0 引言

 

  東天山中段位于塔里木板塊北部邊緣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，包括有色金屬在內(nèi)的礦產(chǎn)資源豐富，屬我國(guó)新一輪礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)攻關(guān)地區(qū)( 崔彬等， 2008) 。多年來(lái)眾多科研、地勘單位在該區(qū)投入大量勘查工作，取得顯著成效，先后發(fā)現(xiàn)了土屋－ 延?xùn)|和赤湖斑巖型銅礦、維權(quán)矽卡巖型銀銅礦、黑尖山和路白山火山巖型銅礦等一系列重要礦床( 潘成澤等， 2005) 。區(qū)域化探在該區(qū)礦產(chǎn)勘查中起到十分極積的作用，覆蓋全區(qū)的1 /20 萬(wàn)水系沉積物/土壤測(cè)量數(shù)據(jù)為找礦提供了豐富信息。為改善區(qū)域化探找礦效果，有效識(shí)別礦致異常，已在該區(qū)進(jìn)行了不少勘查地球化學(xué)研究。代表性工作如新疆地質(zhì)調(diào)查研究院用襯度方法圈定了Au、Cu、Pb、Zn 等主要成礦元素地球化學(xué)異常，編制了12 種元素地球化學(xué)塊體分布圖和成礦遠(yuǎn)景圖; 中國(guó)冶金地質(zhì)西北勘查局張年生等利用特定粒級(jí)( 2 ～ 10mm) 、多點(diǎn)采樣法在康古爾地區(qū)進(jìn)行1∶ 5 萬(wàn)巖屑地球化學(xué)普查，相繼發(fā)現(xiàn)了銅、金銀等地表礦( 化) 體( 莊道澤等，2005; 王虹等，2007) 。這些工作豐富了該區(qū)化探異常識(shí)別技術(shù)，提高了化探異常示礦規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。

 

  勘查地球化學(xué)數(shù)據(jù)所反映的成礦相關(guān)元素分布，既受一定地區(qū)成礦地質(zhì)條件控制，也經(jīng)歷了各種后生和表生過(guò)程的長(zhǎng)期影響( 阮天健等， 1985) ?；綌?shù)據(jù)的復(fù)雜性使得一些傳統(tǒng)的較簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理方法效果受到限制，化探異常作為找礦標(biāo)志往往表現(xiàn)出不確定性。本區(qū)也不例外，有異常而無(wú)礦或無(wú)異常而有礦的情況常見(jiàn)。因此，探討更好地適合于不同地區(qū)具體情況的化探數(shù)據(jù)處理方法一直是深受重視的研究課題( 王桂琴等， 2002) 。綜觀前人研究，本區(qū)該領(lǐng)域中尚存在一些重要問(wèn)題需進(jìn)一步探討。

 

  一是目前圈定化探異常多采用單個(gè)元素豐度或襯度，通過(guò)不同元素的空間疊加來(lái)圈定綜合異常。這雖已考慮了不同元素之間的相關(guān)性，但對(duì)相關(guān)性的描述缺乏定量，對(duì)不同元素在綜合異常中的重要性一視同仁，指示元素組合的選擇缺乏客觀性; 二是在對(duì)各種元素及元素組合相關(guān)性的研究方面，偏重豐度相關(guān)關(guān)系，而空間相關(guān)多被忽略。研究空間相關(guān)性，這里指研究元素組合的空間變化尺度、幅度和方向性，這將比單個(gè)元素的空間分布更有利于反映化探異常與地質(zhì)因素之間的關(guān)系，從而可能更好地圈定示礦異常。

 

  鑒于以上情況，本文以東天山中段地區(qū)銅礦找礦為目標(biāo)，將因子分析與泛克立格法相結(jié)合，針對(duì)銅礦床的不同成因類型建立指示元素組合，通過(guò)分析元素組合的空間分布規(guī)律及其與地質(zhì)因素的關(guān)系圈定異常。結(jié)果表明該方法可明顯提高化探異常示礦的有效性，較好地反映化探元素空間分布的規(guī)律性，為該區(qū)地質(zhì)成礦研究提供新信息。

