_三江_地区北段区域地球化学元素组合异常提取及其找矿意义_丛

1、第31卷第7期地质通报Vol31，No7Jul. ，20122012年7月GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA“三江”地区北段区域地球化学元素组合异常提取及其找矿意义丛源1，陈建平2，肖克炎1，董庆吉3CONG Yuan 1, CHEN Jian-ping 2, XIAO Ke-yan 1, DONG Qing-ji 31. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037;2. 中国地质大学（北京）地球科学与资源学院/国土资源与高新技术研究中心，北京100083; 3. 中国地质调查局，北京1000371. Institute of Mineral Resources ，C

2、hinese Academy of Geological Sciences ，Beijing 100037, China; 2. School of Earth Sciences and Resources/Instituteof Land Resources and High Techniques, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 3. China Geological Survey, Beijing 100037, China摘要：由于地球化学元素携带了某种矿化信息，因此元素地球化学异常往往是指示矿床存在的一种

3、直接标志。随着勘查地球化学的深入发展，有关矿致地球化学异常圈定方法已成为人们关注的焦点。利用“三江”北段120万地球化学数据, 运用R 型因子分析，查明该区不同矿化类型的指示元素组合，以因子得分为综合指标，采用泛克里格剩余值圈定地球化学异常。结果得到2种元素组合：Ag-Zn-Pb-Sb-Bi 组合(与热液型铅锌银矿床有关 和Mo-Cu 组合(与斑岩型钼矿床有关 。圈定的组合异常与已知的矿床点在空间上具有很好的对应关系，说明利用R 型因子分析与泛克里格法相结合圈定元素组合异常的方法能够较好地确认地球化学元素组合异常，并提示异常与矿化类型之间密切相关的规律性，为“三江”北段地区找矿提供信息。关键词

4、：组合异常；因子分析；泛克里格模型；“三江”北段中图分类号：P591文献标志码：A文章编号：1671-2552（2012）07-1164-06Cong Y, Chen J P, Xiao K Y, Dong Q J. The extraction of regional geochemical element composite anomalies in northern Sanjiang region and its prospecting significance. Geological Bulletin of China, 2012, 31（7）：1164-1169Abstract:As

5、 geochemical elements carry some mineralization information, geochemical anomalies of elements can frequently serve as prospecting criteria. With the deep development of exploration geochemistry, the geochemical anomaly evaluation has become the fo -cus of the attention. Using the 1200000geochemical

6、 data of northern Sanjiang region, the authors determined indicator elements composite anomalies of different mineralization types through the R type factor analysis. On the basis of the factor scores as compre -hensive indices ，the universal kriging residual value was applied to delineate geochemic

7、al anomalies The results show that there exist two types of element assemblages ，i.e ，the Ag-Zn-Pb-Sb-Bi element assemblage associated with hydrothermal Ag and Pb-Zn sulfide deposits, and the Mo-Cu element assemblage associated with porphyry Mo deposits These two types of composite anomalies are con

8、 -sistent with the known deposits in spatial distribution It is shown that this method can reveal the regularity governing the close rela -tionship between composite anomalies of geochemical elements and mineralization types, thus providing new information for mineral prospecting in northern Sanjian

9、g region Key words:composite anomaly ；factor analysis ；kriging model ；northern Sanjiang region收稿日期：2012-04-05；修订日期：2012-05-15资助项目：中国地质调查局项目全国重要矿产总量预测(编号：1212010633905作者简介：丛源（1980-），女，博士，从事地球化学、矿产普查与勘探研究。E-mail :congyuan97第31卷第7期丛源等：“三江”地区北段区域地球化学元素组合异常提取及其找矿意义1165位于青藏高原东北缘的“三江”北段地区，是著名的“三江”铜多金属巨型成矿带

10、的北延部分，成矿条件极为优越，是西部找矿最有可能实现突破的地区之一1。勘查地球化学在本区的找矿工作中发挥了巨大作用，特别是近年来通过地球化学异常查证，发现了诸如纳日贡玛斑岩型钼铜矿床、东莫扎抓铅锌矿等一批大中型矿床，但有异常而无矿或无异常而有矿的情况却常见。究其原因，笔者认为主要有2个方面。其一是指示元素组合的选择缺乏客观性，前人圈定地球化学异常多采用单元素或衬度1-3，通过不同元素的空间叠加来圈定综合异常。这虽已考虑了不同元素之间的相关性，但对相关性缺乏定量反映，同时对不同元素在综合异常中的重要性一视同仁，难以解释异常与矿化之间的内在联系。其二是地球化学背景与异常划分存在不合理性，背景与异常

