尹國良， 楊文鵬， 趙 超， 張儉峰， 陳麗麗， 王恩寶

(黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，哈爾濱 150036)

0 引言

黑龍江大興安嶺地區(qū)總體屬于森林-沼澤淺覆蓋區(qū)，其特殊的地質(zhì)景觀條件， 一定程度上制約著區(qū)域地質(zhì)填圖及找礦勘探工作，一直以來地質(zhì)工作程度較低，沒有取得重大找礦突破。近年來，開展的新一輪國土資源大調(diào)查項(xiàng)目中，明確將“探索森林-沼澤淺覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查技術(shù)方法”列為地質(zhì)調(diào)查工作任務(wù)的一項(xiàng)。鑒于此，筆者依托項(xiàng)目獲得的地質(zhì)成果，從化探角度出發(fā)，進(jìn)行深入的剖析與探索研究，以期為類似地區(qū)地質(zhì)填圖及找礦勘探工作提供一些基礎(chǔ)的地質(zhì)資料及有益的探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于多寶山成礦亞帶內(nèi)，出露地層主要有上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)大石寨組變質(zhì)中性、酸性火山巖；下白堊統(tǒng)九峰山組細(xì)砂巖、粉砂巖、凝灰砂巖，甘河組基性火山巖及福民河組流紋巖；上新統(tǒng)西山玄武巖，第四系現(xiàn)代河床及河漫灘堆積層。

變質(zhì)巖主要為科洛混雜巖。侵入巖主要有華力西中晚期花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖，燕山早期花崗閃長巖。區(qū)域構(gòu)造主要為NE、NNE向，另有近EW、SN向次級斷裂， 脈巖主要有正長斑巖、閃長玢巖及花崗斑巖(圖1)。

2 化探數(shù)據(jù)處理與制圖

研究區(qū)總面積為670 km2，1∶50 000土壤測量采樣密度為9點(diǎn)/km2，樣品均采自C層(母質(zhì)層)頂部，共采取樣品5 062件，測試分析Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Mo、Bi、Cd、Cr、Ni、Mn、Sn、V、Ti等18種元素，各元素分析方法、檢出限及分析準(zhǔn)確度、精密度等達(dá)到相關(guān)規(guī)范[1]要求。化探數(shù)據(jù)處理的最終目的是將異常和背景區(qū)分開來[2]，傳統(tǒng)的異常下限求取方法是在化探數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布時(shí)，采用母體的背景平均值加上K倍標(biāo)準(zhǔn)方差，然而元素背景值受成礦壓力及溫度等地質(zhì)因素影響，往往呈一定的升降趨勢，致使某些礦致的弱小異常無法被顯現(xiàn)出來[3]。

圖1 大卜場地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)略圖Fig.1 The sketch map of geology and mineral resources in Dapuchang area

筆者對所獲得的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行剩余異常分量R型因子分析，該方法目前已在個(gè)舊陡巖地區(qū)、阿榮旗謝永貴家庭農(nóng)場、西秦嶺鳳-太礦集區(qū)找礦靶區(qū)優(yōu)選中得到應(yīng)用并取得了較好的找礦效果[4-6]。具體流程如下：①對原始化探數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除特高值等預(yù)處理；②運(yùn)用趨勢面分析方法對預(yù)處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到局部異常分量(剩余異常分量)；③對剩余異常分量進(jìn)行R型因子分析并計(jì)算因子得分；④繪制因子得分等值線圖，據(jù)因子得分的高低圈定找礦靶區(qū)；⑤對各靶區(qū)進(jìn)行綜合解釋并驗(yàn)證。

