内蒙古额济纳旗梧桐井南多金属矿区土壤地球化学特征及找矿预测*

商振城 罗先熔 李 超 张文博 汤国栋 赵欣怡

（1.桂林理工大学地球科学学院;2.桂林理工大学隐伏矿床预测研究所）

梧桐井南多金属矿区位于额济纳旗马鬃山苏木楚伦呼都格东南约24 km 处。2006年，内蒙古自治区第八地质矿产勘查开发院对该地区进行普查；2010—2012 年，河北省区域地质矿产调查研究院对该地区进行区域矿产地质调查，发现1 处铜矿点［1-2］；2013—2014 年，中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队开展野外地质勘查工作，发现该地区为矽卡岩型铜矿床。

自20 世纪60 年代以来，土壤地球化学测量在矿产勘查中发挥着重要的作用［3-5］。据前人研究，在该区变质中—细粒黑云石英闪长岩侵入北山群第一岩组的外接触带存在矿化蚀变特征，成矿条件较好［6-7］。在充分收集勘查区已有地质、矿产、地球物理、地球化学等资料的基础上，采用1∶10 000 土壤测量方法结合地质成矿条件，对研究区的成矿远景及找矿潜力作出综合评价，从而圈定出可供进一步工作的找矿靶区，供深部工程验证达到寻找隐伏矿目的。

1 研究区地质概况

该区域在大地构造位置上位于哈萨克斯坦板块和塔里木板块交界处，主要经历了早古生代奥陶纪至早石炭世拉张—俯冲—闭合—碰撞—造山的演化过程，岩浆侵入作用强烈［8］（图1）。

区内出露地层主要有古元古界北山群（岩性为石英岩、石英二长岩、片岩、片麻岩、钠长岩），白垩系下统赤金堡组（K1c）（岩性为粉砂质粘土岩、长石砂岩、夹砾岩、泥灰岩），第四系冲洪积物层（Qhpl）［9-10］。

研究区内构造活动较弱，仅研究区外北东向存在1 条断裂，断层走向为270°～275°，倾向为0°～5°，倾角不明，破碎带宽50～60 m。

该区岩浆活动强烈，主要为侵入活动，侵入岩体分布于研究区中北部，由早到晚依次出露早志留世、中泥盆世侵入岩［11］。早志留世侵入岩分布较广，主要分布于研究区西部、北部和东南部，根据岩性特征划分为3个序列，由老到新依次为变质中细粒黑云石英闪长岩（S1βδο）、变质中细粒黑云花岗闪长岩（S1βγδ）、变质中细粒含黑云二长花岗岩（S1βηγ），呈岩基状产出，侵入岩长轴走向为北西西向—近东西向，侵入古元古界北山群［12］。泥盆世侵入岩为中细粒正长花岗岩（D2ξγ），该岩类侵入体规模较小，多呈岩滴及枝脉状产出，侵入体长轴定向不明显，主要侵入古元古界北山群，被早志留世侵入岩侵入［13］。研究区内北山群第二岩组（Pt1B2）与北山群第一岩组（Pt1B1）整合接触处可见矽卡岩化，该矽卡岩化带宽5～8 m，延伸长约700 m，伴有褐铁矿化，是成矿有利部位。

2 元素地球化学特征

2.1 土壤地球化学样品采集与测试方法

在前人工作的基础上采用100 m×20 m 的测网网度，进行1∶10 000 的土壤地球化学测量，实际定点采用GPS 导航定点，共采集样品1 521 个，均采集20～30 cm深度的B层土壤。

完成野外采样检查验收后，样品分析由国土资源部呼和浩特矿产资源监督检测中心承担。采用等离子体质谱法（ICP-MS）分析 Cu、Ni、Co、Cr、Pb、Sn、Zn、Mo、W、Sb 等10 种元素，采用氢化物发生原子荧光光谱法（HG-AFS）分析As 元素。分析样的检出率为100%，密检合格率在85%以上，测试数据准确可靠，可供使用。

2.2 单元素数据特征分析

以研究区内土壤地球化学测量的11种元素原始数据为研究对象，计算出各元素的均值（X）、标准偏差（S）、变异系数（Cv）等参数。其中，Cu、As、W 的变异系数〉1.2，在空间上呈强分异分布；Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sn、Sb、As、W的富集系数〉1，其中，Co、Zn、Sb、As、W 的富集系数〉2，在该地区富集程度很高。Cu、Zn、Sb、W、As、Pb 的浓集系数〉1，W、As 的浓集系数〉2，这2种元素浓度相对含量较高，有成矿潜力［14］。研究区与梧桐井地区元素丰度相比，Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sn、Sb、W、Pb、As的相对富集。另外，在研究区周围已发现下勒淘来铜多金属矿床，为小型矽卡岩型矿床，目前处于正在开采阶段，可认为Cu为该地区成矿有利元素，W、As也具有成矿潜力。

