呂文超，周永章，張 焱，陳 慶，安燕飛，談 昕，王 琨

(中山大學(xué) 地球科學(xué)系//廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室//地球環(huán)境與地球資源研究中心，廣東 廣州 510275)

欽杭成礦帶位于楊子板塊與華夏古板塊的結(jié)合帶，南西起自欽州灣、北東至杭州灣，全長2 000 km，寬100～150 km，總體呈反S狀弧型分布[1]。欽杭成礦帶是我國一條重要的金屬成礦帶，但欽杭成礦帶南段基于化探數(shù)據(jù)處理對于指導(dǎo)找礦的研究工作還不夠深入。文地標(biāo)準(zhǔn)圖幅正位于欽杭成礦帶南段，地處廣東省與廣西壯族自治區(qū)接壤部分。該區(qū)有具大的找礦潛力，已發(fā)現(xiàn)多個金屬礦床，如：金山銀金礦、廉江銀金礦、澳通鉛鋅礦、君山鉛鋅礦，禾寮鋅礦等[2-3]。本文在實際野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過選用傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法和分形方法確定地球化學(xué)異常下限，對該區(qū)水系沉積物進(jìn)行地球化學(xué)異常識別，分析了地球化學(xué)異常與地質(zhì)要素的耦合情況，探討了適合文地幅水系沉積物地球化學(xué)異常識別的方法。這將有助于更加清楚的分析文地幅以及整個欽杭成礦帶南段水系沉積物地球化學(xué)特征，以達(dá)到降低找礦的肓目性和風(fēng)險性，提高找礦效率，節(jié)約找礦成本，對欽杭成礦帶南段的進(jìn)一步找礦工作具有一定的指導(dǎo)作用[4-6]。

1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征

文地標(biāo)準(zhǔn)圖幅位于欽杭成礦帶南段，大地構(gòu)造位置屬于粵西云開隆起區(qū)的南緣，北東向信宜-廉江斷褶帶南段，為晚古生代以來的長期隆起區(qū)，該區(qū)地質(zhì)作用強(qiáng)烈，巖性較復(fù)雜。

據(jù)前人工作研究[7-9]以及實際野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)(圖1)：該區(qū)出露地層不全，只有白堊系和第四系，上古生界缺失，白堊系為一套陸相紅色碎屑巖建造，零星分布于圖幅北部，第四系為河流沖積層和洪積、殘坡積層，分布于河流兩側(cè)低平地帶及溝谷中。

圖1 文地區(qū)域地質(zhì)圖

巖漿巖主要為酸性侵入巖，包括英橋巖體與茶子窩巖體，其中英橋巖體與成礦作用關(guān)系密切。英橋巖體分布在研究區(qū)西部，組成巖體的巖石種類有斑狀黑云母花崗巖、花崗巖及黑云斜長花崗巖三種。按粒度可分為中細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖、中粒斑狀黑云母花崗巖、中細(xì)粒黑云斜長花崗巖、中細(xì)粒花崗巖、細(xì)?；◢弾r、細(xì)粒黑云斜長花崗巖等。主體巖性為中細(xì)粒斑狀黑云母花崗巖及中粒斑狀黑云母花崗巖。其余均零星分布于巖體邊緣地帶，與主體巖性呈漸變過渡關(guān)系。

混合巖在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，其構(gòu)造方向與區(qū)域構(gòu)造方向一致，呈北東-北北東向的帶狀分布。混合巖化作用受文地背斜構(gòu)造控制，背斜軸部為混合花崗巖組成，由背斜軸部向兩翼混合程度逐漸減弱，依次為均質(zhì)混合巖、眼球狀混合巖，混合質(zhì)片巖。

本區(qū)曾經(jīng)歷加里東、印支、燕山等多次構(gòu)造運動，褶皺和斷裂均很發(fā)育，整體構(gòu)造線為北東向。其中，最主要的兩條北東向控礦構(gòu)造為彭西垌-金坑斷裂帶和文地背斜，也是該區(qū)最大的兩條構(gòu)造線。彭西垌-金坑斷裂帶位于研究區(qū)西側(cè)，北東從徑口起向南西經(jīng)低耕、木桶徑、金坑至彭西垌之南東尖滅，于北東延伸出圖外。這條斷裂帶控制了整個區(qū)域金銀礦床的分布。文地背斜位于研究區(qū)中部的文地、禾寮一帶，長度約16 km，寬約20 km，軸部于文地鎮(zhèn)南東側(cè)，兩端均延伸出測區(qū)外。這條背斜控制了整個區(qū)域的鉛鋅礦分布。

