内蒙集宁覆盖区钻孔900地球化学元素主成分分析研究

李 鹏

（河北地质大学，河北 石家庄 050000）

我国地质普查和勘查工作不断展开，大部分露头矿和浅部矿床已被找到，找矿对象逐步转向隐伏矿、深部矿。覆盖区作为基岩被终年冰雪、水体、沼泽、植被以及冲积、洪积，冰积、风积等第三纪、第四纪沉积物广泛掩盖的地区，其下隐伏矿、深部矿产资源也备受关注。全球重要的成矿省和成矿区带内均有大面积覆盖区，但已发现的矿床少，资源潜力巨大[1]。

1 区域地质概况

集宁地区大地构造分区属于内蒙台隆，位于华北陆块北缘中段乌拉山-大青山东段，是我国地质历史演化最久，建造较为齐全，构造岩浆活动极为复杂的地区。本区地壳经历了陆核孕育、陆块形成、陆块发展和滨西太平洋边缘活动等地质演化阶段，又处于华北板块、西伯利亚板块和库拉-太平洋板块的接合部，具备形成多种矿产的极为有利的地质环境。

2 覆盖区弱缓地球化学异常形成机理研究

研究覆盖地区的成矿过程及地球化学异常的形成机制，对于探索覆盖区找矿技术的发展具有重要的意义。大量的学者已经对强烈风化及覆盖区的地球化学异常的形成机制进行了持续的研究。对于地球化学元素的纵向迁移，尤其是定量化的研究现阶段还比较少，而且目前并没有得到统一的认识[2]。传统简单的基于百分数、四分位数和分位数的技术通常是不能从背景中分离出有意义的异常，为分解地质作用过程的相关地球化学组成需要发展更复杂的数学方法。由于低的信噪比，除了地球化学信号的强弱外，其他地球化学属性如几何、尺度、各向异性和自仿射性也必须考虑[3]。

3 ZK900钻孔的地质特征

以下将介绍较为典型（矿化明显、岩性丰富）的ZK900测量结果。ZK900终孔孔深985.02m，孔内主要岩性为辉钼矿化黑云斜长片麻岩、辉钼矿化石榴二长浅粒岩、辉钼矿化黑云斜长变粒岩、辉钼矿化辉绿岩、多斑花岗斑岩。孔内岩石一般具硅化、绿泥石化、高岭土化及绢云母化。局部见黄铁矿化。该孔矿化情况以辉钼矿化为主（以矿化石英脉状充填在裂隙中，且从上至下矿化裂隙脉越来越少）。辉钼矿一般呈星散侵染状及线痕状集合体发育石英脉边部，少量呈脉状。局部富集，自60m至700m，辉钼矿化较连续[4]。

4 数据采集手段

本项目尝试采用多种现代测试分析手段如野外便携式XRF和岩芯扫描仪等测量手段获取矿石、脉石原位测试分析地球化学数据，采用多元统计分析和非线性方法从多尺度研究成矿元素组合及其空间变化。测量包括手表本、岩石露头剖面、岩芯等尺度获取高密度地球化学数据，并进行图像分析。采用野外便携式XRF测量手段对多个典型矿床已有钻孔样品，包括矿体上覆盖层样品进行了系统测量分析，采用多元主成分分析与分形模型相结合的方法研究了多种元素组合纵向变化规律[5]。

5 钻孔数据处理

5.1 钻孔元素垂向变化

ZK900岩性较为齐全，既有岩体成分（花岗斑岩），又有几种主要变质岩（斜长浅粒岩、石榴二长浅粒岩、石榴斜长浅粒岩、黑云斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩），此外还有辉绿岩脉穿插。为了方便讨论，以下将以浅色矿物为主的浅粒岩、变粒岩合并称为长英质粒岩。