2.3 R型因子分析

本研究对土壤地球化学数据进行R 型因子分析［15-17］，根据相关性将11 种元素进行分组，从而研究成矿元素迁移、富集成矿等成矿特点。

通过 KMO 检验，KMO 值为 0.706，大于 Kaiser 给定的判别标准0.6，因此，认为这批数据相互之间有关联，可以做因子分析来对元素进行分类。选用因子分析法，特征值〉1 且累计贡献率为71.492%（表1），以绝对值大于0.5 的因子载荷为标准，提取出4 组因子（表2）。

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F1因子（Cr-Co-Ni）方差贡献率为24.304%，三者同为高温元素，是幔源高温元素的典型代表，反映该区域有超基性、基性侵入岩浆活动。F2因子（Cu-Zn-Mo-Pb）方差贡献率为18.102%，Cu、Zn、Mo、Pb 为矽卡岩矿床成矿元素，与研究区矽卡岩出露处相对应［14］。F3因子（Sn-W）方差贡献率为16.852%，Sn 和W 均为矽卡岩矿床早期成矿元素，进一步证明Cu 元素的形成与中酸性岩浆热液侵入有关。F4因子（Sb-As）方差贡献率为12.235%，As 和 Sb 是亲铜元素，同时也是矽卡岩矿床晚期成矿元素。通过矿区地质图可看出该地区主要是受中酸性岩浆侵入影响，结合前文土壤地球化学数据特征情况可知，Cu 为主成矿元素，W、Sn元素也应重视。

2.4 元素及元素组合异常圈定

通过SPSS 25 软件，采用衬度异常法求取异常下限，首先通过绘制箱型图，剔除极值，求取算数平均值和标准差，计算单元素的异常下限值：

式中，T为异常下限，C0为背景值，S为标准差。

计算出单元素下限，以背景值加上3倍、4倍标准差的值计算异常中带、内带。

计算元素组合异常下限，首先将单元素进行无量纲化，求出衬度值，衬度值计算公式：衬度值=原始数据/背景值。得到各元素衬度值后，将F1（Cr-Co-Ni）、F2（Cu-Zn-Mo-Pb）、F3（Sn-W）和F4（Sb-As）组内元素的衬度值进行累乘组成多元素衬度数据集，采用衬度异常法求取异常下限值、中带、内带（表3），利用mapgis软件成图（图2）。

注：元素单位为10-6。

（1）Cu 元素异常特征。分布在研究区北部，发育较好，规模大，分布分散，最大值为1 080.2×10-6，最小值为6×10-6，最大值是最小值的180 倍，规模较大发育较好的异常有3处（图2（a））。1号异常位于古元古界北山群第一岩组，与闪长岩脉关系密切，浓集中心明显，且异常内、中、外带明显且闭合；2 号异常规模最大，有3个浓集中心，位于研究区中部偏北，发育矽卡岩、石英脉岩、二长花岗岩，受热接触变质作用影响明显；3 号异常位于研究区东北方向，受早志留世变质中细粒黑云石英闪长岩接触带控制，异常有向东北延伸趋势。

（2）W 元素异常特征。分布在研究区北部，最大值为1 006.14×10-6，最小值为0.4×10-6，最大值是最小值的2 515 倍，发育较好的异常有3 处（图2（b）），1号异常位于研究区西北部，浓集中心明显，且呈串珠状分布，异常向西北方向延伸；2号异常位于古元古界北山群第二岩组、下白垩统赤金堡组和第四纪全新统，异常分布与该处发育矽卡岩化带相吻合；3号异常位于东北部，受早志留世中细粒黑云石英闪长岩控制，与Cu的3号异常吻合，异常向东北方向延伸。

（3）As 元素异常特征。集中分布在古元古界北山群第二岩组，位于研究区西北方向（图2（c）），最大值为369.2×10-6，最小值为0.5×10-6，最大值和最小值的倍数是738，发育较好的异常有1处，异常位置与早志留世变质中细粒含黑云二长花岗岩吻合，异常浓集中心明显，内、中、外带明显且闭合。

（4）F1（Cr-Co-Ni）异常特征。主要分布在研究区北部的古元古界北山群、第四纪全新统（图2（d）），浓集中心明显，分布位置与Cu元素相吻合，集中在辉长闪长岩脉、闪长岩脉、二长花岗岩脉等脉体出露处，受中酸性侵入岩浆控制。

