張修碩，余 璨，楊繼清,3

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明 650500；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院,云南昆明 650051；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南昆明 650201)

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復(fù)雜多金屬礦床空間變異性套合技術(shù)研究與應(yīng)用

張修碩1，余 璨2，楊繼清1,3

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明 650500；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院,云南昆明 650051；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南昆明 650201)

半變異函數(shù)是分析區(qū)域化變量空間結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容和有效工具。文章以云南大紅山銅鐵多金屬礦床作為研究對(duì)象，基于DIMINE軟件平臺(tái)，通過(guò)Cu、TFe、SFe主要成礦元素的統(tǒng)計(jì)特征的分析，并構(gòu)建了沿走向、傾向及厚度方向上的變異函數(shù)球狀模型，從而確立礦體主要變化方向上的變異函數(shù)參數(shù)。分析顯示各元素具有明顯的空間結(jié)構(gòu)性，Cu元素品位呈幾何異向性，而TFe、SFe元素品位呈帶狀異向性，運(yùn)用模型疊加的方法建立了各向異性的套合結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合礦體的實(shí)際賦存條件及產(chǎn)出特征，總結(jié)出各成礦元素總體沿水平方向具有較強(qiáng)的連續(xù)性，而在厚度上表現(xiàn)出逐層均勻變化的特征。根據(jù)成礦元素品位空間變異性分析結(jié)果，為礦床礦化規(guī)律的研究提供重要依據(jù)，為后續(xù)生產(chǎn)工作提供理論指導(dǎo)。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué) 變異函數(shù) 大紅山 多金屬礦床 DIMINE

云南省新平縣大紅山銅鐵多金屬礦床礦位于嘎灑、老廠及新化三鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的交界處，是國(guó)內(nèi)著名的大型銅礦床之一，長(zhǎng)期以來(lái)受到眾多地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注。大紅山礦區(qū)自1959年發(fā)現(xiàn)至今，多位地質(zhì)學(xué)者對(duì)其礦床特征、成礦規(guī)律及控礦因素等多方面進(jìn)行研究和總結(jié)。關(guān)于其成因的觀點(diǎn)主要有變質(zhì)火山噴發(fā)沉積層狀礦床(沈仁遠(yuǎn)1976;錢錦和等，1990)、火山噴發(fā)(噴氣)-沉積變質(zhì)礦床(徐啟東，1998)、受變質(zhì)火山噴氣-沉積礦床(歐陽(yáng)沙懷，1983)等觀點(diǎn)，目前多認(rèn)為礦床為火山噴流熱水沉積-變質(zhì)-改造成因(鐘昆明等，1999；吳孔文等，2008)，并將其歸于VHMS礦床的范疇(李文淵，2010)。前人對(duì)大紅山銅礦的研究多停留于二維平面分析階段，而礦區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造致使礦體分支復(fù)合現(xiàn)象常見，因此傳統(tǒng)分析方法難以進(jìn)一步總結(jié)礦床的礦化規(guī)律(王江霞等，2015)。本文以大紅山銅鐵多金屬礦體為研究對(duì)象，以DIMINE為分析軟件平臺(tái)，結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，對(duì)Cu、TFe、SFe主要成礦元素進(jìn)行變異函數(shù)分析，研究各元素在空間的變化性質(zhì)、變化特征，同時(shí)建立數(shù)學(xué)模型以分析元素空間變化結(jié)構(gòu)，為后續(xù)生產(chǎn)工作提供指導(dǎo)。

1 變異函數(shù)套合結(jié)構(gòu)

