0 引言

中亚造山带是世界上重要的金属矿床成矿带，西准噶尔成矿带为中亚造山带的重要组成部分，带内晚古生代构造-岩浆作用频繁，与之配套的是形成了大量的金属矿床，是中国重要的金属矿床产地 （刘朕语和陈光旭，2018）。西准噶尔自北向南的萨吾尔、雪米斯坦—沙尔布提和巴尔鲁克—达拉布特 3条成矿带分别可与哈萨克斯坦北、中、南成矿带对接，具有形成大型—超大型矿床的前景（申萍等， 2017）。因此，有很多学者从不同地质角度对西准地区的构造演化、成矿事件及成矿作用等进行了研究。在区域地质调查方面，也已积累了大量而宝贵的资料，这些资料在地质找矿中发挥了巨大作用。

笔者在西准噶尔雪米斯坦火山岩带开展了多元地学数据（物化遥）二次挖掘及综合找矿应用分析（吴德文等，2020^①）。作为区域成矿地质研究工作的一部分，先期利用 1∶20 万区域化探数据，从地球化学元素序结构特征分析的角度，研究了西准噶尔地区的成矿地质-地球化学背景。

1 区域地质概况

新疆西准噶尔地区位于西伯利亚板块与准噶尔板块的碰撞带。根据前人资料（吴楚等，2016），西准噶尔地区可划分4个构造单元（图1）：萨吾尔大洋岛弧（Ⅰ）、塔城微陆块与雪米斯坦—巴尔鲁克陆缘弧（Ⅱ）、准噶尔洋俯冲增生杂岩带与残余洋盆 （Ⅲ）和准噶尔—拉巴地块与包古图—宏远大陆岛弧（Ⅳ）。晚古生代构造演化过程如下：泥盆纪—早石炭世，斋桑洋向南俯冲和准噶尔洋向北俯冲，在西准北缘洪古勒楞—阿尔曼太复合岛弧南北两侧分别形成萨吾尔岛弧和雪米斯坦岛弧。岛弧发育中晚泥盆世—早石炭世钙碱性火山活动及随后的花岗岩侵入活动，形成了火山热液金矿床和斑岩型铜金矿化（申萍等，2008）。与此同时，在西准噶尔地区南部，准噶尔洋向北俯冲，形成了包克图岛和哈图弧后盆地，发育海相火山沉积，包括安山岩、玄武岩和一些混杂堆积，在哈图弧后盆地主要发育一套海底喷发的玄武质熔岩、玄武质凝灰岩和火山碎屑岩等，其中发育众多的火山热液型金矿床。在包克图岛弧出现的闪长玢岩中形成了斑岩型铜矿床。晚石炭世—二叠纪，西准噶尔地区进入了后碰撞阶段，形成了大规模的花岗岩类岩体和陆相火山磨拉石建造（党飞鹏等，2011）。

在西准噶尔地区存在两期不同成因类型的花岗岩类，一期为与弧后盆地封闭有关的海西中期 （310~320Ma）以小岩体产出的花岗闪长岩-石英闪长岩（I 型花岗岩）；另一期为后碰撞的海西晚期 （308~296 Ma）以巨大岩基形式产出的碱长花岗岩 （A 型花岗岩）（金成伟和张秀棋，1993）。有研究表明，晚古生代侵入岩经历了由小型浅成闪长岩、石英闪长岩系列向大型深成富碱花岗岩系列的转化，可能是花岗闪长质过渡型地壳向花岗质成熟大陆壳转化的深部作用过程的反映（徐新等，2010）。以庙尔沟、阿克巴斯陶、铁厂沟等为代表的大岩基，岩性主要为正长花岗岩和二长花岗岩，成岩时代主体为 308~296 Ma，且多为碱性系列 A2型花岗岩，形成于晚石炭世—早二叠世短暂的造山晚期伸展构造体系，他们有可能为区域 Cu、Au 的二次迁移、富集提供热源（余文林等，2018），但自身无较大成矿潜力。以包克图、别鲁阿嘎希等为代表的小岩体，岩性以石英闪长岩、闪长玢岩、花岗闪长岩和花岗斑岩等为主，成岩时代主要为 310~320 Ma，多为钙碱性系列 I 型花岗岩，少数岩体在侵位过程中发生过强烈的壳幔岩浆混合作用，个别岩体具有埃达克岩石地球化学特征，具有良好的 Cu-Au 矿化，形成于对成矿极为有利的与俯冲作用有关的岛弧环境（张连昌等，2006；段丰浩，2016）。

