內(nèi)蒙古額濟納旗梧桐井南多金屬礦區(qū)土壤地球化學(xué)特征及找礦預(yù)測*

商振城 羅先熔 李 超 張文博 湯國棟 趙欣怡

（1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院;2.桂林理工大學(xué)隱伏礦床預(yù)測研究所）

梧桐井南多金屬礦區(qū)位于額濟納旗馬鬃山蘇木楚倫呼都格東南約24 km 處。2006年，內(nèi)蒙古自治區(qū)第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院對該地區(qū)進行普查；2010—2012 年，河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究院對該地區(qū)進行區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)1 處銅礦點［1-2］；2013—2014 年，中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊開展野外地質(zhì)勘查工作，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)為矽卡巖型銅礦床。

自20 世紀(jì)60 年代以來，土壤地球化學(xué)測量在礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮著重要的作用［3-5］。據(jù)前人研究，在該區(qū)變質(zhì)中—細粒黑云石英閃長巖侵入北山群第一巖組的外接觸帶存在礦化蝕變特征，成礦條件較好［6-7］。在充分收集勘查區(qū)已有地質(zhì)、礦產(chǎn)、地球物理、地球化學(xué)等資料的基礎(chǔ)上，采用1∶10 000 土壤測量方法結(jié)合地質(zhì)成礦條件，對研究區(qū)的成礦遠景及找礦潛力作出綜合評價，從而圈定出可供進一步工作的找礦靶區(qū)，供深部工程驗證達到尋找隱伏礦目的。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

該區(qū)域在大地構(gòu)造位置上位于哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊交界處，主要經(jīng)歷了早古生代奧陶紀(jì)至早石炭世拉張—俯沖—閉合—碰撞—造山的演化過程，巖漿侵入作用強烈［8］（圖1）。

區(qū)內(nèi)出露地層主要有古元古界北山群（巖性為石英巖、石英二長巖、片巖、片麻巖、鈉長巖），白堊系下統(tǒng)赤金堡組（K1c）（巖性為粉砂質(zhì)粘土巖、長石砂巖、夾礫巖、泥灰?guī)r），第四系沖洪積物層（Qhpl）［9-10］。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動較弱，僅研究區(qū)外北東向存在1 條斷裂，斷層走向為270°～275°，傾向為0°～5°，傾角不明，破碎帶寬50～60 m。

該區(qū)巖漿活動強烈，主要為侵入活動，侵入巖體分布于研究區(qū)中北部，由早到晚依次出露早志留世、中泥盆世侵入巖［11］。早志留世侵入巖分布較廣，主要分布于研究區(qū)西部、北部和東南部，根據(jù)巖性特征劃分為3個序列，由老到新依次為變質(zhì)中細粒黑云石英閃長巖（S1βδο）、變質(zhì)中細粒黑云花崗閃長巖（S1βγδ）、變質(zhì)中細粒含黑云二長花崗巖（S1βηγ），呈巖基狀產(chǎn)出，侵入巖長軸走向為北西西向—近東西向，侵入古元古界北山群［12］。泥盆世侵入巖為中細粒正長花崗巖（D2ξγ），該巖類侵入體規(guī)模較小，多呈巖滴及枝脈狀產(chǎn)出，侵入體長軸定向不明顯，主要侵入古元古界北山群，被早志留世侵入巖侵入［13］。研究區(qū)內(nèi)北山群第二巖組（Pt1B2）與北山群第一巖組（Pt1B1）整合接觸處可見矽卡巖化，該矽卡巖化帶寬5～8 m，延伸長約700 m，伴有褐鐵礦化，是成礦有利部位。

2 元素地球化學(xué)特征

2.1 土壤地球化學(xué)樣品采集與測試方法

在前人工作的基礎(chǔ)上采用100 m×20 m 的測網(wǎng)網(wǎng)度，進行1∶10 000 的土壤地球化學(xué)測量，實際定點采用GPS 導(dǎo)航定點，共采集樣品1 521 個，均采集20～30 cm深度的B層土壤。

