元素成礦能量法在地球化學(xué)異常信息提取中的應(yīng)用

陳　健，鐘　皓，張玉潔

（青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧 810007）

元素成礦能量法在地球化學(xué)異常信息提取中的應(yīng)用

陳健，鐘皓，張玉潔

（青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧 810007）

以青海省祁連縣默勒一帶為研究區(qū)，采用該地區(qū)1∶1萬土壤地球化學(xué)測量的分析數(shù)據(jù)，嘗試引入成礦能量理論，進(jìn)行成礦元素地球化學(xué)特征分析及地球化學(xué)綜合異常的提取。在直方圖篩分的基礎(chǔ)上，分級(jí)圈定出表征該地區(qū)地球化學(xué)綜合信息的成礦能量異常，并對(duì)異常的分布特征進(jìn)行了充分的分析與分類，為進(jìn)一步的異常優(yōu)選和下一步找礦勘查提供了詳實(shí)的科學(xué)理論依據(jù)。成礦能量在對(duì)地球化學(xué)找礦信息的提取識(shí)別與增強(qiáng)具有直觀性和有效性。

成礦能量；DTM分析；遠(yuǎn)景預(yù)測；祁連縣

勘查地球化學(xué)是一種直觀的有效的找礦方法，是（半）隱伏礦、難識(shí)別礦獲取找礦直接信息的重要手段之一，是傳統(tǒng)意義上宏觀的礦化蝕變找礦向微觀數(shù)學(xué)地質(zhì)找礦方面的轉(zhuǎn)變[1]。而化探原始數(shù)據(jù)處理是地球化學(xué)找礦過程中的一項(xiàng)重要工作，確定異常下限不同的方法會(huì)直接影響到背景值分布區(qū)域和異常下限的劃分，從而會(huì)直接影響到化探異常所指示的找礦信息源。在地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理過程中，關(guān)于研究異常空間分布規(guī)律的問題上，通常要求原始數(shù)據(jù)含量點(diǎn)位分布均勻或隨機(jī)分布。為了避免測試數(shù)據(jù)局部集中或過度分散而引起的畸變，選擇規(guī)則的測量網(wǎng)格甚為重要[2]。然而，在野外實(shí)際作業(yè)過程中，受到取樣條件、工作效率和生產(chǎn)成本等方面的制約，這種數(shù)據(jù)分布模式有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，且離散程度高的數(shù)據(jù)（含特高樣品或特異值）的出現(xiàn)也存在。為了達(dá)到異常圈定結(jié)果的有效指示性和穩(wěn)定性，通常要根據(jù)預(yù)測對(duì)象和實(shí)際工作的需要，在完善一般數(shù)學(xué)分布模型的基礎(chǔ)上，引入新的理論和方法，圈定出具有良好指示作用的異常[3-4]。

元素成礦能量法找礦，是地質(zhì)熱力學(xué)理論在勘查地球化學(xué)中的一個(gè)重要應(yīng)用和發(fā)展。成礦能量作為區(qū)域性地球化學(xué)綜合信息的一個(gè)重要的表征因素，反映了所查明的全部元素含量綜合信息。不僅能快速地顯示元素地球化學(xué)的空間分布特征及分帶性，合理地圈定出找礦遠(yuǎn)景靶區(qū)，而且也可實(shí)現(xiàn)元素的自動(dòng)篩選，地球化學(xué)找礦指示信息的濃縮與增強(qiáng)更具有直觀性和廣泛適用性[5]。因此，成礦能量法可以用于本研究區(qū)元素地球化學(xué)特征分析及地球化學(xué)綜合異常的識(shí)別提取。鑒于此，以青?？h祁連縣1∶1萬土壤地球化學(xué)測量數(shù)據(jù)處理為例，利用青海省有色地質(zhì)測試中心分析數(shù)據(jù)，采用成礦能量計(jì)算方法，分析研究成礦元素的地球化學(xué)特征，圈定成礦能量異常。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)處于北祁連早古生代縫合帶。出露地層以奧陶紀(jì)大梁組（灰色片巖夾板巖）為主，其次為寒武紀(jì)香毛山組（淺變質(zhì)碎屑巖）、志留紀(jì)骯臟溝組、泥盆紀(jì)老君山組及新近紀(jì)白楊河組。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北西-南東向斷層為主，褶皺不發(fā)育。普查區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，工區(qū)北西向次級(jí)斷裂發(fā)育，多為含礦構(gòu)造。斷層附近局部具有強(qiáng)的褐鐵礦化，石英脈發(fā)育。研究區(qū)巖漿活動(dòng)較頻繁，侵入巖、噴出巖較發(fā)育，僅分布有規(guī)模較小的超基性巖體、閃長玢巖體、蝕變閃長巖體，均屬加里東及海西期巖漿活動(dòng)及產(chǎn)物。噴出巖主要有中寒武中奧陶世陰溝組火山巖。脈巖有閃長巖、碎裂蝕變閃長玢巖、石英脈等，多順層侵入。研究區(qū)的景觀地球化學(xué)特征位于祁連山草原-草甸區(qū)，屬北祁連地球化學(xué)區(qū)。區(qū)內(nèi)Au、Ag、Cu、Zn、Mo、As、Sb等7種地球化學(xué)元素，均顯高豐度、高背景、高離差分布[6]。元素組合以中低溫元素組合為特征，異常的分布與特定巖性有關(guān)，是尋找Au、Ag、Cu、Pb、Zn礦產(chǎn)的有利地段。

