澳大利亚乔治娜盆地地下水地球化学多元组分分析：沉积岩型矿产系统的新见解

为解决澳大利亚北部乔治娜盆地沉积岩型锌铅(Zn-Pb)和磷酸盐矿产勘探难题，研究人员通过多元统计方法分析区域地下水地球化学数据，建立了磷酸盐矿化水文地球化学指标Phos#，并识别出五个高潜力靶区。研究同时利用Pb同位素异常揭示了沉积岩型Zn-Pb矿化分布规律，为隐伏矿产勘探提供了高效尺度缩减工具。

　　

矿产资源勘探领域长期面临隐伏矿床识别难题，尤其在澳大利亚乔治娜盆地这类沉积岩型矿产区，传统地表勘探方法效果有限。该盆地虽蕴藏全国95%的磷酸盐资源和重要锌铅(Zn-Pb)矿化，但大部分区域被新生代覆盖层掩盖，矿化延伸范围和成矿机制认识不足。更棘手的是，磷酸盐矿物溶解度低导致直接通过地下水磷(P)浓度指示矿化的方法失效，而锌铅元素因溶解度限制难以形成显著水文地球化学异常。

为突破这些技术瓶颈，研究人员依托"澳大利亚北部水文地球化学调查"(NAHS)项目，创新性地将多元统计方法与水文地质系统分析相结合。研究聚焦寒武纪灰岩含水层(CLA)的143个地下水样品，运用稳健主成分分析(rPCA)解析了28种地球化学参数的关联特征，发现钼(Mo)和碘离子(I^-)与磷(P)的协同变化规律。通过K-means聚类划分出6个水文地球化学域，在中央乔治娜次盆地等三个区域建立了P-Mo-I^-的线性关系模型，据此构建了磷酸盐矿化指数Phos#=(P×Mo/I^-)×10⁶。该指数成功规避了磷酸盐矿物饱和度的干扰，识别出Elliott附近三处及中央乔治娜、Undilla次盆地各一处高潜力靶区。

关键技术方法包括：1)基于Piper图解的水化学类型分类；2)中心对数比(clr)转换结合rPCA的多元统计分析；3)矿物饱和指数(SI)计算评估磷酸盐溶解状态；4)Pb同位素(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb等)比值测定追溯金属来源；5)基于Tukey法的异常值识别。

研究结果部分，"水化学组成"显示CLA地下水主要为Ca-Mg-HCO₃^-型，局部出现高硫酸盐异常，反映含水层岩性差异。"稳健主成分分析"表明PC1(28.6%方差)表征盐度变化，PC4(9.6%方差)捕获磷酸盐矿化信号，其中Mo-Al与P正相关，Rb-I^-呈负相关。"元素P关联性"揭示羟基磷灰石饱和指数(SI)存在双峰分布，多数样品过饱和状态验证了直接利用P浓度勘探的局限性。"磷酸盐地球化学指数"应用显示，Undilla次盆地异常与已知Tott's Creek Zn-Pb矿化区吻合，而Alexandria-Wonarah基底高地新发现的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=22-24异常区，与钻孔中硫化物赋存层位空间对应。

讨论部分深入阐释了次生磷酸盐矿化的"三层楼"模型：地表风化带(10-30m)、地下水界面带(40-75m)和深部原生矿带。研究指出Phos#异常主要反映氧化还原界面富集的次生矿化，而垂直水力阻隔导致Barkly次盆地异常信号缺失。对于Zn-Pb系统，证实Pb同位素比元素浓度更具勘探指示价值，特别是具有22.00-24.00的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值可有效识别"Joplin型"密西西比河谷型(MVT)矿化。

该研究发表于《Journal of Geochemical Exploration》，其重要意义在于：首次建立了沉积岩型磷酸盐矿化的水文地球化学勘探指标，突破了传统磷饱和度的技术瓶颈；验证了Pb同位素在低溶解度金属矿勘探中的独特优势；提出的"指数-聚类-同位素"多元分析方法可推广至其他沉积盆地的矿产勘查。研究不仅为乔治娜盆地资源评估提供直接依据，更为全球类似地质背景区的隐伏矿产勘探建立了方法论范式。