Advantages and Disadvantages in Delineating Geochemical Anomalies by Lithologic Zoning Anomaly Based on Lower Limit Contrast Method: A Case Study in Jinshan, Jiangsu Province
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摘要:
笔者以金山地区1∶10 000土壤地球化学调查数据为例，利用岩性分区异常下限衬值法圈定异常，通过与传统方法对比，发现岩性分区异常下限衬值法可以有效避免岩性对异常的控制作用，消除背景的影响，圈定的化探异常能提供更有效的找矿信息。通过野外踏勘和异常查证，并对有找矿意义的重点异常进行槽探、钻探验证，发现具工业价值钨矿体和铅锌矿脉。研究表明，利用岩性分区异常下限衬值法在岩性较复杂区确定异常下限的有效性，该方法可以推广使用。
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关键词:
- 化探异常圈定 /
- 异常下限衬值法 /
- 岩性分区 /
- MAPGIS异常图绘制 /
- 江苏金山
Abstract:Based on the data of geochemical soil surveys at the scale of 1∶
10000 in Jinshan, geochemical anomalies were delineated by lower limit on lithological zone in the study. Compared to traditional methods, it can effectively avoid the control of lithology on the anomaly and eliminate the influence of geological background. Moreover, geochemical anomalies, delineated by lower limit, can provide more effective information in prospecting. Through field exploration and anomaly verification, as well as trenching and drilling verification of key anomalies with prospecting significance, industrial valuable tungsten ore bodies and lead-zinc ore veins were discovered. It suggest that lithology zoning anomaly lower limit contrast method is viable in areas with complex lithology, and therefore can be widely used. -
土壤地球化学测量是一种有效的化探找矿方法（谢学锦，2002；王学求，2003），其核心问题是成矿元素异常圈定及评价。异常圈定即是采用一种有效方法对化探数据进行处理，统计背景值及异常下限值，从而圈定异常图。在岩性复杂区域内，不同岩性元素含量差异较大，其差异含量对元素背景值的影响十分显著（程志中等，2006；李随民等，2014；李瑜等，2015），使得岩性复杂区存在高背景及低背景场区。在“多背景”场区采用统一的异常下限值按照传统方法圈定异常的不合理性已成为勘查地球化学家的共识（史长义等，1999；赵荣军，2006；谢学锦等，2009；左仁广，2019），并针对性提出了一些确定异常下限的方法，主要有趋势面法（吴锡生，1977；李随民等，2007；刘堆富等，2011）、衬值法（刘英俊等，1987；李宝强等，2004）、泛克里格法（侯景儒等，1991；王世称等，2002）、子区中位数衬值滤波法（史长义等，1999）、多重分形法（成秋明，2000；赵鹏大，2004）、归一化法（刘大文，2004）、逻辑回归法（周曙光等，2016）等。上述诸多方法着重从数据本身的分布规律出发或依据某种数学模型来对采样数据进行异常提取，使得各方法的使用存在较大的局限性（郝立波等，2007；李随民等，2014）。
