多重地球化學(xué)背景下地球化學(xué)弱異常增強(qiáng)識(shí)別與信息提取

張 焱, 周永章

(1.中山大學(xué) 地球科學(xué)系, 廣東 廣州 510275; 2.廣東省地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510275)

0 引 言

如何有效利用地球化學(xué)數(shù)據(jù)圈定異常是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題, 近年來(lái)當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到那些建立在經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的各種傳統(tǒng)方法的局限性時(shí), 尤其是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)學(xué)在化探數(shù)據(jù)處理中得到應(yīng)用后, 又相繼出現(xiàn)了不少確定異常下限的新方法新技術(shù), 這些方法的提出使得異常識(shí)別更具真實(shí)性和客觀性, 其中分形理論和數(shù)據(jù)濾波處理方法的應(yīng)用就是比較成功的例子, 而其中最精細(xì)的方法要數(shù)由 Cheng[1]和Chenget al.[2]所發(fā)展的C-A和S-A方法, 因?yàn)樗粌H考慮了頻率分布而且采用了空間分布, 該方法的優(yōu)勢(shì)是將地球化學(xué)場(chǎng)的各向異性、廣義自相似性、尺度不變性等特征集于一體, 通過(guò)壓制變化性背景干擾來(lái)突出局部異常[3–6], 該方法在國(guó)內(nèi)外地球化學(xué)、地球物理和遙感致礦異常信息提取中取得了良好的應(yīng)用效果[6–9], 大量學(xué)者[10–19]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn): 地球化學(xué)元素、礦床的空間分布在特征空間域具有局部不均一性和各向異性, 并且通常表現(xiàn)出服從多重分形分布的特征, 分形模型也由此逐漸被引入到地質(zhì)復(fù)雜度研究中, Hodkiewicz[20]和 Fordet al.[21–22]將分維概念用于度量地質(zhì)復(fù)雜度, 并揭示了地質(zhì)復(fù)雜度與礦化位置、規(guī)模之間的關(guān)系, 開(kāi)辟了將非線性技術(shù)定量應(yīng)用于提取定性致礦異常信息的新紀(jì)元。本文將從簡(jiǎn)單分形模型著手來(lái)探討C-A和S-A模型,在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究如何利用這些模型進(jìn)行異常識(shí)別與信息提取, 探索適用于從區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)中提取致礦異常信息的非線性方法技術(shù)。文中將以龐西垌地區(qū)水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)為例介紹C-A和S-A分形法的方法原理以及應(yīng)用效果。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬欽州灣-杭州灣成礦帶的南段(圖件引自文獻(xiàn)[23]), 具體位于粵西云開(kāi)隆起區(qū)的南緣, 北東向信宜-廉江斷褶帶南段, 為晚古生代以來(lái)的長(zhǎng)期隆起區(qū), 該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜, 巖漿活動(dòng)頻繁。以往工作研究發(fā)現(xiàn)[24–26], 該區(qū)出露地層主要有寒武紀(jì)黃洞口組、志留紀(jì)連灘組、泥盆紀(jì)紀(jì)楊溪組、老虎頭組、信都組、東崗嶺組、天子嶺組、帽子峰組、石炭紀(jì)大寨壩組、白堊紀(jì)羅定組、第四紀(jì)洪沖積層。侵入巖廣泛發(fā)育, 主要有塘蓬巖體、英橋巖體、新安巖體、太平巖體等, 主要為加里東、印支期、燕山期產(chǎn)物, 呈巖基或巖株?duì)町a(chǎn)出, 以及星散分布的花崗斑巖脈, 占全區(qū)總面積的五分之三左右, 主要集中出露在研究區(qū)的中北部和西部。變質(zhì)巖主要分布于測(cè)區(qū)東北-東南部, 屬于中晚元古代云開(kāi)群的變質(zhì)產(chǎn)物。云開(kāi)群的原巖主要為砂泥質(zhì)-碳酸鹽巖和石英砂巖, 經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成了一套以黑云母變粒巖-黑云石英片巖-磁鐵石英巖為代表的變質(zhì)建造。此外,區(qū)內(nèi)還存在與成礦作用相關(guān)的蝕變巖和構(gòu)造演化形成的動(dòng)力變質(zhì)巖——碎裂巖、斷層角礫巖等。前者與部分礦床(點(diǎn))共生, 但總體分布較少; 后者主要分布于斷裂破碎帶處。

