1. 引言
土壤地球化学测量作为寻找浅覆盖区矿体的一种直接、快速、有效的勘查方法，在国内外被广泛用于综合地质找矿 [1] [2] [3] [4]。随着我国从30~50年代找露头矿到70~80年代找浅埋矿(埋深小于100 m)和预测技术的应用，作为提供直接找矿信息的地球化学勘查技术方法获得迅速的改进、发展与更新，且地球化学勘察对于矿床的发现有至关重要的作用，尤其是土壤地球化学测量在详查阶段对于研究矿体的分布有重要意义。在物理、化学作用条件下，隐伏矿体能够产生大其数倍的次生分散晕，土壤地球化学测量方法能够根据其异常表现推断出矿体分布范围及演化特征，从而使其成为找矿实践中最常用的方法之一。
辽宁省岫岩县兴隆沟地区位于华北陆块成矿省，辽东成矿带、营口长白成矿亚带，该带作为重要的多金属矿床矿集区，在研究区周边先后发现有太平岭金矿、北岭沟金矿、红旗铅锌矿、高家堡子银矿床等。上世纪60年代开始，研究区及周边先后进行了多次地质勘查工作，圈定了多处不同比例尺水系沉积物异常，特别是研究区内槽探工程验证发现Ag、Pb、Zn矿化显示，使研究区及周边矿产勘查工作获得突破成为了可能。但研究区内地质找矿工作程度较低，本次研究力求查明该区地质、地球化学特征，以推进该区地质找矿工作取得新突破。
2. 研究区地质特征
(一) 区域地质背景
Figure 1. Geological map of the study region (according to Wang Jing, 2019; Liaoning 1:500,000 geological map revised). 1. Late Yanshanian rock mass; 2. Early Yanshanian rock mass; 3. Luliang rock mass; 4. Indosinian rock mass; 5. Gaixian formation; 6. Dashiqiao formation; 7. Gaojiayu formation; 8. Lieryu formation; 9. Quaternary; 10. Granite; 11. Monzonitic granite; 12. Syenite; 13. Streak granite; 14. Gold deposit; 15. Lead deposit; 16. Fault; 17. Study region
图1. 研究区区域地质图(据王菁，2019；辽宁1:50万地质图修改)。1. 燕山晚期岩体；2. 燕山早期岩体；3. 吕梁期岩体；4. 印支期岩体；5. 盖县组；6. 大石桥组；7. 高家峪组；8. 里尔峪组；9. 第四系；10. 花岗岩；11. 二长花岗岩；12. 正长岩；13. 条痕花岗岩；14. 金矿床；15. 铅矿床；16. 断裂；17. 研究区
辽宁省岫岩县位于华北克拉通辽–吉古元古裂谷带南段，北接龙岗地块，南邻狼林地块，均为断层接触 [5] [6]。位于华北地台北缘胶辽台隆北部，营口–宽甸台拱西部。区域出露地层以下元古界变沉积岩系辽河群为主，辽河群分上、下两个亚群，为一套以辽河群变质岩系为特征的低绿片岩相–低角闪岩相变质岩，沟谷内主要分布第四系冲洪积砂砾石 [6] [7] [8] [9] [10] (图1)。
区域上构造活动复杂，经历了元古宙辽东裂谷拉张沉降到后期抬升的强构造运动，后又遭受了多期次构造–岩浆活动的强烈影响，使辽河群底层发生了强烈的变质、变形作用，致使区内断裂及褶皱构造发育，区域上褶皱构造主要由系列复向斜、复背斜构造组成，包括虎皮峪–宽甸复背斜、大石桥–草河口复向斜等；主要发育NE向和NNE向断裂，及部分NW向和SN向断裂，包括青城子NW向构造带、小孤山断裂等 [11]。
区域上岩浆岩分布范围较广，分布类型以印支–燕山期花岗岩、花岗闪长岩为主，具多期次、多旋回活动特点，并有石英脉、花岗斑岩脉、闪长玢岩脉形成(图1)，为成矿提供了物质源、热源、动力源 [12] [13]。
(二) 研究区地质特征
Figure 2. Geological map of the study area
图2. 研究区地质简图
研究区主要出露盖县组地层(图2)，遭受低角闪岩相变质作用，为一套片岩夹变粒岩组合。该组划分为两个层位，上部以矽线云母片岩为主，夹黑云变粒岩、黑云片岩、浅粒岩、透闪变粒岩等；下部层位由黑云变粒岩、浅粒岩、透闪变粒岩、透闪大理岩等组成。区内新生界地层分布较为广泛，出露的地层单元主要为第四系全新统，沿新沟谷及两侧一级阶地分布冲洪积砂砾石1。