笔者以金山岩性复杂区土壤残积层采样数据为例，在1∶10 000地质草测了解区内成矿地质特征的基础上，以岩性分区异常下限衬值法圈定异常，通过与传统方法圈定的异常进行对比，探讨了岩性分区异常下限衬值法在岩性复杂区圈定不同元素异常的优劣，以期为岩性复杂区化探异常圈定提供一种思路。
1. 研究区地质概况
金山地区位于下扬子被动陆缘溧阳（社渚–张渚）火山断陷盆地（贾根等，2017）。在中生代，发生了强烈的火山喷发、深成岩浆侵入以及强烈的构造活动，成矿地质条件有利。1∶10 000地质草测成果显示（图1），研究区属低山丘陵地貌，出露地层主要为下三叠统下青龙组下段砾屑灰岩、钙质泥岩，下青龙组上段微晶灰岩；下三叠统上青龙组白云岩化粉晶灰岩、泥晶灰岩、鲕状灰岩；下白垩统大王山组下段辉石石英粗安岩、角砾熔岩夹凝灰质粉砂岩和大王山组上段流纹岩、凝灰岩。出露侵入岩主要为花岗斑岩、石英闪长斑岩，呈岩枝、岩脉状产出。此外，据航磁、重力异常推断及地热钻孔岩屑录井，金山东侧存在中酸性隐伏岩体（黄顺生等，2016）。区内发育NW、NE向及近EW向断裂，其中NW向断裂为主要控矿断裂。区内见赋存于花岗斑岩与青龙组灰岩接触带附近的铜矿点及受NNW向逆断层控制的铁钨矿点。
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图 1 金山地区地质矿产图1.第四系；2.大王山组上段；3.大王山组下段；4.上青龙组；5.下青龙组上段；6.下青龙组下段；7.花岗斑岩；8.石英闪长斑岩；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点Figure 1. Geological and mineral map of Jinshan area2. 样品采集与分析测试
土壤地球化学测量测线方向为近SN向，与区内地层、张性断层走向近于垂直。按照100 m×40 m网度布置土壤地球化学采样点，以地形地貌定点加手持GPS定位。采样面积为11.54 km2，共采集土壤样品2 827个，采样使用不锈钢锹采集B层土壤（B层缺失采C层母质层），深度为20～50 cm，同时用竹片祛除与不锈钢铁锹接触的部分。以GPS定位的每个采样点为中心，在四周1 m2范围内采集2～3个子样品混合成1个土壤样品，挑出石块、草根等杂物，充分混合后，留取0.5～1.0 kg装入干净布质样品袋。样品自然风干，其间定期对样品进行揉搓，避免样品结块，并对样品中的石块、植物等进行二次剔除。样品晾干后，用木锤进行碾压，过60目筛后混匀，分不少于200 g送国土资源部南京矿产资源监督检测中心，定量分析Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As、Bi、Hg、W、Mo、Sn 等11种元素含量。分析方法采用原子吸收光谱法（AAS）分析Au，原子荧光光谱法（AFS）分析As、Hg，发射光谱法（ES）分析Ag、Sn，等离子体质谱法（ICP-MS）分析Cu、Pb、Zn、Bi、W、Mo。11种元素的分析报出率均大于99.9%，内检样品和异常抽查样品合格率均大于93.2%。
3. 异常圈定方法对比研究
3.1 传统方法异常圈定
将研究区作为地球化学背景相近的一个区块，先迭代剔除平均值加减三倍标准离差之外的数据，使其符合正态分布或近似正态分布（杨水旺等，2022），然后计算算术平均值（作为背景值X）和标准离差（S），按照X+2S作为异常下限（Ca）。利用MAPGIS 6.7软件，按照Ca、2Ca、4Ca勾绘异常的外、中、内带（图2）。
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图 2 传统方法圈定的异常图1.第四系；2.大王山组上段；3.大王山组下段；4.上青龙组；5.下青龙组上段；6.下青龙组下段；7.花岗斑岩；8.石英闪长斑岩；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点Figure 2. Anomaly map delineated by traditional method3.2 岩性分区异常下限衬值法异常圈定
