礦產(chǎn)地氣法勘查中礦床特征參數(shù)研究
——以某鉛鋅礦為例

夏明強(qiáng)， 劉小畔

(1．浙江煤炭地質(zhì)局 勘探一隊(duì)，湖州 313004； 2．浙江省地礦勘探院，杭州 310000)

0 前言

我國(guó)經(jīng)過(guò)多年礦產(chǎn)勘查，地表露頭礦產(chǎn)日益減少，找礦重點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向找深部大中型重點(diǎn)礦種[1]。又因我國(guó)覆蓋區(qū)非常廣闊，其中有很多位于不同地質(zhì)構(gòu)造單元的接觸帶或大的成礦構(gòu)造帶邊緣，具有非常頻繁的地質(zhì)活動(dòng)，非常有利于成礦，深部找礦前景良好[2]。由于這些地區(qū)具有較厚的上覆地層，勘查要想發(fā)揮作用只有采用能穿透上覆地層直達(dá)深部的特殊探測(cè)方法。由于地氣法具有深穿透的特點(diǎn)，因此成為隱伏礦勘查最具應(yīng)用前景的方法之一，受到勘查地球化學(xué)研究人員的重視[3]，但是研究方向都重點(diǎn)放在探測(cè)方法，而沒(méi)有重視礦體的最本質(zhì)特征，雖然取得了一定效果但是效果不算理想[4]。

筆者提出礦床關(guān)鍵特征參數(shù)這一概念，它是針對(duì)一系列礦體特征參數(shù)中那些對(duì)復(fù)雜礦床系統(tǒng)至關(guān)重要的因素，是全部特征參數(shù)的一個(gè)子集，是裕量較少、穩(wěn)定性差、靈敏度高或不確定性大的那些特征參數(shù)，用于表征礦體本身由礦體的基本特征參數(shù)及其復(fù)合而成的一系列參數(shù)。通過(guò)針對(duì)礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)進(jìn)行研究，有望能夠突破地氣勘查方法的瓶頸，為地氣測(cè)量方法提供參數(shù)支持，從而推動(dòng)深部礦產(chǎn)地球化學(xué)勘查技術(shù)的發(fā)展。

1 礦床特征參數(shù)簡(jiǎn)述

在礦產(chǎn)勘查中，每個(gè)礦床都具有特征多樣性，沒(méi)有完全一樣的礦體，但是不同的礦床也具有地球化學(xué)上的共性，從這些共性中選擇能夠被地氣法探測(cè)到的并且具有直接找礦指示作用的參數(shù)具有重要的意義。

2 礦床特征參數(shù)確定方法

礦床勘查是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，因?yàn)榈貧夥ㄖ兴鶞y(cè)量的參數(shù)是受到這一復(fù)雜的系統(tǒng)影響的(包括地質(zhì)因素、土壤因素、測(cè)量方式等)，因此，在地氣法勘查中選擇礦床的特征參數(shù)必須具有以下特征：

1)地氣法能夠在地表直接檢測(cè)。

2)所有礦體都具有的共性。

3)對(duì)礦體品位具有高度靈敏性。

4)受地表及地質(zhì)等因素干擾較輕。

由于常規(guī)方法無(wú)法憑借少量的數(shù)據(jù)判斷真正對(duì)找礦有效的那些關(guān)鍵特征參數(shù)，因此只能使用處理復(fù)雜系統(tǒng)的技術(shù)來(lái)解決該問(wèn)題。筆者采用了裕量與不確定性的量化方法(QMU)[5]和可靠性工程與質(zhì)量功能展開(kāi)(QFD)技術(shù)結(jié)合對(duì)這種復(fù)雜的礦床系統(tǒng)中各種特征參數(shù)進(jìn)行判別分析，尋找礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)。QMU方法是源自確定性模型的系統(tǒng)認(rèn)證方法，地氣法中因試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足等諸多原因而采取使用QMU方法。

2.1 確定關(guān)鍵特征參數(shù)的流程

首先使用QMU方法識(shí)別出能夠影響復(fù)雜礦床系統(tǒng)的各個(gè)要素，尋找礦床特征參數(shù)并創(chuàng)建一個(gè)特征參數(shù)清單，然后通過(guò)量化礦床特征參數(shù)的每一個(gè)變量并進(jìn)行評(píng)價(jià)。QMU方法將對(duì)觀(guān)測(cè)清單中的礦床特征參數(shù)分別提供單一指標(biāo)，強(qiáng)調(diào)對(duì)影響因素的獨(dú)立分析。其中礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)是清單中對(duì)礦床的復(fù)雜系統(tǒng)中那些至關(guān)重要的因素，確定礦床復(fù)雜系統(tǒng)關(guān)鍵特征參數(shù)的流程如圖1所示。