完成野外采樣檢查驗收后，樣品分析由國土資源部呼和浩特礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔(dān)。采用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）分析 Cu、Ni、Co、Cr、Pb、Sn、Zn、Mo、W、Sb 等10 種元素，采用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法（HG-AFS）分析As 元素。分析樣的檢出率為100%，密檢合格率在85%以上，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，可供使用。

2.2 單元素數(shù)據(jù)特征分析

以研究區(qū)內(nèi)土壤地球化學(xué)測量的11種元素原始數(shù)據(jù)為研究對象，計算出各元素的均值（X）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）、變異系數(shù)（Cv）等參數(shù)。其中，Cu、As、W 的變異系數(shù)〉1.2，在空間上呈強分異分布；Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sn、Sb、As、W的富集系數(shù)〉1，其中，Co、Zn、Sb、As、W 的富集系數(shù)〉2，在該地區(qū)富集程度很高。Cu、Zn、Sb、W、As、Pb 的濃集系數(shù)〉1，W、As 的濃集系數(shù)〉2，這2種元素濃度相對含量較高，有成礦潛力［14］。研究區(qū)與梧桐井地區(qū)元素豐度相比，Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Sn、Sb、W、Pb、As的相對富集。另外，在研究區(qū)周圍已發(fā)現(xiàn)下勒淘來銅多金屬礦床，為小型矽卡巖型礦床，目前處于正在開采階段，可認為Cu為該地區(qū)成礦有利元素，W、As也具有成礦潛力。

2.3 R型因子分析

本研究對土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)進行R 型因子分析［15-17］，根據(jù)相關(guān)性將11 種元素進行分組，從而研究成礦元素遷移、富集成礦等成礦特點。

通過 KMO 檢驗，KMO 值為 0.706，大于 Kaiser 給定的判別標(biāo)準(zhǔn)0.6，因此，認為這批數(shù)據(jù)相互之間有關(guān)聯(lián)，可以做因子分析來對元素進行分類。選用因子分析法，特征值〉1 且累計貢獻率為71.492%（表1），以絕對值大于0.5 的因子載荷為標(biāo)準(zhǔn)，提取出4 組因子（表2）。

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F1因子（Cr-Co-Ni）方差貢獻率為24.304%，三者同為高溫元素，是幔源高溫元素的典型代表，反映該區(qū)域有超基性、基性侵入巖漿活動。F2因子（Cu-Zn-Mo-Pb）方差貢獻率為18.102%，Cu、Zn、Mo、Pb 為矽卡巖礦床成礦元素，與研究區(qū)矽卡巖出露處相對應(yīng)［14］。F3因子（Sn-W）方差貢獻率為16.852%，Sn 和W 均為矽卡巖礦床早期成礦元素，進一步證明Cu 元素的形成與中酸性巖漿熱液侵入有關(guān)。F4因子（Sb-As）方差貢獻率為12.235%，As 和 Sb 是親銅元素，同時也是矽卡巖礦床晚期成礦元素。通過礦區(qū)地質(zhì)圖可看出該地區(qū)主要是受中酸性巖漿侵入影響，結(jié)合前文土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)特征情況可知，Cu 為主成礦元素，W、Sn元素也應(yīng)重視。

2.4 元素及元素組合異常圈定

通過SPSS 25 軟件，采用襯度異常法求取異常下限，首先通過繪制箱型圖，剔除極值，求取算數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，計算單元素的異常下限值：

式中，T為異常下限，C0為背景值，S為標(biāo)準(zhǔn)差。

計算出單元素下限，以背景值加上3倍、4倍標(biāo)準(zhǔn)差的值計算異常中帶、內(nèi)帶。

計算元素組合異常下限，首先將單元素進行無量綱化，求出襯度值，襯度值計算公式：襯度值=原始數(shù)據(jù)/背景值。得到各元素襯度值后，將F1（Cr-Co-Ni）、F2（Cu-Zn-Mo-Pb）、F3（Sn-W）和F4（Sb-As）組內(nèi)元素的襯度值進行累乘組成多元素襯度數(shù)據(jù)集，采用襯度異常法求取異常下限值、中帶、內(nèi)帶（表3），利用mapgis軟件成圖（圖2）。

