书书书区域地球化学推断地质体模型与应用 以花岗岩类侵入体为例向运川龚庆杰刘荣梅杨万志 ， ， 中国地质调查局发展研究中心， 北京 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室， 北京 新疆维吾尔自治区地质调查院， 乌鲁木齐 ， ， ， ， ， ， ， ， 收稿， 改回 ， ， ： ， （ ） ： （ ） ， （ ， ， ， ） ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ； ； 摘要区域化探全国扫面计划获得的海量地球化学数据在基础地质和矿产勘查研究中已发挥了重要作用。全国矿产资源潜力评价化探工作组将全国陆地国土划分为 个地球化学域（ 古亚洲地球化学域、 秦祁昆地球化学域、 特提斯地球化学域、扬子地球化学域和滨太平洋地球化学域） 和 个地球化学省。在全国地球化学图中位于云南西部地区的花岗岩类侵入体具 （ ） 岩石学报本文受国家重点基础研究发展规划（ ） 、 中国地质调查全国矿产资源潜力评价（ ） 、 北京市优秀博士学位论文指导老师科研项目（ ） 和高等学校学科创新引智计划（ ） 联合资助第一作者简介：向运川， 男， 年生， 博士， 矿物学、 岩石学、 矿床学专业， 教授级高工， 主要从事地学数据库建设和地球化学综合应用研究， ： 有显著富 、 、 、 、 、 而贫 、 、 、 、 、 的特征。基于云南西部地区区域化探数据利用因子分析确定了高场强元素组合（ ） 和相容元素组合（ ） 两个公因子： ， 。利用二者因子得分比值（ ） 构建了推断花岗岩类侵入体的区域地球化学综合指标和推断模型。以 为例介绍了制作地球化学图和地球化学异常图的方法技术。在 地球化学图中的高值区或在其地球化学异常图中的异常区与云南西部地区花岗岩类侵入体的地表出露范围十分吻合，从而验证了地球化学推断花岗岩类侵入体模型的可行性。基于构建的推断模型在全国近 百万平方千米的范围内进行推演并绘制 的地球化学图和地球化学异常图。选择华南中部地区进行详细分析， 结果发现模型指标异常区与实测花岗岩类侵入体在空间形态和规模上十分吻合， 尤其在韶关至桂林、 贺州一带花岗岩类侵入体边界与 异常区边界几乎一致。这一结果不仅证实了针对花岗岩类侵入体所建立的区域地球化学推断模型的可行性， 而且该模型在基础地质研究方面具有潜在应用价值。关键词区域地球化学； 推断模型； 花岗岩类侵入体； 地球化学省； 全国地球化学图中图法分类号 引言自 年区域化探全国扫面计划开始和自 年多目标区域地球化学调查开始至今， 我国已获得覆盖陆地国土百余万平方千米的水系沉积物和土壤样品的 项元素分析数据（ ， ；谢学锦和周国华， ；杨忠芳等， ；谢学锦等， ； ， ； ， ； ， ） 。所取得的海量地球化学数据在我国矿产资源勘查、 基础地质研究、 环境、 生态及农业等研究方面发挥了重要的作用（ ， ； ， ； ， ； ， ； ， ） 。全国矿产资源潜力评价项目自 年执行以来， 全国化探工作组与大区、 省级化探工作者共同补充完善了我国区域化探数据库， 制定了化探资料应用技术流程（ 向运川等， ） 。这一成果为海量区域地球化学数据在基础地质、矿产勘查以及环境、 生态等方面的应用提供了可靠的数据。区域地球化学数据是地表物质化学组成的直接反映， 具有不同化学组成的地表物质其差异必将反映在区域地球化学数据之中， 因此利用区域化探数据的空间分布特征可以推断地表地质体的空间分布规律。花岗岩类侵入体不仅是地表出露的主要岩石类型之一， 而且与许多大型、 超大型矿床关系密切（ ， ； ， ； ， ； ， ） 。花岗岩类侵入体的主要地球化学特征在氧化物方面表现为富 贫 （ 区域化探全国扫面计划所分析的 项氧化物不包括 ） ， 在微量元素方面表现为富高场强元素贫相容元素等（ ， ；史长义等， ） 。本文研究主要是基于花岗岩类侵入体的这一地球化学特征， 依据区域化探数据在模型区构建推断花岗岩类侵入体的地球化学模型， 进而将其应用到研究区。 模型区与研究区根据全国矿产资源潜力评价化探资料应用研究成果， 全国共划分出 个地球化学域和 个地球化学省（ 表 、 图 ） 。