广东石嘴金矿区土壤地球化学特征及元素相关性浅析

张国欢

(广东省地球物理探矿大队，广州 510800)

0 引言

土壤地球化学是最早在实际矿产勘查中运用的地球化学勘查方法，也是最直接、快速、有效的矿致异常圈定手段[1]。它的原理是应用土壤地球化学测量了解土壤中目标矿种元素及与其关系密切的伴生元素的分布，总结元素的分散与富集规律，分析其与基岩中矿体的联系，通过发现土壤中的异常与解释评价异常来指导找矿[2]。

矿区位于广东省广宁县石嘴乡。在前期工作中开展了较大面积的土壤地球化学测量，取得了大量土壤样品分析数据,但整体对金矿土壤地球化学特征研究程度不高，缺乏深入剖析。笔者依托石嘴金矿区详查土壤测量分析数据，对矿区元素分布特征及元素间的相关性进行了剖析，为矿区找矿工作提供出新的地球化学依据，可为相似地球化学景观区寻找金矿提供借鉴。

1 矿区地质概况

石嘴金矿位于钦杭成矿带南段，云开隆起北部，北东向博白-岑溪大断裂和吴川-四会大断裂之间(图1)[3]。

矿区内地层主要有震旦系老虎塘组、坝里组，寒武系高滩组、牛角河组，下白垩统罗定组。北东向木格断裂F1、古水断裂F2和南北向郴怀断裂F3构成了区内总体构造骨架，次级断裂极其发育。岩浆岩大面积分布，岩性主要为黑云母花岗岩和黑云母二长花岗岩，少量中酸性～基性岩脉零星分布于矿区内(图2)[4]。

矿区蚀变主要为硅化、绢云母化、角岩化等。矿区共发现了4条金银多金属矿体和 1条钨金多金属矿体，集中分布于F1断裂及其两侧。Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金银多金属矿体为构造蚀变岩型，Ⅰ-V1矿体长约50 m，厚为1 m，Au品位为2.38 g/t，矿体呈北东向展布，产状315°∠75°；Ⅰ-V2矿体控制长度为120 m，厚为0.96 m，金品位为0.02 g/t～2.42 g/t，银品位为 1.94 g/t～54.46 g/t，总体北东向展布，产状303°∠65°，并伴生Pb矿化；Ⅰ-V3矿体控制长度为170 m，厚度为1 m～2 m，金品位为0.25 g/t ～3.53 g/t，银品位为12.52 g/t～65.54 g/t，总体南北向展布，产状90°～135°∠22～25°；Ⅰ-V4矿体控制长度为50 m，厚度为1.93 m，金品位为0.14 g/t～3.07 g/t，银品位为3.18 g/t～487.00 g/t，总体南北向展布，产状270°∠75°；Ⅱ-V1钨金多金属矿体为石英脉型，矿体控制长度为160 m，厚度为0.5 m～1 m，Au品位为1.46 g/t～16.75 g/t，WO3品位为1.45%～11.56%，产状179°∠75°(图2)[4]。

图1 钦杭成矿带范围及石嘴金矿区位置示意图[3]

图2 石嘴金矿区地质图[4]

2 工作方法

本次土壤地球化学测量工作按照DZ/T0145《土壤地球化学测量规程》进行[5]，采样网度为200 m×20 m，测线方向分别为一区90°、二区0°、三区315°(图2)。样品采自B层，深度约20 cm～40 cm之间。样品为采样点附近1 m直径范围内多点采集组合而成。采样粒级为小于60目，采样原始重量保证样品过筛后达300 g为要求，一般重1 000 g。全区共采集土壤样品4 614个。样品分析Au、Ag、As、Sb、Bi、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Sn等11项。分析方法、检出限、报出率见表1，分析结果满足研究要求。

3 土壤中各元素地球化学分布特征

研究统计了矿区土壤中各元素的地球化学参数：最大值(Xmax)、最小值(Xmin)、中位数(Me)、算术平均值、背景平均值(C0)、变异系数(CV)、丰度系数(K0)。

背景平均值(C0)计算方法为：对全域数据集进行离群值连续迭代处理，把平均值加减三倍离差范围外的数据剔除，直到无离群数值可剔除为止。

变异系数计算公式如下[7]：

(1)

(2)