研究区最早形成近东西向构造，构成本区基本构造格架，北北东向构造在研究区内表现出压性和压扭性特征。其中近东西向构造体系主要由变质岩系组成的褶皱及与其有成因联系的断裂构造行迹组成。北北东向构造体系主要由北北东向断裂、小型岩体及与其有成因联系的其它断裂行迹组成 [13]。
区内大面积出露印支期花岗闪长岩、燕山期花岗岩 [14]，主要为鞍山运动以来多期次的构造–岩浆活动叠加导致，地质体间接触带为区域矿化蚀变发育主要层位 [8]。
3. 研究方法及样品分析
据《辽宁岩石地球化学分区特征》，研究区属燕、辽地球化学省–辽东地球化学区–营口–宽甸分区–岫岩–凤城小区，该区域内Mo、Au、Ag、Cu、Zn、Sb元素浓集克拉克值为0.8~1.0；Pb、As、Bi元素浓集克拉克值为1.0~1.2；W元素浓集克拉克值为1.2~1.5 [15]。
本次工作的研究流程为选区–布样–取样–样品分析–多元统计分析–异常圈定–得出结论。本次野外工作方法为1:1万土壤地球化学测量，测线方向334˚，样品布设网度为100 × 20 m，采样深度为基岩以上20 cm处B或B + C层风化颗粒物，采样方式为铁锹 + 洛阳铲。根据规范并参照该地区以往相关工作成果，现场使用−10~+ 60目标准钢筛进行粗加工，供室内干燥后再加工，单件样品加工后大于150 g，确保无污染、无混样。
野外工作采集测试样品1102件，测试机构为原武警黄金第四支队化验室，采用石墨炉原子吸收法测定Au元素；发射光谱测定Ag元素；等离子体光谱法测定Cu、Zn元素；等离子体质谱法测定Bi、W、Mo、Pb元素；原子荧光法测定As、Sb元素。使用SPSS、GeoIPAS软件分别对测试结果进行多元统计分析处理和圈定异常图。
风化基岩–基岩是异常查证的最佳介质，但由于研究区森林覆盖严重，风化基岩、基岩不适宜作为该景观区异常查证的主要采样介质，所以本次工作土壤和岩屑作为主要采样介质。在异常解译中应结合地形充分考虑异常侧移的问题。建议在后续的工作中利用山地工程揭露一条横穿异常中心的风化基岩剖面进行对比研究。
4. 分析结果与地球化学特征
数学方法是解决地学问题的重要手段之一，多元统计分析方法能够从繁多的测试数值中准确的判别出其之间的关联性，进而有效推断出地化元素的演化特征。相关性分析、聚类分析和因子分析是最常用的几种多元统计分析方法 [16] [17]。通过相关性分析，分析出两种或多种元素间密切程度及变化关系；通过聚类分析方法，以元素间变化情况的最大相似性确定出工作区内各元素组合；通过因子分析方法，确定各元素组合的基本特征 [3]。发现具有找矿意义的地球化学信息，进而为预测找矿提供有用的深层次信息。
(一) 相关性分析
元素间相关性体现两种或多种元素间的密切程度以及变化关系，具有相关性则表征其可能具有相同的成因或来源 [18]。将此次工作中所采取1102件样品的化验结果用SPSS软件进行相关性分析，1为完全相关，0为完全不相关，得出如下结果，Ag与As、Bi、Cu、Pb、Sb、Zn呈显著正相关，而Ag与Au几乎无相关性，与Mo、W弱负相关(表1)。因此，As、Bi、Cu、Pb、Sb、Zn是Ag的重要找矿指示元素，而Au、Mo、W关系不密切，是寻找Ag矿床的不利标志，且Ag与As、Bi、Cu、Pb、Sb、Zn显著正相关，可以认为Ag参与了于整个中高温矿化阶段。
(二) 聚类分析
R型聚类是对样品元素含量进行分类 [19]，通过各元素间组合及共生关系，来了解成矿过程中元素间迁移和富集特征。
通过SPSS软件对原始数据进行聚类分析，横坐标为重新标度的距离(K)，纵坐标为元素类型，通过聚类分析树状图(图3)可以得出下列结论，当K = 5时可以划分出两个组合，一是Pb、Zn、Ag，标志中温热液成矿过程，二是As、Sb，反映低温热液成矿作用过程；当K = 10时，Bi、Cu两种元素与Pb、Zn、Ag共同组成中高温热液成矿组合；当K = 20时除W元素外其他九种元素共同构成一个元素组合，标志着工作区内经历了从低温到中温再到高温的整个成矿过程。Ag，Ag、Cu、Zn、Pb、Sb、As为亲硫元素，主要与中酸性岩浆岩和热液活动有关，与工作区地质情况相吻合。
Figure 3. Clustering analysis tree diagram (rescaled distance clustering combinations)
图3. 聚类分析树状图(重新标度的距离聚类组合)
(三) 因子分析
因子分析能够起到化繁为简的作用，以较少的综合因子的形式表征多个复杂的关系变量 [20] [21]，通过变量间的某种内在联系，从关系复杂的众多变量中提取起主导作用的独立变量(因子)，揭示变量之间以及物质成分与地质作用之间的相互联系，从而使样品具有更加明确的地质意义。任一矿体中元素含量实质上是多个地质作用条件下综合作用引起的结果 [19]。通过因子分析不但可以判别一个地质过程，而且在多个地质过程叠加的情况下，可以将这些地质过程按元素历史成因进行分解，该综合因子可以表征一个地质作用(或矿化阶段) [19] [22] [23]。