（5）F2（Cu-Zn-Mo-Pb）异常特征。分布范围（图2（e））与F1大致相同，在研究区中部偏北的古元古界北山群、第四纪全新统，与Cu 分布位置吻合，说明Cu处于主导地位，为主控元素。F2-1 异常范围与Cu 的1 号异常相当，有闪长岩脉出露，F2-2 异常分布与Cu的3号异常大致相同，受矽卡岩控制。F2-3与Cu的3号异常位置大致相同，受二长花岗岩影响，异常带明显向东北方向延伸。

（6）F3（Sn-W）异常特征。主要位于研究区北部和东北部（图3（f）），异常三级浓度分带清晰，浓集中心明显。异常分布明显，与W 元素大致相同，受中酸性岩浆侵入控制。

（7）F4（Sb-As）异常特征。主要位于研究区西北方向（图3（g）），浓集中心呈串珠状分布，内、中、外异常浓度分带完整，位于古元古界北山群第三岩组，与早志留世变质中细粒黑云花岗闪长岩侵入位置相吻合。

综上，Cu、W、As 异常主要受中酸性岩浆侵入影响，异常有明显的分带性，分布位置以侵入岩体为中心向周边扩散。Cu、W 异常范围大致相同，沿出露中酸性岩体分布，主要分布于研究区中部及北部。As异常分布与Cu 和W 不完全重合，主要分布于黑云花岗闪长岩附近，主要同样受侵入岩体控制。F1、F2和F3异常套合较好，F4与As 异常重合。综合元素及元素组合异常在空间位置的分布，表明该区成矿作用主要受中酸性侵入岩控制。

3 靶区预测

通过分析土壤地球化学元素因子得分、各元素套合情况和研究区地质成矿特征等因素，共圈定4个成矿靶区（图3）。

WTJ1 靶区位于研究区西北方向，靶区异常面积约为0.36 km2，区内有矽卡岩和二长花岗岩出露。Cu、W 元素在此处均有异常且分布大致相同，主要受中酸性热液侵入影响。F1、F2组合因子异常套合较好，分布于矽卡岩的出露处，矽卡岩接触带是形成铜矿床的有利地带，因此，该靶区有较大Cu 矿成矿潜力。

WTJ2 号靶区分布在研究区中部，出露于古元古界北山群第一岩组和第四系洪冲击物地层，异常面积约为0.37 km2，F2、F3、W、As元素异常套合较好。鉴于该地区有第四系洪冲击物地层出露，该地区异常可能受中细粒黑云石英闪长岩影响，W、Sn 元素在该区域有较大成矿潜力。

WTJ3 号靶区分布在研究区东北部，出露第四系洪冲击物、古元古界第三岩组地层，异常面积为0.45 km2，F2、F3、Cu、W、Sn 元素异常套合较好。靶区内有中泥盆世中细粒正长花岗岩侵入，可能形成Cu、W、As多金属矿体。

WTJ4 号靶区分布在研究区西南方向，出露于古元古界北山群第一岩组和第四系洪冲击物地层，异常面积约为 0.73 km2，F2、Cu、W 元素异常套合较好。靶区内有中细粒黑云石英闪长岩和二长花岗岩出露，预测可形成Cu和W多金属矿化体。

4 层次分析法评价靶区

层次分析法（AHP）是结合定量分析与定性分析，将与靶区有关的因素分解成目标层、准则层、方案层，在此基础上进行主观经验与客观经验的量化，对要评价单元进行打分判断比较，该方法具有系统、灵活、简洁的优点。

本文目标层为最优靶区，在已圈出的4个靶区中找出最有潜力成矿靶区；准则层为变量，以14个变量作为评价靶区的标准；方案层为圈定的4个靶区。

选择以下14 个变量作为找矿标志：ɑ1（岩体），ɑ2（地层），ɑ3（构造），ɑ4（Cr），ɑ5（Co），ɑ6（Ni），ɑ7（Cu），ɑ8（Zn），ɑ9（Mo），ɑ10（Pb），ɑ11（Sn），ɑ12（W），ɑ13（Sb），ɑ14（As）。

通过构建专家判断矩阵、变量权重排序、一致性检验等计算步骤后，得出成矿有利度判断结果：WTJ1靶区是有利成矿区，WTJ2 靶区和WTJ3 靶区成矿较为有利，WTJ4靶区成矿有利度较低。

5 结 论

（1）通过对梧桐井南地区开展1∶10 000 土壤地球化学测量及元素参数特征统计，利用变异系数及浓集系数反映成矿元素的富集规律，认为Cu、As、W元素富集特征明显，在研究区内有较大成矿潜力。

（2）对研究区内11 种元素原始数据进行R 型因子分析，划分为4个因子组合，结合因子分类、成矿地质条件、元素及元素组合异常特征，在研究区内圈定了4 个找矿预测靶区。通过层次分析法判断，WTJ1远景区具有较大成矿潜力，是寻找铜钨等多金属矿的有利地段。