注：元素單位為10-6。

（1）Cu 元素異常特征。分布在研究區(qū)北部，發(fā)育較好，規(guī)模大，分布分散，最大值為1 080.2×10-6，最小值為6×10-6，最大值是最小值的180 倍，規(guī)模較大發(fā)育較好的異常有3處（圖2（a））。1號異常位于古元古界北山群第一巖組，與閃長巖脈關(guān)系密切，濃集中心明顯，且異常內(nèi)、中、外帶明顯且閉合；2 號異常規(guī)模最大，有3個濃集中心，位于研究區(qū)中部偏北，發(fā)育矽卡巖、石英脈巖、二長花崗巖，受熱接觸變質(zhì)作用影響明顯；3 號異常位于研究區(qū)東北方向，受早志留世變質(zhì)中細粒黑云石英閃長巖接觸帶控制，異常有向東北延伸趨勢。

（2）W 元素異常特征。分布在研究區(qū)北部，最大值為1 006.14×10-6，最小值為0.4×10-6，最大值是最小值的2 515 倍，發(fā)育較好的異常有3 處（圖2（b）），1號異常位于研究區(qū)西北部，濃集中心明顯，且呈串珠狀分布，異常向西北方向延伸；2號異常位于古元古界北山群第二巖組、下白堊統(tǒng)赤金堡組和第四紀(jì)全新統(tǒng)，異常分布與該處發(fā)育矽卡巖化帶相吻合；3號異常位于東北部，受早志留世中細粒黑云石英閃長巖控制，與Cu的3號異常吻合，異常向東北方向延伸。

（3）As 元素異常特征。集中分布在古元古界北山群第二巖組，位于研究區(qū)西北方向（圖2（c）），最大值為369.2×10-6，最小值為0.5×10-6，最大值和最小值的倍數(shù)是738，發(fā)育較好的異常有1處，異常位置與早志留世變質(zhì)中細粒含黑云二長花崗巖吻合，異常濃集中心明顯，內(nèi)、中、外帶明顯且閉合。

（4）F1（Cr-Co-Ni）異常特征。主要分布在研究區(qū)北部的古元古界北山群、第四紀(jì)全新統(tǒng)（圖2（d）），濃集中心明顯，分布位置與Cu元素相吻合，集中在輝長閃長巖脈、閃長巖脈、二長花崗巖脈等脈體出露處，受中酸性侵入巖漿控制。

（5）F2（Cu-Zn-Mo-Pb）異常特征。分布范圍（圖2（e））與F1大致相同，在研究區(qū)中部偏北的古元古界北山群、第四紀(jì)全新統(tǒng)，與Cu 分布位置吻合，說明Cu處于主導(dǎo)地位，為主控元素。F2-1 異常范圍與Cu 的1 號異常相當(dāng)，有閃長巖脈出露，F(xiàn)2-2 異常分布與Cu的3號異常大致相同，受矽卡巖控制。F2-3與Cu的3號異常位置大致相同，受二長花崗巖影響，異常帶明顯向東北方向延伸。

（6）F3（Sn-W）異常特征。主要位于研究區(qū)北部和東北部（圖3（f）），異常三級濃度分帶清晰，濃集中心明顯。異常分布明顯，與W 元素大致相同，受中酸性巖漿侵入控制。

（7）F4（Sb-As）異常特征。主要位于研究區(qū)西北方向（圖3（g）），濃集中心呈串珠狀分布，內(nèi)、中、外異常濃度分帶完整，位于古元古界北山群第三巖組，與早志留世變質(zhì)中細粒黑云花崗閃長巖侵入位置相吻合。

綜上，Cu、W、As 異常主要受中酸性巖漿侵入影響，異常有明顯的分帶性，分布位置以侵入巖體為中心向周邊擴散。Cu、W 異常范圍大致相同，沿出露中酸性巖體分布，主要分布于研究區(qū)中部及北部。As異常分布與Cu 和W 不完全重合，主要分布于黑云花崗閃長巖附近，主要同樣受侵入巖體控制。F1、F2和F3異常套合較好，F(xiàn)4與As 異常重合。綜合元素及元素組合異常在空間位置的分布，表明該區(qū)成礦作用主要受中酸性侵入巖控制。