全国 个一级地球化学域按照编号分别为 古亚洲地球化学域、 秦祁昆地球化学域、 特提斯地球化学域、 扬子地球化学域和 滨太平洋地球化学域。全国 个二级地球化学省编号采用 位编码， 第 位为地球化学域编码， 第 位为地球化学省编码， 编码自北向南、 自西向东顺序编号（ 图 ） 。表 全国二级地球化学省划分方案 编码地球化学省名称 阿尔泰地球化学省 准噶尔地球化学省 天山地球化学省 内蒙古高原地球化学省 阴山地球化学省 浑善达克沙地地球化学省 大兴安岭地球化学省 祁连山 昆仑山地球化学省 秦岭地球化学省 伏牛山 大别山地球化学省 阿尼玛卿山地球化学省 巴颜喀拉山 无量山地球化学省 唐古拉山地球化学省 冈底斯山 念唐 腾冲地球化学省 喜马拉雅山地球化学省 大雪山 哀牢山地球化学省 四川盆地地球化学省 大凉山 乌蒙山 大娄山地球化学省 苗岭 六诏山地球化学省 长白山 小兴安岭地球化学省 东北 华北平原地球化学省 黄土高原地球化学省 山东丘陵地球化学省 巫山 雪峰山地球化学省 华南丘陵地球化学省 岩石学报 ， （ ）图 全国地球化学域和地球化学省划分方案地球化学图采用 软件中累频 级方法绘制， 色标从深蓝色渐变至深红色代表从低值渐变至高值 此图为全国矿产资源潜力评价化探资料应用研究成果 图 全国地球化学分区图中底图分别采用和 的地球化学图来表示， 其目的有二。一是全国地球化学分区图的划分必然参考了 和 的地球化学图， 据此可以辨析地球化学分区的合理性； 另一是花岗岩类侵入体具有富 贫 的特征， 据此可以推断可能的花岗岩类侵入体分布区。对比图 中的 和 的地球化学图可以看出存在明显富 贫 的地区有三处： 大兴安岭地球化学省（ 图 中 ） 、 华南丘陵地球化学省（ 图 中 ） 和云南西部的腾冲地球化学亚省（ 图 中 南段） 哀牢山地球化学亚省（ 图 中 南段） 。在大兴安岭地球化学省由于受森林景观影响目前对其基础地质研究程度不很高， 不考虑将其作为已知区开展建模研究。在华南丘陵地球化学省目前对其基础地质研究程度高， 尤其是对花岗岩类侵入体的空间分布也已基本查明， 但花岗岩类侵入体在空间上呈零散片状分布， 规律性不很明显， 不易选为模型区。在云南西部的腾冲地球化学亚省和哀牢山地球化学亚省， 花岗岩类侵入体分布相对比较集中， 基本呈弧形带状和条带状分布， 规律性比较强（ 图 ） 。因此本文选择云南西部的腾冲地球化学亚省和哀牢山地球化学亚省为模型区来构建花岗岩类侵入体的区域地球化学推断模型， 进而选择华南丘陵地球化学省的中段为模型应用研究区以检验模型的适用性。云南西部的腾冲地球化学亚省和哀牢山地球化学亚省是特提斯地球化学域的南段， 即三江特提斯造山带和成矿带（ ， ， ） 。三江特提斯成矿带以大型、 超大型 、 、 等矿床而备受关注， 尤其是哀牢山金成矿带（ ， ；杨立强等， ， ；邓军等， ， ； ， ， ；张静等， ； ， ） 。在澜沧江成矿带发育有云南著名的临沧花岗岩体和勐海花岗岩体（ ， ） ， 在腾冲地区发育有东河 明光花岗岩带、 古永花岗岩带和槟榔江花岗岩带（ 江彪等， ； ， ） 。 花岗岩类侵入体地球化学推断模型 模型区地球化学特征基于花岗岩类侵入体富 和高场强元素贫 和相容元素的地球化学特征， 在全国矿产资源潜力评价成果之全国地球化学图中直接裁剪出云南西部地区部分高场强元素和相容元素（ 即在基性岩中富集和在花岗岩中贫化的元素） 的地球化学图分别如图 和图 所示。从图 可以看出， 高场强元素 、 、 、 、 在澜沧江带均呈带状显著富集， 在腾冲地区均呈弧形带状显著富集，其富集区与该区花岗岩类侵入体的空间分布区相吻合。在图 中， 相容元素 、 、 、 、 、 在澜沧江带均出现贫化现象， 但在其东侧出现带状富集现象； 在腾冲地区相容元素均出现显著贫化现象， 但在保山地区及其南部相容元素均出现显著富集的现象。将图 与图 对比可以发现， 相容元素 、 、 、 、 、 的贫化区均位于花岗岩类侵入体的分布区。该区花岗岩类侵入体的带状空间分布决定了高场强元素与相容元素的带状分布特征， 这两类元素的富集与贫化区在云南西部地区似乎具有相间排列的规律。 模型构建在云南西部模型区内上述高场强元素和相容元素富集与贫化具有相间排列的规律主要取决于该区花岗岩类侵入体的带状空间分布。