首先采样点套合1 : 10 000地质图，按照第四系、火山岩、侵入岩、碳酸盐岩分4个岩性子区，各子区异常下限统计参照传统方法。不同子区用采样点元素含量除以其异常下限，获得各采样点的元素衬值。利用MAPGIS 6.7软件，将元素衬值整合成一个投影点文件，采用GRD模型对离散数据进行网格化，然后按照衬值1、2、4圈定异常的外、中、内带（图3）。具体实现过程同上述操作流程。
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图 3 岩性分区异常下限衬值法圈定的异常图1.第四系岩性区；2.火山岩区（大王山组上段）；3.火山岩区（大王山组下段）；4.碳酸盐岩区（上青龙组）；5.碳酸盐岩区（下青龙组上段）；6.碳酸盐岩区（下青龙组下段）；7.侵入岩区（花岗斑岩）；8.侵入岩区（石英闪长斑岩）；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点Figure 3. Anomaly map delineated by the method of lithologic zoning anomaly lower limit contrast value3.3 两种方法圈定异常的差异
本次选择成矿元素W、Mo、Pb、Cu、Sn采用两种方法圈定异常等值线进行对比研究（表1）。通过岩性子区参数统计可知，不同岩性子区元素背景值存在较大差异，且不同元素受岩性影响造成的背景值差异程度不同。W背景值差异最大，表现出侵入岩、火山岩的高背景特征；Mo、Pb背景值差异中等，表现出侵入岩、碳酸盐岩的高背景特征；Cu、Sn背景值差异较小，岩性对Cu、Sn背景场影响较小。
表 1 研究区两种方法统计的元素背景值（X）与异常下限（Ca）Table 1. Element background value (X) and anomaly lower limit (Ca) of two statistical methods in Jinshan area分类参数 W Mo Pb Cu Sn 岩性分区异常
下限衬值法第四系
（n=1381 ）X 2.66 0.6 24.2 21.2 3.35 Ca 3.64 0.90 31.2 28.9 4.53 火山岩
（n=618）X 10.18 0.93 25.6 22.2 3.19 Ca 27.77 1.52 34.5 31.8 4.34 侵入岩
（n=57）X 18.59 1.35 33.3 17.4 3.47 Ca 40.57 2.19 50.5 24.8 4.54 碳酸盐岩
（n=771）X 7.85 1.06 29.0 21.5 3.28 Ca 19.38 1.81 41.5 30.7 4.35 传统方法（n= 2827 ）X 2.82 0.79 25.4 21.4 3.30 Ca 4.16 1.41 34.0 29.9 4.45 算术均值（n= 2827 ）7.78 0.96 28.09 22.2 3.37 江苏土壤丰度 1.85 0.53 22.6 24.0 3.16 浓集比率 4.21 1.80 1.24 0.93 1.07 注：元素含量为10−6；n为样品数；X为背景值；Ca为异常下限；江苏土壤丰度据廖启林等，2013；浓集比率=算术均值/江苏土壤丰度。 对比两种方法圈定的异常（图2、图3），结合参数统计表（表1），总体表现为浓集比率越大，两种方法圈定的异常图差异越大。具体表现在，W由于侵入岩、火山岩对应的高背景区与第四系对应的低背景区等“多背景”的存在，传统方法采用统一异常下限将高背景区全部圈为异常，使得高背景区出现“虚假异常”。Mo、Pb由于侵入岩、碳酸盐岩对应的高背景区与第四系对应的低背景区等“多背景”的存在，传统方法圈定异常多集中在侵入岩、碳酸盐岩分布区，异常面积普遍大于岩性分区异常下限衬值法圈定的异常。Cu、Sn两种方法圈定异常除异常外带有差异外，异常数量及内、中带面积差异不大。
两种方法所圈定异常在准确定位成矿有利部位方面存在较大差异。传统方法圈定的W、Mo、Pb异常分布全区，背景值掩盖了异常本身的特征，存在虚假异常。异常总体呈NW向带状分布，显示NW向构造带控制异常走向的特征。W、Mo、Pb外、中、内带发育，W浓集中心遍布全区。Mo浓集中心分布范围大，位于青龙组灰岩及石英闪长斑岩与青龙组灰岩接触带。Pb浓集中心分布范围大，位于大王山组下段粗安岩、青龙组灰岩。异常浓集中心不明显，且与区内构造带热液充填型、接触交代型矿床成矿地质条件套合不好，不能准确定位成矿有利部位。