2 地球化学元素序结构分析方法

地球化学元素序结构分析是本团队从高光谱遥感数据处理与信息获取技术引申而来的技术思想，并根据地球化学数据的自身特征，构建了相应的技术方法体系（张远飞等，2015，2016）。

本次利用的地球化学数据为西准噶尔地区 1∶20万区域化探数据，包含了39种元素指标。其处理和分析过程可分为如下3个步骤：

（1）数据预处理：依次进行了衬度法系统误差校正、特高值处理、基于均值的数据标准化和基于广义幂转换的正态化处理。

（2）地球化学单元分类：对预处理后的数据采用模式识别分类方法，基于相似性度量进行地球化学单元识别（袁继明等，2004；张远飞等，2004），估计出最佳分类数，生成地球化学地质（成矿）单元分区图和元素异常单元分布图，并获取每个分类单元的地球化学元素序结构曲线。

Ⅰ—萨吾尔大洋岛弧；Ⅱ—塔城微陆块与雪米斯坦雪米斯坦—巴尔鲁克陆缘弧；Ⅱ₁—塔城微陆块；Ⅱ₂—雪米斯坦雪米斯坦—巴尔鲁克陆缘弧；Ⅲ—准噶尔洋俯冲增生杂岩带与残余洋盆；Ⅲ₁—准噶尔洋俯冲增生杂岩带；Ⅲ₂—残余洋盆；Ⅳ—准噶尔—拉巴地块与包古图—宏远大陆岛弧；Ⅳ₁—包古图—宏远大陆岛弧；Ⅳ₂—准噶尔—拉巴地块

（3）地球化学元素序结构分析：采取“图”（单元分区图）与“谱”（元素序结构曲线）相结合的原则进行地质分析，其中“图”反映了地球化学组合元素特征信息的空间分布与关系，“谱”则为地质（成矿）作用所呈现的元素序结构信息，揭示了深层次的地质 （成矿）作用过程中元素的地球化学特征，以及物质组分的继承演化关系等。

3 地球化学单元识别与成矿背景分析

首先，通过西准噶尔地区1∶20万化探数据的模式识别分类和元素序结构曲线构建，获得该地区的地球化学地质（成矿）单元分区图（图2，分为 10类） 和各类单元元素序结构曲线（图3）。同时，对全区的化探数据进行聚类分析，得到R型聚类谱系图（图4）。结合二者对区域成矿地球化学背景总体分析如下：

（1）谱系图中第Ⅰ组元素组合属于亲基性元素，其中Ⅰ-2 组的 Au 和Ⅰ-3 组的 Li-F-As-Sb-B-Hg 元素组合，均已经“脱离”出背景（背景元素组合为Ⅰ-1 组）各自自成一组，都属于中低温成矿元素组合。与之对应的分区图的类 10 区和类 3 区也包含了 Au 与 Li-F-As-Sb-B-Hg 的元素组合，它们在元素序结构曲线的富集形态分别见图3a、3b的红色虚线框，表现出区域上 Au与 As-Sb-Hg 存在强烈异常。其中类10区包含了已知的哈图金矿带，表明地化数据反映出的区域强Au异常与客观存在很一致。

（2）谱系图中第Ⅱ组元素组合为亲酸性元素，其中Ⅱ-2 组的 Ag（Ⅱ-2-4 组合）、U-Cd 元素组合 （Ⅱ-2-3）和 Mo-W-Bi元素组合（Ⅱ-2-2）都呈现出 “脱离”背景场的趋势，自成一组表现出富集状态，它们基本属于中温成矿元素组合。与之对应的分区图的类 5 区包含了 Ag，类 1 和类 2 两个单元区均包含了U-Cd（由于Cd与U离子半径相近，又都为亲氧元素，推断它们存在类质同象关系）与 Mo-W-Bi 的元素组合，三者在元素序结构曲线的富集形态分别见图3e的蓝色虚线框与图3d的蓝色虚线框，表明区域上Ag、U和Mo-W-Bi存在比较强的异常。

