川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造分形特征及其地質(zhì)意義

崔中良，劉祥云，周家喜

1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650500；3.云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650500

0 引言

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)地處揚(yáng)子板塊西南緣，區(qū)內(nèi)廣泛分布熱液型鉛鋅礦床，是中國(guó)極其重要的鉛鋅銀礦產(chǎn)資源基地之一[1--2]。斷裂構(gòu)造是熱液礦床最重要控礦因素之一，具有為成礦熱液提供運(yùn)移通道、為礦體就位提供賦存空間的重要作用，但一直以來(lái)有關(guān)斷裂與成礦關(guān)系的研究以定性評(píng)價(jià)為主[3]。分形理論是一種研究系統(tǒng)自相似性與不規(guī)則性的非線形理論[4--5]，而分形幾何學(xué)則是定量研究自然界空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的重要手段[6]。其中分形維數(shù)是定量刻畫分形特征的重要參數(shù)[7]，在斷裂構(gòu)造的研究中，分維值不僅可以定量描述構(gòu)造的復(fù)雜程度[8]，而且可為成礦潛力評(píng)價(jià)提供一定的依據(jù)[9]。川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造控礦特征顯著，但針對(duì)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)的構(gòu)造分形學(xué)及其與鉛鋅礦床空間分布或成礦關(guān)系的文獻(xiàn)卻鮮見報(bào)道。因此，筆者利用分形幾何學(xué)方法對(duì)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)的斷裂構(gòu)造體系開展分形研究，并定量探討其分形特征與鉛鋅礦床的空間分布及成礦關(guān)系，以期為該區(qū)的鉛鋅資源勘查提供有益線索。

1 地質(zhì)背景

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)位于環(huán)太平洋構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的結(jié)合部位，地處揚(yáng)子板塊西南緣[10--11]，與龍門山造山帶南段、南盤江—右江褶沖帶及哀牢山造山帶墨江—綠春段相鄰[12--13]，按地理位置分川西南、滇東北和黔西北3個(gè)鉛鋅成礦區(qū)，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，形成了一系列大型鉛鋅礦床(圖1)。區(qū)內(nèi)地層由前震旦系基底和與其呈角度不整合接觸的晚震旦世以來(lái)的沉積蓋層組成[14--15]。其中基底地層具“雙層結(jié)構(gòu)”，即由結(jié)晶基底和褶皺基底構(gòu)成。沉積蓋層包括震旦系至第四系，除白堊系大部分缺失外，各個(gè)時(shí)代地層出露較完整。區(qū)內(nèi)賦礦層位多，從中新元古界至二疊系，賦礦巖性以白云巖為主。

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)構(gòu)造體系以NE向的師宗—彌勒深斷裂帶、NW向的埡都—水城斷裂帶(康定—奕良—水城斷裂帶南部)及SN向的安寧河—綠汁江斷裂帶、小江斷裂帶、昭通—曲靖隱伏斷裂帶為主干(圖1)，其次是NE向、NW向的次級(jí)斷裂構(gòu)造及EW向的隱伏斷裂構(gòu)造[1,16--18]。安寧河—綠汁江斷裂帶形成時(shí)間較早，經(jīng)歷了張--壓--張--扭的力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，而小江斷裂帶為一條寬大的擠壓破碎帶，在斷裂形成過(guò)程中，經(jīng)歷了張--壓--扭的力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，這兩條斷裂帶對(duì)區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的形成和分布均具有重要的控制作用[19--20]。昭通—曲靖隱伏斷裂帶為隱伏深斷裂帶，其與小江深斷裂帶之間發(fā)育的NE向斷裂帶對(duì)區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床分布起著重要的控制作用。埡都—水城斷裂帶由一系列NW向高角度逆沖斷層組成，影響黔西北鉛鋅礦床分布，彌勒—師宗斷裂帶構(gòu)成滇東北鉛鋅礦集區(qū)的南東界，是區(qū)域內(nèi)重要的控礦構(gòu)造[18]。

a.川滇黔接壤區(qū)大地構(gòu)造位置；b. 川滇黔接壤區(qū)主要斷裂構(gòu)造及大中型鉛鋅礦床分布圖。

截止2012年底，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)已發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦床(點(diǎn))440余個(gè)，均受沖斷褶皺構(gòu)造分級(jí)系統(tǒng)控制[12]，礦體多呈似層狀、層狀、脈狀、扁豆?fàn)?、囊狀和透鏡狀產(chǎn)于白云巖中。川滇黔接壤區(qū)鉛鋅礦床形成很可能與古特提斯洋閉合、印支期擠壓造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)，與MVT鉛鋅礦床頗為相似[1,11]。MVT鉛鋅礦床是非巖漿熱液鉛鋅礦床，具備利用斷裂分維值揭示成礦潛力的前提，因此，開展斷裂構(gòu)造分維值與鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究具有較高的可行性。

