邱 瑜， 田 滔， 沈 驍， 楊言辰

(1.青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧 810028；2.吉林大學 地球科學學院，長春 130026)

0 引言

在地球化學勘查中，異常下限的確定是最基本也是最重要的問題之一[1-2]。從眾多的化探數(shù)據(jù)中提取地球化學異常，異常下限的確定直接地影響異常提取和識別效果[3]。合理的確定異常下限，對于找礦靶區(qū)的圈定有著至關(guān)重要的意義，并對后期的異常查證有直接地影響，在礦產(chǎn)勘查和預測中占有十分重要的地位[4]。

通常認為地質(zhì)體中常量元素服從正態(tài)分布，微量元素服從對數(shù)正態(tài)分布。但通過近年來的研究發(fā)現(xiàn)，元素含量在地質(zhì)體中的空間分布是不均勻的，往往與地質(zhì)體的幾何形態(tài)、埋藏深度以及周圍地質(zhì)體的作用有關(guān)，表現(xiàn)為地球化學場的空間自相似性或統(tǒng)計自相似性。這使得元素的地球化學背景和異常與地質(zhì)等因素聯(lián)系起來呈現(xiàn)出冪指數(shù)關(guān)系，表現(xiàn)為多重分形分布。成秋明等[5-6]研究指出，與礦化有關(guān)的微量元素地球化學異常服從多重分形分布，而背景則服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布。因而我們可以利用分形方法來處理區(qū)域地球化學數(shù)據(jù)，這不僅考慮了各種不確定因素導致的數(shù)據(jù)的空間變化，而且考慮地球化學數(shù)據(jù)場在大范圍空間內(nèi)自相似性的特點[7- 10]。

東昆侖地區(qū)是青海省乃至全國主要的金、銅、鐵多金屬成礦區(qū)之一[11]。自上世紀80年代發(fā)現(xiàn)五龍溝大型金礦床以后，隨著國家找金熱潮的涌現(xiàn)，后期又在該帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大場、納赤臺、開荒北、果洛龍洼、東大灘、加給隴洼等多處大中型金礦床[12]，表明該區(qū)域具有巨大的找金礦潛力。因此，以五龍溝地區(qū)作為研究對象，開展東昆侖地區(qū)金元素異常下限取值方法探討研究，具有很好的代表性。

1 試驗區(qū)地質(zhì)特征

五龍溝金礦集中區(qū)位于青海省海西州都蘭縣境內(nèi)，地處東昆侖東段中東部，大地構(gòu)造位置屬于東昆中巖漿弧帶。區(qū)域內(nèi)出露地層主要有古元古代長城紀金水口群、中元古代小廟群以及晚元古代青白口紀丘吉東溝組，其中又以金水口群地層為主，巖性為黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖、石英片巖和大理巖組合[13]，是一套中、高級變質(zhì)巖系。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有昆中與昆北斷裂帶，均呈近東西向展布，近平行的北西向脆韌性剪切帶發(fā)育其中[12,14]。區(qū)域內(nèi)巖漿活動頻繁，多期次不同巖性的巖漿巖廣泛發(fā)育，發(fā)育時代主要為晉寧期、印支期，巖性以中酸性的花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖為主。金礦化帶沿NW向和近SN向脆性斷裂帶展布，金礦床賦存其中(圖1)。目前發(fā)現(xiàn)大型巖金礦床1處(深水潭金礦床)，中型巖金礦床1處(石灰溝金礦床)，小型金礦床4處(淡水溝、紅旗溝、中支溝、打柴溝金礦床)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)示意圖Fig.1 The study area map of geology and mineral resources

2 金異常下限確定方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究數(shù)據(jù)來自《青海省都蘭縣五龍溝地區(qū)J46E023024等十一幅1∶50 000水系沉積物地球化學測量及地面高精度磁法測量》項目7 851個水系沉積物樣品測試數(shù)據(jù)，采樣粒級為-10—+60目，采樣密度平均4個樣/km2。該項目由河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地球物理勘查隊2010年完成。