3.1 各元素丰度特征

以丰度系数(K0)来定量地反映矿区土壤中各元素的贫化富集程度。矿区内地表土壤中除Sb、Zn、Cu等元素富集程度不高(K0<2)外，其他元素均相对富集(K0>2)，各元素的富集程度由高到低的顺序为：Bi>Mo>W>Pb>Au>Sn>Ag>As>Cu>Zn>Sb(见表2)，说明区内Mo、Bi、W、Pb、Au(K0>2.5)元素富集程度高。

结合矿区地质特征(图2)可知，Mo、Bi 、W富集可能与矿区及周边区域大面积花岗岩体侵入有关；同时也与Ⅱ-V1钨金矿化体有关。表明矿区土壤中W、Bi、Mo等元素异常是钨矿化的反映。

Pb、Au元素富集说明区内存在金、铅多金属矿化，是矿区找矿的重要指示。

表1 土壤样品分析方法、检出限、报出率一览表

分析测试单位：国土资源部长沙矿产资源监督检测中心

3.2 各元素含量变化特征

以变异系数(CV)来讨论矿区各元素均匀分布的程度。通常情况下，各元素分布越不均匀，越有利于局部聚集成矿[6]。变异系数(CV)值越大，说明矿区内元素的分布越不均匀，对元素聚集成矿就更有利[8]。

矿区各元素变异系数见表2。由表2可知，变异系数较大的元素有Au、As、Ag 、Bi、Mo，CV均大于0.5。结合矿区地质特征可知Au、As、Ag元素CV值较大，富集作用强烈，与矿区Au多金属矿化较发育关系密切；Bi、Mo元素CV值较大与两元素在岩体中和地层中含量差别较大相关。

3.3 元素在各地质单元中的分布特征

矿区出露的地质单元有震旦系下统坝里组(Z1b)、寒武系下统牛角河组(∈1n)、白垩系下统罗定组(K1l)、晚奥陶世岩体和早白垩世岩体。计算获得的各主要地质单元中元素地球化学参数值列于表3中。结合矿区地质图(图2)和详查三区Au-Ag异常图(图3)，可看出：

1)震旦系下统坝里组(Z1b)中，各元素含量相对其他地质单元较高，其中明显富集的元素有Au、Cu、Ag、Sb。变异系数较大的元素有Au、Mo、Ag、As、Sb，CV值在0.51～0.84之间。Au背景平均值(4.42×10-9)、变异系数CV(0.84)远高于其他地质单元。表明震旦系坝里组地层可能构成了区内金矿的矿源层。

表2 石嘴金矿区全区元素地球化学参数值表(n=4 614)

图3 三区土壤测量详查Au、Ag异常图

2)寒武系下统牛角河组(∈1n)中，Cu、W、Ag、As、Au元素平均含量低于全区(表2)，其他元素较全区略高，全部元素变异系数均低于全区，表明该组地层内元素分布较均匀，各元素富集贫化作用较弱。但这里出现了矿区土壤中Au最大值466×10-9，该异常点位于构造破碎带附近，与矿化体Ⅰ-V2位置吻合(图2)；结合图3看，Au、Ag异常主要受F1、F3断裂控制。表明矿区金矿化主要受构造控制，特别是NE向构造破碎带及其次级断裂。

3)白垩系下统罗定组(K1l)中，明显富集的元素有Zn、Pb、W、Sn等。变异系数较大元素为Cu、Mo、W、As、Bi、Au，CV值在0.51～0.83之间。

4)晚奥陶世岩体中，Cu、W、Pb、Sn、As、Bi等元素平均含量明显低于全区，Au、Ag平均值略高于全区。

5)早白垩世岩体中，整体富集Sn、Mo、Pb，Cu、As、Au，含量高于全区平均值。变异系数较大的元素为Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi，CV值在0.54～0.78之间，说明这一期岩浆活动带来了较多的Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi元素，并发生了较强的后期富集作用，是矿区成矿的重要因素之一。

总体来看，目标矿种Au元素在震旦系下统坝里组(Z1b)中明显富集，Au、Ag元素异常主要分布于F1、F3断裂两侧。

4 矿区土壤中元素间相关性研究

为研究元素间相互关系，揭示主要地质作用，分析各元素的聚合趋势，对测区土壤测量数据(样本数=4614)进行了R型聚类分析和因子分析。本次数据统计分析采用中国地质调查局推荐软件GeoExpl 2010。所有参与统计的数据均为未经任何处理的原始数据。