区域化探全国扫面计划规定分析测试项目为 项， 为了更好地揭示元素含量与矿床及其它地质体的关系， 许多研究者提出了新的数据处理方法技术（ 向运川等： 区域地球化学推断地质体模型与应用 以花岗岩类侵入体为例图 全国侵入岩及高场强元素地球化学图中云南西部地区视图图（ ） 侵入岩分布图引自全国矿产资源潜力评价研究成果， 粉红色区域为花岗岩类侵入体分布区 绘图数据来源于全国区域化探数据库 ， ， ； ， ； ， ； ， ；韩东昱等， ） 。本文为揭示反映花岗岩类侵入体的分析指标， 此处利用因子分析首先查明指示花岗岩类侵入体的分析指标， 进而依据因子载荷矩阵建立回归分析模型获得指示花岗岩类侵入体的综合指标。在全国区域化探数据库中检索出云南西部模型区的 项分析测试数据， 对模型区 项指标进行因子分析， 采用主成分分析法利用特征根大于 提取公因子并采用方差极大法进行因子旋转获得旋转因子载荷矩阵（ 表 ） 。在表 中， 主要代表 、 、 、 、 、 、 、 、 、 计 项指标， 主要为相容元素组合（ 除 、 外） 。 主要代表 、 、 、 、 、 、 、 计 项指标， 主要为高场强元素组合（ 除 、 、 外） 。 主要代表 、 、 元素组合， 主要代表 、 、 、 元素组合， 主要代表 、 元素组合， 主要代表 、 元素组合， 主要代表 、 、 元素组合， 主要代表 、 、 元素组合， 代表 ， 代表 。在 中因 具有负相关性， 因此在回归计算 因子得分时只采用排在 前的 、 、 、 、 、 计六项指标， 回归系数采用旋转因子系数， 即 。该综合指标代表相容元素组合， 在花岗岩类侵入体中应该具有较低数值。 岩石学报 ， （ ）表 云南西部地区旋转因子载荷矩阵 ， 变量 变量 在 中 项指标均为正相关， 因此在回归计算 因子得分时全部采用这些指标， 回归系数采用旋转因子系数， 即 。该综合指标主要代表高场强元素组合（ 属于不相容元素组合） ， 在花岗岩类侵入体中应该具有较高数值。为了突出强化差异， 选取在花岗岩类侵入体中具有较高值的 与具有较低值的 进行比值， 获得 综合指标。利用 软件绘制 累频 级等值线图（ 图 ） ， 在此基础上选择累频 、 、 值分别作为其异常外、 中、 内带起始值绘制 的异常图（ 图 ） 。图 为 的异常等值线与花岗岩类侵入体的空间套合关系。从图 可以看出， 在花岗岩类侵入体分布区 显著富集。 的异常区与该区花岗岩类侵入体的空间分布区吻合较好。这表明基于因子分析结果利用代表高场强元素组合与代表相容元素组合的公因子比值所构建的模型可以较好的反映花岗岩类侵入体的空间分布范围。 地球化学推断模型应用利用在云南西部地区构建的区域地球化学推断花岗岩类侵入体模型所确定的参数， 即 将其推广到全国范围进行推演。基于全国区域化探上述 与 所涉及的 项元素含量数据计算 值。然后绘制全国 累频 级等值向运川等： 区域地球化学推断地质体模型与应用 以花岗岩类侵入体为例图 全国相容元素地球化学图中云南西部地区视图图区范围与图 一致 绘图数据来源于全国区域化探数据库 ， 线地球化学图及其外、 中、 内三级异常图。在全国 等值区图及其异常图中直接裁剪出华南中部地区 的等值区图（ 图 ） 和异常图（ 图 ） 。将图 中异常等值线叠加到华南中部侵入体图中获得图 。从图 可以看出， 华南中部地区 异常区基本位于该区花岗岩类侵入体的空间分布区内， 异常区形态和规模与侵入体的形态和规模吻合程度很高， 尤其在韶关至桂林、 贺州一带， 花岗岩类侵入体边界与 勾绘的异常区边界几乎一致。此外还发现在局部地区 异常区范围明显大于实测花岗岩类侵入体的分布范围， 如清远 惠州一带和茂名 阳江一带， 据此推断这两处可能存在尚未证实的花岗岩类侵入体。上述基于云南西部模型区建立的区域地球化学推断花岗岩类侵入体模型在华南中部地区得到有效检验。这一结果表明， 在应用区域地球化学资料推断花岗岩类侵入体（ 或其它地质体） 时只要方法技术合理、 参数选择合适推断出的地质体有较强的可信性。这一方法技术在基础地质研究、 矿产资源勘查及环境、 生态等领域研究中将具有潜在应用价值。 