2.2 金異常下限確定方法

2.2.1 傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)的地球化學元素異常下限求取，是先對區(qū)域內(nèi)取得的化探數(shù)據(jù)進行概率分布檢驗，看其是否符合對數(shù)正態(tài)分布。如果分析數(shù)據(jù)滿足對數(shù)正態(tài)分布，則可以根據(jù)數(shù)據(jù)的背景值加兩倍標準離差直接計算得到元素異常下限。否則就對全域數(shù)據(jù)集進行離群點迭代處理，把均值加減三倍離差范圍外的數(shù)據(jù)剔除，直到無離群數(shù)值可剔除為止，形成背景數(shù)據(jù)集，然后用背景數(shù)據(jù)集的均值加兩倍標準離差作為元素的異常下限[7-8]。

對五龍溝地區(qū)1∶50 000水系沉積物測量Au數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(表1)，不符合標準的對數(shù)正態(tài)分布。對數(shù)據(jù)進行離群點的迭代處理后，確定金異常下限為1.9×10-9。

表1 五龍溝地區(qū)金元素地球化學參數(shù)統(tǒng)計表

2.2.2 含量—頻數(shù)分形法

含量—頻數(shù)分形法，其原理是將元素含量(C)按指數(shù)從小到大劃分出若干個不同級別，分別統(tǒng)計不同含量(C)區(qū)間對應的數(shù)據(jù)個數(shù)之和(N)，然后在對數(shù)坐標圖中采用分形原理計算出元素的異常下限。圖2反映五龍溝地區(qū)1∶50 000水系沉積物測量金含量與相對組成個數(shù)的冪律關(guān)系，圖2中紅色實心圓點所對應的含量值即為元素的異常下限值。

圖2 含量—頻數(shù)分形法確定金元素異常下限冪律圖解Fig.2 Power-law diagram for the determination of gold’s anomaly lower threshold using the content-frequency fractal method

2.2.3 含量—總量分形法

含量—總量分形法中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)個數(shù)(N)為大于某一含量(C)的元素總量除以其對應級別的元素含量(C)，圖3反映五龍溝地區(qū)1∶50 000水系沉積物金元素的含量與含量總量值的冪律關(guān)系。

圖3 含量—總量分形法確定金元素異常下限冪律圖解Fig.3 Power-law diagram for the determination of gold’s anomaly lower threshold using the content-sum fractal method

2.2.4 含量—面積分形法

地球化學數(shù)據(jù)分布與尺度之間遵循一定的冪率關(guān)系[5-6,9]。陳秋明等[5-6]結(jié)合分形理論提出了確定地球化學異常的含量—面積分形方法。地球化學元素含量-面積的分形分布服從方程

C=kAa

(1)

式中：C為元素含量；k為常數(shù)；A代表大于含量C的面積；a是與最大奇異指數(shù)有關(guān)的指數(shù)，即分維數(shù)。

這里我們用GeoExpl軟件對五龍溝地區(qū)的地球化學數(shù)據(jù)進行處理，首先將離散數(shù)據(jù)變?yōu)榫W(wǎng)格化數(shù)據(jù)，然后按累頻得出金元素異常含量分界點，最終生成Au地球化學圖。將不同含量值的圖層進行分離，計算其相應的異常面積。金異常含量和異常面積的對照見表2。

應用表2的數(shù)據(jù),在lg(C)—lg(A)雙對數(shù)坐標系中投點，用最小二乘法擬合二段直線(圖4)，得到相應的直線方程為:

lg(A)=-2.7753lg(C)+3.3332

(C<4.33)

lg(A)=-0.6193lg(C)+2.5018

(4.33≤C<419.6)

(2)

兩個區(qū)間的剩余平方總和(E=E1+E2)為0.069,公式(2)通過顯著性檢驗。分界點C為4.33×10-9，該值保留一位小數(shù)得到金異常下限值4.3×10-9。

圖4 五龍溝地區(qū)金元素lg(C)—lg(A)線性擬合圖Fig.4 log(C)-log(A) plots for Au element in Wulonggou area