PP set為性能參數(shù)集，CPP set 為關(guān)鍵性能參數(shù)集。

圖1 確定關(guān)鍵特征參數(shù)流程

Fig.1 Flow diagram for critical characteristic parameters

2.2 確定關(guān)鍵特征參數(shù)的方法

質(zhì)量功能展開(kāi)(QFD)技術(shù)是一種質(zhì)量策劃、分析、評(píng)估的工具。它采用二元矩陣展開(kāi)圖表的形式，量化分析關(guān)系度，經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理后找出貢獻(xiàn)最大的措施作為關(guān)鍵措施，從而能夠抓住主要矛盾，并開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)[6]。因此針對(duì)探測(cè)復(fù)雜的礦床系統(tǒng)，在QMU方法的基礎(chǔ)上結(jié)合質(zhì)量功能展開(kāi)(QFD)技術(shù)，開(kāi)展礦床特征參數(shù)重要度綜合分析，是從礦床的特征參數(shù)集中篩選關(guān)鍵的特征參數(shù)的一個(gè)有效方法。其基本原理是運(yùn)用礦床參數(shù)特征展開(kāi)矩陣的方式，通過(guò)量化分析礦床的參數(shù)的特征要求與特征間的關(guān)系度，然后數(shù)據(jù)分析處理后尋找對(duì)滿(mǎn)足礦床參數(shù)特征要求貢獻(xiàn)最大的特征參數(shù)，最終列為礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)。

根據(jù)QMU方法的基本原理與確定關(guān)鍵特征參數(shù)的基本原則，歸納總結(jié)出礦床的關(guān)鍵參數(shù)的特征要求有4條，①裕量較少；②裕量易變異；③靈敏度高；④認(rèn)知不確定性大。由此建立礦床關(guān)鍵參數(shù)特征展開(kāi)矩陣如表1所示。

表1 礦床的關(guān)鍵參數(shù)特征展開(kāi)矩陣

表1中基本結(jié)構(gòu)要素如為：①礦床關(guān)鍵參數(shù)特征要求；②觀(guān)測(cè)清單中的所有礦床特征參數(shù)；③關(guān)系矩陣；④礦床特征參數(shù)重要度。

礦床的參數(shù)矩陣展開(kāi)表是用于記錄礦床的參數(shù)特征要求與特征參數(shù)指標(biāo)之間的關(guān)系矩陣，其取值rij代表了關(guān)鍵參數(shù)的第i項(xiàng)特征要求與觀(guān)測(cè)清單中第j項(xiàng)礦床的特征參數(shù)的關(guān)系度。關(guān)系越緊密，其取值越大。

礦床參數(shù)矩陣展開(kāi)表中重要度Ki、關(guān)系度rij等各數(shù)值的確定非常重要，將直接關(guān)系到展開(kāi)矩陣應(yīng)用的效果。加權(quán)評(píng)分法是用于量化評(píng)估重要度與關(guān)系度的基本方法，分析者的經(jīng)驗(yàn)越豐富，使用加權(quán)評(píng)分法的準(zhǔn)確度就越高，因此應(yīng)盡可能集中較多專(zhuān)家的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)分。

運(yùn)用加權(quán)評(píng)分法時(shí)，對(duì)以下因素進(jìn)行量化評(píng)估：

1)礦床的關(guān)鍵參數(shù)特征要求重要度Ki(i=1，2，… ，m)。

表2 主要礦床特征參數(shù)的重要度

2)礦床的特征參數(shù)與關(guān)鍵參數(shù)特征要求之間的關(guān)系度rij(i=1，2，…，m；j=1，2，… ，n)。

3)礦床特征參數(shù)的重要度hj。

(1)

礦床的關(guān)鍵參數(shù)重要度一般高于礦床的普通特征參數(shù)重要度，因此可將重要度高于所有礦床的特征參數(shù)平均重要度規(guī)定倍數(shù)以上的特征參數(shù)列為礦床的關(guān)鍵參數(shù)。

2.3 礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)

筆者使用QMU方法識(shí)別了影響復(fù)雜礦床系統(tǒng)的各個(gè)要素，包括各個(gè)金屬元素、稀有元素、稀土元素及同位素等，建立了參數(shù)清單，通過(guò)對(duì)大量不同礦種礦體的測(cè)量與分析建立數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立特征參數(shù)矩陣展開(kāi)表，借助部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得相關(guān)信息，評(píng)定出礦床參數(shù)特征要求重要度Ki(i=1，2，…，m)和各項(xiàng)礦床特征參數(shù)與每一個(gè)關(guān)鍵礦床參數(shù)特征要求的關(guān)系度rij填入表中。hj結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)礦床特征參數(shù)的重要度hj，最終確定了礦體的一個(gè)關(guān)鍵特征參數(shù)，該特征參數(shù)M=AB/C,其中M為礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)，A、B、C為測(cè)量礦體的元素值，這三個(gè)基本元素均不因礦體的深度、圍巖、上覆地層及其他因素變化而變化，只反映礦體本質(zhì)特征，因而關(guān)鍵特征參數(shù)M只反映礦體本質(zhì)特征。