在實(shí)際的地質(zhì)研究中，區(qū)域化變量在礦床中的變化是很復(fù)雜的，其不僅在不同的方向上存在著不同的變異性，而在同一方向上往往也有著不同層次的變化特征。因此，需要建立一種由多個(gè)層次結(jié)構(gòu)疊加在一起構(gòu)成的 “套合結(jié)構(gòu)”(nest structure)，在此基礎(chǔ)上建立變異函數(shù)模型對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行結(jié)構(gòu)性和變異性的分析，將礦床內(nèi)有效的結(jié)構(gòu)性信息進(jìn)行定量化的概括，以此展現(xiàn)區(qū)域化變量的特征(王仁鐸等，1988；侯景儒等，1988、2001)。通常情況下，實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)計(jì)算所得為一組等間距離的散點(diǎn)，這些離散點(diǎn)不具備非負(fù)、正定的函數(shù)特征，并不能直接用于后續(xù)的克里格估值計(jì)算中，其連接出的變異函數(shù)曲線也呈不平滑的鋸齒狀，需要利用理論變異函數(shù)模型對(duì)其進(jìn)行擬合(侯景儒，1997)。變異函數(shù)理論模型具體可分為有基臺(tái)值模型和無(wú)基臺(tái)值模型兩大類，其中球狀模型及其套合結(jié)構(gòu)(有基臺(tái)值)為最常用的變異函數(shù)理論模型(黃詩(shī)峰等，1999；胡小榮等，2001；阮永芬等，2009)，其2次套合結(jié)構(gòu)公式表達(dá)為：

其中C0表示塊金值，反映地質(zhì)體中區(qū)域化變量的突變性；C1、C2分別為第1、2段的偏基臺(tái)值(拱高)；a1、a2分別為兩段函數(shù)的變程，表示區(qū)域化變量沿給定方向上的影響范圍。

地質(zhì)體的形成過(guò)程是極為復(fù)雜的，因此區(qū)域化變量一般都具有各向異性，按其性質(zhì)不同可進(jìn)一步分類：沿各方向變異程度相同而連續(xù)性(變程a)不同為幾何異相性，而區(qū)域化變量沿各方向表現(xiàn)出變異性之差而不能用簡(jiǎn)單幾何變化得到時(shí)稱帶狀異相性。幾何異向性可通過(guò)簡(jiǎn)單的空間坐標(biāo)線性變換完成，將各向異性的模型轉(zhuǎn)化為同向異性。帶狀各向異性結(jié)構(gòu)套合的思想是將其看做是幾何各向異性處理，對(duì)主軸進(jìn)行坐標(biāo)變換的處理，再分別對(duì)次軸、短軸方向上“多”出的基臺(tái)值進(jìn)行疊加，使其只對(duì)一個(gè)方向起作用。

通過(guò)利用變異函數(shù)空間變異性的結(jié)構(gòu)套合，可對(duì)金屬礦床地下空間的變化進(jìn)行定量的描述及分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦體空間變異性的可視化研究，為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算提供依據(jù)，降低儲(chǔ)量估算的不確定性。與傳統(tǒng)的二維研究方法相比，變異性結(jié)構(gòu)套合方法可為復(fù)雜的礦床成因及礦體空間變化結(jié)構(gòu)、分布規(guī)律方面提供更為客觀、精確的理論依據(jù)(何敬梓，2015)。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

大紅山礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于康滇地軸南段，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的西緣，夾持于紅河深大斷裂與綠汁江斷裂之間的滇中抬坳內(nèi)，居于紅河大斷裂的北東側(cè)，系云南山字形前弧翼與哀牢山構(gòu)造帶交接部位。礦區(qū)處于東西向的滇中中臺(tái)坳構(gòu)造區(qū)內(nèi)(圖1)，其地層可分為基底和蓋層兩部分。蓋層為中生代紅層，主要為晚三疊世的干海子組和舍資組中碎屑物為主的沉積巖系；基底則為早元古代大紅山群地層，系一套古海底火山噴發(fā)淺-中等變質(zhì)巖系，主要為細(xì)碧-角斑巖、綠色片巖及不純大理巖所構(gòu)成，以產(chǎn)變質(zhì)火山-沉積成因的“大紅山式”銅鐵礦為特征?；状蠹t山群主干構(gòu)造為東西向，形成時(shí)間最早(早元古代末)，由一系列的褶皺及斷裂組成，既是成礦構(gòu)造，也是控礦構(gòu)造。如底巴都組背斜、大紅山向斜、肥味河向斜、肥味河背斜，斷裂構(gòu)造則可根據(jù)對(duì)礦體的破壞作用的不同而分為NWW-近EW向的正斷層組(FⅠ)、NNE向橫向平移正斷層組(FⅡ)、NEE向斜向平移正斷層組(FⅢ)、F3斷層四組斷層。