含量C/10-9面積A/km2含量C/10-9面積A/km2含量C/10-9面積A/km2含量C/10-9面積A/km20.991813.651.101747.981.51699.2023.0353.811.011807.641.141688.651.68434.1035.5734.081.031798.391.191553.962.06254.7658.4020.001.051786.951.271381.314.33136.67419.608.321.071770.801.391081.618.8577.22

圖5 五龍溝礦集區(qū)不同方法異常下限圈定的Au異常對比圖Fig.5 Au anomaly contrast figure based on threshold determined by different methods in Wulonggou ore concentration area(a)傳統(tǒng)方法；(b)含量-頻數(shù)分形法，含量-總量分形法；(c)含量-面積分形法

3 不同方法確定金異常下限

傳統(tǒng)方法確定的Au異常下限為1.9×10-9,含量—頻數(shù)分形法和含量—總量分形法確定的Au異常下限為2.6×10-9,含量—面積分形法確定Au異常下限為4.3×10-9。用三種不同分形方法確定的金異常下限，均比傳統(tǒng)方法確定的異常下限值要高，且含量—面積分形法得到的金元素異常下限變化幅度更大，超過傳統(tǒng)方法的兩倍。五龍溝金礦集區(qū)是金的強富集區(qū)域，金背景值應該是相對其他區(qū)域偏高的。傳統(tǒng)方法將過多的高值數(shù)據(jù)剔除，導致金元素異常下限偏低。分形方法考慮了異常分布與尺度的關(guān)系，消除了人為剔除高、低值數(shù)據(jù)的干擾，特別是礦集區(qū)內(nèi)特高含量數(shù)據(jù)的影響，應該說分形方法得到異常下限值的提高是可以預見的，也是相對合理的。不同異常下限值圈定的研究區(qū)異常分布狀況見圖5。

從圖5可以清楚地發(fā)現(xiàn)，四種方法確定的金異常下限所圈定的異常，均與大部分小型以上金礦床產(chǎn)出位置吻合較好(打柴溝小型金礦床除外)。同時，隨著異常下限值的提高，異常面積有了明顯地減小，以含量—面積分形法對異常面積的減小尤為明顯。

圖5(b)中,含量—頻數(shù)分形法和含量—總量分形法確定的金異常下限，考慮了元素含量與頻數(shù)的對應關(guān)系，計算十分簡便，可以用GeoExpl軟件分形計算功能直接求出。這兩種方法確定的金異常下限相近，比傳統(tǒng)方法確定的異常下限稍高，從而減小了異常面積，對后期的異常查證工作區(qū)域的縮小有利。

圖5(c)中,含量—面積分形法在前兩種分形理論的基礎(chǔ)上，考慮了異常的空間形態(tài)及形態(tài)的自相似性和隨尺度的變化性。含量—面積分形法異常下限值的求取過程相對繁瑣，得到的元素異常下限值更高，進一步縮小了異常面積，更好地突出高強度異常，縮小了異常區(qū)域面積，達到迅速定位靶區(qū)的目的。

四種方法確定的金異常下限圈定的異常，對打柴溝小型金礦床和區(qū)內(nèi)大多數(shù)金礦點和礦化點反映較差，特別是打柴溝金礦床至中支溝金礦床一線韌性斷裂帶部位出露的金礦點、礦化點。這從側(cè)面反映出本次水系沉積物測量工作的局部采樣質(zhì)量存在問題。

對圖5中不同方法確定的金異常下限圈定的金異常對比分析，最終利用含量—面積分形法得到的異常圈定出兩處金礦找礦靶區(qū)(圖5(c))。這兩處靶區(qū)內(nèi)金異常強度很高，均具有三級異常濃度分帶且未發(fā)現(xiàn)金礦床點，可以作為后期找礦的重點區(qū)域。

4 結(jié)論

從尋找小型以上金礦床的角度出發(fā)，在五龍溝礦集區(qū)，分形方法(特別是含量—面積分形法)得出的金異常下限圈定的異常，漏礦的風險不會太大；且大大縮小了異常查證的范圍，從而達到快速高效的實現(xiàn)地質(zhì)找礦重大突破。因此，在五龍溝為代表的東昆侖地區(qū)找尋金礦的工作中，采用分形方法確定金異常下限是可行的。

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