2.1 趨勢面分析

趨勢面分析方法可以避免某些礦致弱小異常被掩蓋，趨勢面分析最早于1969年用于化探數(shù)據(jù)整理[7]，該方法認(rèn)為一個(gè)具體的元素分析數(shù)據(jù)，由構(gòu)造、地層、巖石等復(fù)雜的區(qū)域背景等地質(zhì)因素控制的區(qū)域地球化學(xué)場、局部性變化的局部異常(即剩余異常分量)和偶然性變化因素(樣品加工、噪聲)等三部分組成[8-9]。根據(jù)元素含量的空間分布特征，求出趨勢面方程，擬合趨勢面，用趨勢面作為反映受區(qū)域性變化規(guī)律控制的區(qū)域地球化學(xué)背景。

對某一具體研究母體，化探數(shù)據(jù)中的個(gè)別離群樣品值(特高值)對趨勢面的形態(tài)會(huì)產(chǎn)生重要影響，使擬合而成的趨勢面不能客觀地代表區(qū)域地球化學(xué)背景，致使局部異常減弱或增強(qiáng)[10]，因此運(yùn)用趨勢面方法擬合趨勢面之前，對本區(qū)5 062件樣品原始分析數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除特高值處理，采用低值總體累積頻率百分位為95%分位值代替特高值[2]。而后對預(yù)處理的數(shù)據(jù)擬合趨勢面，經(jīng)筆者多次測試認(rèn)為對預(yù)處理化探數(shù)據(jù)進(jìn)行三次趨勢面擬合后應(yīng)用于本研究區(qū)的效果較好。剩余值(即殘差)，為某一位置上原始數(shù)據(jù)值與該點(diǎn)經(jīng)過擬合趨勢面的趨勢值之差值，通過趙鵬大院士[8]提出的方法對隨機(jī)分量進(jìn)行過濾，保留有實(shí)際意義的剩余異常分量。以上過程可通過統(tǒng)計(jì)軟件Surfer8.0得到[11]。

2.2 因子分析

因子分析是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，能夠從紛繁復(fù)雜的多變量中提取若干共性因子，獲取隱性變量，每個(gè)共性因子代表了一類成礦元素共生組合[12-13]，筆者對上述所獲得的5 062件樣品的18種元素的剩余異常分量進(jìn)行R型因子分析,在分析之前進(jìn)行了KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)(表1)。

表1 KMO和Bartlett檢驗(yàn)表

根據(jù)Kaiser給出的常用的KMO度量標(biāo)準(zhǔn)：0.9非常適合；0.8適合；0.6不適合，結(jié)合表1，KMO值為0.812，相應(yīng)的概率值Sig.為0.000?？芍x研究區(qū)數(shù)據(jù)適合做因子分析，采用最大方差法正交旋轉(zhuǎn)對主成分軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)使負(fù)荷值向兩極(0或±1)分化，經(jīng)正交旋轉(zhuǎn)后每個(gè)公因子的典型元素組合更加明顯，地質(zhì)意義更加清晰[14]。

所提取的5個(gè)因子共解釋了原有18個(gè)變量元素總方差的89.084%(表2),基本代表了原有變量所反映的大部分信息,因子分析效果較好,繼而對初始因子負(fù)荷進(jìn)行最大方差法正交旋轉(zhuǎn)(表3),通過所選因子的協(xié)方差矩陣(表4)可以看出,5個(gè)因子之間無明顯的線性相關(guān)性,表明這5個(gè)因子可代表研究區(qū)的5種元素組合類型，各因子指示了研究區(qū)不同的地球化學(xué)特征及意義。

表2 因子解釋原有變量總方差情況

提取方法：主成份分析

表3 最大方差法正交旋轉(zhuǎn)負(fù)荷矩陣

提取方法 :主成份。 旋轉(zhuǎn)法 :具有 Kaiser 標(biāo)準(zhǔn)化的正交旋轉(zhuǎn)法。a. 旋轉(zhuǎn)在 6 次迭代后收斂。