前人研究工作發(fā)現(xiàn)[27], 研究區(qū)域總體具有高Ag和高Ag/Au的地球化學(xué)背景, 與該區(qū)域貴金屬礦床以Ag為特色相對(duì)應(yīng); 與之相比, 云開(kāi)地體東部高要-清遠(yuǎn)地區(qū), 總體具有高Au、低Ag/Au背景, 主要發(fā)育Au礦床。區(qū)內(nèi)As、Sb、B、Cd、Ba、Ni、Co、Cr和V等主要呈高含量背景, La、Sr、Be、Th、Y和U等主要呈低含量背景; 這些元素的含量分布可能主要反映泥盆系、寒武系以及與斷裂構(gòu)造有關(guān)的組分特征。研究區(qū)的中段豐村-坡仔營(yíng)一帶As、Sb、Au、W、Mo、Pb、Zn、Cd、Cu和 Bi等多種元素呈高含量背景-異常分布, 這些元素異常套合好, 強(qiáng)度高, 面積大, 異常連續(xù)性好, 濃集中心與已知的眾多的Fe、Pb、Zn、Mo礦床(點(diǎn))吻合, 可能主要反映豐村-坡仔營(yíng)一帶為多金屬和Au成礦的有利地段。該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)背景、成礦作用的多樣性和多期性使得水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)具有多重地球化學(xué)背景。

2 因子分析法對(duì)龐西垌地區(qū)地球化學(xué)元素組合異常的識(shí)別

采用龐西垌地區(qū)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)Au、B、Sn、Cu、Ag、Ba、Mn、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、Mo、W和F等16種元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析, 其結(jié)果可有效地反映研究區(qū)元素的共生組合規(guī)律和區(qū)域地質(zhì)特征[23]。將龐西垌地區(qū) 7236件樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(正交)因子分析, 前5個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)方差達(dá)到68.86%,足以反映樣品間大部分信息, 從結(jié)果可得出該研究區(qū)主要存在五種元素組合: (1) Au、Cu、As、Sb和B; (2) Ag、Pb和 Zn; (3) W、Bi、Mo和 Sn; (4) Mn; (5)F。編制五個(gè)主因子的化探因子得分圖(圖 1), 這些圖件可反映研究區(qū)成礦元素地球化學(xué)異常的空間展布特征。公因子F1中Au-Cu-As-Sb-B的共生組合關(guān)系反映了中低溫?zé)嵋撼傻V元素的聚集過(guò)程, 從研究區(qū)實(shí)際礦化角度看, Au、Cu組合為成礦元素組合類型, As、Sb和B可作為前緣元素組合類型, 主要分布于龐西垌斷裂帶附近; Ag-Pb-Zn伴生通常作為多金屬礦的指示元素, 反映了以有色金屬礦化為代表的熱液礦化元素組合特征; W-Bi-Mo-Sn組合可能反映了高溫成礦帶元素組合, 此組元素共生與斑巖Cu-Mo礦化有關(guān), 是尋找Cu-Mo礦床、W-Mo礦床的指示。

3 C-A多重分形模型在龐西垌化探數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

3.1 分形模型與算法

設(shè)分形模型

r表示特征尺度,C＞0為比例常數(shù),D＞0為元素分維,N(r)表示尺度大于等于r的數(shù)目或尺度小于等于r的數(shù)目, 分別記為N(≥r)=Cr-D,N(≤r)=Cr+D(r＞0)。當(dāng)r表示品位時(shí),N(≥r)表示某品位大于r時(shí)的樣本數(shù);N(≤r)表示某品位小于r時(shí)的樣本數(shù)。當(dāng)r表示半徑時(shí),N(≤r)可表示半徑為r的圓包含的礦體個(gè)數(shù)?？赏ㄟ^(guò)將一系列觀測(cè)數(shù)據(jù) (N(r1),N(r2),N(r3),…,N(rn)) (r1,r2,r3,…,rn)繪制在雙坐標(biāo)對(duì)數(shù)圖上來(lái)求得分維數(shù)D。即將式(1)兩邊取對(duì)數(shù), 得到方程:

用最小二乘法即可求出分維數(shù)D。擬合直線段時(shí)采用最小二乘法確定分界點(diǎn), 使各區(qū)間擬合的直線與原始數(shù)據(jù)之間剩余平方和e=e1+e2+ … +en在各個(gè)區(qū)間的總和為最小, 可通過(guò)相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)和方差分析來(lái)檢驗(yàn)方程的顯著性。