岩性分区异常下限衬值法圈定异常总体呈NW向带状分布，与NW向分布的酸性侵入岩及NW向断裂带关系密切。其中成矿元素W异常强度大，外、中、内带发育，浓集中心明显，主要分布于金山附近大王山组下段粗安岩与青龙组灰岩接触带、石英闪长斑岩与青龙组灰岩接触带。Mo、Pb异常强度中等，外、中带发育，局部发育内带。Mo浓集中心位于石英闪长斑岩与青龙组灰岩接触带。Pb浓集中心位于大王山组下段粗安岩与青龙组灰岩接触带。W、Mo、Pb浓集中心与区内构造带热液充填型、中酸性岩体与灰岩接触交代型矿床成矿地质条件套合较好，利于准确定位成矿有利部位。
对岩性分区异常下限衬值法圈定的异常进行踏勘检查，选择成矿地质条件有利区内、中、外带发育的W异常布设探槽TC01进行查证（图3），揭露构造角砾岩带，倾向NWW，倾角为50°～60°，石英闪长斑岩附近构造带W达矿化，WO3含量为0.015%～0.029%。为验证探槽揭露矿化破碎带深部含矿性及产状，布设验证钻孔，于80 m以浅破碎带内见真厚为1.04 m（视厚为2.21 m）钨矿体（WO3品位为0.50%～0.63%，Cu品位为0.23%～0.41%，伴生Zn为0.03%～0.04%）和视厚1.00 m钨矿脉（WO3品位为0.13%）。证实构造带走向NNE，倾向NWW，倾角为50°～60°，矿体受构造带控制，倾向为300°，倾角为60°～62°。说明岩性分区异常下限衬值法在岩性复杂区圈定异常的有效性，可以作为岩性复杂区圈定异常的方法，推广使用。
4. 讨论
通过以上研究，研究区W背景值受岩性影响显著，Mo、Pb背景值受岩性影响中等，Cu、Sn背景值受岩性影响较小。但李随民等（2014）通过张家口地区（近万km2）基岩与水系沉积物样品元素含量对比，认为Cu、Zn等元素背景值受岩性控制明显。程志中等（2006）通过对中国西南部广大区域（近百万km2）水系沉积物样品平均含量与基岩丰度值对比，认为W、Mo、Pb、Sn等元素背景值受岩性影响小，Cu、Zn等元素背景值受岩性影响较大。不同采样介质、不同区域、不同统计范围得出岩性对不同元素背景值的影响程度不同，说明岩性对元素含量影响的多样性和区域局限性。这种多样性和区域局限性可能是因为不同区域岩性的本底含量差异，亦或是不同地理环境中基岩形成采样介质的物理、化学风化作用过程的差异性造成的，也可能是综合作用的结果（郝立波等，2005；唐坤等，2016）。多数研究者在判断岩性对元素背景的影响程度主要是基于采样介质含量与基岩丰度值的对比，本研究区显示的岩性对背景含量的影响程度与元素的浓集比率也显示出显著正相关，说明岩性本底含量对介质背景值的影响起决定作用。
通过两种方法圈定异常对比研究发现，受岩性影响较大的元素采用岩性分区异常下限衬值法可以有效避免岩性对异常的控制作用，消除背景的影响，圈定的异常能提供更有效的找矿信息。但其方法的使用效果与研究区工作程度、采样介质的搬运距离有关。若工作程度较低，岩性分区与真实的岩性区差异大，统计的背景值与岩性区真实的背景值偏差就大，这样分区计算出的异常下限并不能代表真实的异常边界。如果样品不是原位或近似原位的，而是长距离搬运介质，以样品点的岩性为分区指标统计背景值，并不能代表源区背景值，因此在错误背景场认识基础上圈定的异常也不能提供正确的找矿信息。此外，岩性分区还受采样数的影响，若采样数偏少，使得各岩性区样品数量少，可能缺乏统计的代表意义。若采样数庞大，给每个采样点附岩性属性工作量大，按照岩性分区统计工作量会数倍于传统方法，但可以通过浓集比率判断受岩性影响较大元素和较小元素，仅影响较大元素采用该方法，既可保障圈定异常提供找矿信息的有效性，又降低了操作的复杂性，有利于提高工作效率。
5. 结论
（1）岩性分区异常下限衬值法可以有效避免岩性对异常的控制作用，消除背景的影响，既保持了强异常，又有效抑制了由高背景值引起的“虚假异常”，圈定的异常能提供更有效的找矿信息。
（2）岩性分区异常下限衬值法经验证是有效的，可以作为岩性复杂区异常圈定方法推广使用，但该方法的使用效果受研究区工作程度、样品距离源区远近的影响。