（3）从谱系图的第Ⅱ-2 组不难发现，氧化物 K₂O，即碱性元素 K 对 Mo-W-Bi、U-Cd 和 Ag 的矿化富集存在重要作用。

下面对各类单元的元素序结构特征进行分析。图3a、图3b 和图3c 中单元区元素序结构曲线反映了西准噶尔地区地层岩性或矿化单元区的基本地球化学元素特征，而图3d和图3e中单元区元素序结构曲线基本反映了该区侵入岩的地球化学元素特征。

（1）图3a中类4和类10两个单元区的元素序结构曲线非常相近，其中类 4 曲线反映的是 Pb（Mo）-Zn-Cd 元素组合弱异常（见蓝色虚线框），类 10 曲线呈现的是 Au 元素强异常，伴生有 AsSb 元素组合弱异常（见红色虚线框），即它们分别显示的是Au和 PbZn的异常信息。对比两类曲线，它们除了异常元素外，其他元素值非常相近，形态基本一致，可见它们的地球化学元素背景特征相似。但仍存在细微差异，如图中青色与粉红色虚线框，CaO-Sr与 K₂O-Na₂O 几个元素指标有所差别。CaO 和 Sr 两个元素值在类 10（原始值 CaO=4.29，Sr=270. 06）大于类 4 （原始值 CaO=2.87，Sr=229.60）；富 Au 的类 10 中 W （Na₂O）>W（K₂O）（原始值Na₂O=2.96，K₂O=2.72），富 PbZn 的类 4 恰好相反，W（K₂O）>W（Na₂O）（原始值 K₂O=2.77，Na₂O=2.67）。这些表明，Au与PbZn尽管都是亲硫的中低温成矿元素，地球化学特征相似，区域成矿背景相近，但关键几个碱土元素的细微差别揭示了它们的成矿环境还是存在差异的。

（2）图3b 为类 9 和类 3 两个单元区的元素序结构曲线，其中类9曲线反映的是钙质岩性单元，除了CaO 值较高外，其他元素与西准噶地区的均值曲线非常一致，基本上未见成矿元素富集，反映了该区背景场地球化学元素特征；类 3曲线反映了 As-Sb-Hg-B-Li 的弱富集，它们均为中低温成矿元素。类 3曲线也很类似于类 9曲线，并接近均值曲线，但与类 9 曲线最大的差异是 CaO 值相差很大，类 3 为 2.57，类 9 为 7.26。观察分析图3 的所有元素序结构曲线不难发现，凡具有元素富集的曲线，其 CaO 值只能低于或略大于均值，否则 CaO 值太大不利于成矿元素富集。

（3）图3c中类 8区很明显反映的是该区蛇绿岩带（图2），其分布与蛇绿岩带相吻合，曲线反映 Co-Mg-Ni-Cr 强烈富集，其中，洪古勒楞蛇绿岩中产出有中国典型的堆晶岩型铬铁矿（解洪晶等，2018）。而类 7 曲线除了亲基性元素略有富集外，未见成矿元素有富集，属于背景岩性单元区。

（4）图3d中类 1、类 2单元区和图3e中类 5、类 6 单元区等4个单元区基本上包含了西准噶尔地区所有大、中型花岗岩体或酸性火山岩分布区（图2），如庙尔沟岩体主要在类 1 与类 2 单元区中，哈图岩体和别鲁岩体主要分布在类 2 与类 5 单元区内，而克拉玛依周边的火山岩主要分布在类6单元区。它们的若干地球化学指标见表1，根据表中地球化学指标，西准噶尔地区所有花岗岩体或火山岩均为浙闽型，类5单元区的花岗岩体接近南岭型，未见有埃达克型与喜马拉雅山型花岗岩体。同时，所有单元区的花岗岩体均属于高钾钙碱性系列。从图3d、图3e 的单元区元素序结构曲线可以看到，类 1 和类 2 单元区所含的花岗岩虽然都为浙闽型，但显然类 1 单元区比类 2单元区的花岗岩更偏酸性，所以，类 1单元区的元素曲线反映出主要富集亲氧亲酸性高温元素组合：ZrYNb-Be-Sn-Th（见图3d 的红色虚线框），而类2单元区的元素曲线反映出主要富集亲基性亲硫中低温元素组合：MoBiWU-AgCdZn-AuAsSbHg，这里 Mo、Bi 可以属于中温亲硫元素，U 是中温亲氧成矿元素，W 应该为中温的白钨矿元素，AgCdZn-AuAsSbHg 均为亲硫的中低温成矿元素。另外，类5单元区的岩体属于偏南岭型的，所以它的元素曲线反映出 Sn-Be 元素组合有所富集（见图3e青色虚线框）；而类6单元区的岩体或火山岩属于偏埃达克型的，包克图铜矿和加曼铁列克德铜矿位于这个单元区内。按照表1的地球化学指标由中酸性至酸性排序四个岩体（或火山岩）分布单元区为：类6单元区（红色）—类2单元区（青色）—类1单元区（浅粉色）—类5单元区（品红色）。这些单元区在图2 的空间分布清晰可辨，由南向北岩浆作用有逐渐向酸性增强的趋势。