總之礦床關(guān)鍵特征參數(shù)的基本特征為能夠使用地氣法探測(cè)到，大多數(shù)礦床都具有，而且僅僅隨著礦體品位的變化而變化，受到外界環(huán)境影響較小，因此只要能夠找到高于背景值的異常，便可確定礦體中心的位置，因此該特征參數(shù)作為找礦的直接指示因子。

圖2 地質(zhì)剖面圖

3 在某鉛鋅礦地氣勘查中的應(yīng)用

鉛鋅礦位于江山-紹興拼合帶、余姚-麗水區(qū)域性深大斷裂之間，龍泉八都-縉云新建多金屬、螢石成礦帶的西南部。

區(qū)域出露的地層主要有下元古界八都群、下侏羅統(tǒng)楓坪組和上侏羅統(tǒng)磨石山群等地層。礦區(qū)構(gòu)造層分為變質(zhì)巖基底和火山巖蓋層兩大構(gòu)造層。礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造的基本特點(diǎn)是斷裂發(fā)育，北東向、北北東向斷裂與北西向斷裂構(gòu)成本區(qū)構(gòu)造形態(tài)的基本骨架，褶皺不明顯[7]。其中研究的礦體為已經(jīng)探明的隱伏的鉛鋅礦，礦體頂部位于地表50 m以下，上覆地層為變質(zhì)巖，礦床有多段礦體并且近似于直立(圖2)。

圖3 特征參數(shù)異常曲線(xiàn)

本次研究利用地氣法測(cè)量了該礦體的關(guān)鍵特征參數(shù)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖3。

經(jīng)過(guò)礦區(qū)與周?chē)牡乇淼V石的礦床關(guān)鍵特征參數(shù)M的測(cè)定，礦石品位在1%～30%之間，在此確定礦石關(guān)鍵特征參數(shù)M值范圍為1.95～2.15，因此在該范圍礦床特征參數(shù)異常作為本區(qū)礦體的反映。

由圖3可以看出，礦體上方存在兩處關(guān)鍵特征參數(shù)M值1.95～2.099的異常，故此兩處為礦體。

同時(shí)隨著礦體品位升高及厚度增大則關(guān)鍵特征參數(shù)的值越大，并且特征參數(shù)的值以已知礦體的高品位為中心向兩側(cè)迅速減弱。又因?yàn)橥ㄟ^(guò)QMU方法確定的關(guān)鍵特征參數(shù)不受地質(zhì)、深度、儲(chǔ)量等因素影響，說(shuō)明該關(guān)鍵特征參數(shù)對(duì)指示隱伏礦有直接效果。因此，礦體的關(guān)鍵特征參數(shù)，對(duì)地氣法礦產(chǎn)勘查中的隱伏礦體具有直接指示作用。

4 結(jié)論

礦產(chǎn)地氣法勘查中是直接測(cè)量地球氣體中的金屬元素信息，因?yàn)闅怏w具有遷移速度快、垂直向上、距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，故地氣法測(cè)量能在礦體正上方獲得較為明顯的異常，同時(shí)能在礦體兩側(cè)發(fā)現(xiàn)埋藏極深的礦化信息，但是由于測(cè)量技術(shù)上的原因，一直不能有效地確定關(guān)鍵特征參數(shù)，故不能有效表示礦體位置。因此本文選擇從絕大多數(shù)礦床都具有的礦體本身的特征參數(shù)入手進(jìn)行研究，首先由幾十個(gè)礦區(qū)的礦床特征選取礦床的特征參數(shù)，再使用QMU+QFD方法確定礦床的關(guān)鍵特征參數(shù)M，該參數(shù)具有普適性，針對(duì)大多數(shù)金屬礦床，然后利用本礦區(qū)或者周?chē)V區(qū)的礦石的測(cè)定確定測(cè)區(qū)關(guān)鍵特征參數(shù)的范圍，最后利用地氣法測(cè)量本礦區(qū)的關(guān)鍵特征參數(shù)，經(jīng)過(guò)本區(qū)地氣法與礦石的關(guān)鍵特征參數(shù)對(duì)比確定礦體的位置?？傊玫V床的關(guān)鍵特征參數(shù)避免了在地氣法礦產(chǎn)勘查中穩(wěn)定性差準(zhǔn)確度低等缺點(diǎn)，只反映礦體品位的這一特征，從而達(dá)到直接探測(cè)隱伏礦體的效果，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。