基于成礦元素復(fù)雜度的地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理方法在找礦實(shí)踐中的應(yīng)用
——以柴北緣造山帶綠梁山地區(qū)為例

徐永利，鄭有業(yè)，許榮科，嚴(yán) 康，左恒斌

(1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院； 2.地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院)

引 言

數(shù)據(jù)處理是勘查地球化學(xué)領(lǐng)域極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)有效提取有用地質(zhì)異常信息尤為重要[1-2]。在實(shí)際地質(zhì)工作過(guò)程中，往往會(huì)遇到地質(zhì)異常信息被削弱或掩蓋，或者大量信息被某些外界因素影響而難以顯示等現(xiàn)象，致使利用常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法不易獲取這些有用信息[3-4]。如何提取、篩選這些極為隱蔽的礦化信息一直是化探找礦工作關(guān)注的焦點(diǎn)，而合理的地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理已被實(shí)踐證明是解決上述問(wèn)題有效的途徑之一[1-2]。地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理經(jīng)歷了早期傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展過(guò)程[5]，其認(rèn)為元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布[6]；20世紀(jì)60—70年代，趨勢(shì)面法被成功應(yīng)用于金屬礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源和礦床成因研究領(lǐng)域[7]；20世紀(jì)80年代，地球化學(xué)領(lǐng)域誕生了分形理論，認(rèn)為地球化學(xué)數(shù)據(jù)中廣泛存在分形結(jié)構(gòu)或服從分形分布和多重分形分布[8-13]，相繼出現(xiàn)了含量-總量法等若干分形法[14-17]，掀起了地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理和找礦預(yù)測(cè)的新潮[18-20]。

近年來(lái)，許多學(xué)者認(rèn)為復(fù)雜的元素組合有利于成礦，這一現(xiàn)象在與造山作用有關(guān)的金銀等貴金屬礦床中表現(xiàn)尤為顯著。例如：涂光熾[21]指出，超大型礦床是多期有利成礦因素耦合作用的結(jié)果；ROBERT等[22-23]指出，造山帶型金礦床成礦物質(zhì)具有多源性，成礦過(guò)程具有復(fù)雜性。孫寶田[24]認(rèn)為，夾皮溝等眾多金礦床具有多期成礦的特征。在此背景下，除了分形理論外，同時(shí)誕生了趙鵬大院士的“大數(shù)據(jù)”、鄭有業(yè)教授的“地質(zhì)內(nèi)涵法”等地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理新思路，并在找礦實(shí)踐工作中得到了驗(yàn)證。鄭有業(yè)等[25]將“成礦元素復(fù)雜度”作為篩選和評(píng)價(jià)與礦床有關(guān)異常的重要準(zhǔn)則，即以成礦作用的強(qiáng)度優(yōu)選異常，優(yōu)選出了北喜馬拉雅地區(qū)以扎西康為代表的，成礦物質(zhì)交換、成礦作用強(qiáng)烈的5處異常區(qū)，并發(fā)現(xiàn)了北喜馬拉雅成礦帶的首個(gè)銻多金屬超大型礦床。

綠梁山地區(qū)位于柴北緣造山帶上[26-27]，是中國(guó)重要的礦產(chǎn)資源基地[28-29]，找礦潛力巨大。但是，其區(qū)內(nèi)分布有荒漠、戈壁等地貌，且遭受風(fēng)積物等因素的影響，對(duì)地質(zhì)找礦工作造成了嚴(yán)重干擾。許榮科等[29-31]認(rèn)為，綠梁山銅礦區(qū)早期表現(xiàn)為VMS型礦化，后期遭受造山作用。鑒于此，針對(duì)綠梁山地區(qū)獨(dú)特的地貌特征和成礦背景，采用基于成礦元素復(fù)雜度的地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理方法對(duì)1 ∶5萬(wàn)水系沉積物測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，快速優(yōu)選出了重要找礦靶區(qū)，經(jīng)驗(yàn)證新發(fā)現(xiàn)了魚(yú)卡銅金礦床，本文主要簡(jiǎn)述其找礦效果及地質(zhì)意義。

