基于多元统计分析法的土壤地球化学找矿研究

王振东 马维明 罗永统

(青海省地质调查局)

基于多元统计分析法的土壤地球化学找矿研究

王振东 马维明 罗永统

(青海省地质调查局)

以新疆富蕴县喀依尔特河上游地区为例，采用多元统计分析方法进行土壤地球化学找矿预测研究。按相关元素组合分类、亲疏关系、成因联系将元素异常组合分为Au-Sb-Cu、Pb-Zn-As、W-Sn。在此基础上与区域成矿背景相结合，建立了区域地质-地球化学综合信息找矿模型。采用该模型对研究区进行找矿靶区预测，圈定出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类找矿靶区，为该区域及周边未知区域的找矿工作提供参考。

土壤地球化学 多元统计分析 找矿模型 找矿靶区

土壤地球化学测量法的原理是对土壤中元素进行化学分析，了解元素的分布，总结元素的分散与集中的规律，通过发现土壤中的异常，研究其与基岩中矿体的联系，根据对异常的解释和评价来进行找矿[1-2]。该方法在地质勘查找矿中被广泛应用，是早期勘查圈定区域矿化异常的一种快速有效的方法，但该方法由于测量元素较多，针对性较弱，元素的采集具有随机性，在地质条件复杂的区域，难以取得最佳效果。采用数学地质方法对土壤地球化学采集的数据进行多元统计分析，对相关元素组合分类，找出元素之间的亲疏关系、探索成因联系，可有效排除土壤地球化学测量中的一些因素的干扰，对区域成矿元素有针对性的进行组合、筛选，进而提取出最佳元素组合异常。结合区域成矿背景，建立了区域地质-地球化学综合信息找矿模型，按照异常形态、规模、强度和各元素异常出现的空间位置、套合对映关系，对研究区内元素异常组合进行综合分类，圈定出找矿靶区，为区内找矿工作提供参考。

1 区域地质概况

研究区位于新疆维吾尔自治区富蕴县境内，海拔2 000～3 200 m，气候寒冷、年降水量丰富，多以降雪为主，属典型的北温带大陆性气候寒冷区[3-4]。区域大地构造位置处于阿尔泰地槽褶皱系哈纳斯—忙代恰褶皱带—诺尔特复向斜内。区域出露地层由老至新为：中—上奥陶统哈巴河群(O2-3hb)、中—上泥盆统忙代恰群(D2-3md)、上泥盆—下石炭统库马苏群 ((D3-C1) km)、下石炭统红山嘴组(C1h)和第四系(Q)。

中—上奥陶统哈巴河群(O2-3hb)主要分布于区域北东部和南部，岩性主要为红柱二云石英片岩、混合岩、十字石榴二云石英片岩、角闪片岩；中—上泥盆统忙代恰群(D2-3md)呈NW—SE向出露于该区北—中部，岩性主要为变砂岩、粉砂岩、千枚岩夹安山玢岩、流纹质英安斑岩；上泥盆—下石炭统库马苏群(D3-C1) km)呈NW—SE向出露于该区中西部，主要岩石组合为板岩、长英质砂岩夹钙质砂岩、砂质灰岩及石英斑岩；下石炭统红山嘴组(C1h)呈NW—SE向出露该区中部，总体呈条带状展布，主要岩性为残斑岩、变砂岩—粉砂岩、石英砂岩、板岩、千枚岩夹炭质岩、大理岩化灰岩；第四系(Q)分布于区内沟谷、河床内，主要为冰碛岩块、砾石灰白色黏土、灰黄—褐黄色半胶结砂砾及冲、洪积砂砾、砂土和含砾亚砂土。

区内构造以断裂构造为主，褶皱构造次之，构造线总体呈NW—SE向分布，NW—SE向断裂具有明显的控岩作用。近EW向和NE向断裂多属平移断层，横切地层和NW向构造。褶皱构造主要为诺尔特复向斜，因受到近EW向断裂的影响，向斜中部呈NWW向。区内侵入岩较为发育，呈较大的岩基或岩株产出，岩性以黑云母花岗岩、二云母花岗岩为主。

2 土壤地球化学测量数据处理

采用Spss统计软件[5-7]进行数据处理，首先对原始数据进行要求排序，然后检验数据是否服从正态分布。对不服从正态分布的数据，首先采用迭代法处理特高值以及特低含量值，或采用对数进行统计，将高值剔除，直至总体样品近似服从正态分布；然后通过直方图与正态曲线直观对比和结合峰度及偏度等参数，选择最佳分组生成特征数据，统计得出各种元素的背景含量和标准差，计算得出各元素的异常指标以及异常分带指标；最后利用Spss软件对各元素进行多元统计分析，对相关元素组合进行分类，找出元素之间的亲疏关系，探索成因联系，进而提取元素组合异常，从而更有效的圈定预测靶区。