表4 因子得分協(xié)方差矩陣

提取方法 :主成份。 旋轉(zhuǎn)法 :具有Kaiser標(biāo)準(zhǔn)化的正交旋轉(zhuǎn)法構(gòu)成得分。

由表3可知，在∣負(fù)荷∣≥0.4時(shí)，各因子的元素組合類型為：F1(As、Sb、Bi、W、Mo)；F2(Cu、Ni、Ti、Cr)；F3(Ag、Pb、Sn、V)；F4(Zn、Cd、Mn)；F5(Au、Cu、Hg)。同時(shí)計(jì)算各因子對應(yīng)于原始分析數(shù)據(jù)的剩余異常分量因子得分，繪制各因子得分等值線圖。

3 解釋及推斷

F1因子組合為As、Sb、Bi、W、Mo，方差貢獻(xiàn)率為25.421%，對總方差貢獻(xiàn)最大，是對成礦地質(zhì)背景解釋能力最強(qiáng)的因子，是一組與巖漿熱液成礦作用有關(guān)的As、Sb低溫成礦元素組合及Mo、W、Bi高溫成礦元素組合類型，表明研究區(qū)存在兩期熱液活動(dòng)及成礦作用。As、Sb主要與區(qū)內(nèi)的低溫?zé)嵋杭皹?gòu)造斷裂活動(dòng)有關(guān)，而Mo、W、Bi主要與區(qū)內(nèi)酸性巖類侵入體構(gòu)造斷裂活動(dòng)有關(guān)，結(jié)合單元素異常特征分析，Mo、W、Bi元素構(gòu)成本區(qū)的主成礦元素。

F1因子得分的高背景區(qū)、高值區(qū)分布于華力西中晚期花崗閃長巖、二長花崗巖、堿長花崗巖、中酸性脈巖及南部科洛雜巖分布區(qū)，表明研究區(qū)As、Sb、Bi、W、Mo等元素組合沉淀、分散聚集與這類巖體有關(guān)，據(jù)此可大致推斷花崗巖巖體、中酸性脈巖、科洛雜巖發(fā)育區(qū)。另外研究區(qū)北西部分布兩處因子得分高值區(qū)，應(yīng)為福民河組酸性潛火山巖區(qū)。

在銅礦化點(diǎn)周圍F1因子得分呈明顯的低值、極低值區(qū)，這與燕山早期花崗閃長巖、花崗閃長巖脈等巖體空間分布位置相吻合；北部低值區(qū)與科洛雜巖空間分布位置基本一致。因此,F1因子不僅描述了中酸性侵入巖的主要分布區(qū)域，而且還表明了不同時(shí)代酸性侵入巖物質(zhì)成分、變質(zhì)程度上的差異性以及兩次與熱液事件有關(guān)的成礦作用。

研究區(qū)中部發(fā)育一NE向帶狀F1因子得分較高區(qū),與區(qū)域上NE向的賀根山-黑河蛇綠混雜巖帶走向一致。同時(shí)研究區(qū)西部及東部分布四組NW及NE向串珠狀得分極高值區(qū)異常帶，可能為四組與As、Sb、Mo、W、Bi礦化有關(guān)的斷裂構(gòu)造帶。

因子得分越高，表明其成礦的可能性就越大，因此據(jù)F1因子得分結(jié)果,于本區(qū)篩選較好As、Sb、Mo、W、Bi元素組合異常區(qū)7處，如圖2所示。其中較有前景的有2 處：Ⅲ區(qū)、Ⅵ區(qū)。Ⅲ區(qū)異常濃集中心明顯，異常強(qiáng)度較大，與花崗巖類侵入體及中酸性脈巖空間位置耦合較好，同時(shí)區(qū)內(nèi)發(fā)育NE及NW向兩組斷裂構(gòu)造，巖漿活動(dòng)及斷裂構(gòu)造的交匯部位，為成礦元素的沉淀提供了充分的物源基礎(chǔ)與富集場所。Ⅵ區(qū)濃集中心分布零散，異常強(qiáng)度一般，呈北北東向帶狀展布與二長花崗巖及大石寨組變酸性火山巖接觸帶位置一致。