表1 分层元素测量读数RSD

由于岩石类型以铝硅酸盐为主，常量元素差别不太显著。统计了分层PXRF读数的相对标准偏差（RSD），值越小代表层位内元素含量差异越小，也反映岩石复杂程度越低。从表2-1可以看出，Si在各岩性中变化最小，RSD仅为0.17，K、Al稍大于Si，三元素都小于Fe并远小于Ca。此外，Al和Sr在辉绿岩中变化程度最小，Ti、Si、Mg在花岗岩中变化最小，Fe、Ca、K在第三分层黑云斜长变粒岩中变化最小。基于元素含量及变化情况，第三分层更接近片麻岩，以下将把此层归为片麻岩讨论。

由元素垂向变化（表1）可见，常量元素K、Al、Si在各岩性中无显著差异，Ca、Mg、Fe、Ti、Sr则在片麻岩和辉绿岩中含量整体较高，与其中暗色矿物含量高有关。元素Bi仅在花岗岩中有检出，而Bi也可作为矿床中酸性侵入岩的指示性元素。矿化元素Mo、Cu、Pb、Zn基本上在各岩性中都有分布，与单一岩性无明显正相关关系，侧面反映了矿床变质岩、辉绿岩脉和花岗斑岩中都发育含矿脉的矿化特征。

5.2 元素组合与岩性识别

使用SPSS软件进行主成分分析，获取了反映各岩石类型的元素组合，如图1。

PC1：Si、K、Bi、Pb、Nb，由元素变化曲线知，元素Bi仅在花岗岩中有效检测，而Si、K是花岗岩矿物的主要组成元素。如图1，可见PC1在花岗岩处整体偏高，而在辉绿岩处整体偏低，说明其可以有效反映酸性岩，在本矿床可作为酸性岩的指示性元素组合。

PC2：Fe、V、Ti、Mg、Si、P、Ba、Sr、Ca、Cu、Zr，由于Fe、Mg、V、Ti等元素是暗色矿物的主要组成元素，钻孔片麻岩和辉绿岩中暗色矿物含量高于其他岩性，而此元素组合变化曲线清晰反映了两种岩性的位置，因此，PC2元素组合可作为矿床辉绿岩脉及片麻岩的指示性元素组合。

图1 ZK900测量数据主成分分析结果

PC3 ：V、Ti、Cr、Mg、Ba、Sr、Rb、K、Al、Sn、Zr、Si，PC4 ：Fe、V、Ti、Mg、Zn、Si、Mn、P、Rb、Sn、Bi、Ca、Mo、Nb、Zr，根据元素组成，PC3、PC4和PC2相似，以暗色矿物组成元素为主，其曲线变化也反映如此，但PC3侧重片麻岩，而PC4侧重辉绿岩。两组合的主要区别是PC3无Fe有K、Al，PC4有Fe而无K、Al，基本反映了矿物组成差异：片麻岩中长英质矿物多于辉绿岩，而辉绿岩中暗色矿物显著多于片麻岩。因此，PC3可作为矿床片麻岩指示性矿物组合，而PC4可以作为矿床辉绿岩脉指示性元素组合。

PC5：Fe、Mo、Zn、Pb、As、Mn、P、Bi、Ca、Nb、S、Ni，显然，PC5中元素基本为矿化元素。由于受辉绿岩和片麻岩中高Fe的影响，加上矿化与岩性无对应关系，元素组合曲线在两种岩性处为高值，其余无明显规律。PC5可以作为矿化指示性元素组合，但如何削弱围岩背景Fe的影响，突出矿化Fe的显示，仍需要进一步研究。

6 结语

通过对ZK900钻孔地球化学元素的主成分分析，获知PC1在花岗岩中偏高，在辉绿岩中偏低，可在本矿床作为酸性岩的指示性组合元素；PC2元素组合可作为矿床辉绿岩脉及片麻岩的指示性元素组合；PC3可作为矿床片麻岩指示性矿物组合，而PC4可以作为矿床辉绿岩脉指示性元素组合；PC5可以作为矿化指示性元素组合。