2 成礦能量計(jì)算方法

“成礦能量”是由前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家薩弗朗諾夫在1987年首次提出來的[7]。元素成礦能量是指金屬元素在成巖、成礦過程中所需消耗的能量。地球各種金屬元素，從原始分散狀態(tài)到局部富集形成具有一定品位規(guī)模的金屬礦床，這個(gè)過程的進(jìn)行和完成需要消耗一定的能量，而該能量的大小則定量地反映了區(qū)域成礦作用的相對(duì)強(qiáng)弱[8]。同樣，亦可利用表示元素從最初的原始分散狀態(tài)到最終富集狀態(tài)時(shí)的富集程度的克拉克濃度來表示其成礦能量的變化。具體到一個(gè)礦床來說就是利用礦區(qū)內(nèi)某幾種元素的含量與區(qū)域內(nèi)該元素的背景值的比值來反映能量的變化[9]。這樣形成一定濃集克拉克值的單位體積礦石（暈）所耗費(fèi)的成礦能（En）的計(jì)算公式為：

式中，En表示由n個(gè)元素形成單位體積礦石或地球化學(xué)暈時(shí)所消耗的能量，主要決定于巖石或原生地球化學(xué)暈中少數(shù)濃集克拉克值k較高的幾個(gè)主要元素上；n為成礦（暈）的元素?cái)?shù)；Ki為組成礦石或原生地球化學(xué)暈的第i個(gè)元素的克拉克濃度值[9]（元素測試數(shù)據(jù)／元素區(qū)域背景值）。

表1　研究區(qū)主要成礦元素相關(guān)關(guān)系表（N=2021）

上述方法計(jì)算得到的成礦能量，反映出元素富集到現(xiàn)有程度能量富集或損耗的相對(duì)值，而不能反映出元素富集或分散所消耗能量的絕對(duì)值，同時(shí)也不能反映出哪一種（期）地質(zhì)作用對(duì)能量分布發(fā)生了什么的影響，僅是最終形成現(xiàn)有狀態(tài)的能量的分布情況，但對(duì)于反映一個(gè)地區(qū)的地球化學(xué)綜合信息是有實(shí)際指導(dǎo)意義的。對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行成礦能量的研究，是以主攻礦種為前提條件進(jìn)行的，具體計(jì)算過程如下[10-11]：

1）研究確定工區(qū)的主攻礦種，如本工區(qū)以銅、金、鉛鋅礦為主；

2）通過各元素間的相關(guān)性分析，篩選出與主攻礦種正相關(guān)關(guān)系的元素；

3）以研究區(qū)各元素平均值定為區(qū)域背景值，參照元素成礦能量計(jì)算公式，進(jìn)行研究區(qū)成礦能量計(jì)算；

4）對(duì)成礦能量進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)研究，并按一定區(qū)間范圍進(jìn)行成礦能量異常圈定，作為研究區(qū)與主攻礦種相關(guān)的綜合成礦能量異常。

圖1　研究區(qū)的成礦能量直方圖

圖2　研究區(qū)主要成礦元素的成礦能量異常圖

3 成礦能量異常圈定

主成礦元素相關(guān)性分析，主要是對(duì)研究區(qū)8種主成礦元素Ag、Au、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi進(jìn)行相關(guān)性分析，見表1所示。這些成礦元素與其相伴生元素相關(guān)性較好，故而采用此8種元素的克拉克濃度值求取全區(qū)的成礦能量，來顯示研究區(qū)的地球化學(xué)綜合異常信息。

將成礦能量大于0的數(shù)據(jù)按間隔2個(gè)單位進(jìn)行直方圖篩分（圖1和表1），在成礦能量0-75區(qū)間內(nèi)大于平均值時(shí)可出現(xiàn)四個(gè)波谷，分別對(duì)應(yīng)成礦能量為5、19、30、46。這樣以5-19-40-46為分級(jí)區(qū)間，將成礦能量高于46的點(diǎn)位以46代替，進(jìn)行成礦能量異常圈定（圖2）。

