贵州织金矿区地电化学法寻找隐伏铅锌矿的研究及找矿预测

李智芳,罗先熔,宋艳伟,张有军,李海洋,章 涛,徐 熙

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿床勘查重点实验室;b.隐伏矿床预测研究所,广西 桂林 541004;2.辽宁省地质矿产研究院,沈阳 110032)

贵州织金矿区地电化学法寻找隐伏铅锌矿的研究及找矿预测

李智芳1,罗先熔1,宋艳伟1,张有军1,李海洋2,章 涛1,徐 熙1

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿床勘查重点实验室;b.隐伏矿床预测研究所,广西 桂林 541004;2.辽宁省地质矿产研究院,沈阳 110032)

为了解决贵州织金铅锌矿区寻找隐伏矿体的问题,在该矿区进行了以地电化学法为主的找矿预测研究,并对地电提取的Zn、Pb、Ag、As、Sb、Hg等14种元素的数据进行因子分析。结果表明：Zn、Pb与多种元素相关系数较高,确定Zn-Pb-Ag-Cd-As-Sb-Pd为最佳找矿指示元素组合。根据地电化学测量结果(wB): 以Zn>711.4×10-6, Pb>235.9×10-6划分内带； 以Zn(612.3～711.4)×10-6, Pb(202.4～235.9)×10-6划分中带； 以Zn(513.2～612.3)×10-6, Pb(168.9～202.4)×10-6划分外带；结合元素组合的空间分布规律以及该区构造线走向,圈定具有找矿前景的异常靶区5处,其中Ⅰ-1异常靶区经钻孔验证已见到铅锌矿体。

地电化学;铅锌矿;找矿预测;织金；贵州

地球电化学勘查法(又称地电化学法)是以地下岩石中的离子动态平衡状态为基础的地球化学方法。这种方法是为了判断地下深处是否有隐伏矿体的存在,从而达到寻找隐伏矿体的目的。该方法在全国不同的覆盖层区域进行过可行性试验研究,例如在第四纪沉积物覆盖区、青藏高原冻土覆盖区、甘肃高原寒冷区、河南南阳的凹陷盆地区、干旱高山区等寻找隐伏多金属矿都取得了较大的成效[1-6]。该方法作为深穿透地球化学找矿方法的一种,可以为寻找隐伏矿体提供有效手段。本文以贵州织金铅锌矿区为例,运用地电化学法在该区进行隐伏矿的找矿预测研究,并验证了地电化学法在该区的可行性。 基于地电化学法的数据,对14种元素进行因子分析,不仅解释了该矿区元素之间的相关关系,还圈定了找矿的有利部位。

1 研究区地质概况

贵州省五指山地区大地构造位于特提斯-喜马拉雅与滨太平洋两大全球巨型构造域结合部位,属扬子准地台西南段,黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区的西段,南邻右江造山带。该区受3条深断裂所围限,即西为紫云-垭都深大断裂,北为纳雍-息烽深大断裂,南为安顺-镇远深大断裂[7]。

五指山矿区位于黔中隆起西缘,紫云-垭都深大断裂带的东侧,位于织金五指山-马家寨铅锌成矿亚带之五指山铅锌矿田中。五指山矿田受北东向断层及五指山背斜控制,区内分布有杜家桥铅锌矿床、新麦铅锌矿床、那雍枝铅锌矿床及那芮铅锌矿床[7]。

区内铅锌矿赋存于下寒武统清虚洞组与震旦

系灯影组中,受层状控制较为明显,受岩性组合及控矿因素的影响,具多层产出的特点。根据地层岩性组合及矿体产出特征,划分为3个赋矿带,各赋矿带内产出多个矿体,矿体产状与岩层产状基本一致,呈似层状、透镜状产出,矿体走向延伸一般数百米。

研究区位于五指山背斜近核部,出露地层为寒武系清虚洞组,岩性以白云岩为主,根据岩性组合特征又分为3个岩性段和2个岩性层。该区断裂构造较为发育,主要发育北东向、北西向两组,亦见有近东西向断裂(图1)。研究区处于各断裂构造组合形成的地质夹块中,北东向、近东西向、北西向断层破碎带控制了矿体的分布和产出形态。