圖2 F1因子得分等值線圖Fig.2 Score isoline map of factor F1

圖3 F2因子得分等值線圖Fig.3 Score isoline map of factor F2

圖4 F3因子得分等值線圖Fig.3 Score isoline map of factor F3

F2因子組合為Cu、Ni、Ti、Cr，方差貢獻(xiàn)率為20.051%，是對總方差貢獻(xiàn)第二大的因子，這類元素主要存在于基性及中基性巖漿中，在巖漿分異作用的早期便晶出來。該因子得分的高背景區(qū)、高值區(qū)與第三系西山玄武巖及早白堊世甘河組玄武巖、玄武安山巖等巖性的空間分布位置基本吻合。本區(qū)存在已知銅礦化點(diǎn)也證明一定程度的銅礦化作用，Cu元素在F5因子中也有體現(xiàn)，說明Cu的析出不止一次，應(yīng)是多期多階段成礦作用的產(chǎn)物。

據(jù)F2因子得分結(jié)果,于本區(qū)篩選較好Cu、Ni、Ti、Cr元素組合異常區(qū)6處，如圖3所示。

F3因子組合為Ag、Pb、Sn、V，方差貢獻(xiàn)率為18.987%，是與中低溫-中高溫巖漿熱液成礦作用有關(guān)的一組元素組合類型。因子得分在空間分布上沒有明顯的規(guī)律性，局部地段聚集明顯，在因子得分的高值區(qū)域，篩選較好Ag、Pb、Sn、V元素組合異常區(qū)2處，如圖4所示。

圖5 圖5 F4因子得分等值線圖Fig.5 Score isoline map of factor F4

圖6 F5因子得分等值線圖Fig.6 Score isoline map of factor F5

Ⅰ區(qū)異常面積較大，異常濃集中心、分帶明顯，異常強(qiáng)度較高，呈近南北向的條帶狀，與F1因子Ⅲ號異常區(qū)空間位置基本一致，成礦地質(zhì)條件相當(dāng)。

F4因子組合為Zn、Cd、Mn，方差貢獻(xiàn)率為15.188%，較高的因子得分區(qū)域與下白堊統(tǒng)九峰山組地層空間分布基本一致，說明這類組合元素的分散聚集與這類地質(zhì)體有關(guān)，是反映研究區(qū)沉積-風(fēng)化作用信息的一類因子。中部分布二組北北東及北西向串珠狀因子得分高值區(qū)異常帶，受NNE及NW向二組構(gòu)造斷裂控制明顯。據(jù)F4因子得分結(jié)果,于本區(qū)篩選較好Zn、Cd、Mn元素組合異常區(qū)3處，如圖5所示。

F5因子組合為Au、Cu、Hg，方差貢獻(xiàn)率為9.446%，是與中低溫?zé)嵋撼傻V作用有關(guān)的一組元素組合類型，以Au、Cu礦化為主的礦化因子。據(jù)F5因子得分結(jié)果,于本區(qū)篩選較好Au、Cu、Hg元素組合異常區(qū)3處，如圖6所示。Ⅰ區(qū)異常面積較大，異常濃集中心、分帶明顯，異常強(qiáng)度較高，呈北東向的條帶狀展布，與F1因子Ⅲ號及F3因子Ⅰ號異常區(qū)空間位置基本相當(dāng)，除與F1因子Ⅲ號異常區(qū)具有相同的地質(zhì)條件背景外，亦有甘河組火山巖及九峰山組沉積巖發(fā)育。Ⅱ區(qū)異常面積亦較大，異常濃集中心、分帶明顯，異常強(qiáng)度較高，呈北西向的條帶狀展布，受NW向構(gòu)造斷裂，華力西中晚期二長花崗巖，下石炭-上二疊統(tǒng)大石寨組火山巖控制明顯。NW向構(gòu)造斷裂部位有利于含礦熱液的運(yùn)移與成礦元素的富集沉淀。