11、的划分是勘查地球化学信息提取的关键环节。元素地球化学背景受地质环境、景观条件等诸多因素的制约，以往按统一异常下限划分的做法，导致低背景区矿化信息被掩盖，而高背景区出现了较多的非矿异常。鉴于以上情况，笔者在对三江北段120万地球化学数据信息提取的过程中，采用了因子分析加泛克里格分析的组合方法。首先，运用R 型因子分析，分解众多指示元素所携带的信息，从中归纳出潜在的“元素组合”，即一种具有内在成因联系的元素组合。再结合元素地球化学性质，分析每类元素组合与不同矿化类型之间的成因联系，并以因子得分综合标度这个元素组合。然后，利用泛克理格法分析因子得分的空间结构特征和空间随机性，得出了每个测点上因子得分

12、的漂移量（即为背景）和剩余异常4，从而圈定元素组合异常。通过异常与已知矿床（点）的比较，已知矿（化）点均落在了异常范围内，而传统方法圈定的异常和已知矿点存在着大量的不对应性。通过三江北段的实践，笔者认为通过因子分析结合泛克里格分析的方法能够明显地提高地球化学异常示矿的有效性。岩；火山活动强烈，持续时间长，从二叠纪到古近纪均有火山活动，且规模大、分布范围广。区域上以北北西向构造为主体。北北西向构造自印支运动开始形成、发展，并伴随强烈的岩浆活动。由于北北西向构造对东西向构造的叠加、改造和东西向构造对北北西向构造的影响，本区构造的力学性质较为复杂，从而形成以北北西向构造为主体、东西向构造呈断片残存的

13、构造基本格架。本区经历了十分复杂的地质发展历史，大体可划分为3个阶段：古特提斯阶段、新特提斯阶段和新生代碰撞造山阶段。复杂的地质演化过程，为本区矿床的形成提供了优越的条件，同时增加了成矿的复杂性。综合本区已发现的矿产特征，笔者认为至少存在2种重要的成矿类型：一是大陆碰撞环境下与中酸性侵入岩有关的斑岩型铜、钼矿床，以纳日贡玛钼铜矿矿床为代表；另一类是碰撞造山环境下的热液型锌、银、铜矿床，以东莫扎抓铅锌矿床为代表。其中，第一种矿化类型已知矿床（点）多为铅矿，铜矿点较少。第二种矿化类型已知矿床（点）多为铅矿。纳日贡玛钼铜矿床的含矿岩体为黑云母花岗斑岩，斑岩体发生硅化-绢云母化及高岭土化。矿石中主要金

14、属矿物为辉钼矿，其次为黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。东莫扎抓铅锌矿主要赋矿地层为三叠纪结扎群波里拉组和二叠纪开心岭群诺日巴尕日保组。矿石中主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿，次为黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿、黄铜矿等。2地球化学特征依据研究区斑岩型钼铜矿床和热液型铅锌矿的矿物特征、含矿岩体、赋矿围岩、地层等，确定研究区指示元素（化合物）为：Cu 、Mo 、Pb 、Zn 、Co 、Ni 、Au 、Ag 、Cd 、Bi 、Ba 、Hg 、Sn 、Sb 、As 、Cr 、W 、Fe 2O 3、Na 2O 、MgO 、Al 2O 3、SiO 2、K 2O 、CaO 。这些指示元素（化合物）包括了研究区内主要

15、的成矿元素和主要控矿岩体、地层的化学组分。研究这些元素的统计特征、空间分布特征、元素组合特征和各类地球化学异常的分布规律能够有效地指导区域找矿，因此可以称这些元素为矿床指示元素。研究区内各指示元素（化合物）的统计特征见表1区域地质概况“三江”北段地处青藏高原碰撞造山带东北部，大地构造位置属于东特提斯构造域之羌塘三江构造区。区内出露的地层主要为古生界和中生界，地层成层有序，构造岩石地层很少。区内岩浆侵入活动微弱，以喜马拉雅期侵入岩为主，次为燕山期侵入1，其中主要成矿元素Mo 、Zn 、Pb 、Cu 、Ag 等除Zn 、Cu 外浓集系数均大于1，表明Mo 、Pb 、Ag 有很强的成矿能力。Zn 、