 

  1 研究區(qū)地質(zhì)概況

 

  研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況十分復(fù)雜，出露地層有中元古界、晚古生界、中生界和新生界，其中晚古生界最為發(fā)育。褶皺構(gòu)造在太古界、古元古界屬緊閉型，中上元古界為長(zhǎng)條帶疏緩型，古生界為短軸開(kāi)闊型。

 

  區(qū)內(nèi)主干斷裂從北到南依次為大草灘斷裂、康古爾塔格斷裂、阿齊克庫(kù)都克斷裂和卡瓦布拉克斷裂，以東西向?yàn)橹?，北東東向?yàn)榇?，控制了本區(qū)巖漿活動(dòng)－成礦作用。大草灘斷裂以北主要為泥盆系大草灘組火山巖和火山沉積巖; 阿齊克庫(kù)都克斷裂以北和康古爾斷裂以南地區(qū)主要出露石炭紀(jì)濱－ 淺海相火山－ 沉積巖系; 卡瓦布拉克斷裂帶附近為石炭紀(jì)低綠片巖相－ 埋藏變質(zhì)的碎屑－ 富鎂碳酸鹽沉積建造。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，晚古生代侵入巖廣泛分布，從深成巖到淺成巖，從超基性巖到酸性巖均有出露，其中以華力西中晚期花崗巖最為發(fā)育?；裕?超基性巖體主要分布于黃山、土屋和延?xùn)|地區(qū)，花崗巖類主要分布于康古爾、黃山和南北大溝附近( Chen WM et al．， 2002; 韓春明， 2003; 高珍權(quán)等， 2006) 。

 

  研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多處多種類型的銅或含銅礦產(chǎn)地，主要包括( 1) 斑巖型銅礦，主要沿康古爾斷裂以北分布，以土屋、延?xùn)|大型銅礦、赤湖銅( 鉬) 礦等為代表，礦化以細(xì)脈浸染狀－ 浸染狀為主; ( 2) 熱液型( 含矽卡巖型) 礦床，主要沿康古爾斷裂以南分布，以維權(quán)中型銀銅礦和阿拉塔格銅礦為代表，有關(guān)侵入巖主要為鈣堿性系列巖石，包括花崗巖－ 斜長(zhǎng)花崗巖－ 花崗閃長(zhǎng)巖－ 閃長(zhǎng)巖，巖石成因多為同熔型;( 3) 火山巖型銅礦，以黑尖山、路白山銅礦為代表，銅礦體多與磁鐵礦體共生，顯示上鐵下銅的規(guī)律;( 4) 巖漿型銅鎳硫化物礦床，有紅嶺、企鵝山銅鎳礦等，礦化以巖漿熔離成礦為主，形成稀疏浸染狀、稠密浸染狀、海綿隕鐵狀礦化，局部見(jiàn)受構(gòu)造控制的貫入式富礦體( 韓春明等， 2002; 秦克章等， 2003; SongLin － Shan et al．， 2008) 。

 

  2 主要類型銅礦床指示元素組合因子分析

 

  因子分析是識(shí)別和定量評(píng)價(jià)區(qū)域地球化學(xué)異常的一種有力工具。因子分析從數(shù)據(jù)矩陣中獲取多個(gè)主因子。主因子是多變量( 元素) 協(xié)方差矩陣的正交( 獨(dú)立) 的特征向量，是多元素的線性組合，每個(gè)主因子都可能反映一定的成因意義，這些成因意義的具體內(nèi)可以結(jié)合成礦地球化學(xué)知識(shí)，通過(guò)分析元素組合情況而加以判斷，便于地質(zhì)研究( 趙鵬大，2004) 。因此，通過(guò)因子分析可以獲得代表不同成因意義的元素組合，即獲得對(duì)不同成因類型具有針對(duì)性的指示元素組合。

 

  2． 1 訓(xùn)練樣品點(diǎn)選取

 