綜上所述，結(jié)合研究區(qū)單元素異常、地質(zhì)背景對F1礦化因子Ⅲ號異常區(qū)、F3及F5礦化因子Ⅰ號異常區(qū)進(jìn)行整合，圈定本區(qū)以Au、Cu、Mo為主成礦元素，As、Sb、Ag、Pb等為主要伴生元素的綜合找礦靶區(qū)1處，其成礦元素組合好，異常強(qiáng)度高，范圍較大，成礦地質(zhì)條件有利，優(yōu)選為一級找礦靶區(qū)；對F1礦化因子Ⅵ號異常區(qū)、F5礦化因子Ⅱ號異常區(qū)進(jìn)行整合，圈定以Au、Cu為主成礦元素，As、Sb、W、Mo等為主要伴生元素的綜合找礦靶區(qū)1處，其成礦元素組合較好，異常強(qiáng)度中等，范圍較大，成礦地質(zhì)條件有利，優(yōu)選為二級找礦靶區(qū)。

將F2因子Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ異常區(qū)與已知銅礦化點(diǎn)結(jié)合進(jìn)行充分的研究對比，銅礦化點(diǎn)落于該因子得分的高值區(qū)域中。從銅礦化點(diǎn)的成礦地質(zhì)條件分析，于銅礦化點(diǎn)外圍燕山早期花崗閃長巖、華力西中晚期二長花崗巖等侵入接觸帶位置，脈巖發(fā)育區(qū)域圈定3處以Cu為主成礦元素的找礦靶區(qū)，其異常強(qiáng)度中等-中等偏高，成礦地質(zhì)條件較有利，結(jié)合以上對F2因子得分的分析，其地質(zhì)成礦作用較弱，故較有希望發(fā)現(xiàn)銅礦體(礦化體)，優(yōu)選為三級找礦靶區(qū)。

4 對比及驗(yàn)證

剩余異常分量因子得分法既考慮了地球化學(xué)背景場和偶然性變化因素，又表達(dá)出了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，在不漏失原有地球化學(xué)信息的前提下，找出能反映它們內(nèi)在聯(lián)系和起主導(dǎo)作用的少數(shù)變量組合(即因子)，用以來表達(dá)冗余復(fù)雜的地球化學(xué)信息，筆者所提取5個(gè)因子不同程度反映了研究區(qū)巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖等地質(zhì)體巖性分布特征以及控礦斷裂構(gòu)造帶特征并依此繪制了本區(qū)的地球化學(xué)推斷地質(zhì)圖(圖7)，與作者1∶50 000路線地質(zhì)調(diào)查實(shí)際工作中所圈定的地質(zhì)體相比，其分布的空間位置基本吻合，范圍較實(shí)際工作中確定的地質(zhì)體面積略大，這與巖體的風(fēng)化和元素的遷移有關(guān)。

圖7 地球化學(xué)推斷地質(zhì)圖Fig.7 Geologic map inferred from geochemistry

圖8 研究區(qū)Mo異常圖Fig.8 Anomaly map of Mo in the study area

將剩余異常分量因子得分法所圈定的地球化學(xué)異常與傳統(tǒng)平均法圈定的異常(圖8)進(jìn)行對比，該方法有效地凸顯了弱小異常，同時(shí)揭示出了成礦元素的共生組合關(guān)系，將深層次的礦化及地球化學(xué)信息進(jìn)行了充分的提取。

在研究區(qū)圈定了以Au、Cu、Mo為主成礦元素及以Au、Cu為主成礦元素的綜合找礦靶區(qū)2處，以Cu為主成礦元素的綜合找礦靶區(qū)3處，對Au、Cu、Mo為主成礦元素的綜合找礦靶區(qū)經(jīng)槽探工程揭露，以0.01%含量為邊界品位圈出4條鉬礦化體(ⅠMokh～ⅣMokh)(圖9)，礦體最寬為7 m，平均品位0.015%，剩余異常分量因子得分法圈定的找礦靶區(qū)找礦效果非常顯著。

圖9 礦化體分布圖Fig.9 Distribution map of the mineralization deposit

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