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1、 第61卷 第1期有 色 金 属(矿山部分)2009年1月 曼家寨13号矿体化探元素统计分析及应用研究杨晓坤1,秦德先1,吴德成2,冯美丽3,伍伟1,蒋顺德1(1.昆明理工大学,昆明600083;2.广西215地质队,柳州545006;3.中国银行云南省分行,昆明600083)摘 要:成矿的复杂性,多样性是矿产资源的共性,其研究难点是成矿过程中的演化问题。地化元素的多元统计分析可以推测地化元素在复杂的成矿过程中的演化特征,从而为预测找矿提供有用的微观信息。本文选取马关都龙锡锌矿区曼家寨矿段13号主矿体有关元素进行了聚类分析、因子分析研究,揭示了矿区内成矿作用的复杂和多次矿化叠加改造的现象,Sn
2、和Zn的富集是由于后期地质作用叠加改造的结果。指出了In和Cd可作为区内找Sn和Zn的近矿指示元素。关键词:聚类分析;因子分析;地化元素 中图分类号:P61文献标识码:A文章编号:1671-4172(2009)01-0011-04Statistical Analysis of the No.13 inMangjiazha i Sn2Zn Polymetallic M in ing AreaYANG Xiaokun1,Q IN Dexian1,WU Decheng2,FENGMeili3,WU Wei1,J IANG Shunde1(1.KunmingUniversity of Science
3、and Technology,Kunming600083,China;2.No.215 GeologicalBrigade of Guangxi,Liuzhou 545006,China;3.Bank of China Yunnan Branch,Kunming 600083,China)Abstract:The complexity and diversity of ore forming is the commonness,of which the difficulty is the evolutionalcharacteristics of geochemical elements.Th
4、emetallogenic process can be speculated and get useful andmicrocos micmes2sage for next exploration.In thispaper,the research of cluster analysis and factor analysis ofNo.13 inMangjiazhai Sn2Znpolymetallic mining area on Dulong reveal thatmetallogenic process is very complex and superposed bymineral
5、ization.Itis considered that the enrichmentof Sn,Zn superposed anaphase.,and that In,Cd are proximal indicator elements for ex2ploring Sn,Zn in the mine.Key words:cluster analysis;factor analysis;geochemical elements作者简介:杨晓坤(1981-),男,博士研究生 都龙锡锌矿区,位于老君山花岗岩体西南侧外接触带,北面和东面以F0断层为界,宽约115 km,向南延至中越国境线,长约8
6、km,构成南北向展布的锡、锌、铜、铅、银多金属矿带。由铜街、曼家寨、辣子寨、五口硐、南当厂等5个矿段组成;其中,1133号勘探线为曼家寨矿段,工业矿体位于有利地层、构造、变质带、岩体等地质特征的复合部位。曼家寨矿段锡石硫化物矽卡岩型矿床,经系统工程控制,揭露工业矿体301个。其中13号矿体为主要矿体,经系统工程控制,探获地质储量锡金属量144 909 t,锌889 751 t,其锡金属量占矿段总量的54195%,锌占36177%。本文对13号矿体钻孔元素组合分析数据进行统计分析,推测元素在成矿过程中的演化特征,进而为预测工作提供有用的信息1,3。1 矿床地质特征矿区出露地层为中寒武统田蓬组地层