  為了查明對(duì)不同類型銅礦具有針對(duì)性的指示元素組合，需要從覆蓋全區(qū)的化探測(cè)量點(diǎn)中選出一批與礦床空間關(guān)系密切的樣品( 化探測(cè)量點(diǎn)) 作為訓(xùn)練樣品，來(lái)建立元素組合模型。我們從研究區(qū)內(nèi)16個(gè)典型的銅礦床( 點(diǎn)) 處及其周圍選取共331 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為訓(xùn)練樣品點(diǎn)。這些礦床( 點(diǎn)) 包含了斑巖型、熱液型( 含矽卡巖型) 、火山巖型和巖漿銅鎳硫化物型4 種類型。

 

  2． 2 因子分析

 

  根據(jù)該區(qū)成礦地質(zhì)特征，我們從原始數(shù)據(jù)中選擇Cu、Co、Mn、Ni、Pb、Zn、Fe、Cr、Hg、As、Ag、V、Mo等13 種元素進(jìn)行因子分析。為了統(tǒng)一各變量( 元素) 量綱，首先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理( 即對(duì)各元素所有數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)減去該元素的平均值并除以該元素的標(biāo)準(zhǔn)差) ，結(jié)果使所有數(shù)據(jù)接近于服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布( 紀(jì)宏金等，2001) 。由13 個(gè)變量、331 個(gè)樣品的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣算出13 個(gè)變量的協(xié)方差矩陣，然后用雅可比法求出該矩陣的13 個(gè)特征值和特征向量。該13 個(gè)特征向量構(gòu)成了因子載荷矩陣。為了易于解釋將因子載荷矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)。各因子( 即旋轉(zhuǎn)后的特征向量) 所對(duì)應(yīng)特征值的相對(duì)大小反映了該因子的方差貢獻(xiàn)大小。由于因子分析是一種人們熟知的方法，這里未列出其各步計(jì)算公式。選擇方差貢獻(xiàn)最大的前4 個(gè)因子( 特征值＞ 1) 作為最后得到的指示元素組合，按重要性( 方差貢獻(xiàn)) 大小分別用F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4表示。由于在進(jìn)行因子分析時(shí)，訓(xùn)練樣本是圍繞典型礦床選擇的，故可認(rèn)為這些因子所代表的元素組合與不同類型礦化的元素組合有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也與礦化所處的地質(zhì)背景關(guān)系密切。各因子載荷見(jiàn)表2，其中F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4各因子( 列) 分別代表一種多元素定量組合; 根據(jù)載荷相對(duì)大小，結(jié)合成礦地球化學(xué)知識(shí)，可以解釋判斷各因子的成因意義。解釋判斷結(jié)果見(jiàn)表3。

 

  第一主因子( F1) 實(shí)際上反映了巖漿型和斑巖型兩類礦化。這兩類的空間分布比較接近( 特別在大草灘斷裂一帶) ，物質(zhì)成分上有某種相似性( 表現(xiàn)為含銅礦斑巖體為I 型花崗斑巖，斑巖巖漿和成礦溶液是同源巖漿分異產(chǎn)物，來(lái)源于地殼深部或上地幔( 王福同等，2001) ; 同時(shí)這兩類礦化都是巖體含礦，相關(guān)的礦化元素組合在空間上分布較廣，故因子分析未能區(qū)分這兩類礦化。在這種情況下，F(xiàn)1因子組合異常所指示的礦化類型需要結(jié)合具體地質(zhì)條件才能確定。同時(shí)應(yīng)注意，該組合中Fe、Mn 及V 載荷較高，反映了與區(qū)內(nèi)鐵礦關(guān)系密切的銅礦化( 以路白山銅鐵礦為代表) 。

 

  第二主因子( F2) 為中低溫元素組合，主要反映該地區(qū)碳酸鹽巖－ 細(xì)碎屑巖建造等地質(zhì)背景以及與其有關(guān)的后期熱液作用及可能的鉛鋅多金屬礦床( 莊道澤，2005) 。由于該組合中銅不占有重要位置，因此在后面圈定組合異常時(shí)將不再考慮。