1—第四系；2—新近系；3—白垩系；4—侏罗系；5—三叠系；6—二叠系；7—石炭系；8—上泥盆统—下石炭统；9—泥盆系；10—志留系；11—奥陶系；12—寒武系—中奥陶统；13—安山玢岩；14—石英斑岩；15—花岗斑岩；16—碱长花岗岩；17—花岗岩；18—石英二长岩；19—正长岩； 20—正长花岗岩；21—二长花岗岩；22—花岗闪长岩；23—黑云母花岗岩；24—斜长花岗岩；25—石英钠长斑岩；26—石英闪长岩；27—闪长岩； 28—闪长玢岩；29—辉长岩；30—蛇绿岩；31—地质界线；32—平行/角度不整合地质界线；33—实测/推测断裂

前人研究认为，埃达克型和喜马拉雅山型花岗岩利于成铜金矿，南岭型花岗岩有利于成钨锡矿 （张旗等，2018）。而1∶20万化探数据分析表明西准噶尔地区的花岗岩主要为浙闽型，这与该区存在哈图金矿带以及一些铜、钼矿床的客观状况似乎不相符合。实际上，除了类 6 单元区外，类 2、类 1 和类 5 三个单元区反映的应该是碱长花岗岩基（A 型花岗岩）系列，而与金铜成矿有关的I型花岗岩或埃达克型的小岩体则反映得不够明显。但是，当把西准噶尔地区划分成 60 个地球化学单元，并提取 Sr 大于 300×10^-6 的单元区，则该区的I型花岗岩或埃达克型的小岩体基本上被包含在这些单元区内，同时，哈图金矿带、包克图铜-金矿带、苏云河钼矿和加曼铁列克德铜矿等均落在这些单元内（图5）。由此表明，高Sr反映了钙碱性岩浆活动，而钙碱性系列火山岩与I型花岗岩与该区金铜成矿关系非常密切。

注：（1）花岗岩分类指标：① 埃达克型（Sr>300，Y<20，Al₂O₃在18%～14%）；② 喜马拉雅山型（Sr<300，Y<20，Al₂O₃在15%～13%）；③ 浙闽型（Sr<300，Y>20，Al₂O₃在15%～13%）；④ 南岭型（Sr<100，Y>20，Al₂O₃在13%～11%）。（2）花岗岩Na₂O/K₂O参数：① Na₂O/K₂O<1 属钾质；② Na₂O/K₂O 在1左右是高钾钙碱性系列；③ Na₂O/K₂O>2 属钠质；④ Na₂O/K₂O>5 属强烈富钠质