1 研究區(qū)概況

綠梁山地區(qū)位于阿爾金斷裂東南部(見(jiàn)圖1-A)，柴北緣造山帶內(nèi)(見(jiàn)圖1-B)。經(jīng)歷了早加里東期、晚華力西期—印支期的碰撞造山及中—新生代板內(nèi)盆山演化等多期構(gòu)造作用[23-24,27]，巖漿活動(dòng)頻繁，礦種多樣，礦床成因類(lèi)型復(fù)雜，找礦潛力巨大。但是，其地理位置獨(dú)特，部分地段為荒漠、戈壁等地貌，年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降水量，且遭受風(fēng)積物等因素影響，對(duì)地質(zhì)找礦工作造成了嚴(yán)重干擾。

圖1 綠梁山地區(qū)大地構(gòu)造位置圖(A)及構(gòu)造區(qū)塊劃分圖(B)(據(jù)文獻(xiàn)[31]修改)

2 成礦元素復(fù)雜度

成礦元素復(fù)雜度這一概念是諸多學(xué)者在地球化學(xué)找礦實(shí)踐工作中提出來(lái)的[25，35]，本文的基本思路是：①在針對(duì)地質(zhì)背景不同地質(zhì)單元(包括構(gòu)造、地貌景觀、地層等)分區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)某個(gè)分區(qū)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出各單元每個(gè)采樣點(diǎn)元素的襯值；②將每個(gè)采樣點(diǎn)襯值小于1的元素賦值為0，襯值大于1的元素賦值為1，最終將每個(gè)采樣點(diǎn)上的元素賦值累加值作為一個(gè)指標(biāo)，利用該指標(biāo)在地質(zhì)軟件上實(shí)現(xiàn)元素復(fù)雜度的平面可視化圖，優(yōu)選找礦靶區(qū)。成礦元素復(fù)雜度是成礦作用強(qiáng)度大小的直接體現(xiàn)，也是地球化學(xué)異常和成礦有利地段優(yōu)選的重要準(zhǔn)則[25]。其既可以反映成礦物質(zhì)交換作用強(qiáng)弱的部位，也可以反映多期次成礦地質(zhì)作用的疊加改造部位。

本文采用的具體步驟：第1步，基于MapGIS軟件的空間分析等模塊，對(duì)不同Ⅲ級(jí)成礦帶或不同化學(xué)景觀分區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)單元的區(qū)域地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)。第2步，對(duì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，①利用基于迭代法的ALPHA軟件對(duì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)使用迭代法多次剔除，形成背景數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計(jì)各元素每個(gè)分區(qū)的地球化學(xué)特征參數(shù)，快速地計(jì)算出各元素每個(gè)分區(qū)的異常下限；②利用ALPHA軟件將各元素的原始數(shù)據(jù)除以相應(yīng)的異常下限，使其變?yōu)闊o(wú)量綱量，快速地統(tǒng)計(jì)出每個(gè)分區(qū)中各個(gè)采樣點(diǎn)每種元素的襯值。第3步，利用Excel軟件的IF函數(shù)，將每個(gè)采樣點(diǎn)襯值小于1的元素賦值為0，襯值大于1的元素賦值為1，最終將同一采樣點(diǎn)上的賦值進(jìn)行累加，形成各采樣點(diǎn)元素復(fù)雜度的數(shù)據(jù)集。第4步，根據(jù)地球化學(xué)異常評(píng)序參數(shù)評(píng)價(jià)原則，結(jié)合元素組合，分為復(fù)雜(元素種數(shù)≥6.0)、中等(6.0>元素種數(shù)>3.0)、簡(jiǎn)單(元素種數(shù)≤3.0)3種，選擇3.0，4.5，6.0分別為外、中、內(nèi)三級(jí)濃集分帶界線值，利用MapGIS軟件等繪制成礦元素復(fù)雜度的平面圖。第5步，選擇有利異常區(qū)，進(jìn)而優(yōu)選，驗(yàn)證靶區(qū)。