由圖2可以看出，元素成礦能量綜合異常主要以北西-南東向呈散射狀分布，在研究區(qū)內(nèi)的西南部異常較高。以西南部最為明顯，異常濃集中心較明顯，規(guī)模較大。同時(shí)，參照成礦能量異常的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)圈定的成礦能量異常區(qū)進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下[12]。

Ⅰ級(jí)：異常富集中心最為明顯，或者異常中心較明顯、處于高背景值地區(qū)且異常規(guī)模大，異常圈閉性好。Ⅱ級(jí)：異常富集中心較明顯，異常圈閉性較好，但異常規(guī)模相對(duì)較小。Ⅲ級(jí)：異常富集中心有顯示，異常有一定規(guī)模，異常圈閉性，呈星點(diǎn)狀散布。

故而，四個(gè)成礦能量異常區(qū)分級(jí)情況為：E2、E3和E4為Ⅰ級(jí)異常，E1為Ⅱ級(jí)異常。

4 礦能量異常的綜合對(duì)比分析

將單元素含量異常添加在一起[13]，得到綜合異常分布圖（圖3）。異常的整體展布方向與研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造方向基本吻合。與成礦能量異常分布圖（圖2）對(duì)比分析研究發(fā)現(xiàn)，二者的異常分布基本一致，而且成礦能量法圈定的異常結(jié)果更加直觀，異常濃集中心更為明顯，佐證了成礦能量法的有效性。對(duì)元素含量綜合異常進(jìn)行分析，將研究區(qū)分為5個(gè)綜合異常區(qū)，來評(píng)價(jià)異常的找礦意義。

1號(hào)綜合異常區(qū)位于研究區(qū)的西北角，與成礦能量異常區(qū)E1相吻合，異常組合元素包括Au、Ag、As、Sb、Bi。其中Sb和Ag的異常面積較大，其他元素Au、As、Bi異常面積相對(duì)較小，該區(qū)異常弱，不存在明顯的濃集趨勢，下一步的找礦意義不大。

2號(hào)綜合異常區(qū)位于研究區(qū)的中部，異常面積較大，與成礦能量異常區(qū)E3相吻合。該區(qū)的異常元素為Au、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi。其中，Pb異常點(diǎn)數(shù)相對(duì)較多，異常強(qiáng)度相對(duì)較高，異常規(guī)模相對(duì)較大，為該區(qū)的致礦元素，是找礦的有力靶區(qū)。

3號(hào)綜合異常區(qū)位于研究區(qū)的中東部，與成礦能量異常區(qū)E3相吻合。該區(qū)的異常元素包括Au、Ag、Cu、Pb、As、Sb、Bi。其中，Au、Cu、Pb異常面積相對(duì)較大，結(jié)合元素組合異常分析結(jié)果，可以認(rèn)為，該區(qū)的致礦元素為Au、Sb、Pb、Ag、Cu、Zn，為中低溫成礦元素組合。異常有較明顯的濃集中心，元素異常多為外帶分布，其中As、Sb元素異常中、外帶分布。元素組合復(fù)雜，異常套合較好，襯度較高，規(guī)模大，具有開展下一步找礦工作的必要性。

4號(hào)綜合異常區(qū)位于研究區(qū)的南部，與成礦能量異常區(qū)E4相吻合。該處綜合異常由Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi元素組成，其中Au元素異常4個(gè)，Cu元素異常6個(gè)，Pb元素異常5個(gè)，峰值高，異常有較明顯的濃集中心，元素異常多為外帶分布，其中Au、As、Sb、Bi元素異常具有中、外級(jí)濃度帶分布。元素組合復(fù)雜，異常套合較好，襯度較高，規(guī)模大，其中Cu、Pb、Zn屬于親硫元素，Cu、Pb、Zn容易在硫化物礦床中共生，是尋找多金屬礦床的有利元素組合。

5號(hào)綜合異常區(qū)位于研究區(qū)的南西部，與成礦能量異常區(qū)E2相吻合。結(jié)合元素組合異常分析結(jié)果，異常元素包括Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi，異常面積大，其中Au、Zn、Pb元素異常數(shù)多，峰值高，異常有較明顯的濃集中心，異常套合較好，襯度較高，規(guī)模大。該區(qū)異常較強(qiáng)，存在明顯的濃集趨勢，是尋找多金屬礦床的有利區(qū)域。

筆者采用成礦能量法進(jìn)行地球化學(xué)異常的識(shí)別提取與評(píng)價(jià)，并結(jié)合綜合異常圖對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，二者間的異常分布形態(tài)、走向基本一致。而且成礦能量法圈定的異常信息更加直觀，異常濃集中心更為明顯，可見成礦能量法的有效性。綜上可知，成礦能量法對(duì)地球化學(xué)找礦信息的提取識(shí)別與增強(qiáng)具有直觀性。