研究区内亲铜(硫)成矿元素和亲铁族(基性)相容元素与全国或华南地区相比较,均呈较高的地球化学背景。区内Pb、Zn以及Cu、Hg、Cd、Sb、As、Mo等元素均呈强聚集的地球化学态势, 其中Pb、Zn两元素在该地区具有明显的富集趋势, 且发育Pb-Zn-Hg-Sb等元素组合异常带, 异常具有强度高、规模大、浓集中心明显、浓度分带清晰、空间相互套合、成群成带的分布特点[7]。

图1 研究区地质简图

2 地电提取元素异常

2.1 地电提取元素剖面异常特征

研究区北东部的主成矿元素Zn异常区已有钻孔查证,其为矿致异常,如试验剖面(图2)所示。地电提取法在已知矿体上方测出了较为清晰的多元素异常,表明了地电化学法在该区寻找隐伏铅锌矿的有效性。异常呈现多峰形态分布, 各元素组合异常套合好,异常强度对应性高,各异常呈正相关关系,对深部矿体有良好的反映。尤其是20～23号采样点上的各元素组合异常近似完全套合,很好地指示了下部铅锌矿体的赋存部位,在钻孔施工上方的各元素组合异常套合也较好,也显示了在该地段正下方的铅锌矿体的赋存部位。

2.2 地电提取元素平面异常特征

研究区地电化学工作依据该铅锌矿区地质特征, 以100 m为线距自西南向东北等距布置了13条测线, 点距40 m, 测得Zn异常6个、 Pb异常5个、 Cu异常8个、 Pd异常5个、 Pt异常7个、 Au异常8个、 Ag异常7个、 Cd异常6个、 Co异常5个、 Ni异常6个、 Mo异常6个、 As异常7个、 Sb异常7个、 Hg异常5个。 部分地电提取元素异常如图3所示。

图2 地质-地电提取异常综合剖面图

Zn异常(wB,下同): 以Zn>711.4×10-6、Zn(612.3～711.4)×10-6、Zn(513.2～612.3)×10-6划分内、 中、 外3个异常带。异常大范围分布于测区东部及中部,小规模分布于测区西南。Zn异常带主要沿多条断裂构造展布,与断裂有密切联系，其中Zn-1、Zn-3异常规模和强度均较突出,内浓度带高值也主要分布在这两个异常区内。

Pb异常:以Pb>235.9×10-6、 Pb(202.4～235.9)×10-6、Pb(168.9～202.4)×10-6划分内、中、 外3个异常带。异常主要沿断裂分布，其中以Pb-3异常规模最大及强度最高,发育的内浓度带面积也大。

Ag异常:以Ag>0.085×10-6、Ag(0.075～0.085)×10-6、Ag(0.065～0.075)×10-6划分内中、 外3个异常带。Ag异常主要分布在测区东南部,大规模异常区包含多个浓集中心,小规模异常多以单点异常引起，其中以Ag-1、Ag-5异常规模较大,强度较高。

Cd异常:以Cd>0.84×10-6、 Cd(0.71～0.84)×10-6、Cd(0.58～0.71)×10-6划分内、 中、 外3个异常带。异常主要分布在测区的东部及中部,其他异常小面积分布在测区四周,其中以Cd-1异常规模最大,强度最高。

As异常:以As>30.68×10-6、As(26.33～30.68)×10-6、As(21.98～26.33)×10-6划分内、 中、 外3个异常带。异常分布于测区的北东部,中部及西南测线上,其中As-2、As-4异常规模及异常强度均相对较大,发育多个浓集中心,其他异常以两点或三点异常分布于周边。

Sb异常:以Sb>0.45×10-6、Sb(0.39～0.45)×10-6、Sb(0.32～0.39)×10-6划分内、中、外3个异常带。Sb异常在测区内集中分为3个区域,即测区的北东部、中部及西南部,其中Sb-2、Sb-7异常规模及异常强度均较大,发育的浓集中心面积较大,其他异常多以三点异常分布于测区中部或角落。 Hg异常:以Hg>0.28×10-6、 Hg(0.23～0.28)×10-6、Hg(0.18～0.23)×10-6划分内、 中、 外3个异常带。异常在测区内集中分布在测区的东部,其中以Hg-1异常规模及异常强度最大,发育多个浓集中心且面积较宽。

Pd异常:以Pd>0.48×10-6、Pd(0.42～0.48)×10-6、Pd(0.36～0.42)×10-6划分内、 中、 外3个异常带。Pd异常主要分布于测区的东部、中部以及西南部，其中Pd-2、Pd-3异常规模大、强度大,异常分布较为集中。