C-A分形模型的算法是先將地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化, 然后繪制元素含量等值線圖, 記N(r)為等值線圖元素含量為r時(shí)對(duì)應(yīng)的面積, 從而得到數(shù)據(jù)(N(r1),N(r2),N(r3),…,N(rn)) (r1,r2,r3,…,rn), 代入分形模型(1)然后利用最小二乘法即可求得相應(yīng)的分維數(shù)。

3.2 應(yīng)用研究

長(zhǎng)期以來(lái)地學(xué)工作者大多通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算地球化學(xué)異常, 一般以均值與 2倍標(biāo)準(zhǔn)離差之和作為地球化學(xué)異常下限值, 此種計(jì)算方法是以樣品數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布為假設(shè)前提。而實(shí)際計(jì)算過(guò)程中由于使用該方法時(shí)夾雜了大量人為因素的影響, 計(jì)算的結(jié)果往往會(huì)有偏差, 而且數(shù)據(jù)服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布是一種理想的狀態(tài)。而分形方法是通過(guò)分維數(shù)來(lái)表征空間不規(guī)則形體的確定性本質(zhì), 它不要求數(shù)據(jù)服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布, 用分形來(lái)刻畫區(qū)域地球化學(xué)變量可揭示局部隨機(jī)性和整體確定性特征[28?29]。Chenget al.[30]提出的含量-面積分形方法模型為C=kAa,其中A為含量大于C的面積,C為含量,k為常數(shù),a為指數(shù), 該模型從分形角度刻畫了地球化學(xué)異常與背景具有各自獨(dú)立的冪指數(shù)關(guān)系由此導(dǎo)致了多重分形分布。已有工作表明[31]龐西垌地區(qū)銀金礦床具有分形特征, 且利用儲(chǔ)量分形預(yù)測(cè)法對(duì)礦區(qū)內(nèi)銀礦儲(chǔ)量進(jìn)行過(guò)預(yù)測(cè)取得了滿意的效果。

文中以龐西垌地區(qū) 1∶5萬(wàn)水系沉積物化探組合副樣, 按每平方米 4件的采樣密度采集樣品, 用原子吸收法分析測(cè)定了Cu含量，化學(xué)光譜法分析測(cè)定了Au含量，全譜光譜法分析得到Pb、Zn、Ba、Mn含量，光譜定量法分析測(cè)定了Ag、Sn、B含量，原子熒光法分析測(cè)定了 As、Bi、Sb、Hg含量，離子電極法分析測(cè)定了F含量，催化極譜法分析測(cè)定了W和Mo含量數(shù)據(jù)。采用含量-面積分形法確定龐西垌各元素的異常下限, 在各元素含量-面積的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)散點(diǎn)圖上, 各元素“含量-面積”關(guān)系可用兩條或兩條以上的直線段擬合, 說(shuō)明各元素含量在空間分布上存在多個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)。通常低值區(qū)擬合的直線為元素的背景區(qū), 第二直線段為元素主要含量空間一般為區(qū)域地質(zhì)作用形成的區(qū)域異常區(qū), 而第三段通常反映局部礦化作用形成局部地球化學(xué)異常。文中以 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo幾種元素舉例詳細(xì)說(shuō)明, 其中Au和Ag的單位是ng/g, Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo的單位為 μg/g。

采用C-A分形模型利用最小二乘法得到Ag元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=1.393,D2=1.767,D3=0.663, 分界點(diǎn)為 0.229和 1.683。由 lg(面積A)-lg(含量C)擬合圖還可看出在擬合線段的拖尾處有較多的重復(fù)點(diǎn), 進(jìn)一步研究分析得知隨著元素含量的提高, 等值線包圍的面積逐漸減小最后趨于一定值, 此時(shí)高含量段的平滑重復(fù)點(diǎn)不具備實(shí)質(zhì)的地質(zhì)意義。

根據(jù)C-A分形模型確定的分界點(diǎn)來(lái)對(duì)異常圖進(jìn)行分級(jí)顯示, 由Ag異常分布圖(圖2b)可看出, 藍(lán)色部分為低背景區(qū), 淺綠色部分為低異常區(qū), 紅色部分為高異常區(qū), 高異常區(qū)覆蓋面積最小, 也是存在礦產(chǎn)的最大可能區(qū)域。部分已知礦床(點(diǎn))與異常區(qū)吻合較好, 且異常走向與研究區(qū)塘蓬幅大斷裂走向一致, 可以說(shuō)明該區(qū)域存在礦產(chǎn)的可能性極大, 另一部分異常在已知礦點(diǎn)附近, 可通過(guò)這部分高異常來(lái)對(duì)潛在的Ag礦點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖2a Ag元素lgA-lgC擬合圖Fig.2a lgA-lgC fitting chart of Ag