KMO (Kaiser-Meyer-Olkin)值为检验变量之间相关关系的指标，KMO指标 > 0.5则表明变量间相关性强，适合因子分析；巴特利Bartlett’s球度检验值表示各变量间的独立性，其值 < 0.05时适合做因子分析。为了检验本次研究数据首先对KMO值和巴特利特值进行检验，KMO取值为0.796，显著性水平为0，表明各元素之间具有相关关系(表2)，适合进行因子分析且具有较高的准确性。为使公共因子更便于解释，对初始因子载荷矩阵进行方差最大法正交旋转 [21]，经5次迭代后收敛，并结合研究区地质特征，合理划分出元素组合。在因子分析旋转主成分后，根据得分提取出3个主成分，分别为第一主成分F1 (Ag、Pb、Zn、Bi、As、Sb)，第二主成分F2 (As、Sb、Mo、Cu)，第三主成分F3 (W、Cu) (表3)，累计方差贡献率为59.264%，基本保留了原指标的大部分信息。F1为典型的中低温成矿带元素组合，F2包括低、中、高温成矿带元素组合，F3为典型的高温成矿带元素组合。为多期次热液运动结果导致。
Table 2. KMO and Bartlett checklist
表2. KMO和巴特利特检验表
Table 3. Results of factor analysis
表3. 因子分析结果表
5. 地球化学异常展布规律
(一) 研究区元素分散富集规律
Table 4. 1:10,000 characteristics of geochemical parameters of soil geochemical survey
表4. 1:1万土壤地球化学测量地球化学参数特征表
元素的富集和变异程度是找矿工作中最为关注的几个指标之一，通常情况下，元素的富集程度(浓集克拉克值(C))越高、变异程度(变异系数(CV))越大，越有利于成矿 [24] [25]。
从全区来看(表4)：Au (2.596)、Pb (1.147)两元素CV值 > 1，属强分异型；Ag (0.78)、As (0.737)元素CV值为0.7~1.0，属分异型；Bi、Mo、Sb、W元素CV值为0.5~0.7，属弱分异型；Cu、Zn两种元素CV值最低，为0.334、0.306，CV < 0.5，无明显分异。
Ag (1.998)、As (6.031)、Pb (2.392)、W (3.373)、Sb (3.969)五种元素浓集克拉克值(C)均 > 1，在研究区内相对富集；Au (0.312)、Bi (0.002)、Mo (0.657)、Zn (0.882)、Cu (0.519)五种元素浓集克拉克值，在研究区内C值 < 1，相对较为分散。
综上，Pb元素属强分异型，且C值高，成矿可能性相对较大；Ag、As属分异型，但C值高，具有成矿可能性；而W、Sb属弱分异型，虽然C值高，成矿可能性小；Au元素虽然CV值大，但C值低，基本无成矿可能性。
从各地质体分区来看(表4)：盖县组地层元素无明显贫化和富集，其与花岗岩、花岗闪长岩接触带附近Cu、Zn、Pb、Au、Ag、As、Sb、Bi元素显著浓集，为成矿有利地带。
在燕山早期花岗岩岩体中元素没有发生明显的贫化和富集。推测与表生带物质长期风化淋滤后其更易发生水解或易被粘土矿物、有机质吸附等因素有关。
花岗闪长岩岩体中Cu、Zn、Pb、Au、Ag、As、Sb、Bi元素富集，这些元素的富集成矿与该岩体多期次侵入及它所处的地层接触带密切相关。
(二) 异常展布规律
本文主要依据异常下限确定异常范围，根据其可信度适当加以调整，按其值的1、2、4倍勾绘等含量线，即“三带法”圈定单元素异常，单点异常按3倍的离差确定下限进行圈定。圈定单元素异常共26处，其中Au5处，Ag2处，As1处，Sb1处，Cu2处，Pb3处，Zn2处，Mo6处，Bi1处，W3处(图4)。
结合研究区地质、地貌等特征，将多个在成因及空间上有关联的异常划分为一个组合异常，研究区内共圈定3处组合异常(HT-1、HT-2、HT-3)。结合地质矿产情况，将各单元素异常NAP之和进行排序(表5)，结合各组合异常特征、各地质单元元素分布特征及其它地质特征进行综合分析 [26]，圈定了2处成矿预测靶区(图5)。
Figure 4. Abnormal distribution map of soil geochemical elements (Based on the geological map of the study area (Figure 2))