根据各地电提取元素异常特征综合分析, 异常带多在测区东北部、 中部和西南部呈不规则分布,规模较大, 各元素异常带重叠程度较高。 结合测区地质特征, 各元素异常总体分布在断裂构造组合形成的夹块中, 明显受断裂控制，沿断裂构造及其边部分布。 因此, 在断裂构造上出现异常的部位应为本区寻找隐伏铅锌矿的重点。

3 因子分析

因子分析的目的是解释多变量数据集相关矩阵的内部结构,并将多个变量综合成按方差贡献确定的几个综合因子(主因子),以最大限度再现原始变量之间的相关关系,并进一步探索产生这些相关关系的内在原因[8-11]。基于地电化学法在贵州织金铅锌矿区寻找隐伏矿体的有效性,运用R型因子分析法对该区的地电化学样品数据(包含14种元素,共计3 528个样品数据)进行分析,结合区域成矿地质特征、研究区地质背景,筛选出与成矿有关的因子变量,用以了解该区主要矿体的元素组合特征,力求最佳找矿指示标志(元素组合),并结合地电化学法的单元素异常分布规律对该区进行找矿预测。

3.1 相关关系检验

因子分析的前提条件是:利用Bartlett球度检验(Bartlett test of sphericity)和KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)检验对所选数据的相关关系进行检验。

由贵州织金铅锌矿区14种元素相关系数矩阵(表1)可知， Zn与Pb、Co、 Ni、 As、 Mo、 Ag、 Pd 的相关系数较高,Pb与Zn、As、 Pd 的相关系数也较高,均在0.5以上,因此Co、 Ni、 As、 Mo、 Ag、 Pd与Pb、 Zn相关性较好, 可以考虑将这8种元素作为寻找铅锌矿的指示元素, 并进行元素之间的组合关系研究。Bartlett球度检验和KMO检验结果见表2:KMO值为0.816, 说明适合作因子分析; Bartlett球度检验结果显示, 近似卡方值为2 212.903, 自由度为91，检验的显著性概率为0.000。如果显著性水平α为0.05, 则概率P值小于显著性水平α, 因此, 本工作区数据适合作因子分析。

表1 贵州织金铅锌矿区14种元素相关系数矩阵

Table 1 Correlation matrix of 14 elements in Zhijin lead-zinc area, Guizhou

ZnPbCuPdPtAuAgCdCoNiMoAsSbHgZn1.000Pb0.5711.000Cu0.0730.0921.000Pd0.5610.6790.0271.000Pt-0.174-0.0200.107-0.0911.000Au0.2270.2570.0200.123-0.0601.000Ag0.7430.4710.0500.472-0.2150.2381.000Cd0.7460.3940.0160.488-0.0620.2020.5691.000Co0.5640.4820.0770.591-0.2870.1150.5970.3091.000Ni0.7540.4110.0190.683-0.2940.1140.6750.5130.7101.000Mo0.5260.3180.0800.417-0.3010.1270.6180.2570.6450.5531.000As0.8270.5180.0770.544-0.2640.1680.7620.5110.7050.7650.7781.000Sb0.3860.349-0.0110.342-0.1600.1210.3280.2400.2890.4440.2980.4631.000Hg0.4380.3600.0570.3030.0860.1320.3500.2450.3420.4410.1620.4230.2701.000

表2 Bartlett球度检验和KMO 检验分析结果

3.2 主因子确定

因子分析提取初始因子采用“主成分分析”,在此次分析的14个成分中初始方差贡献≥0.95的有4个,这4个成分特征根的累计方差占总方差的68.709%,可以解释研究区,因此抽取前4个成分作为本区主因子,将抽取的初始主因子作“方差最大”正交旋转,得到旋转后主因子方差特征(表3),旋转前后,4个主因子的方差累计贡献均为68.709%,说明旋转后主因子所能解释的信息无损失,同时,旋转后主因子总方差贡献值均>1,说明旋转因子使复杂的矩阵变得更简洁,分组更明显,易于地质解释。通过“方差最大”正交旋转,可以同步得到旋转后因子所抽取的4个主因子的载荷矩阵(表4)。以因子载荷λ>0.5 的元素为该因子主要载荷元素,得出F1、F2、F3、F4因子结构式,应用对应每一样品旋转后的因子得分制作各因子得分异常分带图(图4)。