16、Cu 的浓集系数低于1，但二者的1166地质通报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2012年表1地球化学数据特征统计Table 1Statistics of geochemical element characteristicsMo Zn Pb Cu Au Ag Co Cd Ni Bi Hg Sn Sb W Fe 2O 3 Na 2O MgO Al 2O 3 SiO 2 K 2O CaO3291 3291 3291 3291 3291 3290 2969 2969 2969 2969 2969 2969 2963 2963 2963 2452 2452 2452 245

17、2 2452 24520.28 5.26 4.60 1.29 0.20 24.00 0.09 0.04 0.70 0.04 0.36 0.60 0.12 0.32 0.31 0.02 0.04 1.04 3.59 0.37 0.14156.00 3558.05 515.21 932.00 204.00 4728.61 31.89 1122.06 157.92 22.50 2400.00 15.10 71.40 31.80 11.01 3.74 21.82 18.44 91.54 5.52 46.891.56 80.33 29.02 28.75 1.27 114.79 10.86 45.61 2

18、1.27 0.40 44.42 2.53 0.94 1.64 3.92 0.87 2.03 10.19 59.22 1.85 9.961.00 68.62 23.51 22.90 1.10 80.00 10.77 0.25 20.79 0.33 22.00 2.50 0.69 1.50 4.00 0.81 1.47 10.64 60.47 1.84 8.3321.01 7019.93 746.44 1131.35 13.02 45974.10 15.97 15373.03 99.77 0.40 13074.66 0.95 3.25 2.25 2.06 0.20 4.16 11.85 171.1

19、7 0.28 57.084.58 83.79 27.32 33.64 3.61 214.42 4.00 123.99 9.99 0.63 114.34 0.98 1.80 1.50 1.44 0.44 2.04 3.44 13.08 0.53 7.56 2.95 1.04 0.94 1.17 2.84 1.87 0.37 2.72 0.47 1.60 2.57 0.39 1.93 0.91 0.37 0.51 1.01 0.34 0.22 0.29 0.761.10 55.90 22.10 17.70 1.00 70.00 11.90 0.18 23.34 0.33 10.00 2.40 1.

20、00 1.60 4.37 0.56 1.21 12.23 62.52 1.82 1.961.20 0.85 2.42 0.46 0.32 1434.88 0.43 228.05 0.24 100.00 0.56 1.49 1.57 1.49注：元素（化合物）含量单位为10-6；浓集系数为元素平均值与大陆地壳丰度的比值变异系数较大，同样也具有一定的成矿能力5。这与区域上斑岩型矿床主要为钼矿，多数热液矿点为铅矿的成矿事实相符合。过分析元素组合情况而加以判断8。因此，通过因子分析可以获得代表不同成因意义的元素组合，即获得对不同成因类型具有针对性的指示元素组合。本次研究使用SPSS 软件，采用主成分分

21、析方法进行R 型因子分析，首先对原始数据进行对数变换使之服从正态或近似正态分布，并对数据进行标准化处理，使之变成无量纲的具有统一尺度的数据。因正交旋转因子载荷矩阵比原始负载矩阵所反映的元素组合更具合理性和可解释性9，因此对公因子解进行正交旋转，其结果见表2。在解释方差73.6%的前提下，可以得到6个因子，将载荷绝对值大于0.6的作为该因子的主要载荷元素（即可认为有内在成因联系的元素）。同时计算了元素因子分析KMO 值（Kaiser -Meyer -Olkin Measure of Sampling Ade -3元素（化合物）共生组合分析元素组合是元素亲合性在地质体内的具体表现，而元素亲合性又与

22、地质环境有关。作为地质作用的微观结果，地球化学信息必然与地质信息相关联，因而利用地球化学数据研究元素的共生组合关系具有一定的理论基础6。由于指示元素之间的相关性相互交叉，错综复杂，难以直观地分析元素组合并总结其规律，因此本次研究采用R 型因子分析的多元统计分析方法，其优点在于可直观地对变量进行分类。R 型因子分析是将存在复杂关系较多的变量依据某种内在联系生成几种新的变量，该变量提取了原来众多变量的主要信息，便于开展成因联系的分析研究。因而因子分析成为识别和定量评价区域地球化学异常的一种有力的工具7。这种方法从数据矩阵中获取多个主因子。主因子是多变量（元素）协方差矩阵正交（独立）的特征向量，是多