4 主要成矿元素异常单元分布与找矿潜力分析

4.1 金、铜、钼元素

图6、图7 和图8 分别是以 Au、Cu、Mo 为主元素的异常分布图及提取的类单元元素序结构曲线，它们的具体做法为全区划分30个地球化学单元，再基于某个主元素值排序提取 6 级异常。很明显，Au、 Cu异常信息的空间分布基本一致，说明两者的矿化是比较同步的，只是矿化强弱存在一定的差异。另外，它们的异常信息分布与本区的碱长花岗岩体不存在明显关联。而 Mo 异常信息分布的特点是，第一，与本区碱长花岗岩体关系密切；第二，部分异常与 AuCu存在一致性。表明 Mo的矿化与 AuCu矿化的显著差异，但也存在一定关系。根据资料，在本区发现的斑岩型钼矿和斑岩型铜矿均形成于晚石炭世末—早二叠世初西准噶尔成矿大爆发时期（席晓凤和马珉艺，2019）。其中，苏云河钼矿区内发育的3个岩体以二长花岗斑岩和斑状二长花岗岩为主 （董少峰等，2016），其它斑岩型钼（铜）矿的赋矿岩体为中酸性岩体，而斑岩型铜钼矿的赋矿岩体为中性闪长岩类岩体。这些研究结果同 Au、Cu、Mo 3个元素异常分布所表现的关系特征是基本一致的。

（底图图例同图2）

根据上述 1∶20 万化探数据地球化学地质（成矿）单元分区、元素（组合）异常分布及相应的元素序结构特征分析，西准噶尔地区的主要矿床类型应该为中低温矿床，其中 Au、Ag、As-Sb-Hg和 Mo-W-Bi等元素或元素组合异常表现较为强烈，具有较好的找矿潜力。对于Cu元素，其异常信息分布比较有规律，但元素序结构曲线未凸显出强烈的成矿异常信息，似乎该地区没有大型铜金属成矿的迹象，目前的确也未找到大型铜矿床，但浅成低温热液型的中小型铜矿应该存在。当然，这些问题尚需进一步的研究与探索。

对不同成矿区（带）作进一步的研究，可以获得更多的地球化学背景信息，特别是不同成矿地质条件下地球化学特征的差异性。这里以研究区北东部的雪米斯坦火山岩带为例加以说明，该火山岩带是一条重要的铀多金属成矿带，带内产出有白杨河超大型铀铍共生矿床和一系列铀多金属矿（化）点 （王谋等，2012，2013；韩振等，2019），以及一些浅成低温热液型金—铜矿床（秦波等，2022）。从雪米斯坦火山岩带的地球化学单元分区来看，该带西段与东段属于 Au、Cu 成矿有利地段，中段属于 U-Be-Mo-Pb（Zn）成矿有利地段，已知的白杨河矿区位于中段；K、Na值之间的关系对成矿类型起着非常重要的影响作用。

（底图图例同图2）

为了更好地说明金成矿问题，将雪米斯坦火山岩带与哈图金矿带做对比。哈图金矿带主要 Au异常单元的元素序结构曲线特征：①K、Na两个碱性元素值之和的平均值一般低于它们的均值线；②Na略大于 K 更有利于 Au 的富集成矿，且 Na₂O/K₂O 比值小于 1.5；③K 高于均值且越高，则亲硫元素（As、 Sb、Hg、Au）值就会越低，K低于均值且越低，则亲硫元素就会越高；④Au 与其他亲硫元素并不同步，而是反消长的关系，即金元素高则其他亲硫元素则低。对比雪米斯坦地区金元素主要异常单元，其 Na₂O/K₂O=2.47，远大于 2. 0，且 Au 值接近平均值， Na大于K太多说明钾交代作用不够，不利于金富集成矿。可见，雪米斯坦雪米斯坦火山岩带未见良好的Au成矿地球化学背景。

（底图图例同图2）

对于雪米斯坦火山岩带的铜成矿问题，由于西准噶尔地区没有大型铜矿床，所以这里选择东疆地区的大型铜矿（包括土屋、延东等斑岩型铜矿床和小黄山铜镍矿床）作为对比。这些矿床所在异常单元的元素序结构曲线的共性特征为：w（Na₂O）略大于w（K₂O），其中成矿最好的异常类单元的Na₂O/K₂O= 1.89<2。这一点非常重要，w（Na₂O）>w（K₂O）说明成矿背景有幔源物质，而w（K₂O）不是太低表明后期成矿作用发生过钾交代作用，只有这两个条件同时满足才能成大的铜矿。从雪米斯坦地区的主要 Cu 异常单元区元素序结构曲线可以看到，区内存在Cu 与 As-Sb-Hg 组合元素同时富集现象，其中一个单元为 w（Na₂O）<w（K₂O），说明存在一定的钾交代作用，另两个单元的 Na₂O/K₂O=2.77～3.43，它们满足w（Na₂O）>w（K₂O），但是属于 w（Na₂O）远大于 w （K₂O）。这就说明，该区有成矿的幔源物质，但未见到显著钾交代的成矿作用。所以判断雪米斯坦地区具有铜矿的成矿背景（王勇，2018），但应该缺少成大矿的潜力。