礦體主要賦存于大紅山群曼崗河組的第二巖性段(Pt1dm2)及第一巖性段(Pt1dm1)的中下部，各巖性段分層較多，主要產(chǎn)于石榴黑云角片巖夾鈉質(zhì)層凝灰?guī)r段內(nèi)。礦體與圍巖的產(chǎn)狀基本一致，走向總體呈近東西向，傾向南北，傾角較緩。礦體的賦存層位穩(wěn)定，主要呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與上、下地層均呈整合接觸，但受后期斷層構(gòu)造熱液活化遷移作用的影響，礦體連續(xù)性、完整性被破壞，表現(xiàn)出局部變厚或是變貧且分枝現(xiàn)象普遍的特點(diǎn)。大紅山礦區(qū)I號(hào)礦帶主要分為7個(gè)礦體群，其中I3、I2、I1三個(gè)礦體群為含鐵銅礦體群(圖2)：I3總體呈層狀、似層狀，規(guī)模最大且最為穩(wěn)定，傾角25°～35°，產(chǎn)狀變化不大，而走向上結(jié)構(gòu)變化則較大，西礦段礦體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且集中，而東礦段礦體產(chǎn)出分散且夾層多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，礦體沿傾向方向上厚度及品位變化較大；I2總體受巖性及層位控制，呈層狀、似層狀，礦體厚度在中部集中且變化幅度大，走向、傾向上結(jié)構(gòu)變化與I3相似，但礦體品位變化幅度更大；I1規(guī)模較小，走向延伸長(zhǎng)但連續(xù)性較差，極不穩(wěn)定。據(jù)前述，礦體沿走向，礦體中部富集而東西較貧，沿傾向厚度、品位變幅較大，礦化集中于礦體中部而上下較貧。

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)礦體的含礦建造、礦物組合及成礦作用等，將大紅山的銅、鐵礦體劃分為四個(gè)成因類型(表1)?？傮w上，銅以硫化物的形式賦存，金屬礦物以黃銅礦、斑銅礦(多出現(xiàn)于銅礦富集地段)為主，含少量輝銅礦、藍(lán)銅礦；鐵以氧化鐵及碳酸鐵的形式賦存，主要為磁鐵礦，次為菱鐵礦、赤鐵礦。各銅礦物及鐵礦物呈星點(diǎn)狀、團(tuán)斑狀及細(xì)脈浸染狀分布。

圖1 大紅山礦區(qū)及外圍區(qū)域地質(zhì)圖

圖2 大紅山銅礦550水平地質(zhì)平面圖

表1 大紅山銅多金屬礦床成因分類礦化

3 樣品數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 樣品數(shù)據(jù)處理

為研究大紅山銅鐵礦各金屬元素的分布特征，將樣品中Cu、TFe、SFe品位分別作為區(qū)域化變量進(jìn)行研究。參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算的品位數(shù)據(jù)主要源自各勘探線鉆孔資料及坑道資料。在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中，對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行研究的首要要求是數(shù)據(jù)必須在定長(zhǎng)的載體上，而在實(shí)際的礦床地質(zhì)工作中，樣品的長(zhǎng)度往往是不等的，因此需要對(duì)樣品長(zhǎng)度進(jìn)行重新組合(羅周全等，2007；鄭文寶等，2011)。樣品組合的處理方法主要有按臺(tái)階高度組合和按樣品長(zhǎng)度組合兩種。本次研究利用DIMINE軟件，按照1.42m的平均樣長(zhǎng)進(jìn)行組合。