2 分形方法

斷裂構(gòu)造在平面上表現(xiàn)為一系列無(wú)規(guī)則的線狀組合，無(wú)法用傳統(tǒng)的歐式幾何學(xué)對(duì)斷層的分布規(guī)律進(jìn)行描述，但斷裂構(gòu)造系統(tǒng)在空間上具有自相似性，因此可將斷裂構(gòu)造當(dāng)作分形體來(lái)研究，以斷裂構(gòu)造的分形維度來(lái)對(duì)斷裂的空間規(guī)模和發(fā)育程度做定量的描述[7,21]。筆者選用川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要構(gòu)造分布圖作為研究底圖，采用計(jì)盒維數(shù)法對(duì)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造體系進(jìn)行分形計(jì)算。計(jì)盒維數(shù)法進(jìn)行分形計(jì)算的思路為：采用不同邊長(zhǎng)r(r=L，L/2，L/4，L/8…，首項(xiàng)為正數(shù)、公比=0.5的等比數(shù)列)的正方形格子覆蓋研究區(qū)，分別計(jì)算覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)，若N(r)與r滿足如下冪定律關(guān)系(式(1))，則研究對(duì)象為分形。

N(r)=Cr-D

(1)

式中：C、D為常數(shù)。將式(1)兩邊分別取對(duì)數(shù)得式(2)，由式(2)可知若lnN(r)與lnr為線性關(guān)系，則研究對(duì)象為分形，分維值D即為該線性關(guān)系式斜率的絕對(duì)值。

lnN(r)=-Dlnr+lnc

(2)

具體步驟為：①將研究底圖放入繪圖軟件CorelDraw中，創(chuàng)建邊長(zhǎng)r分別為48.128 mm(實(shí)際長(zhǎng)度149.373 km)、24.064 mm(實(shí)際長(zhǎng)度74.687 km)、12.032 mm(實(shí)際長(zhǎng)度37.343 km)、6.016 mm(實(shí)際長(zhǎng)度18.672 km)、3.008mm(實(shí)際長(zhǎng)度9.336 km)的二維正交網(wǎng)格覆蓋研究區(qū)，并分別統(tǒng)計(jì)總體構(gòu)造、(近)SN向構(gòu)造、NE向構(gòu)造、NW向構(gòu)造、(近)EW向構(gòu)造覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)。在Excel中以lnr為橫軸，lnN(r)為縱軸，分別繪制不同類型構(gòu)造的回歸擬合直線，得到不同類型構(gòu)造的分維值。②將邊長(zhǎng)r為24.064 mm(實(shí)際長(zhǎng)度74.687 km)的二維正交網(wǎng)格進(jìn)行編號(hào)分區(qū)，分區(qū)結(jié)果如圖2所示。對(duì)于每個(gè)分區(qū)，分別以邊長(zhǎng)24.064 mm(實(shí)際長(zhǎng)度74.687 km)、12.032 mm(實(shí)際長(zhǎng)度37.343 km)、6.016 mm(實(shí)際長(zhǎng)度18.672 km)、3.008 mm(實(shí)際長(zhǎng)度9.336 km)的二維正交網(wǎng)格覆蓋，并分別統(tǒng)計(jì)分區(qū)總體構(gòu)造、分區(qū)(近)SN向構(gòu)造、分區(qū)NE向構(gòu)造、分區(qū)NW向構(gòu)造覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)。利用Excel繪制回歸擬合直線，得到分區(qū)不同類型構(gòu)造的分維值。

