大庙子R型聚类分析在成矿阶段划分中的应用以桦甸大庙子菜抢子金矿区为例

大庙子R型聚类分析在成矿阶段划分中的应用以桦甸大庙子菜抢子金矿区为例

大庙子-菜相金矿区位于中国北方地台北缘以东，大吉子-夹沟nw向拱形带西侧中部。成矿地质条件较好，矿床（点）众多，自西向东依次分布着大庙子、板庙子、援朝沟和菜抢子等金矿床（图1）。前人对该矿区的成矿地质特征进行了较多的研究，将成矿阶段划分为5个：早期黄铁矿—石英阶段（I）、晚期黄铁矿—石英阶段（II）、金—多金属阶段（III）、碳酸盐—黄铁矿阶段（Ⅳ）、表生氧化阶段（V），并认为II为弱含金阶段，III为金主要形成阶段。本文利用地质和数学方法对矿区中的两种主要矿石（含金黄铁矿型、含金多金属型）进行了研究，结果表明本矿区还存在金—黄铁矿阶段，该阶段位于晚期黄铁矿—石英阶段（II）之后，金-多金属阶段（III）之前。1矿区岩浆岩充填岩矿区内地层主要由太古代表壳岩残片夹皮沟岩群三道沟岩组斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩等组成。区内断裂构造发育，并有多期活动的特点。大砬子—夹皮沟弧形断裂带纵贯全区，其两侧分布有多条次级断裂构造，控制了本区矿化带和脉岩的分布。矿区内岩浆岩主要出露有晚太古代锦山村二长花岗岩、花岗闪长岩等。脉岩有辉绿岩、闪长玢岩和煌斑岩等，其形成时代为100～190Ma。2矿石类型和金矿床的制备状态2.1含金多金属型矿石类型主要为石英脉型，按硫化物类型可分为两种：含金黄铁矿型、含金多金属型。前者主要由黄铁矿和自然金组成；后者主要由黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿及自然金等组成。两种类型的矿石或呈单独的矿体，或在一条矿体中同时出现，此时含金黄铁矿型矿石一般在矿体中上部，而含金多金属型矿石在矿体中下部，二者呈渐变过渡关系。矿石品位几十～几百g/t，当含有少量黄铜矿等多金属矿物时，品位较高；黄铜矿等矿物较多时，矿石品位一般<10g/t。2.2金、粒间金的出现野外及室内镜下观察表明，金主要呈包体金、裂隙金、粒间金出现，约85%与黄铁矿有关，15%与黄铜矿等其他矿物有关（表1)。单矿物分析结果表明，黄铁矿中金品位平均为240.10g/t。2.3cu、au、bi、co元素含量表2（按Cu元素含量增序排列）可知，各元素在两种类型矿石中的含量并没有明显差异。其中Cu元素的平均含量为1861×10-6，与地壳丰度相比，丰度系数为29.50，具有一定程度的富集。随着Cu元素含量的逐渐提高，矿石类型由含金黄铁矿型到含金多金属型，在矿石类型的变化中（18至19号样品）Cu元素的含量是逐渐提高的，与二种类型矿石呈渐变过渡的地质现象吻合。矿石中Au、Bi元素的平均含量分别为33.11×10-6、90.622×10-6，丰度系数分别为8278.55、22655.59，说明二者富集程度较高。随着Cu元素含量的逐渐增高，Au、Bi元素的含量在两种类型的矿石中均呈跳跃式随机变化，与Cu的相关系数分别为0.0385、-0.0445，相关性差。Ag元素的平均含量为9.30×10-6，丰度系数为116.27;Pb元素的平均含量为30.51×10-6，丰度系数为2.54;Zn元素的平均含量为48.36×10-6，丰度系数为0.51;Co元素的平均含量为为68.74×10-6，丰度系数为2.75;Ni元素的平均含量为67.15×10-6，丰度系数为0.75。Ag、Pb、Co元素有不同程度的富集。随着Cu元素含量的逐渐增高，Ag、Pb、Zn、Co、Ni各元素的含量总的变化趋势是逐渐升高的，与Cu的相关系数分别为0.8534、0.6477、0.9289、0.8378、0.5668，呈较强的正相关性。3分类图谱建立R型聚类分析是一种多元统计方法，其原理是以变量之间的相似程度为基础，将变量分成不同级别的类或点群。首先将矿石中微量元素的原始数据（表2）标准化，并分别计算各元素间的相关系数、距离系数、离差平方和，反复计算合并变量，最后分别得到以相关系数、距离系数、离差平方和（表3、4、5）为依据的分类谱系图（图2、3、4）。从表3、图2中可以看出，若以相关系数r=0.5为标准，则矿石中微量元素分为Au+Bi、Ag+Zn+Cu+Co+Pb+Ni二组，两组微量元素的相关系数为0.092。从表4、图3中可以看出，利用距离系数分类，采用距离系数d=2.00，矿区内微量元素亦划分为Au+Bi、Ag+Zn+Cu+Co+Pb+Ni两组，两组微量元素的距离系数为3.202。与相关系数法划分结果基本一致。从表5、图4中可以看出，利用离差平方和法仍然可以得到相关系数法和距离系数法相同的结果。三种划分方法结果基本一致。4黄铁矿成矿强化特征矿区内除两种类型的矿石外，还发育有早期黄铁矿化石英脉，其特点是黄铁矿呈全自形分布于石英脉中，石英矿物呈乳白色，不含金；晚期黄铁矿化石英脉，黄铁矿呈自形-半自形分布于石英脉中或呈团块状位于石英脉旁侧，石英矿物无色、透明，不含或含微量金，品位一般<1g/t。它们分别为第I、第II成矿阶段产物。矿石中含金黄铁矿呈它形粒状，呈脉状穿切于II阶段黄铁矿中，同时又被它形粒状的黄铜矿等III阶段多金属硫化物交代、穿切，说明含金黄铁矿形成晚于II成矿阶段，早于III成矿阶段。它形粒状的含金黄铁矿和黄铜矿等多金属硫化物中均含自然金，说明金由两个成矿阶段形成，除金-多金属阶段（III）外，在此之前还应有一个金-黄铁矿阶段。矿区中含金黄铁矿发育程度远大于黄铜矿等多金属硫化物，自然金主要赋存于黄铁矿中，说明金主要形成于金-黄铁矿阶段。矿石中出现少量黄铜矿等多金属硫化物时，表明金-黄铁矿阶段和金-多金属阶段二个成矿阶段在同一空间相互叠加，使得矿石品位有所提高。在R型聚类分群中，矿石中微量元素分为两个大的群体，分别为I(Au+Bi）和II(Ag+Zn+Cu+Co+Pb+Ni）。群体I中的Au元素是本矿床中的主要成矿元素，能构成有工业意义的矿体，Bi元素为伴生元素，虽然没有独立矿物被发现，但其形成具有一定规模的形态完整的地球化学晕；群体II中Ag、Zn、Cu、Pb为次要成矿元素，没有构成较具规模的有工业意义的独立矿体，但这些元素能形成良好的地球化学晕，与本矿区的地球化学异常特点相吻合。这些元素虽然都是在成矿作用中发生了相对富集和运移，但它们沉淀时的物化条件和生成先后是有差别的，R型聚类分群结果是这种差别的具体体现。亲铁元素Co、Ni可能反映了黄铁矿的存在，但本矿区内黄铁矿化是非常普遍的，所以其作用还有待于进一步研究。通过上述对微量元素分析，结合金的赋存状态等矿物学特征可以认为，Au、Bi和Ag、Zn、Cu、Pb等两组元素不是同一成矿阶段的产物，