通過(guò)對(duì)原始樣品的統(tǒng)計(jì)可得出，Cu、TFe、SFe各元素最高品位遠(yuǎn)大于平均品位值，為特高品位樣。由于變異函數(shù)模型都是通過(guò)點(diǎn)對(duì)間的平方和建立，因此特高品位將直接影響著區(qū)域化變量的分布特征，導(dǎo)致變異函數(shù)失去結(jié)構(gòu)性，需要對(duì)特高品位進(jìn)行處理(黃繼等，2012)。通常情況下，替換值的閾值根據(jù)品位變化系數(shù)值的大小，一般設(shè)為平均品位的8～6倍(陳慧新等，2000)。由各元素變化系數(shù)可知，Cu品位屬較均勻變化型，TFe、SFe品位屬均勻變化型，分別設(shè)閾值倍數(shù)8倍(Cu 2.6976%)、6倍(TFe 103.5276%，SFe 98.952%)，將大于閾值的樣品值分別用各元素的平均品位替換。經(jīng)過(guò)特異值處理后，繪制出各元素組合樣統(tǒng)計(jì)直方圖(圖3)。

圖3 大紅山礦區(qū)Cu(a)、TFe(b)、SFe(c)品位組合樣分布直方圖

3.2 樣品統(tǒng)計(jì)分布特征

通過(guò)對(duì)組合樣的統(tǒng)計(jì)分析得出(表1)：Cu品位呈典型對(duì)數(shù)正態(tài)分布，而TFe、SFe品位呈近似正態(tài)分布；Cu、TFe、SFe各元素品位分布均較為集中，其中Cu品位多數(shù)分布于0～0.3%之間，符合“大紅山式銅礦”品位低、規(guī)模大的地質(zhì)事實(shí)；而Fe品位值總體較高，礦化集中于10～30%之間。由進(jìn)一步驗(yàn)證：Cu、TFe、SFe各元素品位分布均為單峰分布，其中Cu品位表現(xiàn)為正不對(duì)稱分布并具有混合分布的趨勢(shì)，且各元素品位變化系數(shù)尤以Cu最大，表現(xiàn)出大紅山銅多金屬礦床中銅礦體局部富集而鐵礦體礦化較為均勻的特征，反映大紅山鐵銅礦區(qū)中銅礦的成礦因素較為復(fù)雜，這與大紅山銅礦、鐵礦產(chǎn)出的地質(zhì)事實(shí)相吻合，符合金屬礦床的一般形成規(guī)律與特征(趙鵬大，1983)。對(duì)礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，僅能簡(jiǎn)單反映礦體的全貌(如各元素總的分布特征、變化情況等)，不能直接反映出礦體在局部范圍或是在特定方向上的變化特征，需要建立變異函數(shù)模型進(jìn)行進(jìn)一步研究(肖斌等，2000)。

4 變異函數(shù)擬合及分析

4.1 實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)

地質(zhì)體在地下空間的分布具有一定的方向性，因此需要根據(jù)礦體的產(chǎn)出特征沿不同方向?qū)ζ溥M(jìn)行分析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)浸染狀的金屬礦床，只需按走向、傾向、厚度3個(gè)方向進(jìn)行變異函數(shù)的分析(曾慶田等，2007)。本次研究對(duì)Cu、TFe、SFe元素按照上述三個(gè)方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)的計(jì)算，并繪制出各元素沿方向上的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)曲線(圖4a曲線)。

4.2 理論變異函數(shù)的擬合

由圖3實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)曲線(圖4a曲線)可看出，各元素沿各方向上的變異函數(shù)值在原點(diǎn)附近均呈現(xiàn)出塊金效應(yīng)，表明了各元素品位具備隨機(jī)變化的成分(楊光龍,2014)；而在一定的距離范圍內(nèi)，變異函數(shù)值隨著滯后距h的增大呈正相關(guān)變化，反映出元素品位的在該范圍內(nèi)是連續(xù)性、規(guī)律性變化的，具有典型的結(jié)構(gòu)性；但達(dá)到一定的距離后，變異函數(shù)值在極限方差水平線附近波動(dòng)且趨于穩(wěn)定，象征各元素品位的相關(guān)性及連續(xù)性消失，為典型的躍遷型變異函數(shù)。因此，對(duì)各元素在3個(gè)方向上采用球狀模型進(jìn)行理論變異函數(shù)的擬合，得到理論變異函數(shù)曲線(圖4b曲線)，確立的變異函數(shù)參數(shù)如表3。