2 地球化學(xué)異常識別

2.1 傳統(tǒng)統(tǒng)計方法

在地球化學(xué)異常識別過程中，地球化學(xué)異常下限的確定是決定異常識別效果好壞至關(guān)重要的一步。一直以來，人們應(yīng)用傳統(tǒng)的經(jīng)典統(tǒng)計方法來確定地球化學(xué)異常下限。這種方法最初是由Hawkes和Webb[10]提出，主要是針對呈正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一種統(tǒng)計方法，隨后則被地球化學(xué)家接受并使用。通常認(rèn)為地質(zhì)體中的常量元素服從正態(tài)分布的、而微量原素服從對數(shù)正態(tài)分布。這種方法是先檢驗各個元素含量的概率分布形式，如果測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布(或?qū)?shù)正態(tài)分布)，則直接求出背景值和標(biāo)準(zhǔn)離差計算異常下限，否則對化探數(shù)據(jù)進(jìn)行離群點的迭代處理，即是對大于均值加3倍離差及小于均值減3倍離差的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，直至無離群點可剔除為止，以剔除后的數(shù)據(jù)為背景數(shù)據(jù)，用背景值加2倍標(biāo)準(zhǔn)離差為異常下限[11-12]。

化探數(shù)據(jù)處理中，用來檢驗數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布形式的方法主要有偏度、峰度檢驗法和概率格紙檢驗法、Q-Q圖法等[13]。本文采用Q-Q圖法對研究區(qū)1∶5萬水系沉積物數(shù)據(jù)中的Cu、Au、Ag、Pb、Zn五種元素進(jìn)行對數(shù)正態(tài)分布檢驗(圖2)。

從圖2中可以看出，這五種元素都不符合對數(shù)正態(tài)分布。因此，要用傳統(tǒng)的方法求異常下限時，首先要對數(shù)據(jù)進(jìn)行特高值剔除，使數(shù)據(jù)符合對數(shù)正態(tài)分布，并求出五種元素異常下限分別為1.62 ng/g、0.12 ng/g、22.59 μg/g、104.00 μg/g、77.73 μg/g。

圖2 五種元素Q-Q圖

3.2 分形方法

地球化學(xué)場是一種非穩(wěn)定場[14]，其背景常服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布，而異常值則是服從分形分布[15-19],。因此，應(yīng)用分形方法在區(qū)分背景值與異常值時將會得到更好的效果[20-22]。

目前利用分形理論進(jìn)行地球化學(xué)異常下限確定方法主要有周長-面積法、含量-面積法、含量-距離法、含量-個數(shù)法、求和法等[23]。本文采用含量-面積法確定地球化學(xué)異常下限[24-25]，具體步驟為：① 將研究區(qū)Au、Ag、Cu、Pb、Zn五種元素數(shù)據(jù)進(jìn)行等值線繪制。② 統(tǒng)計大于等于設(shè)定r值所圈閉的等值線的面積N(r)。如起始值設(shè)定為100，步長增量設(shè)定為20，則r值分別為120、140、160…到終止值。③ 對不同的r值及其對應(yīng)的面積N(r)取對數(shù)，對所得的對數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段最小二乘法擬合，分段界線點的選取標(biāo)準(zhǔn)是擬合的直線與原始數(shù)據(jù)點之間的剩余平方和在二個區(qū)間的總和為最小。

通過以上方法得到該區(qū)1∶5萬水系沉積物中Au、Ag、Cu、Pb、Zn五種元素擬合的直線方程及異常(表1)。

表 1 5種元素直線方程及異常下限

4 兩種方法確定異常下限的比較

將傳統(tǒng)方法與分形方法確定的5種元素異常下限進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，Au、Ag、Cu、Pb、Zn五種元素的分形方法確定的異常下限均高于傳統(tǒng)統(tǒng)計方法確定的異常下限(表2)。

表2 兩種方法確定的異常下限

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)在Arcgis中制作兩種方法所確定的五種單元素化學(xué)異常圖(圖3-7)，并將該區(qū)已知礦點與異常圖進(jìn)行了疊合。

從兩種方法多個圖件對比中可以發(fā)現(xiàn)，Cu、Pb、Zn元素在應(yīng)用傳統(tǒng)統(tǒng)計方法確定的異常下限進(jìn)行圈定時，出現(xiàn)了多個異常區(qū)，但是與礦點并不吻合，可能多為非礦引起的異常區(qū)，而應(yīng)用分形方法確定的異常下限進(jìn)行圈定時，并未出現(xiàn)多個異常區(qū)。因此，在該區(qū)應(yīng)用分形方法可以篩選掉一些非礦引起的異常，減少了異常查證的工作量。而在對Au、Ag元表分析時發(fā)現(xiàn)，兩種方法圈定的異常區(qū)與礦點都吻合的很好，且分形方法圈定的異常面積小，數(shù)量少，反映出了更好的與礦點匹配效果，能更好的指導(dǎo)Au、Ag找礦。對比分析表明在該區(qū)應(yīng)用分形方法確定的元素異常下限進(jìn)行圈定異常時，可以更加有效的降低非礦引起的異常范圍，減少找礦工作量，增大找礦成功的概率。

圖3 Au異?？臻g分布

圖4 Ag異?？臻g分布

圖5 Cu異?？臻g分布

圖6 Pb異常空間分布

圖7 Zn異?？臻g分布

為什么Au、Ag兩種元素與礦點具有相對較好的吻合性，而Cu、Pb、Zn的吻合性并不好？通過對研究區(qū)的實地考察分析，Au、Ag異常區(qū)出現(xiàn)很多礦化的石英脈，這是引起異常的主要原因，屬于礦致異常。而Cu、Pb、Zn異常區(qū)未見礦化，在地形上屬于低洼區(qū)，異常應(yīng)是用河流從其它地方搬運而來的沉積物引起的，并非礦至異常。