图4. 土壤地球化学元素异常分布图(基于研究区地质简图(图2))
Table 5. Combined exception ranking table
表5. 组合异常评序表
Figure 5. Delineation map of soil geochemical metallogenic prediction region. 1. Gaixian formation of Proterozoic Liaohe Group: sericite schist, granulite, shallow granulite, diorite; 2. Granite; 3. Granodiorite; 4. Diorite; 5. Orebody; 6. Mineralization alteration zone; 7. Contour; 8. Measured geological boundary; 9. Gold anomaly; 10. Silver anomaly; 11. Copper anomaly; 12. Lead anomaly; 13. Zinc anomaly; 14. Tungsten anomaly; 15. Molybdenum anomaly; 16. Arsenic anomaly; 17. Antimony anomaly; 18. Bismuth anomaly
图5. 土壤地球化学成矿预测靶区圈定图。1. 元古界辽河群盖县组：绢云片岩，变粒岩，浅粒岩，二云片岩；2. 花岗岩；3. 花岗闪长岩；4. 闪长岩；5. 矿体；6. 矿化蚀变带；7. 等高线；8. 实测地质界线；9. 金异常；10. 银异常；11. 铜异常；12. 铅异常；13. 锌异常；14. 钨异常；15. 钼异常；16. 砷异常；17. 锑异常；18. 铋异常
6. 地质意义
在HT-1组合异常处通过1:5万路线地质调查发现硅化蚀变带1条，宽1~2.5 m，延伸300~500 m，走向65˚。发育矿化蚀变为黄铁矿化、弱褐铁矿化、硅化、碳酸盐化、石墨化，拣块银品位为15.54 g/t。在异常高值点处，垂直异常长轴方向布设剖面，揭露到了黄铁矿化破碎蚀变带，脉体宽约1.1~1.5米，品位为Au 0.16 × 10−3 g/t，Ag 125 g/t，推断HT1综合异常为破碎蚀变岩带引起。
通过1:5万路线地质调查查证HT-2组合异常，发现硅化蚀变带1条，宽1.0~2.0米，确定脉体走向为59˚~75˚，延伸300余米。经工程验证，探槽揭露矿化体宽为1.00米，Ag品位为：49.2 g/t；浅井工程揭露矿化体宽为1.00米，品位为：Au 0.14 × 10−3 g/t，Ag 135 g/t。
通过1:5万路线地质调查发现，该硅化蚀变带分布于研究区中部，为银矿化体。蚀变带分布于盖县组岩石与花岗岩接触带中，与该地区太平岭金矿矿体赋存位置一致 [27]。
本次研究结合前人工作成果，基于1:1万土壤地球化学测量数据，对Au、Ag、As、Bi、Cu、Mo、Pb、Sb、W、Zn进行数理统计，将复杂的地质数据以图表的形式表现出来 [28]。通过分析厘清了元素间的共生组合关系及浓集特点；根据异常展布特征及地质、地貌特征，圈定了成矿预测靶区。经过工程验证，证实了土壤地球化学测量工作及分析方法的可靠性，为该地区的进一步找矿提供了理论依据，降低了勘探风险。同时也验证了中低山森林覆盖区应用土壤地球化学测量方法找矿的可操作性。
7. 结论
(一) 通过聚类分析和因子分析表明，Pb、Ag、As元素异常浓度较高，浓集中心显著，为区内重要成矿元素，成矿潜力较大；相关性分析研究表明，As、Bi、Cu、Pb、Sb、Zn元素与Ag元素相关性好，是寻找Ag矿体的重要标志；通过因子分析研究，研究区内分别经历了高、中、低三个成矿元素组合，标志着该区经历过多期次热液成矿作用；Ag、Pb、As元素浓集中心显著，展布范围较大，套合较好，主要受盖县组地层与花岗岩、花岗闪长岩岩体接触带控制。
(二) 研究区圈定了2处成矿预测靶区，经异常查证发现硅化破碎蚀变带，符合客观地质条件，为下步找矿指明了方向。同时证明了土壤地球化学测量方法在中–低山森林覆盖区开展矿产勘查工作的合理性、有效性，为相同景观区地质勘查工作提供了可借鉴的方法与思路。
致谢
衷心感谢王志民工程师提供的写作方向与思路，以及宝贵修改意见，感谢常铭博士对本篇文章提出的修改意见，感谢一起奋战在野外一线的同事们的指导帮带。
NOTES
1原武警黄金第四支队.2016，辽宁省岫岩县兴隆沟矿区银多金属矿普查报告[R]。