 

  第三主因子( F3) 反映該地區(qū)與中基性火山巖、火山碎屑巖及正常沉積碎屑巖建造等有關(guān)的火山巖型銅礦，其中Ni、Cr 的相對(duì)富集可能反映偏基性火山巖存在。

 

  第四主因子( F4) 主要反映與熱液作用有關(guān)的

 

  熱液型及矽卡巖型銅－ 多金屬礦化，從Mo、Cu、As到Hg，可能反映了較大的成礦溫度變化。其中，Mo相對(duì)富集反映出斑巖型銅( 鉬) 礦床特征( 木合塔爾·扎日等， 2004) 。

 

  3 指示元素組合空間相關(guān)性分析

 

  3． 1 指示元素組合的空間分布

 

  上述因子分析得到3 個(gè)與銅礦化關(guān)系密切的指示元素組合。為了了解每個(gè)取樣點(diǎn)上這些元素組合的出現(xiàn)情況，可計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)對(duì)于每個(gè)因子的因子得分。因子得分是樣點(diǎn)上各元素標(biāo)準(zhǔn)化含量的一種加權(quán)和，其中權(quán)系數(shù)是對(duì)應(yīng)于各元素的因子載荷，并考慮了各元素之間的相關(guān)系數(shù)。算出每個(gè)取樣點(diǎn)上每種指示元素組合的因子得分，可做出區(qū)內(nèi)各指示元素組合的等值線圖，以反映這些組合的空間分布情況。

 

  從3 張因子得分等值線圖可以看出: 不同的元素組合有不同的空間分布特點(diǎn): 3 個(gè)因子的得分高值區(qū)在空間位置上有明顯的差異。因子F1的高值區(qū)主要有兩處，一處在土屋、延?xùn)|和靈龍地區(qū)，是基性－ 超基性雜巖體和I － 型花崗斑巖體出露區(qū)，主要分布著斑巖型銅( 鉬) 礦床及巖漿型銅－ 鎳礦床;圖4 F4因子得分圖Fig． 4 Contour map showing factor scores of F4另一處沿阿其克庫(kù)都克斷裂分布，可能主要反映與中基－ 中酸性火山巖建造有關(guān)的鐵礦、銅鐵礦或鐵銅礦( 王福同等， 2001; 莊道澤， 2005) 。F3因子的高值區(qū)主要位于阿其克庫(kù)都克斷裂與康古爾斷裂之間破碎帶( 或韌性剪切帶) ，與中基性火山巖分布比較一致; F4因子高值區(qū)主要沿康古爾斷裂南側(cè)分布，是中酸性侵入巖比較發(fā)育地區(qū)。不同元素組合空間分布既有一定程度的重疊，也各自有一定的獨(dú)立性，都受地質(zhì)構(gòu)造－ 建造控制，并與主要礦化類型的分布比較吻合。這說(shuō)明由主因子所代表的元素組合比單個(gè)元素能更好地反映地質(zhì)成礦規(guī)律。

 

  對(duì)于各個(gè)因子得分值，給定其異常下限，可以圈定各個(gè)因子組合元素異常。但是，這種圈定組合異常的方法雖然考慮了各元素之間的相關(guān)性及與礦化的關(guān)系，但仍存在一些問(wèn)題。一是異常下限取為常數(shù)，忽略了元素組合空間分布的區(qū)域非平穩(wěn)性( 即元素的分布有某種變化趨勢(shì)) ，二是忽略了元素分布在區(qū)內(nèi)可能存在的各向異性( 即不同方向上元素豐度的變化幅度和尺度可能不同) 。這些問(wèn)題都有可能造成異常圈定的不客觀，影響其找礦效果，也不利于結(jié)合地質(zhì)背景進(jìn)行解釋。為了克服這些問(wèn)題，我們對(duì)因子得分進(jìn)行泛克立格分析。

 