2.1 相关性分析

相关分析主要测定元素之间的线性相关程度，结果见表1。

表1 元素相关性系数

由表1可知，W与Sn；Au、Sb；Pb、Zn相关性较好。

2.2 聚类分析

聚类分析是对元素按相似程度和亲疏的关系一一分类，直到把所有的元素聚合分类完毕，区内主要元素聚类分析结果见图1。

图1 元素间聚类谱系

由图1可知，当聚类距离为9时，可将域内主要元素分为Pb-Zn-As、Sn-W、Au-Sb-Cu等3类。

2.3 因子分析

该方法在通过尽量减少地质信息损失的前提下，将元素组合进行降维，并组合成新变量——“因子”，在此基础上对观测到的现象进行综合归纳，以再现它们之间的内在联系，结果见表2。经观测，4个主因子得分值和元素组合类与聚类分析的结果基本上是一致的。

表2 因子载荷矩阵及主因子得分系数矩阵

3 地球化学异常找矿模型

依据成矿背景及多元统计分析结果、化探元素异常组合特征等可建立区域地质-地球化学综合信息找矿模型见图2。

图2 地质-地化综合信息找矿模型

由图2可知，在地质环境和成矿条件相对比较好的区域如果有矿体存在，采用土壤地球化学测量法在此处进行找矿时，均有强弱不同的异常存在。因此可以利用地质-地球化学综合信息找矿模式，在新疆富蕴县喀依尔特河上游地区进行找矿靶区预测。

4 找矿预测

研究区面积5.05 km2，共布设了37条测线，测线点距按网度100 m×20 m布置。分析元素为Pb、Zn、As、Sn、W、Au、Sb、Cu，将所得数据选用迭代法处理，确定各元素的异常下限：Pb为30.12×10-6，Zn为90.97×10-6，As为7.46×10-6，Sn为1.78×10-6，W为1.91×10-6，Au为0.64×10-9，Sb为0.50×10-6，Cu为19.06×10-6。

4.1 元素组合异常特征

4.1.1 Au-Sb-Cu元素组合异常

该异常主要分布于研究区的中部和西南部。区内Au异常3处、异常编号为Au-1，Au-2，Au-3均表现为三级浓度分带特征。其中Au-1，Au-2异常面积较大，在南部均未圈闭，异常有向西南部延伸的趋势。Au-3异常位于15～23线，异常多为单点和两点异常，异常最高峰值为0.93×10-9。

Sb异常4处，异常编号为Sb-1，Sb-2，Sb-3，Sb-4。其中Sb-1，Sb-2异常位于研究区西南部，主体以NW—SE走向为主，分带明显包括外带、中带和内带，其中2个异常带都有1个浓集中心，异常峰值分别为1.22×10-6、1.15×10-6。Sb-3异常位于研究区中西部，面积较小，主要位于24～25线，异常分带明显，异常峰值为1.25×10-9。Sb-4异常位于研究区中部，主体走向以NW—SE为主，有3个浓度中心、异常峰值分别为0.78×10-6、0.82×10-6、0.69×10-6。

Cu异常2处、异常编号为Cu-1，Cu-2。Cu-1异常面积较大，三级浓度分带明显，在研究区西南部未圈闭。Cu-2异常面积较小，位于23～26线，以NW—SE走向为主，有1个浓集中心，异常峰值为26.22×10-6。

4.1.2 Pb-Zn-As元素组合异常

该异常主要分布于研究区的中部和南部、北部。区内Pb异常5处，编号为Pb-1，Pb-2，Pb-3，Pb-4，Pb-5。其中，Pb-1异常位于研究区南部，以NW—SE走向为主，异常分带明显，有1个浓集中心，异常峰值为35.67×10-6。Pb-2异常位于30～31线，呈EW走向，分带明显包括外带、中带、内带。有2个浓度中心，异常峰值分别为36.46×10-6、35.98×10-6。Pb-3异常位于中部且面积较大，以NW—SE走向为主，分带明显包括外带、中带和内带。其中有1个浓集中心，异常峰值为42.13×10-6。Pb-4异常面积较小，位于12～14线，走向NW—SE，异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为33.21×10-6。Pb-5异常面积较小，位于7～9线，近SN走向，异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为34.10×10-6。

Zn异常5处，编号为Zn-1，Zn-2，Zn-3，Zn-4，Zn-5。其中Zn-1异常面积较大、位于研究区西南部未圈闭，主体以NW—SE走向为主，分带明显，有2个浓度中心，异常峰值分别为102.15×10-6、112.38×10-6。Zn-2异常呈NW—SE走向、呈断续分布于研究区中下部24～31线，为单点和两点异常，有3个浓度中心，异常峰值分别为101.65×10-6、113.05×10-6、110.27×10-6。Zn-3异常位于17～23线，在20～22线异常向东部未圈闭，异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为115.33×10-6。Zn-4异常位于研究区13～15线，面积较小、异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为102.15×10-6。Zn-5异常面积较小、位于4～8线，近SN走向，异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为102.66×10-6。