3 研究區(qū)構(gòu)造整體分形分析

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要斷裂構(gòu)造分維值計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1，根據(jù)表1中的統(tǒng)計(jì)參數(shù)繪制出研究區(qū)不同類型斷裂構(gòu)造lnN(r)-lnr線性關(guān)系圖(圖3)。從圖3可以看出5條回歸擬合直線的判定系數(shù)R2分別為0.996 0、0.989 4、0.986 7、0.997 6、0.982 4，最小為0.982 4，直線的擬合程度較高，說(shuō)明了在研究標(biāo)度9.336～149.373 km范圍內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造具有良好的分形幾何結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)自相似性。川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值為1.539 5，(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值為1.239 3，NE向斷裂構(gòu)造分維值為1.387 0，NW向斷裂構(gòu)造分維值為1.069 9，(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值為0.601 5，即全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值>NE向斷裂構(gòu)造分維值>(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值>NW向斷裂構(gòu)造分維值>(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值，反映了不同方向斷裂構(gòu)造的疊加會(huì)在一定程度上增加斷裂構(gòu)造整體的復(fù)雜性。從構(gòu)造控礦的角度來(lái)看，NE向斷裂構(gòu)造帶與(近)SN向斷裂構(gòu)造帶均對(duì)區(qū)域內(nèi)鉛鋅礦床分布起著重要的控制作用，而NW向的斷裂構(gòu)造帶主要影響區(qū)內(nèi)黔西北地區(qū)鉛鋅礦床的分布，因此NE向斷裂構(gòu)造帶與(近)SN向斷裂構(gòu)造帶對(duì)區(qū)域鉛鋅礦床的貢獻(xiàn)均大于NW向的斷裂構(gòu)造帶。從構(gòu)造分形的角度來(lái)看，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值很高(1.539 5)，NE向斷裂構(gòu)造分維值與(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值十分接近(均>1.22)，均略大于NW向斷裂構(gòu)造分維值1.069 9，遠(yuǎn)大于(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值0.601 5，而從構(gòu)造分形維數(shù)的意義上可知：①贛南地區(qū)斷裂分維值為1.279 7[22]，佛子沖鉛鋅礦田斷裂分維值為1.532[23]，招遠(yuǎn)金礦區(qū)斷裂分維值為1.48[7]，敦煌地塊南緣多壩溝地區(qū)斷裂分維值為1.437[24]，九嶷山錫成礦區(qū)斷裂分維值為1.115 5[25]，河南龍門店銀礦區(qū)斷裂分維值為1.295[26]，個(gè)舊老廠錫多金屬礦田斷裂分維值為1.263[27]，廣西賀州水巖壩鎢錫礦田分維值為1.347 5[28]，中國(guó)大陸穩(wěn)定區(qū)(地臺(tái)區(qū))分維值為0.827～1.074[29]，而川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造分維值均大于上述地區(qū)斷裂構(gòu)造分維值，處于中國(guó)大陸活動(dòng)區(qū)(地洼區(qū))分維值(1.236～1.624)[29]之間，說(shuō)明研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，亦說(shuō)明川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)成礦地質(zhì)背景極其復(fù)雜(優(yōu)越)；②巖石塊體的斷裂分維臨界值為1.22～1.38[30]，NE向斷裂與(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值整體上均十分接近這一臨界值，說(shuō)明了NE向斷裂與(近)SN向斷裂發(fā)育成熟度和連通性都好，對(duì)區(qū)域上流體運(yùn)移成礦的貢獻(xiàn)大；③NW向斷裂構(gòu)造整體分維值略小于巖石塊體斷裂分維臨界值，因此相對(duì)于NE向斷裂與(近)SN向斷裂，其連通性稍差，對(duì)區(qū)域上流體運(yùn)移成礦的貢獻(xiàn)次之；④(近)EW向斷裂構(gòu)造整體分維值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石塊體斷裂分維臨界值，說(shuō)明(近)EW向斷裂構(gòu)造整體發(fā)育成熟度和連通性都較差，對(duì)區(qū)域流體運(yùn)移成礦的貢獻(xiàn)非常有限。這里需要特別說(shuō)明三點(diǎn)：①不論是NE向斷裂分維值，還是NW向斷裂分維值，計(jì)算的均是整體分維值，與巖石塊體斷裂分維臨界值的比較僅反映整體成礦構(gòu)造條件的優(yōu)劣或?qū)Τ傻V貢獻(xiàn)的相對(duì)大小。例如NW向斷裂構(gòu)造分維值略小于臨界值，并不代表其局部成礦構(gòu)造條件較差。②分形計(jì)算時(shí)，研究區(qū)尺度需與構(gòu)造規(guī)模相匹配，因此計(jì)算出的斷裂分維值實(shí)際上是研究區(qū)主要斷裂的整體分維值。③因研究區(qū)尺度與構(gòu)造規(guī)模相匹配、構(gòu)造規(guī)模與礦床大小相匹配，所以在川滇黔接壤區(qū)開展斷裂分形分維與中--大型鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究中，巖石塊體的斷裂分維臨界值(1.22～1.38)仍具有一定程度的借鑒性。

圖2 研究區(qū)斷裂構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改)

表1 川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要斷裂構(gòu)造分維值計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖3 研究區(qū)斷裂構(gòu)造lnN(r)-lnr線性關(guān)系圖