由表3獲知：TFe、SFe各方向上的塊金值遠(yuǎn)大于Cu，說(shuō)明礦床中Cu元素的品位值在各方向上均勻變化，而TFe、SFe元素品位分布突變性較大，品位值波動(dòng)較大。大紅山礦床的礦體為順層產(chǎn)出，且銅鐵礦體多交替出現(xiàn)。因此，該變異函數(shù)特征反映出礦床中銅、鐵元素的富集為逐層均勻變化的特征(賈福聚等，2008)。根據(jù)基底效應(yīng)的比值，同樣可知Cu品位的分布具強(qiáng)烈的空間相關(guān)性(<25%)，而Fe品位總體上基底效應(yīng)的比值介于25%～75%之間，空間相關(guān)性減弱，尤以走向方向上相關(guān)性最弱，這應(yīng)與成礦后斷層對(duì)礦體的破壞作用有關(guān)。Cu元素品位在走向、傾向及厚度方向上的變程極為接近，而TFe、SFe各方向上變程均相同，表明大紅山銅鐵礦床中各成礦元素沿各方向上的礦化連續(xù)性較為一致，盡管礦體總厚度較大且嚴(yán)格受地層層位控制(吳志春，2016)，這一變異函數(shù)結(jié)果仍反映出礦體在實(shí)際賦存具夾層較多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征。根據(jù)變化系數(shù)的判別，銅礦體各方向變化性質(zhì)系數(shù)相同，均為0.22，反映銅礦體總體具有明顯的坐標(biāo)性變化；TFe、SFE在走向、傾向方向變化性質(zhì)系數(shù)也均介于0.2～0.5的明顯坐標(biāo)性變化范圍內(nèi)，但在厚度(厚度)方向上TFe變化性質(zhì)系數(shù)接近0.5，表明SFe在厚度方向上已具有一定的隨機(jī)性變化特征，但隨機(jī)性不很明顯。從礦化變化梯度方面分析，各元素在厚度方向及走向、傾向方向上的礦化梯度均較小且基本接近，與上述關(guān)于礦體屬層控礦化但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的討論結(jié)果一致。

表2 Cu、TFe、SFe品位組合樣統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 2 Statistical results of the Cu,TFe and SFe grade

4.3 變異函數(shù)結(jié)構(gòu)套合

4.3.1 Cu品位變異函數(shù)結(jié)構(gòu)套合

由分析可知，大紅山Cu品位表現(xiàn)為基臺(tái)值相同而變程不同即幾何異向性，具體的變異函數(shù)模型為：

各方向上的幾何異相性比為K=a1:a2:a3=18:15:16=1:0.83:0.89，其變異函數(shù)的套合結(jié)構(gòu)為：

γ(h)=0.035+0.124[sph(18)+sph(15)+sph(16)]，其中sph(18)、sph(15)、sph(16)分別為Cu品位變異函數(shù)在變程為18m、15m和16m上的球狀模型。

4.3.2TFe品位變異函數(shù)結(jié)構(gòu)套合

大紅山TFe品位變異函數(shù)模型為：

由于TFe沿走向、傾向方向上表現(xiàn)出水平方向上的幾何異向性，其幾何異向性比為K=a1:a2:=23:23=1:1，因此其套合結(jié)構(gòu)表達(dá)為：

圖4 Cu、TFe、SFe元素品位變異函數(shù)曲線

表3 Cu、TFe、SFe元素品位理論變異函數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 3 Variogram functions calculation of Cu,TFe and SFe grade

γ(h)=12+14[sph(23)+sph(23)]，其中sph(23)、sph(15)分別為TFe品位變異函數(shù)在走向、傾向方向上球狀模型。因此，TFe品位在水平和厚度上變異函數(shù)套合結(jié)構(gòu)可表示為：