3 異常特征

基于構(gòu)造分區(qū)的成礦元素復(fù)雜度異常主要分布在魚(yú)卡砂金礦一帶、魚(yú)卡銅金礦—花石梁、綠梁山銅金礦北西側(cè)、大石北—南山—開(kāi)屏溝、雙口山北—雙口山—雙口山南、鐵石觀南東—西側(cè)等地區(qū)，優(yōu)選了HS-4-1異常等作為金找礦靶區(qū)、HS-9異常等作為鉛多金屬找礦靶區(qū)(見(jiàn)圖2)。其中，成礦元素最為復(fù)雜且濃集中心最為明顯,排名前3的異常依次是HS-9、HS-4-1、HS-6-1，本文主要以HS-6-1、HS-4-1異常為例進(jìn)行論述。

圖2 基于構(gòu)造分區(qū)1 ∶5萬(wàn)水系沉積物的成礦元素復(fù)雜度圖

3.1 HS-6-1異常(魚(yú)卡砂金礦一帶)

HS-6-1異常位于魚(yú)卡溝靠近魚(yú)卡水庫(kù)一帶，異常區(qū)內(nèi)出露地層主要有新近系油砂山組半膠結(jié)碎屑巖及第四系。利用常規(guī)地球化學(xué)圈定的異常由Au、Hg元素組成(見(jiàn)表1)，異常套合一般，濃度分帶不明顯。利用成礦元素復(fù)雜度確定的HS-6-1異常濃集中心及分帶明顯(見(jiàn)圖3)，其異?？煞纸鉃楸蔽鱾?cè)、東側(cè)2處異常，北西側(cè)異常與魚(yú)卡砂金礦床密切吻合，基本反映了魚(yú)卡砂金礦床的分布特征；東側(cè)異常與魚(yú)卡河中上游地段石膏礦化點(diǎn)相吻合，認(rèn)為金可能來(lái)源于雜巖帶，具有尋找與造山帶有關(guān)的金礦床的潛力。

表1 HS-6-1甲2類(lèi)異常元素地球化學(xué)參數(shù)特征

1—第四系 2—油砂山組 3—金礦床 4—石膏礦化點(diǎn)圖3 HS-6-1異常成礦元素復(fù)雜程度剖析圖

3.2 HS-4-1異常(綠梁山銅金礦北西側(cè))

2010年，常規(guī)地球化學(xué)方法圈出了由Au、Cu等元素組合的HS-4綜合異常。經(jīng)過(guò)采用成礦元素復(fù)雜度處理，認(rèn)為位于HS-4綜合異常東角的HS-4-1 異常成礦作用強(qiáng)度高，而采用常規(guī)地球化學(xué)圈定的HS-4-1異常面積為4.69 km2，規(guī)律性不強(qiáng)(見(jiàn)表2、圖4)。

表2 HS-4-1異常元素地球化學(xué)參數(shù)特征

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—金礦床 5—輝長(zhǎng)巖脈 6—采樣點(diǎn)及編號(hào) 7—水系圖4 HS-4-1常規(guī)地球化學(xué)異常剖析圖

利用成礦元素復(fù)雜度法確定的HS-4-1異常(見(jiàn)圖5)位于已知綜合異常AS51的邊緣，濃集分帶明顯，面積為5.59 km2；異常形態(tài)與構(gòu)造關(guān)系密切，異常長(zhǎng)軸方向反映了北西向和近南北向—北北東向2組構(gòu)造，異常最強(qiáng)部位處于后期近南北向—北北東向構(gòu)造線上，具有找金潛力。

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—輝長(zhǎng)巖脈 5—花崗閃長(zhǎng)巖 6—金礦床 7—斷裂圖5 HS-4-1異常成礦元素復(fù)雜度剖析圖

4 靶區(qū)驗(yàn)證

2011—2014年，采用1 ∶2 000剖面、1 ∶1萬(wàn)地質(zhì)草測(cè)、1 ∶1萬(wàn)激電中梯剖面、探槽等工作手段，對(duì)HS-4-1 異常等開(kāi)展了重點(diǎn)查證，找礦效果顯著，新發(fā)現(xiàn)了多處金多金屬礦化帶，局部地段直接發(fā)現(xiàn)了礦體，重要的是在HS-4-1異常發(fā)現(xiàn)了魚(yú)卡銅金礦床。