表3 总方差解释

3.3 元素组合特征

通过研究区主因子载荷确定元素组合:F1因子代表Zn-Pb-Ag-Cd-As-Sb-Hg-Pd元素组合,F2因子代表Co-Ni-Mo-Pt元素组合,F3因子代表Au元素,F4因子代表Cu元素。从F1、F2、F3、F4几个元素组合可以了解该区多期成矿作用的特点。

F1因子是区内占主要地位的因子,方差贡献率为32.567%,代表了酸性到超基性岩浆有关的中-低温热液亲铜(硫)成矿元素组合,其中As、Sb、Hg均具有较强的迁移能力,扩散面积较大,多与低温热液活动有关。从图4a可知,因子得分异常外带分布在寒武系清虚洞组中, 因子得分异常内带主要分布于断裂构造及附近的地层内。该因子是研究区内与铅锌矿化有关的因子类型,该元素组合可作为铅锌矿直接找矿指示元素组合。从前人工作资料和因子异常分带图可知,研究区铅锌矿物源为清虚洞组,受后期中-低温热液作用富集成矿，可将该因子得分异常内带区划为铅锌多金属找矿靶区。

表4 旋转后因子载荷矩阵

F2因子的方差贡献率为20.103%,为研究区占次要地位的因子,Co-Ni-Mo-Pt表现为亲铁性(基性)元素组合。从图4b可以看出,F2因子主要分布在研究区的北上方,因子得分异常外带分布面积宽泛,但内带分布却较小, 主要沿断裂构造边部分布。其中,因子内带分布与F1主因子内带分布叠合区域较小,可认为该元素组合对铅锌矿直接找矿指示作用较小。

图4 研究区各因子得分异常图

F3因子的方差贡献率为8.262%,由单一元素Au表示,反映Au成矿作用,主要分布于研究区内由断裂构造组合形成的夹块地层中(图4c)。在研究区中部及西南区域,F3因子与F1因子得分异常部分叠合,反映了与铅锌有关的矿化作用,具有一定找矿指示作用。

F4因子的方差贡献率为7.778%,由单一元素Cu表示,该因子几乎全部分布于区内断裂构造组合形成的夹块地层中,且均靠近断裂构造边部(图4d)。F4因子与F3因子在研究区内中部下侧有部分区域叠合,反映了该区岩浆成矿作用特点及其后期热液叠加有关的元素组合。值得注意的是F4因子与F1因子具有共存互补的趋势,而Cu、Pb、Zn元素的异常组合表现出硫化物多金属热液矿化作用的特点,因而两者存在某种成因上的联系,并对隐伏矿体起到指示作用。

4 综合找矿靶区划分及评价

通过将因子得分异常分带与对应的地电提取各元素异常的叠加,着重考虑主成矿元素Zn、Pb以及F1主要因子,结合本区地质条件,在测区内圈定了5个找矿靶区,并按照找矿潜力由大到小的顺序依次划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类靶区(图5)。

4.1 Ⅰ类找矿靶区圈定与评价

Ⅰ-1号靶区:该靶区位于测区南侧一角。F1因子异常分带在该区域有较大的覆盖范围, 主成矿元素Zn、Pb出现较好的异常,Zn异常规模较大,而Pb异常较小。F1因子异常与Zn、Pb异常有一定的套合性。成矿相关元素异常较小,出现一定规模的成矿指示元素的异常叠加。成矿地质条件优越,具有很好的找矿背景。在该靶区内已有钻孔验证及控制,也已见矿。综上所述,在Ⅰ-1靶区深部有隐伏铅锌矿体存在。

图5 地电化学靶区预测图

Ⅰ-2号靶区:该靶区位于测区中部, 靶区内主成矿元素Zn、 Pb均呈现大规模异常,F1因子异常分带在该靶区也有明显分布, 三者有较好的套合性。 其他指示元素均有一定规模, 叠加程度明显。 异常带内的地质条件有利于成矿元素的富集、迁移和赋存,该靶区有较大的找矿潜力。

4.2 Ⅱ类靶区圈定与评价

Ⅱ-1靶区:该靶区位于测区北东侧中部,F1因子异常分带在该区域有较大的覆盖范围,对应的主成矿元素Zn异常强度及规模均较大,相关元素均显示不同程度明显异常,出现多元素叠加异常。异常区位于测区内NE-SW向断裂上方及两侧,地质部位有利于成矿。该靶区的多指标地化异常内具有较好的找矿前景,建议在该区开展进一步的地质调查工作。