4.3.2 SFe品位變異函數(shù)結(jié)構(gòu)套合

大紅山SFe品位各在厚度、傾向方向上基臺(tái)值高于走向方向，而變程保持一致，表現(xiàn)為典型的帶狀各向異性，與鐵礦體層控礦化事實(shí)吻合。其變異函數(shù)模型為：

由于SFe沿走向、傾向方向上進(jìn)行套合時(shí)各向異性比為K=a1:a2:=23:23=1:1，其在水平方向上套合后的變異函數(shù)模型：

因此，SFe品位在水平和厚度上變異函數(shù)套合結(jié)構(gòu)可表示為：

4.4 變異函數(shù)模型驗(yàn)證

變異函數(shù)模型的構(gòu)建是在對(duì)試驗(yàn)變異函數(shù)的擬合的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此對(duì)其準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)是很有必要的(徐俊龍，2014)。常用的校驗(yàn)方法有交叉驗(yàn)證、離散方差檢驗(yàn)等，本次校驗(yàn)采用DIMINE中地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中自身完善的交叉驗(yàn)證法。其原理為：利用結(jié)構(gòu)模型計(jì)算所得的值去估計(jì)已知樣品的值，之后將估計(jì)值與實(shí)際值之間的差值進(jìn)行對(duì)比和統(tǒng)計(jì)分析，主要判別標(biāo)準(zhǔn)為誤差統(tǒng)計(jì)特征是否符合正態(tài)分布、誤差均值是否趨于0以及標(biāo)準(zhǔn)差是否足夠小(賈明濤等，2003；余海軍等，2009)。通過(guò)計(jì)算和校驗(yàn)，繪制出大紅山Cu、TFe、SFe品位誤差分布直方圖(圖5)。

圖5 Cu(a)、TFe(b)、SFe(c)品位交叉驗(yàn)證誤差分布直方圖

通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，各元素的殘差分布屬典型的正態(tài)分布，大紅山Cu、TFe、SFe品位的估計(jì)值與實(shí)際值之間的誤差均控制在0.15%以內(nèi)，基本趨于0，其在正負(fù)2倍方差范圍內(nèi)的誤差比例高于所要求的95%。表明本次變異函數(shù)的參數(shù)確立合理，變異函數(shù)模型的構(gòu)建準(zhǔn)確，可用于分析礦床的變異性結(jié)構(gòu)。

4.5 變異函數(shù)解譯

礦體的變化程度和變化規(guī)律主要取決于成礦方向、成礦的地質(zhì)條件和成礦方式，成礦元素的分布及各種因素的具體變化情況和發(fā)育程度也共同作用著礦床的空間變異性(趙鵬大，2006；鄭文寶等，2010)。本文的變異函數(shù)分析表明，大紅山銅鐵多金屬礦床主要成礦元素品位的變化具有以下規(guī)律：

(1)Cu品位顯示對(duì)數(shù)正態(tài)分布特征，而TFe、SFe品位總體統(tǒng)計(jì)分布呈單峰的正態(tài)分布，其中：Cu品位呈正不對(duì)稱對(duì)數(shù)正態(tài)分布，變化系數(shù)較大，局部富集的特征明顯；而TFe、SFe元素品位則基本呈正態(tài)分布，品位分布相對(duì)較為分散，變化系數(shù)很小(41.15%/44.17%)。這表明大紅山銅鐵多金屬礦床中，銅礦體礦化分布極不均勻，局部富礦、貧富礦交替出現(xiàn)的規(guī)律性較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的突變性，而鐵礦體礦化較均勻。這主要與銅、鐵礦體的不同成因類型有關(guān)：礦區(qū)內(nèi)銅礦體隨火山噴發(fā)作用沉積成礦，具有明顯的階段性，加之后期次火山-侵入性熱液銅礦體的疊加，銅礦體品位變化較為劇烈；而鐵礦體則主要隨火山物質(zhì)噴發(fā)沉積成礦而成，具有長(zhǎng)期性和延續(xù)性，因此其礦化突變性較之銅礦體更小。