魚(yú)卡銅金礦床賦存于寒武系—奧陶系灘間山巖群碎屑巖組凝灰質(zhì)板巖中，總體上位于綠梁山復(fù)式向斜西翼的次級(jí)背斜中，含礦巖性主要為礦化石英脈和受構(gòu)造作用發(fā)生強(qiáng)烈變形變質(zhì)的各種糜棱巖條帶。通過(guò)路線追索、地表剖面、探槽、深部鉆探工程控制，在魚(yú)卡銅金礦區(qū)先后共發(fā)現(xiàn)了13條含礦破碎帶或石英脈，并圈出了多條金礦(化)體(見(jiàn)圖6)。其中，以②號(hào)、③號(hào)、④號(hào)金礦(化)體含礦性最好，控制程度最高。

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—輝長(zhǎng)巖脈 5—褐鐵礦化石英脈 6—金礦(化)體及編號(hào) 7—斷裂及編號(hào) 8—產(chǎn)狀 9—探槽及編號(hào)圖6 魚(yú)卡銅金礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)

1)②號(hào)金礦(化)體：與③號(hào)金礦(化)體地表形態(tài)相似，產(chǎn)于其西側(cè)約90 m處，二者近于平行分布。②號(hào)金礦(化)體近南北向產(chǎn)出，傾角近于直立，南端傾向?yàn)楸北蔽飨?，略向東傾，由產(chǎn)于破碎帶中的含金石英脈構(gòu)成；長(zhǎng)度達(dá)992 m，寬度為0.7～3.4 m，Au品位為1.3×10-6～15.0×10-6。部分石英脈中可見(jiàn)到粒度為0.1～0.5 mm的片狀明金，伴生Cu品位為0.2 %～2.0 %，銅礦化寬度約1.00 m。

2)③號(hào)金礦(化)體：近南北向產(chǎn)出，傾角近于直立，向礦區(qū)南部發(fā)生轉(zhuǎn)折，傾向表現(xiàn)為北北西向，略向東傾，由產(chǎn)于破碎帶中的含金石英脈及兩側(cè)的破碎帶構(gòu)成，長(zhǎng)約1 300 m。探槽TC89探獲礦體寬度5.4 m，厚約3.6 m，單個(gè)樣品Au品位為1.0×10-6～12.6×10-6，加權(quán)平均Au品位4.7×10-6；探槽TC88探獲礦體寬度24.3 m，最高Au品位3.6×10-6，與鉆孔ZK0702深部見(jiàn)礦情況對(duì)應(yīng)效果較好。整個(gè)③號(hào)金礦(化)體鉆孔中伴生Cu品位為0.16 %～0.67 %，銅礦化寬度0.69～1.17 m。

3)④號(hào)金礦(化)體：由石英脈及破碎帶構(gòu)成，長(zhǎng)約940 m，寬度0.3～2.0 m。探槽TC93中樣品的2次分析結(jié)果顯示其Au品位均為1.8×10-6。該金礦(化)體下盤(pán)有寬約1 m的破碎帶，其Au品位為0.9×10-6。

5 結(jié) 論

1)成礦元素復(fù)雜度作為篩選和評(píng)價(jià)與礦床有關(guān)異常的重要準(zhǔn)則，以成礦作用的強(qiáng)度優(yōu)選異常，優(yōu)選出了柴北緣造山帶綠梁山地區(qū)以HS-4-1異常為代表的多處成礦物質(zhì)交換、成礦作用強(qiáng)烈的異常，并指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了魚(yú)卡銅金礦床。

2)在構(gòu)造熱液活動(dòng)中，不同的地質(zhì)體具有不同的背景值，導(dǎo)致成礦具有差異性。運(yùn)用成礦元素復(fù)雜度賦予元素信息特有的地質(zhì)內(nèi)涵，對(duì)找到構(gòu)造熱液源區(qū)具有一定的指示意義。復(fù)雜的元素組合更有利于成礦，這一現(xiàn)象在與造山作用有關(guān)的金等貴金屬礦床中表現(xiàn)得更為顯著。

3)HS-4-1異常為典型的礦致異常，找金的前景巨大，應(yīng)作為重點(diǎn)勘查區(qū)，進(jìn)行深部探礦。