3 靶區(qū)預(yù)測

通過分析土壤地球化學(xué)元素因子得分、各元素套合情況和研究區(qū)地質(zhì)成礦特征等因素，共圈定4個成礦靶區(qū)（圖3）。

WTJ1 靶區(qū)位于研究區(qū)西北方向，靶區(qū)異常面積約為0.36 km2，區(qū)內(nèi)有矽卡巖和二長花崗巖出露。Cu、W 元素在此處均有異常且分布大致相同，主要受中酸性熱液侵入影響。F1、F2組合因子異常套合較好，分布于矽卡巖的出露處，矽卡巖接觸帶是形成銅礦床的有利地帶，因此，該靶區(qū)有較大Cu 礦成礦潛力。

WTJ2 號靶區(qū)分布在研究區(qū)中部，出露于古元古界北山群第一巖組和第四系洪沖擊物地層，異常面積約為0.37 km2，F(xiàn)2、F3、W、As元素異常套合較好。鑒于該地區(qū)有第四系洪沖擊物地層出露，該地區(qū)異?？赡苁苤屑毩：谠剖㈤W長巖影響，W、Sn 元素在該區(qū)域有較大成礦潛力。

WTJ3 號靶區(qū)分布在研究區(qū)東北部，出露第四系洪沖擊物、古元古界第三巖組地層，異常面積為0.45 km2，F(xiàn)2、F3、Cu、W、Sn 元素異常套合較好。靶區(qū)內(nèi)有中泥盆世中細粒正長花崗巖侵入，可能形成Cu、W、As多金屬礦體。

WTJ4 號靶區(qū)分布在研究區(qū)西南方向，出露于古元古界北山群第一巖組和第四系洪沖擊物地層，異常面積約為 0.73 km2，F(xiàn)2、Cu、W 元素異常套合較好。靶區(qū)內(nèi)有中細粒黑云石英閃長巖和二長花崗巖出露，預(yù)測可形成Cu和W多金屬礦化體。

4 層次分析法評價靶區(qū)

層次分析法（AHP）是結(jié)合定量分析與定性分析，將與靶區(qū)有關(guān)的因素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層，在此基礎(chǔ)上進行主觀經(jīng)驗與客觀經(jīng)驗的量化，對要評價單元進行打分判斷比較，該方法具有系統(tǒng)、靈活、簡潔的優(yōu)點。

本文目標(biāo)層為最優(yōu)靶區(qū)，在已圈出的4個靶區(qū)中找出最有潛力成礦靶區(qū)；準(zhǔn)則層為變量，以14個變量作為評價靶區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)；方案層為圈定的4個靶區(qū)。

選擇以下14 個變量作為找礦標(biāo)志：ɑ1（巖體），ɑ2（地層），ɑ3（構(gòu)造），ɑ4（Cr），ɑ5（Co），ɑ6（Ni），ɑ7（Cu），ɑ8（Zn），ɑ9（Mo），ɑ10（Pb），ɑ11（Sn），ɑ12（W），ɑ13（Sb），ɑ14（As）。

通過構(gòu)建專家判斷矩陣、變量權(quán)重排序、一致性檢驗等計算步驟后，得出成礦有利度判斷結(jié)果：WTJ1靶區(qū)是有利成礦區(qū)，WTJ2 靶區(qū)和WTJ3 靶區(qū)成礦較為有利，WTJ4靶區(qū)成礦有利度較低。

5 結(jié) 論

（1）通過對梧桐井南地區(qū)開展1∶10 000 土壤地球化學(xué)測量及元素參數(shù)特征統(tǒng)計，利用變異系數(shù)及濃集系數(shù)反映成礦元素的富集規(guī)律，認為Cu、As、W元素富集特征明顯，在研究區(qū)內(nèi)有較大成礦潛力。

（2）對研究區(qū)內(nèi)11 種元素原始數(shù)據(jù)進行R 型因子分析，劃分為4個因子組合，結(jié)合因子分類、成礦地質(zhì)條件、元素及元素組合異常特征，在研究區(qū)內(nèi)圈定了4 個找礦預(yù)測靶區(qū)。通過層次分析法判斷，WTJ1遠景區(qū)具有較大成礦潛力，是尋找銅鎢等多金屬礦的有利地段。