(2)Cu、TFe、SFe元素在走向上的變異函數(shù)曲線的擬合程度均優(yōu)于傾向及厚度方向，表現(xiàn)出與一般沉積型層控礦床不一致的變異函數(shù)特征(秦德先等，2000)，該特征可以根據(jù)礦床成因來(lái)解釋。由于礦區(qū)內(nèi)存在沉積型及熱液型兩種不同時(shí)期的礦化類型，其中噴溢沉積鐵及噴氣熱液沉積銅為早期形成，其礦體嚴(yán)格受地層控制，走向與地層基本一致。而受到后期斷層構(gòu)造帶熱液活化遷移作用的影響，礦體沿走向上的連續(xù)性及完整性遭到破壞，致使局部礦體加富變厚亦或分枝變貧，導(dǎo)致各成礦元素品位沿走向方向變化更大。從礦床成因的角度考慮，大紅山礦區(qū)成礦物質(zhì)主要源自火山噴發(fā)/噴氣作用，由火山管道運(yùn)移出后沉積為沉積鐵及沉積銅礦體，后期的構(gòu)造運(yùn)用則導(dǎo)致原生的沉積銅/鐵礦層有一定程度的富化和改造作用，因此，該礦床不具備海底火山噴發(fā)/氣礦床走向上連續(xù)變化的特征。

(3)根據(jù)變化性質(zhì)系數(shù)(基底效應(yīng))的判別，大紅山礦區(qū)銅礦體在走向、傾向及厚度方向上的變化性質(zhì)系數(shù)均為0.22，表明Cu沿各方向上具有明顯的坐標(biāo)性變化；鐵礦體中，TFe在走向及傾向方向上變化性質(zhì)系數(shù)均為0.46，而在厚度方向上的變化系數(shù)為0.34，表明TFe在各方向上具有明顯的坐標(biāo)性變化；而鐵礦體中SFe在走向方向上變化系數(shù)為0.57，表現(xiàn)出明顯的隨機(jī)性變化特征，但在傾向及厚度方向上變化系數(shù)分別為0.4、0.34，為明顯的坐標(biāo)性特征?？傮w上，Cu沿各方向上礦化具有較好的空間結(jié)構(gòu)性，而TFe及SFe沿走向方向上隨機(jī)性更明顯，表明Fe礦化沿走向方向上空間結(jié)構(gòu)性及連續(xù)性較差，這與各元素變異函數(shù)曲線特征的分析結(jié)果吻合。

(4)總體上看，Cu、TFe及SFe各元素品位沿走向及傾向方向上的礦化變化梯度均大于厚度方向上的變化梯度，這一特征與基地效應(yīng)分析結(jié)果一致，表明礦區(qū)內(nèi)銅/鐵礦體礦化沿走向及傾向上變化相對(duì)較大，其元素品位變化性較之厚度方向上更不穩(wěn)定。

(5)Cu品位變異函數(shù)呈幾何各向異性，但3個(gè)方向上變程接近且相關(guān)性較好，具體表現(xiàn)為：在短軸(即厚度)方向上的孔穴效應(yīng)較水平方向上明顯，驗(yàn)證了礦化逐層富集、富礦層與貧礦層交替出現(xiàn)的產(chǎn)出特點(diǎn)。盡管這與一般層控型礦床變異函數(shù)特征有一定區(qū)別，這主要是由于礦區(qū)內(nèi)不同成因及不同時(shí)期形成的銅礦體疊加呈局部富礦而導(dǎo)致的，總體表現(xiàn)出典型噴流沉積-變質(zhì)-改造型銅礦床的共性；TFe品位變異函數(shù)總體在水平方向和厚度方向上呈現(xiàn)帶狀各向異性的特點(diǎn)，而走向、傾向方向上呈各向同性，3個(gè)方向上變程均保持一致，印證了鐵礦化在各方向具有均勻連續(xù)性變化的特征；而SFe品位各方向上表現(xiàn)為帶狀各向異性，變異函數(shù)沿水平方向進(jìn)行結(jié)構(gòu)套合后變程仍保持不變，而基臺(tái)值沿厚度方向仍顯示為最大值，表明鐵礦體總體上仍然受層位控制，與礦床實(shí)際產(chǎn)出特征吻合。