（3）岩性分区异常下限衬值法工作量数倍于传统方法，但可以通过浓集比率判断受岩性影响较大元素和较小元素，分别采用岩性分区异常下限衬值法和传统方法，既可保障圈定异常提供找矿信息的有效性，又降低了操作的复杂性，有利于提高工作效率。
（4）一个研究区存在因岩性影响而形成的“多背景”场，岩性对背景场的影响因元素、区域的不同而不同，其受影响程度与岩性本底含量显著相关，但这种显著相关性与元素自身地球化学行为的内在联系，还需进一步研究。
致谢：在野外工作期间，得到了江苏省地质调查研究院徐旭峰、蔡露明高级工程师的大力支持和帮助，审稿专家提出了建设性意见和建议，在此一并致谢。
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图 1 金山地区地质矿产图
1.第四系；2.大王山组上段；3.大王山组下段；4.上青龙组；5.下青龙组上段；6.下青龙组下段；7.花岗斑岩；8.石英闪长斑岩；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点
Figure 1. Geological and mineral map of Jinshan area
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图 2 传统方法圈定的异常图
1.第四系；2.大王山组上段；3.大王山组下段；4.上青龙组；5.下青龙组上段；6.下青龙组下段；7.花岗斑岩；8.石英闪长斑岩；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点
Figure 2. Anomaly map delineated by traditional method
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图 3 岩性分区异常下限衬值法圈定的异常图
1.第四系岩性区；2.火山岩区（大王山组上段）；3.火山岩区（大王山组下段）；4.碳酸盐岩区（上青龙组）；5.碳酸盐岩区（下青龙组上段）；6.碳酸盐岩区（下青龙组下段）；7.侵入岩区（花岗斑岩）；8.侵入岩区（石英闪长斑岩）；9.实、推测地质界线；10.不整合界线；11.实、推测逆断层；12.实、推测性质不明断层；13.接触交代型铜矿点；14.热液充填型铁钨矿点
Figure 3. Anomaly map delineated by the method of lithologic zoning anomaly lower limit contrast value
表 1 研究区两种方法统计的元素背景值（X）与异常下限（Ca）
Table 1 Element background value (X) and anomaly lower limit (Ca) of two statistical methods in Jinshan area
分类参数 W Mo Pb Cu Sn 岩性分区异常
下限衬值法第四系
（n=1381 ）X 2.66 0.6 24.2 21.2 3.35 Ca 3.64 0.90 31.2 28.9 4.53 火山岩
（n=618）X 10.18 0.93 25.6 22.2 3.19 Ca 27.77 1.52 34.5 31.8 4.34 侵入岩
（n=57）X 18.59 1.35 33.3 17.4 3.47 Ca 40.57 2.19 50.5 24.8 4.54 碳酸盐岩
（n=771）X 7.85 1.06 29.0 21.5 3.28 Ca 19.38 1.81 41.5 30.7 4.35 传统方法（n= 2827 ）X 2.82 0.79 25.4 21.4 3.30 Ca 4.16 1.41 34.0 29.9 4.45 算术均值（n= 2827 ）7.78 0.96 28.09 22.2 3.37 江苏土壤丰度 1.85 0.53 22.6 24.0 3.16 浓集比率 4.21 1.80 1.24 0.93 1.07 注：元素含量为10−6；n为样品数；X为背景值；Ca为异常下限；江苏土壤丰度据廖启林等，2013；浓集比率=算术均值/江苏土壤丰度。 
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