圖3　研究區(qū)綜合異常圖

5 結(jié)論

采用成礦能量理論計(jì)算圈定異常，是一種異常快速圈定方法的嘗試。成礦能量反映了所查明元素含量的綜合信息，對(duì)于地球化學(xué)異常信息的提取識(shí)別與增強(qiáng)具有快速性、有效性和直觀性，直觀地反映一個(gè)地區(qū)的地球化學(xué)綜合異常信息有著重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。

采用成礦能量理論對(duì)青海省祁連縣默勒一帶的土壤化探數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析研究，取得的成果為下一步找礦工作的開展提供了詳實(shí)的科學(xué)理論依據(jù)。同時(shí)應(yīng)注重結(jié)合區(qū)域地球化學(xué)背景值和各元素分析數(shù)據(jù)（高背景值區(qū)域），輔助研判圈出的成礦能量異常區(qū)對(duì)實(shí)際勘查工作是否具有指導(dǎo)作用。

[1] 薛順榮，肖克炎，丁建華，等．香格里拉地區(qū)勘查地球化學(xué)信息找礦應(yīng)用[J]．物探與化探，2008，32（5）:537～540.

[2] 張均．隱伏礦體定位預(yù)測方法[M]．北京：地質(zhì)出版社，1999．

[3] 李佑國．基于”3S”技術(shù)的攀西地區(qū)銅鎳鉑族元素礦床找礦靶區(qū)篩選:[D]，成都:成都理工大學(xué)，2007．

[4] 宋運(yùn)紅，賈大成，李健，等．河北承德三溝地區(qū)化探數(shù)據(jù)處理與異常特征[J].吉林大學(xué)通報(bào)（地球科學(xué)版），2008，38增刊:167～169.

[5] 徐錫華．成礦能—克立格雙模型在化探數(shù)據(jù)處理中的特殊功效[J]．地質(zhì)找礦論叢， 2002，17（1）.

[6] 潘彤．青海省金屬礦產(chǎn)成礦規(guī)律及成礦預(yù)測[M]．北京：地質(zhì)出版社，2006．

[7] 吳錫生．化探數(shù)據(jù)處理方法[M]．北京：地質(zhì)出版社，1992．

[8] 巫曉兵，范良明，毛玉元，等．地球化學(xué)找礦中的元素成礦能量方法試驗(yàn)研究[J]．新疆地質(zhì)，1995，13（1）：93．

[9] 李汶奎，楊貴兵，唐文春，等．云南省耿馬勐簡鉛鋅礦區(qū)地球化學(xué)特征及找礦前景預(yù)測[J]．物探化探計(jì)算技術(shù)，2010，32（2）：200～205.

[10] 楊利民，楊自安，羅鐵良，等．成礦能量在化探綜合異常提取中的應(yīng)用研究[J]．礦產(chǎn)與地質(zhì)，2008，22（1）：74～77．

[11] 楊自安．西部高寒山區(qū)遙感與化探信息綜合找礦定位預(yù)測研究:[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2005．

[12] 侯春秋．西藏拉薩-澤當(dāng)?shù)貐^(qū)1∶20萬鉛鋅地球化學(xué)異常信息處理研究:[D]．成都：成都理工大學(xué)，2011．

[13] 張輝善，張杰，等．青海格爾木紅石山地區(qū)水系沉積物測量異常特征及優(yōu)選找礦靶區(qū)[J]．物探與化探，2011，35（6）：768～772．

The Application of Element Ore-Forming Energy Method to the Extraction of Geochemical Anomaly Information

CHEN Jian ZHONG Hao ZHANG Yu-jie
(Institute of Geology and Mineral Exploration, Qinghai Bureau of Geology of Nonferrous Metals, Xining 810007)

The present paper tries to extract information of ore-forming element geochemical anomalies from 1:10 000 soil geochemical survey data in Muri, Qilian by use of element ore-forming energy method. The ore-forming energy anomalies characteristic of comprehensive geochemical information in this area are delineated and classified at all levels on the basis of histogram screening, providing scientific basis for optimizing geochemical anomalies and future prospecting.

ore-forming energy; extraction of information of geochemical anomaly; DTM analysis; prospective prediction; Qilian,Qinghai

P632+1

A

1006-0995（2016）02-0335-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.037

2015-12-25

青海省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“青海省祁連縣龍哇俄當(dāng)銅鉛鋅礦普查”（編號(hào)200521101）資助.

陳健(1984-)，男，陜西省富平縣人，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)找礦與勘查地球化學(xué)工作