圖2b Ag元素異常分布圖 Fig.2b Silver anomaly distribution in the study region

依照處理Ag元素的流程, 得到Au元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.745,D2=1.661,D3=1.142, 分界點(diǎn)為4.95和 84.20用于區(qū)分區(qū)域異常和局部異常。

從Au異常圖(圖2d)可看出, 淺綠色區(qū)域?yàn)樵氐闹饕繀^(qū), 也是存在礦產(chǎn)的最大潛在區(qū), 因該異常圖中高異常只顯示較少的幾處, 這幾處異常更突出顯示了 Au礦床的具體位置, 可通過(guò)圖中紅色部分也即高異常來(lái)對(duì)潛在的Au礦床進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)合Ag和Au的異常分布圖得知Ag和Au元素在研究區(qū)塘蓬幅異常分布走向極為相似, 結(jié)合野外實(shí)際工作可知該異常區(qū)確實(shí)存在Ag-Au共生組合礦床, 由此說(shuō)明在該研究區(qū)內(nèi)Ag和Au的地球化學(xué)關(guān)系非常密切。研究區(qū)銀金礦床為多期多階段地質(zhì)地球化學(xué)演化的產(chǎn)物[27], 在前寒武紀(jì)-寒武紀(jì)礦源層形成期間,成礦元素發(fā)生初步富集; 在加里東區(qū)域變質(zhì)作用過(guò)程中, 礦源層中的元素經(jīng)歷了活化、遷移隨之再分配; 在中生代期間, 斷裂構(gòu)造、巖漿活動(dòng)伴隨巖石變形和熱液蝕變作用, 使得礦床得以最終定位。

得到Cu元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.006,D2=1.734,D3=2.932, 分界點(diǎn)為5,20和102。

由Cu元素異常圖(圖2f)觀察得知Cu異常區(qū)主要分布于研究區(qū)的西南部和東部方向, 已知礦點(diǎn)與異常區(qū)吻合較好, 經(jīng)實(shí)地發(fā)現(xiàn)該異常區(qū)與考察煌斑巖脈的產(chǎn)出相吻合, 其他異常位于巖脈兩側(cè)。采用分形法得到的異常區(qū)位于構(gòu)造發(fā)育的地區(qū), 證明了含量-面積分形法用于預(yù)測(cè)地球化學(xué)異常是可行的。

得到Pb元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.122,D2=3.810,D3=2.326, 分界點(diǎn)為28和96。

得到Zn元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.100,D2=4.002,D3=0.791, 分界點(diǎn)為31和210。

Pb、Zn異常在研究區(qū)西部有一部分吻合, 說(shuō)明Pb和Zn的地球化學(xué)關(guān)系較為密切, 且Pb和Zn位于該區(qū)域的異常形態(tài)與 Ag和 Au極為相似, 說(shuō)明Ag、Au、Pb和Zn這4種元素的地球化學(xué)關(guān)系極為密切。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Pb、Zn大部分異常區(qū)是偏離已知礦點(diǎn)的, 從元素lgA-lgC擬合圖中加以分析發(fā)現(xiàn),分維數(shù)D2對(duì)應(yīng)的直線段斜率都較其他幾種元素高,均大于3, 而其他元素大多處于1到2之間, 以往有研究[32]表明該段直線越緩, 從低含量到高含量點(diǎn)頻率下降慢, 說(shuō)明有較多的高含量點(diǎn)分布, 越有利于成礦, 反之, 主要集中低含量點(diǎn)越不利于成礦。可由此解釋為何 Pb、Zn元素大部分異常區(qū)偏離已知礦點(diǎn)。

得到W元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.079,D2=1.715,分界點(diǎn)為2.79。

得到Bi元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.235,D2=1.637,分界點(diǎn)為1.19。

得到Mo元素的分維方程為:

可以得知分維數(shù)分別為:D1=0.302,D2=1.590,分界點(diǎn)為2.06。

結(jié)合 Cu-W-Bi-Mo異常分布圖 (圖 2f, 圖 2l,圖 2n和圖 2p) 可知, 這4種元素在位于研究區(qū)西南方向的異常區(qū)域吻合度較高, 經(jīng)查證該區(qū)域已知有以Cu為主W、Bi、Mo伴生礦床存在, 且部分異常位于已知礦點(diǎn)附近巖脈兩側(cè), 探明未知礦床可由此著手。

單從這幾種元素的 lgA-lgC擬合圖也可看出,Ag和Au擬合直線形態(tài)極為相似, 這也進(jìn)一步驗(yàn)證了分形法得出的異常區(qū)的可靠性, W、Bi、Mo擬合直線段均分為兩段, 第二段直線斜率相差不大,形態(tài)相似, 可靠地說(shuō)明了三者之間的共生組合關(guān)系,與該區(qū)已知的W-Mo礦床吻合。

圖2c Au元素lgA-lgC擬合圖Fig.2c lgA-lgC fitting chart of Au

圖2d Au元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.2d Gold anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

圖2e Cu元素lgA-lgC擬合圖Fig.2e lgA-lgC fitting chart of Cu

圖2f Cu元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b) Fig.2f Copper anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

圖2g Pb元素lgA-lgC擬合圖Fig.2g lgA-lgC fitting chart of Pb

圖2h Pb元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.2h Lead anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

圖2i Zn元素lgA-lgC擬合圖Fig.2i lgA-lgC fitting chart of Zn

圖2j Zn元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.2j Zinc anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

圖2k W元素lgA-lgC擬合圖Fig.2k lgA-lgC fitting chart of W

圖2l W元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.2l Tungston anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

圖2m Bi元素lgA-lgC擬合圖Fig.2m lgA-lgC fitting chart of Bi

圖2n Bi元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b) Fig.2n Bismuth anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

進(jìn)一步對(duì)各元素含量-面積雙對(duì)數(shù)圖進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn), 各元素關(guān)系圖均用兩條或兩條以上的直線來(lái)擬合, 反映了各元素含量的空間分布存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的無(wú)標(biāo)度區(qū)。低區(qū)斜率較小屬背景區(qū), 第二段以上為主要含量區(qū)間, 通常為異常區(qū)。若第二段直線反映區(qū)域地質(zhì)作用形成的區(qū)域異常區(qū), 則第三段直線反映局部地球化學(xué)異常, Au、Ag、Pb和 Zn元素均分為三段, 且第三段直線斜率較第二段小,這說(shuō)明礦化作用比較強(qiáng)烈, 成礦潛力較大, 可能形成大中型金銀鉛鋅礦床。W、Bi、Mo均為兩段無(wú)標(biāo)度區(qū)的簡(jiǎn)單多重分形模式, 表明這三種元素在研究區(qū)沒(méi)有明顯的成礦富集趨勢(shì), 可能沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的致礦異常, Cu分為四段, 第三四段已反映出局部地球化學(xué)異常, 且與W、Bi、Mo異常區(qū)有重疊部分, 這進(jìn)一步驗(yàn)證了該區(qū)域可能存在以 Cu為主伴生 W、Bi、Mo的大中型礦床。

圖2o Mo元素lgA-lgC擬合圖Fig.2o lgA-lgC fitting chart of Mo

圖2p Mo元素異常分布圖(圖例見(jiàn)圖2b) Fig.2p Molybdenum anomaly distribution in the study region(Mineral legend see Fig.2b)

4 地球化學(xué)異常提取

4.1 多重分形濾波原理

由于地殼的非均質(zhì)性, 其物質(zhì)結(jié)構(gòu)的各向異性通常具有自相似性和分形結(jié)構(gòu)[33]。它滿足冪律關(guān)系:

S為能譜密度(energy spectrum density), 當(dāng)能譜密度設(shè)定一臨界值S0時(shí),A為S＞S0時(shí)的面積。當(dāng)分形濾波器的購(gòu)置不同時(shí)對(duì)應(yīng)不同的?值, 可通過(guò)雙對(duì)數(shù)圖體現(xiàn), lnA(＞S)?ln(S)圖上, 所有的直線段均服從冪律關(guān)系。各直線段對(duì)應(yīng)相應(yīng)的分形關(guān)系, 不同的直線段對(duì)應(yīng)不同的分形關(guān)系, 各直線段的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為分形濾波器的閥值, 通過(guò)這些閥值可構(gòu)造背景、異常濾波器, 通過(guò)這些濾波器將其變換到空間域上可實(shí)現(xiàn)背景異常分離[34]。