  3． 2 指示元素組合空間相關(guān)性的泛克立格分析對(duì)任一元素組合，泛克立格法首先對(duì)覆蓋全區(qū)的因子得分進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，建立其變差函數(shù)模型，查明其空間變化的各向異性; 然后考慮可能存在的趨勢(shì)變化，通過(guò)最優(yōu)無(wú)偏插值算出每個(gè)樣品點(diǎn)上因子得分的趨勢(shì)性( 稱為漂移) 和局部性( 稱為剩余) 兩種克立格估值。其中漂移可看作背景值，剩余估值可看作異常值，用于圈定地球化學(xué)異常。這樣的異常圈定方法其下限隨空間位置而變，取決于漂移( 燕長(zhǎng)海，1991; 張先容等，1993; 黃競(jìng)先等，1994) 。

 

  限于篇幅這里略去詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，僅列出計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行分析討論。

 

  結(jié)構(gòu)分析結(jié)果以第一主因子( F1) 為例加以說(shuō)明。利用實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)分析地球化學(xué)元素空間變化特點(diǎn)，即方向性、幅度、連續(xù)性及影響范圍。采用取樣間距4km 為步長(zhǎng)，角度容差22． 5°，帶寬2km，用球狀模型擬合變差函數(shù)。圖5 是F1因子得分在0°( 南北向) 、45°( 北東－ 南西向) 、90°( 東西向) 、135°( 北西－ 南東向) 四個(gè)方向上的實(shí)驗(yàn)變差圖。

 

  由圖5 可見(jiàn)，F(xiàn)1在不同方向上有不同的基臺(tái)值( 即曲線趨于平緩部分的變差值) ，反映不同方向上元素豐度的變化幅度不一樣( 基臺(tái)值越大，元素的變化幅度越大) 。南北向( 0°) 變化幅度最大，東西向( 90°) 最小。這表明銅礦化在南北方向上變化較劇烈，連續(xù)性較差，而在近東西向則相反。這符合礦化受特定地質(zhì)因素控制、具有東西向帶狀分布的特征，與該區(qū)內(nèi)近東西向斷裂構(gòu)造帶為主要導(dǎo)礦、貯礦構(gòu)造的成礦規(guī)律一致。在結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，采用2次漂移，對(duì)F1、F3、F4因子得分計(jì)算泛克立格剩余估值，得到該3 種元素組合異常圖，如圖6、7、8。

 

  F1組合異常主要受近東西向斷裂構(gòu)造控制，異常分布較集中，濃集程度高，反映了康古爾大斷裂和大草灘斷裂控制銅礦床( 點(diǎn)) 分布、阿其克庫(kù)都克斷裂控制( 含銅) 鐵礦床( 點(diǎn)) 分布的規(guī)律性。

 

  另外，卡瓦布拉克斷裂帶附近呈帶狀分布的一些弱異常得到加強(qiáng)。

 

  F3組合異常( 圖7) 呈串珠狀分布在中基性火山巖、火山碎屑巖及正常沉積碎屑巖區(qū)域，與火山巖型礦床的空間分布比較一致。

 

  F4組合異常( 圖8) 主要沿康古爾大斷裂呈近東西向帶狀分布，與巖漿熱液型、矽卡巖型銅礦床分布比較一致。在土屋、延?xùn)|和靈龍礦床附近出現(xiàn)一些弱異常，可能說(shuō)明這些斑巖型礦床也有熱液型特征，是斑巖型礦床中有疊加成礦作用的反映( 芮宗瑤等， 2001) 。

 

  三類異常空間分布基本不重疊，反映不同局部地區(qū)主要控礦因素及礦床類型的差異。

 

  4 與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的比較

 

  為進(jìn)一步說(shuō)明上述方法的優(yōu)勢(shì)，下面列出一個(gè)用傳統(tǒng)簡(jiǎn)單方法圈定化探異常的例子，以便比較。

 