(6)實(shí)踐表明，當(dāng)工程間距小于變程時(shí)才能有效控制礦體的變化。然而，考慮到大紅山銅鐵多金屬礦床發(fā)育多種礦化類型的地質(zhì)實(shí)際，除采用垂直鉆孔的順層找礦思路對(duì)沉積鐵礦、沉積銅礦體進(jìn)行控制外，應(yīng)提出“層狀礦-層脈疊加礦-脈狀礦”三位一體的找礦新思路，針對(duì)不同礦化類型針對(duì)性地提出找礦工程的部署原則，開展綜合找礦。

5 結(jié)論

通過(guò)變異函數(shù)的分析與結(jié)構(gòu)套合，對(duì)大紅山銅鐵礦床Cu、TFe、SFe成礦元素的空間分布規(guī)律有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)：元素在水平方向(傾向和走向)連續(xù)性較垂直方向上強(qiáng)，并且在礦床中表現(xiàn)出逐層均勻變化的特點(diǎn)。Cu元素總體品位低、規(guī)模大且礦化分布集中，表現(xiàn)為幾何各向異性；Fe元素總體品位高但品位值分布相對(duì)分散，表現(xiàn)為帶狀各向異性。通過(guò)變異函數(shù)結(jié)構(gòu)套合，很好地驗(yàn)證了礦體受層位控制的地質(zhì)事實(shí)，經(jīng)校驗(yàn)，模型確立準(zhǔn)確，可為后續(xù)勘探及生產(chǎn)工作提供指導(dǎo)。

致謝：項(xiàng)目工作和論文編寫中，得到云南玉溪礦業(yè)有限公司的諸多領(lǐng)導(dǎo)及工程技術(shù)人員的大力支持與幫助，謹(jǐn)此致謝。

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Research and Application of Nest Structure Technology for Spatial Variability of Polymetallic Deposits

ZHANG Xiu-shuo1,YU Can2,YANG Ji-qing1,3

(1.FacultyofCivilEngineeringandMechanics,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650500;2.KunmingInstituteofExploration&Design,ChinaNonferrousIndustryCompanyLtd,Kunming,Yunnan650051;3.FacultyofCivilEngineeringandMechanics,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming,Yunnan650201)

The variation function is an effective tool to study the spatial structure of regionalized variable.This work took the Dahongshan copper-iron polymetallic deposit as an example.The objective is to obtain variogram parameters for the main variable directions of ore bodies.Based on the DIMINE software platform, we analyzed the statistical features of the mineralization elements Cu,TFe and SFe,and established a corresponding spherical model in the directions of strike,dip and thickness.The main metallogenic elements show obvious spatial structural characters,such as the geometric anisotropy of copper grade,and band-like anisotropy of the total iron,and soluble iron grades.The nugget structure model was established by using the superposition method.Based on the existence and occurrence characteristic of ore bodies,this research suggests that All ore-forming elements are largely continuous in horizontal direction,while variable gradually bed by bed in thickness.Such spatial variability of ore-forming elements can provide evidence for further research of mineralization regularity of deposits.

geostatistics,variation function,Dahongshan,polymetallic deposit,DIMINE

2016-04-02；

2016-06-06；[責(zé)任編輯]郝情情。

云南省教育廳項(xiàng)目(2015Y197)資助。

張修碩(1991-)，男，碩士研究生，主要從事工程地質(zhì)與巖土工程研究。E-mail：zzxxss2008@163.com。

余 璨(1992-)，女，助理工程師，主要從事礦床學(xué)及三維數(shù)字礦山研究。E-mail：1258463536@qq.com。

P618.41

A

0495-5331(2016)04-0635-12

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