4.1 R型聚类分析

R型聚类分析不但可以了解个别变量之间关系的亲疏程度，而且可以了解各个变量组合之间的亲疏程度[10-11]。因此，本研究采用R型聚类分析来揭示元素间的相互关系，聚类分析结果展示于表4和图4中。

整体来看，以相关系数0.25为界，可以明显分为三大簇群。

1)第一簇群为W、Bi、Cu、Sn、Mo五个元素，其中W和Bi相关系数大于0.7，相关性极强，该组合与Cu相关系数大于0.5，相关性较强，与Sn、Mo相关系数约为0.27，有微弱相关性。本簇群是区内钨金多金属矿化活动有关的元素组合。

2)第二簇群元素组合为Au、Ag、As、Sb四个元素，其中Au和Ag相关系数大于0.5，As和Sb相关系数大于0.4，相关性较强,构成了矿区内与金成矿有关的特征元素组合。

表3 石嘴金矿区各主要地质单元地球化学参数表

3)第三簇群元素组合为Pb和Zn两个元素，相关系数0.432，相关性较强。是区内多金属矿化的反映。

以上讨论表明，应用聚类分析可以很好地区分矿区不同类型的矿化元素组合特征，找出金矿化的特征指示元素组合，发现不同矿化之间的元素组合关系。

图4 石嘴金矿区元素R型聚类分析谱系图

表4 石嘴金矿区元素相关系数表

4.2 因子分析

因子分析是多元统计中降维的一种方法[10]。每个主因子代表了某一特定地质成因的元素组合，利用该因子圈定的异常，往往更具有成因及找矿指示意义[12]。

本研究采用GeoExpl 2010软件中的“因子分析”功能，选择输出因子数为6个，对应累积特征百分比为79%。为更直观反映各因子所包含的信息，将因子得分表制作成柱状图。将三区土壤样品因子得分制作成因子得分等值线图。

从旋转因子矩阵得分图(图5)并结合土壤测量详查三区因子得分等值线图(图6)和Au-Ag土壤异常图(图3)来看：

1)F1因子得分较高的元素为Cu、W、Bi，与聚类分析结果一致，因子得分高值区主要分布于Ⅱ-V1钨金多金属矿体附近，是矿区钨金多金属矿化有利地段的反映。

图5 石嘴金矿区土壤测量元素旋转因子得分图

2)F2因子得分较高的为Pb、Zn，因子得分高值区主要分布于Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金银多金属矿体附近，整体分布与F3因子相似，是区内Pb、Zn伴生金银多金属矿富集成矿有利地段的反映。

3)F3因子主要代表Au、Ag两元素，因子得分高值区主要分布于Ⅰ-V1～Ⅰ-V4金银多金属矿体附近及外围，与Au、Ag异常位置吻合，反映区内Au、Ag相伴成矿，有利地段与多金属矿化重合。

4)F4因子主要为As、Sb两元素，同时与Au、Cu、Zn、Mo表现出一定相关性，因子得分高值区分布与F3因子较一致，是矿区金多金属矿的重要指示元素。

5)F5、F6因子较独立，分别为Sn、Mo元素，与矿区矿化有关的其他指示元素具有一定的关系，特别是与Zn、Sb呈现负相关关系。F5因子得分高值区主要分布于岩体中，F6因子整体分布与F3因子相似，且沿F1断裂分布，表明Sn、Mo主要是断裂活动的指示元素，也可能是矿化的尾部指示元素。

5 结论

1)矿区元素地球化学特征分析对比显示，Mo、Bi、W、Pb、Au元素较富集；同时，Au、As、Ag、Bi、Mo等元素在矿区内含量变化大。显示矿区是Au多金属的成矿有利地段。

2)各地质单元元素分布特征研究表明，震旦系坝里组(Z1b)Au元素背景平均值最高，是矿区金矿主要矿源层；早白垩世岩浆侵入带来了较多的Sn、Mo、Pb、Zn、As、Bi，是矿区多金属成矿的重要因素之一。

3)聚类分析和因子分析很好揭示了矿区内不同矿化类型间的元素组合特征，其中 Au、Ag、As、Sb元素组合与金矿成矿关系最密切，构成了矿区金多金属矿化的特征指示元素组合。