（底图图例同图2）

钼元素的化学特征使然，其异常分布既与 Cu、 Au存在一定联系，也与U、Be两个元素有密切关系。但从所有 Mo异常类单元均为 w（K₂O） >w（Na₂O）的情况看，雪米斯坦地区的 Mo 矿化多与 U、Be 矿化相伴。

4.2 铀、铍元素

U、Be是亲氧也是亲酸性岩元素，从图9和图10 的异常分布图看，它们的异常信息分布与碱长花岗岩体关系非常密切，基本分布在岩体及其近外围。相比之下，Be异常与岩体的关系比U更为紧密。根据 U、Be 异常单元分布及其元素序结构特征，西准噶尔地区 U、Be 的异常表现较为强烈，显示出良好的找矿潜力，在雪米斯坦火山岩带尤为如此。

根据雪米斯坦火山岩带以U为主元素的异常分布图与元素序结构曲线分析，U的富集条件为：在Sr <300、Na₂O/K₂O<1（即 K₂O>Na₂O）的前提下，U 富集与Y的大小成正比。该火山岩带有3个异常类单元区满足 U 富集矿化的地球化学指标条件，根据 Y 值的大小可推断它们的矿化有利度，白杨河铀铍矿床位于矿化度最佳的单元区。此外，U 与 Th 关系密切，它们都是放射性元素，具有相近的地球化学特征，但Th元素与岩性演化（基性至酸性）的关系更为明晰，其富集异常也更为显著，所以，可以通过Th的异常来捕捉U的异常细节或弱异常。

Be异常在雪米斯坦火山岩带的分布更广，更具规律。与 U 相比，Be 的成矿条件相对宽松，只要满足 Sr小于 300的条件，Be元素就能有所富集。在以 Be 为主元素的 6 个异常类单元中，只有 1 个类单元的 Sr>300，且 w（Na₂O）>w（K₂O），其他类单元均为 w （Na₂O）<w（K₂O），其 K₂O/Na₂O 值分别为 1.27、1.16、 1.15 和 1.14。根据各类单元的 Be 异常强度，K₂O/ Na₂O值大小与Be的富集程度成正比。

（底图图例同图2）

（底图图例同图2）

以上分析表明，在雪米斯坦火山岩带存在铀 （钍）、铍成矿最为有利的地段。

5 结语

地球化学元素序结构分析的核心内容，一是采用模式识别分类方法，基于地球化学数据元素序列的相似性度量，进行地球化学单元和元素（组合）异常单元划分；二是对分类单元的元素序列曲线（排序后）的结构特征及其地质意义进行分析。对元素 （组合）异常的表达方式不同于常规的化探异常圈定，即反映了异常强度的高低，也反映了异常的空间分布和地质成因，同时，对应的元素序结构曲线反映了其地球化学特征。结合地质资料分析，可以解读出更多的地球化学-地质信息，如成矿元素的富集与亏损、成矿区（带）多期成矿作用、成矿物质来源、元素的地球化学行为、元素间的相似性与差异性等等，对区域成矿地质研究和找矿预测具有重要意义。

本文通过对西准噶尔地区地球化学数据的元素序结构分析，揭示了该区不同构造单元和成矿区 （带）的地球化学特征，表明该区主要矿床类型为中低温热液矿床，区内Au、Ag、As-Sb-Hg、Mo-W-Bi和 U-Be等元素或元素组合异常表现较为强烈，具有较好的找矿潜力，而 Cu 未显示出强烈的成矿异常信息，是否能成大矿还需进一步的研究与探索。

注释

① 吴德文，张远飞，蔡厚安，贺昕宇，侯朝勇，袁继明．2020．多元地学数据（物化遥）二次挖掘及综合找矿应用分析成果报告 [R]. 北京：有色金属矿产地质调查中心．

参考文献