23、元素的线性组合，每个主因子都可能反映一定的成因意义，这些成因意义的具体内容可以结合成矿地球化学知识，通quacy ），它是用于比较观测相关系数值与偏相关系数值的一个指标，其值愈逼近1，表明对这些变量进行因子分析的效果愈好10。本次因子分析值为0.856，表明因子分析的效果非常好，其结果能较好地反应元素之间成因上的联系，由此可以认为本次因子分析能够满足确定元素组合的要求。结合研究区地质体的成分特征和元素成矿的事实，对各因子解释如下。第31卷第7期丛源等：“三江”地区北段区域地球化学元素组合异常提取及其找矿意义1167第一主因子（F 1）：具有高载荷的元素（化合物）为K 2O 、Al 2O 3、S

24、iO 2、Ba 、Cr 、Na 2O 及负相关的表2研究区正交旋转因子(F1F 6 载荷矩阵Cd ，反映了中酸性岩浆活动作用产物的元素（化合物）组合。第二主因子（F 2）：具有高载荷的元素（化合物）为Co 、Fe 2O 3、Ni 、Mn 、Sn ，反映了基性超基性岩浆活动作用的产物。第三主因子（F 3）：具有高载荷的元素为Ag 、Mo Pb Zn Cu Au Ag Mn Co Cd Bi Hg Ni Sn Sb W Fe 2O 3 Na 2O MgO Al 2O 3 SiO 2 K 2O CaO Cr BaTable 2Orthometric rotating factor loading m

25、atrix in the study areaZn 、Pb 、Sb 、Bi ，为中低温元素组合，主要反映该地区后期热液作用所形成的铅锌银多金属矿。第四主因子（F 4）：具有高载荷的元素（化合物）为MgO 、CaO ，是反映该区域大量出露的碳酸盐岩建造的元素（化合物）组合。第五主因子（F 5）：具有高载荷的元素为Mo 、Cu ，该组合反映的是与中酸性侵入岩类有关的铜钼矿化。第六主因子（F 6）：具有高载荷的元素为W ，仅包括了一种元素，从区域内已知的矿化类型，还不能给出这个因子的合理解释。通过以上分析，可以确认与斑岩型钼铜矿床有成因联系的元素组合是F 5（Mo 、Cu ），与热液型铅锌多金属矿有

26、成因联系的元素组合是F 3（Ag 、Zn 、Pb 、Sb 、Bi ）。4元素组合异常圈定及其与已知矿床（点）关系分析为了进一步定量分析每个采样点上元素组F 1 -0.061 -0.092 0.071 -0.016 0.117 -0.164 0.267 0.307 -0.745 0.075 0.035 0.112 0.213 -0.015 -0.050 0.386 0.750 0.183 0.886 0.879 0.905 0.193 0.805 0.881 F 2 -0.035 0.088 0.102 0.055 -0.064 -0.080 0.783 0.893 0.389 0.262 0.

27、220 0.850 0.730 0.242 0.442 0.877 0.362 0.033 0.407 0.145 0.297 -0.045 0.410 0.313 F 3 0.014 0.801 0.805 0.270 0.173 0.846 0.131 0.016 0.045 0.662 0.185 0.071 0.179 0.684 0.223 0.037 -0.007 0.005 0.018 -0.056 0.013 -0.025 0.008 0.040 F 4 0.073 0.086 -0.046 -0.185 -0.080 -0.119 0.101 0.031 -0.191 0.0

28、09 0.063 -0.004 -0.067 0.124 0.054 -0.059 0.129 0.875 0.065 0.025 0.090 0.876 0.161 0.101 F 5 0.831 0.067 0.083 0.763 0.031 0.165 -0.026 0.037 0.007 0.052 0.091 0.082 -0.144 -0.077 0.282 0.028 0.072 0.013 0.007 -0.111 -0.054 -0.075 0.009 -0.055 F 6 0.165 -0.114 0.076 -0.197 -0.008 -0.080 -0.074 -0.0

29、52 0.143 0.488 -0.615 -0.016 0.173 -0.049 0.604 -0.041 -0.145 -0.025 -0.038 0.053 0.076 -0.013 -0.084 0.12622.631 42.079 55.252 62.533 68.649 73.604因子得分的趋势性（称为漂移）和局部性（称为剩余）合所反映的成矿信息大小，笔者计算了每个样点上对于各主因子的因子得分，因子得分是样点上各元素标准化含量的一种加权和，其中权系数是各元素的因子载荷，并考虑了各元素之间的相关系数11。为了更好地反映元素组合分布的空间变化趋势和各向异性（即不同度方向上元素丰度的变