5 結(jié) 論

1)文地幅化探數(shù)據(jù)并不符合對數(shù)正態(tài)分布，在經(jīng)過特高值剔除后應(yīng)用常規(guī)統(tǒng)計方法求得該區(qū)Au、Ag、Cu、Pb、Zn五種元素的異常下限分別為1.62 ng/g、0.12 ng/g、22.59 μg/g、104.00 μg/g、77.73 μg/g。應(yīng)用分形方法求得該區(qū)Au、Ag、Cu、Pb、Zn五種元素的異常下限分別為8 ng/g、0.325 ng/g、220 μg/g、460 μg/g、2240 μg/g。

2)Au、Ag礦地段的Au、Ag異常來源多為地表偶見的礦化脈，異常與礦點吻合很好。Cu、Pb、Zn礦地段的Cu、Pb、Zn異常來源并非一些出露地表的礦化脈，異常與礦點吻合效果不好。在該區(qū)，應(yīng)用分形方法圈定的異?？梢愿佑行У慕档头堑V引起的異常范圍，減少無謂的異常查證，提高找礦效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊明桂，楊勇文.欽一杭古板塊結(jié)合帶與成礦帶的主要特征[J].華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，1997，3：52-59.

[2]周永章,曾長育,李紅中，等.欽杭成礦帶典型礦種及其礦床分布總體特征[J].礦床地質(zhì)，2010,29(增刊)：34.

[3]李紅中,周永章,曾長育，等.粵西桂東南龐西垌地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景初步分析[J].礦床地質(zhì)，2010,29(增刊)：11.

[4]呂文超,李紅中,安燕飛，等.礦產(chǎn)資源定量預(yù)測的研究進(jìn)展[J].礦床地質(zhì),2010,29(增刊): 755.

[5]ZHAO P D,Three component mineral resource quanti-tative prediction and assessment: quantitative mineral resource prediction theory and practice[J].Earth Science-Journal of China University of Geosciences,2001，27(5): 139-148.

[6]ZHAO P D,Quantitative mineral prediction and deep mineral exploration[J].Earth Science Frontiers,2007，14(5): 1-10.

[7]廣西狀族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.廣西壯族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社,1985.

[8]廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局.廣東省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社,1988.

[9]廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(文地幅和石角幅)[M].北京：地質(zhì)出版社,1985.

[10]HAWKES H E ,WEBB J.S..Geochemistry in Mineral Exploration[M].New York: Harper and Row,1962: 415.

[11]黃瑞.化探數(shù)據(jù)處理方法研究——以攀西地區(qū)鉑族元素為例 [D].成都：成都理工大學(xué),2005: 1-59.

[12]李河江.若爾蓋地區(qū)地球化學(xué)異常數(shù)據(jù)處理研究[D].成都：成都理工大學(xué),2006:1-59.

[13]申維．分形混沌與礦產(chǎn)預(yù)測[M].北京:地質(zhì)出版社，2002.

[14]於崇文.固體地球系統(tǒng)的復(fù)雜性與自組織臨界性[J].地學(xué)前緣,1998,5(3): 159-174.

[15]CHENG Q M,AGTERBERG F P,BALLANTYNE S B.The separation of geochemical anomalies from background by fractal meth-ods[J].Geochem Explor,1994,51: 109-130.

[16]CHENG Q M.The perimeter-area fractal model and its application to geology[J].Mathematical Geology,1995,27: 69-82.

[17]成秋明.多維分形理論和地球化學(xué)元素分布規(guī)律[J].地球科學(xué),2000,25: 311-318.

[18]成秋明.地質(zhì)異常的奇異性度量與隱伏源致礦異常識別[J].地球?qū)W報，2011,36(2): 307-316.

[19]張焱,成秋明,周永章，等.分形插值在地球化學(xué)數(shù)據(jù)中的應(yīng)用[J].中山大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,50(1):133-137.

[20]CHENG Q M.Multifractal imaging filtering and de-composition methods in space,fourier frequency,and eigen domains[J].Nonlinear Processes in Geophysics,2007,14(3): 293-303.

[21]郭科.復(fù)雜地質(zhì)地貌區(qū)多尺度地球化學(xué)異常識別的非線性研究 [D].成都：成都理工大學(xué),2005:1-141.

[22]徐明鉆,朱立新,馬生明，等.多重分形模型在區(qū)域地球化學(xué)異常分析中的應(yīng)用探討[J].地球?qū)W報,2010,31(4):611-618.

[23]張彪.內(nèi)蒙古魯北地區(qū)地球化學(xué)異常識別與綜合評價 [D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，2008:1-62.

[24]韓東昱,龔慶杰,向運川.區(qū)域化探數(shù)據(jù)處理的幾種分形方法[J].地質(zhì)通報,2004,23(7):714-719.

[25]李隨民，姚書振.基于MAPGIS的分形方法確定化探異常[J].地球?qū)W報，2005，16(2):187-190.