7、。矿区为单斜构造,地层走向南北,向西倾斜,倾角10 35(如图1)。加里东阶段,矿区处于地槽区,寒武系沉积厚度达5 600 m以上,后期由于强烈的加里东运动,压力不断增大,温度不断增高,产生地热异常和应力集中,导致矿区岩石发生广泛的区域变质,随着变质程度的加深,进一步发生碱值交代,注入新生脉体,发生混合岩化作用。区内出露地层为中寒武统田蓬组区域变质岩,变质原岩为类复理石建造 碎屑岩、泥质岩、钙泥质岩、碳酸盐岩等,变质程度中等,锡、锌、铜、铅矿化背景较高,具有矿源层特征。矿区构造类型为宽缓型褶皱及纵向断裂组成的单斜构造带,属老君山复式背斜的西翼。矿区内平行与地层走向的纵向断层十分发育,成组出现,
8、一般错距不大,以层间错动为主,具多期活动,其中F0和F1断裂规模较大,是矿区主要断裂。F0断裂位于矿区东部及北部,F1断裂出露于矿区中部,纵贯矿区南北。矿区有花岗岩体侵位及岩浆热液活动,使变质岩发生热变质作用,导致先期形成的干矽卡岩进一步蚀变、矿化叠加,形成湿锡卡岩。根据区域地质特征及矿区成矿条件分析,矿区矿床受地层、岩相、变质相、变质带、构造及隐伏花岗岩等地质因素控制,属多源、多阶段、多成因复杂矿床。矿床形成经历了长期演化过程,大致分为三个阶段:沉积矿源层阶段 区域变质迁移聚集阶段 岩浆岩热液叠加富集成矿阶段,矿床成因属层控、岩控矽卡岩型。含矿矽卡岩组成矿物复杂,其中以绿泥石化矽卡岩含矿性最
9、佳,其次是阳起石矽卡岩。2 矿体基本特征曼家寨矿段全长2 200 m,锡锌工业矿体赋存于中寒武12有 色 金 属(矿山部分)第61卷 统田蓬组 2t2地层中,根据含矿层岩石组合特征,分为上、下两个含矿层位。上含矿层 2t2-2以大理岩为主夹片岩,两种岩性之间矽卡岩发育。下层含矿层 2t2-1,浅部为石英云母片岩,深部变为大理岩。石英云母片岩互层,两种岩性之间矽卡岩特别发育(1 000 m标高以下)。其中都龙矿区主矿体包括:1号、13号、24号、29号、31号、和62号六个矿体。图1 曼家寨矿段地质图Fig11The geologic figure of mangjiazha i ore dep
10、osit2.1 主矿体基本特征主矿体主要赋存在两个大理岩 矽卡岩群体中,处于2t2-2及 2t2-1两个地层中。24号矿体位于 2t2-2地层顶部;31号矿体位于 2t2-2地层底部,空间位置受上部大理岩 矽卡岩群体控制。1号和62号矿体位于 2t2-1地层顶部,其中1号矿体又位于62号矿体的上部及水平投影北部;13号和29号矿体位于 2t2-1地层底部,其中13号矿体位于29号矿体的上部,水平投影基本重合,空间位置受下部大理岩 矽卡岩群体控制。2.213号矿体基本特征13号矿体是矿区规模最大的矿体,赋存于 2t2-1层上部,F0与F1两断层之间的层间剥离空间内,在 2t2-1下部或尖灭部位,
11、为隐伏盲矿体,其空间位置十分稳定,矿体顶部为石英云母片岩覆盖,底板为大理岩、矽卡岩或片岩。矿体赋存标高8731 230 m,其北段分布于铜街,由1133号勘探线剖面控制,矿体长2 432 m(尚未尖灭,向辣子寨矿段延伸),水平宽116394 m,平均宽228 m。矿体最小厚度54148 m,最大厚度0194 m,平均厚度14164 m。矿体大致沿层产出,与含矿层具有一定交角,产状东部平缓,西部略具倾斜,一般倾角不大于20。矿体形态为似层状,由于受大理岩、矽卡岩形态的制约及矿区褶皱构造的影响,加之矿化不均匀,导致矿体形态比较复杂,空间起伏厚度变化较大,总体而言,矿体北段(79线以北)形态比较规则
12、,厚度较稳定,矿体南段比较复杂,厚薄变化较大,膨胀显著,内部出现夹石,沿矿体走向和倾斜具波状起伏,矿体西部分枝较多。组成矿石的主要金属矿物有磁黄铁矿、铁闪锌矿、磁铁矿、锡石、黄铜矿、褐铁矿及少量菱铁矿,毒砂等。脉石矿物主要有绿钠闪石、白云母、金云母、绿泥石、石英、萤石、白云石、方解石等。矿石为硫化物矽卡岩型,具自形晶 半自形晶结构、他形晶结构、变斑晶结构、交代细脉及补块结构、乳浊状结构等。矿石构造主要有致密块状构造、稠密浸 第1期杨晓坤等:曼家寨13号矿体化探元素统计分析及应用研究13染状构造、散点、斑点、块状构造、角砾状构造、层纹状构造等。矿化连续性极好,但锡锌含量不均匀,单工程最高锡品位2