30、化幅度和尺度的不同），对因子得分进行了泛克里格分析。泛克里格法是区域化变量非平稳条件下的一种最优无偏线性估值方法12。非平稳的区域化变量可以分解为漂移和剩余2个部分，漂移反映的是区域背景的变化规律，剩余反映了局部异常现象13-14。本次研究首先利用泛克里格法对与区域成矿类型有关的主因子2种克里格值。其中剩余估值可看作异常值，用于圈定组合元素地球化学异常，这样的异常圈定方法其下限随空间位置而变，取决于漂移（即背景）15。基于以上原理对F 5、F 3因子得分计算实验变差函数，在计算过程中采用2倍的取样间距4km 为步长，角度容差22.5°，带宽为2km ，用球状模型拟合变差函数，首先计算

31、其在0°、45°、90°、135°四个方向上的实验变差函数计算值，最后给出拟合后的变差函数参数（表3），F 3、F 5显现明显的各向异性，其基台值均为块金常数的2倍以上，表明因子得分在变程范围内具有较强的相关性，F 3、F 5因子得分最小变化方向（最大变程方向）分别为136°、138°，这与区域内深大断裂走向一致，表明在该地区F 3、F 3、F 5的因子得分进行结构分析，建立其变差函数模型，查明其空间变化的各向异性；然后考虑可能存在的趋势变化，通过最优无偏插值算出每个样品点上F 5因子得分的变化明显受北北西向深大断裂的控制，这与区域成

32、矿作用的空间分布相一致。在结构1168地质通报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2012 年1168 地 质 通 报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2012 年 第 31 卷 第 7 期 丛源等：“三江”地区北段区域地球化学元素组合异常提取及其找矿意义 1169 合异常在空间分布上重叠性较小， 反映局部地质成 表3 主因子 F3、F5 得分变差函数拟合参数 矿环境存在差异。 （3）各类异常在已知矿床外广泛出现，显示了区 域上较大的找矿潜力。 本文对圈定异常区的找矿潜 力未做深入具体的研究和评价， 这将是今后进一步 工作的主要研究内容。 （4）

33、综上所述表明，利用 R 型因子分析 和 泛 克 里格方法， 可以较明确地得出指示元素的共生组合 关系，并能有效地圈定异常，为研究区找矿工作提供 科学依据。 致谢： 在工作过程中得到中国地质大学郝金华 的大力帮助， 审稿专家对本文提出了宝贵的修改意 见，在此一并表示感谢。 参考文献 1 陈建平，王功文，侯昌波，等 . 基于 GIS 技术的西南三江北段矿产资 源定量预测与评价 J. 矿床地质，2009 ，24(1 ：15-24. Table 3 Variogram fitting parameters of F3, F5 main factor scores F3 136° /km 60

34、 0.1254 0.2832 / 100 44 F5 138° 52 0.3304 0.6503 51 分析的基础上，采用 2 次漂移，对 F3、 F5 因子得分计 算 泛 克 里 格 剩 余 估 值 ，得 到 2 种 元 素 组 合 异 常 图 ， 如图 1 和图 2。 由图 1 可以看出，F3 组合异常主要受北北西向 断 裂 构 造 的 控 制 ，呈 串 珠 状 分 布 ，与 热 液 型 铅 锌 矿 床的分布比较一致， 尤其是已知的东莫扎抓铅锌 矿床和莫海拉亨铅锌矿均位于异常高值区， 这是 单元素异常所没有反映出来的。 另外，在纳日贡玛 和陆日格矿区也出现异常， 可能说明这些斑岩

35、型 矿床也存在热液型的特征， 是斑岩型矿床中存在 叠加成矿作用的反映。 由图 2 可以看出，F5 组合异常同样受北北西向 断裂构造的控制，呈北北西向带状分布，异常高值区 和已发现的纳日贡玛、 陆日格等斑岩型矿床在空间 上相叠合，异常浓集程度高，反映了该类型矿床成矿 比较集中，但异常有向北东方向延伸的趋势，异常较 弱，存在发现隐伏斑岩型矿床的可能性，值得重视。 另外值得关注的是， 位于解曲断裂带上的弱异常也 具有找到斑岩型铜钼矿床的前景。 2 王富春，王彦，李宝强，等 . 三江成矿带北西段主要矿床特征研究 J. 西北地质，2006 ，39(2 ：179-185. 3 王功文，陈建平 . 基于 GIS 技术的三江北段铜多金属成矿预测与评 价 J. 地学前缘，2008 ，25(4 ：337