结论全国矿产资源潜力评价化探工作组编制了全国二级地 岩石学报 ， （ ）图 等值区及其异常与花岗岩类侵入体的关系（ ） 为 等值区图， （ ） 为 异常等值线图， （ ） 为侵入体图叠加 异常等值线图， 其中粉红色区域为花岗岩类侵入体分布区， 异常外带为黑色线， 异常中带为浅红色线， 异常内带为棕红色线 ， 图 华南中部 等值区图及其异常图（ ） 为 等值区图， （ ） 为 异常等值线图， 图中地名与图 中相同 球化学省划分方案， 将全国共划分出 个地球化学域和 个地球化学省。在云南西部地区花岗岩类侵入体具有显著富 、 、 、 、 、 而贫 、 、 、 、 、 的特征。选择云南西部地区利用因子分析数据处理技术构建了推断花岗岩类侵入体的区域地球化学推断模型。基于构建的推断模型在全国范围内进行推演并选择华南中部地区进行验证和应用， 结果发现模型指标异常区与实测花岗岩类侵入体在空间形态和规模上相吻合， 这不仅证实了所建模型的向运川等： 区域地球化学推断地质体模型与应用 以花岗岩类侵入体为例图 华南中部 异常等值线与侵入岩体空间关系该区从全国图件中直接裁剪获得， 图中粉红色区域为花岗岩类侵入体分布区， 异常外带为黑色线， 异常中带为浅红色线， 异常内带为棕红色线 可行性， 而且该模型在基础地质研究方面具有潜在应用价值。致谢研究工作得到了全国矿产资源潜力评价工作组， 尤其是全国化探组及大区级、 省级化探组成员的指导与帮助，在此致以诚挚的感谢！ ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， （ ） ： （ ） ， ， ： ， ： ， ， ， ， ， 岩石学报 ， （ ） ： ， ， ， ， ： ， ： ， ， ， ， ： ， ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： ， ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， ， （ ） ， （ ） ： ， ， ， ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， ： ， ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， ， ， ： ， ： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ： ， ： ， （ ） ， ， （ ） ： ： ， （ ） ： （ ） ， ， （ ） ， （ ） ： （ ） ， ： ： ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ： ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： （ ） ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ， ， ， （ ） ： （ ） ， ， ， ， ， ， ， ： ， ： 附中文参考文献邓军，王长明，李龚键 三江特提斯叠加成矿作用样式及过程 岩石学报， （ ） ： 韩东昱，龚庆杰，向运川 区域化探数据处理的几种分形方法 地质通报， （ ） ： 向运川等： 区域地球化学推断地质体模型与应用 以花岗岩类侵入体为例江彪，龚庆杰，张静，马楠 滇西腾冲大松坡锡矿区晚白垩世铝质 型花岗岩的发现及其地质意义 岩石学报， （ ） ： 史长义，鄢明才，刘崇民，迟清华， 胡树起， 顾铁新，卜维，鄢卫东 中国花岗岩类化学元素丰度及特征 地球化学， （ ） ： 向运川，任天祥，牟绪赞 化探资料应用技术要求北京：地质出版社， 谢学锦，周国华 多目标地球化学填图及多层次环境地球化学监控网络 基本概念与方法 地质通报， （ ） ： 谢学锦，任天祥，奚小环，张立生 中国区域化探全国扫面计划三十年 地球学报， （ ） ： 杨立强，刘江涛，张闯，王庆飞，葛良胜，王中亮，张静，龚庆杰 哀牢山造山型金成矿系统：复合造山构造演化与成矿作用初探 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