  過(guò)去較為常用的一類方法，是作出成礦相關(guān)元素豐度等值線圖，并選定一個(gè)閥值( 如平均值+ 2 倍標(biāo)準(zhǔn)差) 作為異常下限直接圈定異常。在這種框架下，對(duì)于找銅礦來(lái)說(shuō)，銅元素異常當(dāng)然被認(rèn)為是主要的異常。圖9 是用這種簡(jiǎn)單方法圈定的銅異常圖。比較圖9 與圖6、7、8，可看出本文所述方法與傳統(tǒng)簡(jiǎn)單方法的結(jié)果有以下一些明顯的不同之處。一是能夠使強(qiáng)異常處更加突出顯示，從而反映控礦地質(zhì)因素，如圖6 中大草灘斷裂處大面積異常極其突出，反映了康古爾大斷裂和大草灘斷裂控制銅礦床( 點(diǎn))分布，而圖9 中異常只呈現(xiàn)串珠狀分布; 二是局部出現(xiàn)一些“新類型”礦化異常區(qū)，如圖8 中維權(quán)、小尖山附近出現(xiàn)一些與巖漿熱液型、矽卡巖型有關(guān)的礦化異常，而圖9 中卻沒(méi)顯示出來(lái); 三是能夠使弱緩異常得到加強(qiáng)，如圖6 中在阿其克庫(kù)都克斷裂東部路白山附近出現(xiàn)一些弱異常。這有力說(shuō)明本文所述方法在反映控礦地質(zhì)因素、尋找“新類型”礦化異常及提取弱緩異常方面有明顯優(yōu)勢(shì)。

 

  ( 異常下限為50 × 10 － 6 )

 

  Fig． 9 Copper abundance contours with anomaliesdemarcated ( anomaly threshold is 50 × 10 － 6 )5 結(jié)論本次研究將因子分析與泛克立格法相結(jié)合，利用東天山中段部分區(qū)域化探數(shù)據(jù)，查明了對(duì)不同類型銅礦有指示意義的元素定量組合，用剩余克立格估值來(lái)圈定化探異常，得到一些有意義的認(rèn)識(shí)。東天山中段地區(qū)不同類型的銅( 或含銅) 礦床有明顯不同的指示元素組合。這些組合在空間變異性方面南北向大于東西向，異常主要呈近東西向帶狀或串珠狀展布，反映了區(qū)域性構(gòu)造－ 建造因素對(duì)異常和礦化的總體控制規(guī)律; 各類型礦床相關(guān)的異常在空間分布上基本不重疊，反映不同局部地質(zhì)成礦環(huán)境。

 

  對(duì)已知礦床而言，Cu － Co － Ni － Mn － V － Fe － Cr 組合指示斑巖型和巖漿銅鎳硫化物銅礦床，主要受深源巖漿侵入活動(dòng)控制，并在康古爾斷裂帶附近發(fā)育;Pb － Mo － Ni － Cr 組合反映火山巖型銅多金屬礦化，受中基性火山活動(dòng)控制，主要分布于康古爾斷裂帶西端及阿其克庫(kù)都克斷裂一帶; Cu － Mo － Hg － As組合反映熱液型或矽卡巖型銅礦化，主要受中酸性侵入活動(dòng)控制，分布于康古爾斷裂一帶和卡瓦布拉克斷裂交匯處附近。所用方法能較好地揭示該區(qū)區(qū)域化探組合異常、礦化類型及控礦地質(zhì)因素三者密切相關(guān)的規(guī)律性。各類組合異常在這些“已知區(qū)”

 

  之外還可以出現(xiàn)，提示我們進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)地質(zhì)和成礦地質(zhì)研究、拓寬找礦思路，探討區(qū)內(nèi)不同局部發(fā)現(xiàn)“新類型”礦床的可能性。本文對(duì)所圈定異常區(qū)的找礦潛力尚未做出深入具體的研究和評(píng)價(jià); 這將是進(jìn)一步工作的主要內(nèi)容。

 

  致謝研究工作得到“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目( 編號(hào)2007BAB25B00) 資助; 得到新疆“三零五”項(xiàng)目辦公室、新疆第一區(qū)調(diào)大隊(duì)及新疆地礦局物探隊(duì)等單位的大力支持，在此深表感謝!