13、160%,锌13102%;单工程最低锡品位012%,锌3101%;矿体平均锡品位0176%,锌4164%。锡锌品位的变化与矿体厚度成正相关关系。313号矿体主要元素统计研究根据矿区的勘探报告(据317队1991)所列的钻孔光谱分析化探资料,笔者整理出13号矿体的钻孔化探资料进行统计分析,一方面可以对原始数据规范,整理;另一方面,可以揭示原始数据内在的,微观的联系。通过化探元素的基础统计分析,可以对矿区内元素的基础信息进行统计,还可以研究矿区内元素的变化规律。通过聚类分析和因子分析,可以研究元素之间亲疏关系,归纳和提炼元素之间的组合叠加关系,并通过元素组合特征推算、解释成矿过程和成矿元素的迁移、
14、富集变化,判定成矿阶段。3.113号矿体主要元素基础统计通过对13号矿体194个钻孔地化元素组合分析样品进行基础统计分析(如表1)可以得知:表113号矿体主要元素基础统计表Table 1The basic statistics of No.13 orebody项 目元 素样品数均值最小值最大值极差方差标准差.Sn1940.535 60.015 63.491 43.475 80.330 7250.575 1Zn1943.647 90.090 711.017 310.926 67.477 7092.734 5Ge1940.001 80.000 10.0180.017 90.000 0040.002
15、 1Ga1940.002 00.000 20.0220.021 80.000 0050.002 2In1940.008 00.000 30.0930.092 70.000 0930.009 7Cd1940.017 60.000 40.1070.106 60.000 1490.012 2Ag19413.318 51.99093.40091.410 0193.981 85113.927 7As1940.216 20.0052.8102.8050.116 3840.341 2Cu1940.204 20.0211.4101.3890.038 9650.197 4S1949.816 30.26022.4
16、8022.22033.572 3225.794 2Fe3+1946.526 50.02039.15039.13074.272 3298.618 1 注:Ag单位为(10-6),其他元素为(10-2)由表1可以得到:曼家宅矿段13号矿体各元素的统计分布,Sn极差为31475 8%,Zn极差为101926 6%,说明矿区内Sn和Zn的元素分布规律变化不大;而Ag,S和Fe3+极差极大,说明Ag,S和Fe3+在矿区内分布变化复杂。3.2 主矿体主要元素多元统计分析本次多元统计分析主要包括:R型聚类分析,是研究样品各元素之间的亲疏关系的方法;因子分析,是通过尽量少损失地质信息的前提下,将众多的变量组合
17、进行降维,并组合成新变量 “因子”,从而对地质现象进行简明的成矿分析的方法2。3.2.1R型聚类分析聚类分析是研究不同对象之间可能存在的相似性和亲疏关系,并根据研究对象之间“物以类聚”的原则对研究的变量进行归类。根据矿区钻孔原生晕样品分析结果,对13号矿体进行R型聚类分析,以研究各元素间的共生组合关系2。上图是对13号矿体钻孔组合分析样品的分析结果,从图2中可以看出在距离系数为115的情况下,研究区各元素大致聚为三类:1)Ge、Fe、Ga、As;2)In、Sn、Zn、Cd、S;3)Ag、Cu。其中1)类基本反应了矿区沉积环境的存在,Ge和Ga的聚集代表了矿区长期接受了一系列的陆源沉积作用的结果
18、,而Fe和As的聚集则代表了沉积环境内部与热水循环有关的沉积环境。2)类代表了主成矿元素及相关伴生元素组合。反映了Zn、In、Sn、Cd、S之间的亲缘关系,且Zn的成矿是伴随着多金属硫化物的形成而富集的。3)类代表中、低温的岩浆作用及岩浆期后的热液改造环境,Cu和Ag的富集是岩浆后期气水热液叠加改造作用的结果。聚类分析的结果表明不同种类的成矿元素因地化性质的差异而在共生组合上的“物以类聚”性,也反映了该区地质成矿的多期多次性和复杂性。图213号矿体R型聚类分析谱系图Fig12The“R”cluster pedigree di agram of No.13 orebody14有 色 金 属(矿山