4.2 成礦主元素地球化學(xué)異常提取

為有效地提取地球化學(xué)異常, 采用分形濾波技術(shù), 試圖從復(fù)雜的地球化學(xué)背景中提取出局部致礦異常。文中在各地球化學(xué)元素異常分布圖的基礎(chǔ)上(圖 2b, 2d, 2f, 2h, 2j, 2l, 2n, 2p)分離出局部異常(圖 3b, 3d, 3f, 3h, 3j, 3l, 3n, 3p)。

應(yīng)用S-A法得到lnA(＞S)-lnS關(guān)系圖, 不同斜率的直線段代表了不同的自相似性特征, 體現(xiàn)空間域中不同的背景異常模式, 它保證了S-A之間的冪律關(guān)系, 直線擬合采用最小二乘法確定分界點(diǎn), Ag中閥值 lnS0=4.43。S＜S0代表異常,S＞S0代表背景。以lnS0=4.43為閥值繪制Ag異常圖(圖3b)。從圖中可以看出異常區(qū)與斷層走向一致, 且與已知部分礦點(diǎn)吻合, 在西南方向有一處找礦遠(yuǎn)景區(qū), 與圖2b相比, 在圖3b中, 與Ag有關(guān)的弱異常被增強(qiáng), 這說(shuō)明S-A法可有效從地球化學(xué)背景中提取出致礦異常。

圖3a Ag的lnA(＞S)-lnSFig.3a lnA(＞S)-lnS mapof Ag

圖3b S-A方法獲取的Ag異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3b Silver anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3d S-A方法獲取的Au異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3d Au anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3c Au的lnA(＞S)-lnSFig.3c lnA(＞S)-lnS map of Au

圖3e Cu的lnA(＞S)-lnSFig.3e lnA(＞S)-lnS map of Cu

圖3f S-A方法獲取的Cu異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3f Copper anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3g Pb的lnA(＞S)-lnSFig.3g lnA(＞S)-lnS map of Pb

圖3h S-A方法獲取的Pb異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3h Pb anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3i Zn的lnA(＞S)-lnSFig.3i lnA(＞S)-lnS map of Zn

圖3j S-A方法獲取的Zn異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3j Zinc anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3k W的lnA(＞S)-lnSFig.3k lnA(＞S)-lnS map of W

圖3l S-A方法獲取的W異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3l Tungston anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

類似于研究Ag的步驟, 繪制Au、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo的lnA(＞S)-lnS關(guān)系圖(圖3c, 3e, 3g, 3i,3k, 3m, 3o)和應(yīng)用S-A法提取異常圖(圖3d, 3f, 3h, 3j,3l, 3n, 3p)。各元素閥值分別為Au: lnS0=7.79, Cu:lnS0=8.88, Pb: lnS0=10.33, Zn: lnS0=9.72, W: lnS0=7.78, Bi: lnS0=6.91, Mo: lnS0=7.21。從圖中觀察得知(圖3d)S-A方法獲取的Au異常走向類似于Ag, 且Au、Ag兩元素與已知礦點(diǎn)具有較好的吻合性, 經(jīng)過(guò)對(duì)研究區(qū)實(shí)地考察分析, Au、Ag礦主要受該區(qū)域的大斷裂控制, 經(jīng)?？梢砸?jiàn)到一些礦化脈的出現(xiàn), 且受斷裂影響, 周圍地區(qū)裂隙發(fā)育, 提供了物理和化學(xué)風(fēng)化的條件, 為Au、Ag元素異常提供了不斷的來(lái)源, 這也進(jìn)一步驗(yàn)證了文中采用 C-A法得出的 Ag和Au地球化學(xué)關(guān)系密切的結(jié)論。結(jié)合Au、Ag、Cu、Pb、Zn單元素異常圖, 發(fā)現(xiàn)它們與采用因子分析法得到的組合異常圖在異常走向趨勢(shì)上大體相吻合。觀察Cu、Pb、Zn異常(圖3f, 3h, 3j)得知在東南方向大部分已知礦點(diǎn)與Cu、Pb、Zn異常區(qū)吻合, 同時(shí)產(chǎn)生了一些新的找礦遠(yuǎn)景區(qū), 與圖2f、2h、2j相比, 在圖3f、3h、3j中, 弱異常均處于增強(qiáng)狀態(tài)。對(duì)于W、Bi、Mo異常(圖3l, 3n, 3p)而言, 它們與采用因子分析法得到的組合異常圖一致, 由三者共生關(guān)系得知,處于東南方向的異常W、Bi與C-A法分析得出的異常相對(duì)應(yīng), 但由 S-A法提取出的 Mo異常新發(fā)現(xiàn)一條W-Bi-Mo礦化異常帶, 且該異常走向與斷層走向一致, 這在 C-A法分析結(jié)果中是沒(méi)有顯示的, 深層次地說(shuō)明了 S-A法提取弱異常的優(yōu)越性, 論證了S-A法克服了C-A模型在異常圈定中的不足[35]。