As异常5个处，编号为As-1，As-2，As-3，As-4，As-5。As-1异常位于研究区西南部，主体以NW—SE走向为主，分带明显，有2个浓度中心，异常峰值分别为10.12×10-6、8.85×10-6。As-2异常沿走向NW—SE、呈断续分布于24～31线，为单点和两点异常，有5个浓度中心，异常最高峰值为9.82×10-6。As-3异常位于研究区中部，异常面积较大，在18～23线异常向东部未圈闭，有5个浓度中心，异常最高峰值为10.52×10-6。As-4异常位于12～14线，近SN走向、面积较小，异常分带明显，有1个浓度中心，异常峰值为9.16×10-6。As-4异常位于1～4线，异常向北东部未圈闭，有1个浓度中心，异常峰值为8.85×10-6。

4.1.3 W-Sn元素组合异常

该异常主要分布在研究区的北部，区内W异常3处，编号为W-1，W-2，W-3。W-1异常位于1～13线，面积较大、异常向北东部未圈闭，有1个浓度中心，异常峰值为2.64×10-6。W-2异常位于10～17线，异常向西部未圈闭，主体呈NW—SE走向，有1个浓度中心，异常峰值为2.31×10-6。W-3异常位于1～4线，面积较小、异常向北西部未圈闭，有1个浓度中心，异常峰值为2.31×10-6。

Sn异常2个，编号为Sn-1，Sn-2。Sn-1异常位于3～13线，面积较大，异常向北东部未圈闭，有1个浓度中心，异常峰值为2.45×10-6。Sn-2异常位于1～13线，主体呈NW—SE走向，异常向北西部未圈闭，有1个浓度中心，异常峰值为2.02×10-6。

4.2 找矿靶区

(1)Ⅰ类异常靶区。位于研究区西南部，异常分布集中、规模大、连续性强以及异常分带完整，异常整体呈NW—SE走向，Au-Sb-Cu元素组合异常套合对映性好，有向西南方向延伸的趋势。在西南侧花岗岩与中—上泥盆统忙代恰群变砂岩、安山玢岩、流纹质英安斑岩的接触部位寻找石英脉型、云英岩型Au矿床和斑岩型Cu矿床有一定的前景。

(2)Ⅱ类异常靶区。位于17～23线，异常分布分散、规模中等、连续性不强和异常分带完整，各异常走向展布以NW—SE为主，Pb-Zn-As元素组合异常套合较好，区内Pb异常强度高，寻找Pb-Zn矿床有一定的前景。

(3)Ⅲ类异常靶区。位于研究区北部，异常分布集中、规模大、连续性强以及异常分带完整，各异常以NW—SE走向展布为主，W-Sn元素组合的异常在该区域异常强度高，异常套合性好。区内NW—SE走向断裂发育，局部可见云英岩和蚀变花岗岩，寻找W-Sn矿床有一定的前景。

5 结 论

(1)采用多元统计分析方法对研究区土壤地球化学采集数据进行相关分析、聚类分析、因子分析，得出Au-Sb-Cu、Pb-Zn-As、Sn-W等元素异常组合。

(2)依据成矿背景研究及多元统计分析结果、化探元素异常组合特征，建立了区域地质-地球化学综合信息找矿模型，该模型为研究区找矿工作提供了理论依据。

(3)结合区内成矿模式和区域地质特征，按照异常形态、规模以及强度、出现的空间位置和套合对映关系等信息，对研究区内的异常进行综合分类，圈定找矿远景区范围，将异常地段进行分类分级处理，圈定出Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ类找矿靶区。

[1] 胡长征.地球化学土壤测量在找矿中的应用[J].科技创新报，2010(24)：23-24.

[2] 徐书奎，王秀全，张永鑫，等.土壤地球化学测量在保和岛红土型镍矿勘查中的应用[J].现代矿业，2013(1)：72-74.

[3] 朱裕生.中国矿床成矿模式[M].北京：地质出版社，1993.

[4] 董永观，邢怀学，高卫华，等.阿尔泰成矿带构造演化与成矿作用[J].矿床地质，2010(S)：1-2.

[5] 胡以铿.地球化学中的多元分析[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1991.

[6] R.J.豪沃思.化探中的统计学和数据分析[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[7] 余建英，何旭宏.数据统计分析与Spss应用[M].北京：人民邮电出版社，2003.

Research on the Soil Geochemical Prospecting based on Multivariate Statistical Analysis Method

Wang Zhendong Ma Weiming Luo Yongtong

(Qinghai Geological Survey Bureau)

Taking the Kayier river upstream area of Fuyun county,Xinjing as the research object,the multivariate statistic analysis method is adopted to do research on the soil geochemical prospecting.According to the element combination classification,element affinity-disaffinity relationships,element genetic relationships,the element anomaly combination is divided into Au-Sb-Cu,Pb-Zn-As,W-Sn.Based on the element anomaly combination and regional metallogenic background,the regional geological-geochemical comprehensive information prospecting model is established.The prospecting model is used to conduct prospecting target prediction,the I, II, III prospecting target areas are marked out so as to provide some reference for the prospecting work in the research area and the around unknow area.

Soil geochemical, Multivariate statistical analysis, Prospecting model, Prospecting target area

2014-10-14)

王振东(1984—)，男，工程师，硕士，810001 青海省西宁市。