19、部分)第61卷 3.2.2 因子分析因子分析是主成分分析的进一步发展,它从因子相关矩阵出发,找出若干个对这些因子起支配作用的独立新因子来表达所有的分析数据,每个独立新因子便反映一种元素组合关系。根据各因子累积方差贡献确定公共因子的个数,研究它们的内部结构和特征,并计算各因子组的因子得分,做出因子组得分综合异常图,分析其与矿化的关系,从而给公共因子赋予更符合实际情况的解释2,3。对原始数据进行变换处理,并作方差极大旋转(结果见表1)。根据因子分析的主因子解,对元素(变量)特征值75%,按累计方差贡献 85%为标准入选主因子,抽取七个因子,其累计方差已占总方差的85145%。表213号矿体R型因子
20、分析结果表(方差极大旋转因子矩阵)Table 2The“R”factor load matrix of No.13 orebody因子变量因子1因子2因子3因子4因子5因子6因子7Sn0.03-0.11-0.11-0.060.000.900.17Zn0.060.02-0.070.000.060.230.92Ge-0.030.83-0.03-0.04-0.01-0.140.10Ga-0.010.090.01-0.99-0.030.03-0.03In0.440.460.060.12-0.090.520.05Cd0.690.11-0.120.11-0.04-0.140.56Ag-0.15-0.110
21、.91-0.020.02-0.120.01As0.05-0.020.030.030.99-0.030.05Cu0.06-0.060.930.010.020.03-0.10S0.88-0.18-0.04-0.060.090.14-0.04Fe-0.090.85-0.14-0.070.010.07-0.07因子方差贡献率/%21.13%16.22%12.89%10.28%8.83%8.47%7.63%累计方差贡献率/%21.13%37.35%50.24%60.52%69.35%77.82%85.45%1)研究区内的地化元素经历了S、Cd、In富集(F1),Fe、Ge、In富集(F2),Ag、Cu富
22、集(F3),Ga富集(F4),As(F5)、Sn、In富集(F6),Zn、Cd富集(F7)。这与图2所作的聚类分析结果完全一致,结合该区的地质特征分析,可能反映了区内经历了长期、多次的地质改造作用过程,成矿过程复杂。2)其中F1,F2,F7代表与Fe,Zn矿化有关的元素组合,这主要是由于矿体富含磁黄铁矿、铁闪锌矿、磁铁矿导致的。In和Cd的成矿阶段是伴随着Ge、Fe、S的富集而富集的(F1、F2)、Zn和Sn的富集(F6、F7)是后期随着In、Cd的富集而富集的,是后期岩浆热变质作用和岩浆期后热液叠加改造的结果。3)F5和F6代表了Sn和As相对独立的成矿环境及过程,它们与高温深源的岩浆岩侵入
23、有密切的联系。4)F3代表了Cu和Ag明显的共生组合关系,独立性强,反映了岩浆侵入后期气水热液成矿过程。在区内经历了长期、多次的地质作用改造后富集。4 结论由上所述,可以得到以下的研究结论:1)地化元素的R型聚类分析表明,矿区具有长期陆源沉积条件并伴随水循环的进行,一些亲铁(Fe)和亲铜元素(Ge,Ga)得以聚集形成最初的矿源层。其次,矿区在长期地质应力的作用下经历的大面积的区域变质作用,Sn,As的富集代表了岩浆岩侵入热变质作用和岩浆岩叠加改造的过程。随着岩浆活动的减弱,一系列的岩浆期后气水热液带形成了Ag和Cu元素的富集。2)地化元素的因子分析表明,矿区内Zn和Sn的成矿富集除经历了较长的
24、时间的富集外,在成矿阶段后期还有岩浆热变质作用和岩浆期后气水热液叠加改造的加入,经历了长期的,多次的地质作用改造后才形成富集。根据勘探报告硫同位素分析(据317队1991):矿区 34S变化范围-11521%,大部分为正值,一般变化幅度为-11510153%,具有外生沉积硫及岩浆硫叠加特征。3)通过对地化元素的统计研究可以较好的揭示不同元素之间的共生组合关系及他们在成矿过程中的演化特征,其中In和Cd可作为Zn和Sn的找矿指示元素,这可以为研究区的下一步找矿工作提供微观的,系统的找矿信息。参 考 文 献1 付国华.云南都龙锡多金属矿床地质特征及成矿规律 J.西南矿产地质,1992(2):25-31.2 张科,曹新志,孙华山.粤西北庞西垌银矿床化探元素多元统计分析J.黄金.2004,25(6):16-19.3 孙华山,赵朋大,张寿庭,等.因子分析在成矿多样性定量化研究中的应用 以滇西北富碱斑岩矿产类型成矿多样性分析为例J.成都理工大学学报(自然版).2005,32(1):82-86.