志。

F2因子方差贡献率为16.926%。主要分布于研究区西部脆—韧剪切带中。Au、As、Sb元素在研究区内富集系数均大于1，且平均值、标准差较高。As与Sb为同族元素，化学性质相近，为典型的低温热液成矿指示元素组合［12］。在破碎带蚀变岩型、微细浸染型金矿床中，Au与高丰度的As、Sb等元素相伴出现，其富集程度往往与黄铁矿、毒砂、雄黄、辉锑矿等的含量呈大致的正相关性。As、Sb阴离子团是金的最佳萃取剂，会在热液中呈数量级倍数萃取矿源层中较高丰度的金，大大提高金的溶解度，从而使矿源层中的金被活化转移。随着温度、总硫活度和压力等物理化学环境的改变，引起含金络合物分解→卸载→沉淀，形成各种规模金矿床［13］。研究区西部褐铁矿化可以指示金矿脉的存在，As、Sb含量亦可判断金的富集程度。

F3因子方差贡献率为13.173%，Pb、Ag为中温元素组合，主要为铅硫化物矿化异常因子，分布面积小，与矿床内中温热液和构造活动有关。其中Pb主要以方铅矿形式存在。

F4、F5因子方差贡献率分别为10.584%、8.871%。各元素形成独立因子，说明二者在成矿热液中未能与Au、Cu主成矿元素一同发生迁移，表明二者关系并不密切，因子独立出现，从侧面反应了热液活动是多期次的。

4 异常特征

4.1 主要单元素异常特征

Au与As异常在研究区发育最广，分布区域不受岩性控制，异常呈不规则椭圆状、三带发育、浓集中心明显，形态基本相当。Au异常值为（25～831）×10-9，As异常值为（35～1 827.94）×10-6。相比Au、As异常，Sb异常规模相对较小，但出露范围基本分布于Au、As异常中。Cu、Zn、Fe异常呈带状分布于F1断裂破碎带附近，少部分在Au、As异常中有重叠。其余元素异常基本为单点状，规模较小。

4.2 综合异常特征

综合异常圈定方法以多元素重叠出现为标准，可以分为两大类，Au-As-Sb和Cu-Fe-Zn-Mn-Co多元素组合。在圈定过程中以Au为主元素，在东南部异常组合中结合Cu、Zn元素考虑异常的综合，共圈出15个异常。HS-01～HS-14异常主要以Au、As、Sb元素为主，基本呈不规则椭圆状、异常三带发育、浓集中心明显；Au、As异常形态基本相当，套合度较好。HS-15综合异常由10种元素单异常组成，各单元素异常呈不规则状，总体呈近北东向展布，其中Cu、Zn异常三带发育、强度高、浓集中心明显，形态基本相当，套合度好。该组合异常具有典型的高、大、全矿致异常特征，多元素异常重叠说明成矿作用的多期次性。

4.3 异常查证

对研究区内圈定的综合异常进行了查证工作。主要采用地质测量、槽探等手段。根据已知金矿体的出露特点，以Au、As、Sb元素异常为主，重点针对三级异常浓集带进行解剖。在HS-01～HS-06异常中发现10条金矿体群，共51条金矿体（图3）。

矿体主要受北东向脆—韧性剪切带控制，少数矿体受次级构造影响呈近南北向分布。断续形成复脉状、透镜状，并有分支复合、尖灭再现的现象。含矿岩石主要为蚀变石英闪长岩、砂板岩等，矿物组合为褐铁矿、黄铁矿、毒砂、石英。矿化蚀变为硅化、褐铁矿化、碳酸盐化（图4）。

通过镜下鉴定，并统计相关矿物颗粒进行分析得出，该矿石中金属矿物约占11%，非金属矿物约占89%，金属矿物主要为黄铁矿、毒砂，其次还有少量的黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿等，黄铁矿与毒砂、硫铁矿等共生关系密切，常出现连晶或包裹现象。非金属矿物主要为石英、长石、角闪石等。金矿物原始赋存状态主要为裂隙金、单体解离金、包裹金，ω（黄铁矿裂隙金、包裹金）∶ω（单体解离金）∶ω（毒砂裂隙金、包裹金）=5∶3∶2。因而，黄铁矿、毒砂为研究区主要的载金矿物。

5 结论

（1）以沙拉坎金矿为例，就大比例尺小范围内开展土壤地球化学测量，利用传统统计方法和多重分形法确定异常下限，再利用因子分析划分的元素组合类型，可以更清晰地划分出元素间共生组合的关系。

（2）通过元素相关性分析和因子分析，区内为Au、Cu 2种主成矿元素，其中Au与As、Sb相关性好，Cu与Zn、Fe相关性好。Au、Cu 2种主成矿元素相关性差，表明区内成矿多期次性、复杂性。As、Sb为金矿的指示元素，推测为中低温构造蚀变岩型金矿；Fe为铜锌矿的指示元素，推测为破碎带型铜多金属矿床。

（3）研究区东部地表铁帽带是铜、锌矿体最直接的找矿标志；西部脆—韧剪切带中褐铁矿化可以指示金矿脉的存在，As、Sb含量亦可判断金的富集程度。

（4）本次研究明确了研究区内找矿方向，在异常圈定的范围内发现10条金矿体群，说明土壤地球化学测量在区内找矿是切实可行的。