圖3m Bi的lnA(＞S)-lnSFig.3m lnA(＞S)-lnS map of Bi

圖3n S-A方法獲取的Bi異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3n Bismoth anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

圖3o Mo的lnA(＞S)-lnSFig.3o lnA(＞S)-lnS map of Mo

圖3p S-A方法獲取的Mo異常(圖例見(jiàn)圖2b)Fig.3p Molybdenum anomaly obtained by fractal filtering method(Mineral legend see Fig.2b)

龐西垌異常主要分布于北東向龐西垌斷裂的兩側(cè)、燕山三期塘蓬花崗巖與周圍地質(zhì)體如寒武系八村群、加里東期混合巖、燕山四期花崗巖的接觸帶內(nèi)外。異常濃集中心內(nèi)產(chǎn)有龐西垌大型銀金礦、大嶺(金山)大型金礦和高村中型金礦等礦床(點(diǎn))。對(duì)于Ag、Au、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo等元素組合, 可能主要反映局部富集甚至成礦的組分特征, 特別是在塘蓬幅巖體北側(cè)、南側(cè)與加里東期混合巖、寒武系的斷裂接觸帶上, 上述元素異常強(qiáng)度高, 套合好,濃集中心位置與接觸帶上分布的眾多的金屬礦床(點(diǎn))吻合, 反映出接觸帶是金、多金屬富集成礦的有利地段。

5 結(jié) 論

(1)因子分析結(jié)果說(shuō)明龐西垌地區(qū)存在五種元素組合: 第一組合 Au-Cu-As-Sb-B反映了中低溫?zé)嵋撼傻V元素的聚集過(guò)程, 第二組合Ag-Pb-Zn反映了以有色金屬礦化為代表的熱液礦化元素組合特征, 第三組合 W-Bi-Mo-Sn反映了高溫成礦帶元素組合,它能夠揭示成礦背景和致礦異常元素組合及其空間分布特征。(2) S-A法可在C-A法揭示的區(qū)域異常的基礎(chǔ)上更深層次地提取出與礦化有關(guān)的局部異常用以反映研究區(qū)的多重地球化學(xué)背景, S-A法刻畫了龐西垌地區(qū)與礦化有關(guān)的局部異常特征, 有效地提取了 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Bi、Mo隱蔽礦化異常信息, 由該法獲取的異常圖可作為圈定Au-Ag-Cu-Pb-Zn-W-Bi-Mo找礦靶區(qū)的重要依據(jù)。

從龐西垌地區(qū)地球化學(xué)元素的含量-面積模型雙對(duì)數(shù)圖關(guān)系可對(duì)該研究區(qū)異常的期次有一個(gè)大致的了解, 根據(jù)雙對(duì)數(shù)圖中各擬合直線段的交點(diǎn)可以確定區(qū)域異常和局部異常的異常下限值, 從而為劃分地球化學(xué)背景、區(qū)域異常與局部異常提供依據(jù)?；谘芯繀^(qū)復(fù)雜的多重地球化學(xué)背景, 多重分形濾波技術(shù)能夠克服高背景, 從中提取出弱異常, 這些異常不僅與多數(shù)已發(fā)現(xiàn)礦床吻合, 在未知區(qū)得到的弱異常也有進(jìn)一步開(kāi)展工作的意義, 這為該區(qū)礦床勘查提供了新的靶區(qū), 為未知礦床的探尋提供了新的啟示。

廣東省地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在本工作中提供了幫助; 兩位匿名審稿專家對(duì)文章進(jìn)行了精細(xì)的評(píng)審, 并提出了寶貴的建設(shè)性意見(jiàn), 在此一并表示感謝！

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