4.3 Ⅲ类靶区圈定与评价

Ⅲ-1号靶区:该靶区位于测区东南边侧中部,位置上连接Ⅰ-2号靶区,靶区内有F1因子,Zn、Pb单元素以及其他相关指示元素异常的出现,规模及强度均不大,与Ⅰ-2号靶区中的异常也不连续。靶区分布在F7主断裂构造上,具备有利于成矿的地质条件,但处于本次工作区的边缘,就目前工作程度来看,该靶区找矿前景尚不明朗。

Ⅲ-2号靶区:该靶区位于测区南端3条断裂交汇形成的三角区内,靶区覆盖地层为清虚洞组的第二段a层含矿层,具备优越的地质成矿条件;靶区中F1因子异常,主成矿元素及伴生指示元素异常规模虽不大,但异常强度较高,考虑异常有向工作区西南侧延展的趋势,但西南侧未受到测点的控制,就目前的工作程度来看,该靶区找矿前景尚不明朗。

5 结 论

(1) 在研究区进行的以地电化学方法数据为基础的因子分析结果表明, 利用因子分析能准确地找到与主成矿元素相关性较高的找矿指示元素组合。

(2) 在未知区域靶区的圈定上,综合利用因子分析中主要因子异常分带规律与各成矿元素及伴生元素异常的分布规律,可以更加有效地预测矿体的赋存位置。

(3)异常平面分析结果表明,在断裂构造带、断裂构造交汇区及其附近,各元素异常规模较大。连续性好,揭示了断裂构造为该区重要控矿因素。

(4)在测区圈定了5个规模不等异常靶区:Ⅰ-1靶区已经钻孔查证见到铅锌矿体;Ⅰ-2靶区地质条件优厚,因子分析以及地电化学综合异常突出,找矿潜力大,可作进一步勘查研究;Ⅱ-1靶区所处部位地质成矿条件较好,具一定找矿潜力,极有可能是Ⅰ-1靶区深部隐伏矿体向北西延伸所引起,建议确定Ⅰ-1靶区内矿体延伸方向后,对Ⅱ-1靶区布置深部工程验证。Ⅲ-1、Ⅲ-2靶区异常规模小,异常强度较高,但工作程度不高,异常具有明显向工作区外侧延展的趋势,找矿前景尚不明朗。

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Prediction and prospecting for hidden lead-zinc deposit by geo-electrochemical method in Zhijin mine of Guizhou

LI Zhi-fang1,LUO Xian-rong1,SONG Yan-wei1,ZHANG You-jun1,LI Hai-yang2,ZHANG Tao1,XU Xi1

(1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposit Exploration;b.Institute of Prediction of Hidden Ore Deposit, Guilin University of Technology, Guilin 541004,China;2.Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources,Shenyang 110032,China)

A new method is carried out in prospecting and prediction based on geo-electrochemical measurement in Zhijin mine in finding hidden lead-zinc deposit.The geo-electrochemical data of 14 elements including Zn, Pb, Ag, AS, Sb, Hg etc are analyzed by factor analysis method. The results show that the correlation between Zn-Pb and other elements is positive, and indicate the optimal element association (Zn-Pb-Ag-Cd-As-Sb-Pd) as prospecting criteria. In order to make the information of icon distinctive, the abnormal area can be divided into high consistency area, middle consistency area and light consistency area. High consistency area can be divided by the standard of (Zn>711.4×10-6, Pb>235.9×10-6). Middle consistency area can be divided by the grade of(Zn 612.3×10-6to 711.4×10-6, Pb 202.4×10-6to 235.9×10-6). Light consistency area can be divided by the grade of (Zn 513.2×10-6to 612.3×10-6, Pb 168.9×10-6to 202.4×10-6). In the distributing contrast of element association and tectonic alignment, 5 advantageous ore-prospecting targets are delineated,and the lead-zinc ore body can be found in the Ⅰ-1 anomaly target after verification ore body.

geo-electrochemical methods; lead-zinc deposit; prospection prediction; Zhijin;Guizhou

1674-9057(2015)04-0801-08

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.019

2015-05-28

中国地质调查局项目(12120113101500);广西隐伏金属矿产勘查重点实验室开放基金项目(11-031-20)

李智芳(1989—),男,硕士研究生,研究方向:地球化学,sirius.lzf@163.com。

罗先熔,博士,教授,lxr811@glut.edu.com。

李智芳,罗先熔,宋艳伟,等.贵州织金矿区地电化学法寻找隐伏铅锌矿的研究及找矿预测[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):801-808.

P632

A