4 研究區(qū)構(gòu)造分區(qū)分形分析

4.1 分區(qū)整體分形分析

各分區(qū)斷裂分維值及線性方程擬合度見表2。判定系數(shù)R2最小為0.960 8，直線的擬合程度很高，說(shuō)明具有良好的分形結(jié)構(gòu)。前已述及，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)開展斷裂分形分維與中--大型鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究中，巖石塊體的斷裂分維臨界值(1.22～1.38)仍具有一定程度的借鑒性。因此在對(duì)分區(qū)分維值分組時(shí)，除考慮計(jì)算值的分布特征外，亦將1.22和1.38作為重要參考值和分組節(jié)點(diǎn)。斷裂分維值可以表征斷裂連通性，即斷裂分維值越大，則其連通性越好。那么斷裂分維值相對(duì)較低的分區(qū)連通性也相對(duì)較差，亦可起到相對(duì)的阻擋作用，從而增加含礦流體的局域化分布。前人在斷裂構(gòu)造分形研究中均對(duì)礦床分布的分維值區(qū)間開展了扎實(shí)的研究工作，但對(duì)斷裂分維值較低區(qū)域的(相對(duì)的)阻擋、封閉流體及增加含礦流體局域化分布的作用卻鮮有報(bào)道，因此為研究這種作用對(duì)中--大型礦床分布的影響，描述發(fā)育中--大型礦床分區(qū)出現(xiàn)的位置，假設(shè)分區(qū)分維值橫向波動(dòng)及縱向波動(dòng)是連續(xù)的，根據(jù)表2參數(shù)用曲線繪制分區(qū)分維值橫向變化圖(圖4)及分區(qū)分維值縱向變化圖(圖5)。

表2 分區(qū)斷裂分維值及線性方程擬合度

圖4 分區(qū)分維值橫向變化圖

圖5 分區(qū)分維值縱向變化圖

根據(jù)表2、圖4、圖5制作分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值特征表(表3)。從表3可以看出：①分布大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值1.326 3～1.827 9，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)。分維值1.38～1.60的分區(qū)有2個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床有3個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有0個(gè)。分維值1.60～1.83的分區(qū)有6個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床有9個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有7個(gè)。②分布中型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值1.326 3～1.827 9，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個(gè)，對(duì)應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)，大型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)。分維值1.38～1.60的分區(qū)有2個(gè)，對(duì)應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計(jì)有3個(gè)，大型鉛鋅礦床有0個(gè)。分維值1.60～1.83的分區(qū)有6個(gè)，對(duì)應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計(jì)有8個(gè)，大型鉛鋅礦床有8個(gè)。③分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值均>1.22，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有1個(gè)。分維值1.38～1.60的分區(qū)有4個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床有3個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有3個(gè)。分維值1.60～1.83的分區(qū)有7個(gè)，對(duì)應(yīng)的大型鉛鋅礦床有9個(gè)，中型鉛鋅礦床共計(jì)有8個(gè)。④由以上三點(diǎn)可知，分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值范圍較寬，但是分維值1.60～1.83的分區(qū)更易發(fā)育中--大型鉛鋅礦床，分維值1.38～1.60的分區(qū)次之。⑤發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床分區(qū)的分維值大多數(shù)分布在橫向波動(dòng)序列或縱向波動(dòng)序列的極大值、極大值旁側(cè)、極大值旁側(cè)的旁側(cè)3個(gè)位置。結(jié)合圖4、圖5可知，發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)，至少一個(gè)鄰區(qū)(橫向或縱向方向)分維值較小，即存在相對(duì)阻擋、封閉流體區(qū)。而分維值為極大值或較大值的分區(qū)卻并不一定發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床。從斷裂分維值的地質(zhì)意義來(lái)看，發(fā)育中型或大型礦床分區(qū)或地區(qū)的理想狀態(tài)下應(yīng)滿足兩個(gè)條件：①本身分維值較高，利于成礦流體流通、滲透；②鄰區(qū)分維值較低，利于阻擋、封閉成礦流體。實(shí)際上，由于礦床分布的叢集性，往往連續(xù)2個(gè)或更多分區(qū)發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床，這時(shí)就需要將這些分區(qū)看成一個(gè)整體，從而認(rèn)識(shí)構(gòu)造阻擋、封閉成礦流體的作用。例如把2、5分區(qū)看成一個(gè)整體，那么根據(jù)分維值的相對(duì)大小，其相鄰的5個(gè)分區(qū)均可看為流體封閉區(qū)。把9、13～15、17～21、27分區(qū)看成一個(gè)整體，其相鄰的12個(gè)分區(qū)均可看為流體封閉區(qū)。

4.2 分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造分形分析

4.2.1 不同方向斷裂構(gòu)造分形計(jì)算結(jié)果

計(jì)算各分區(qū)不同方向斷裂分維值及決定系數(shù)(表4)，線性擬合判定系數(shù)R2除3個(gè)0.6外，其他均很高。(近)SN向斷裂分維值0.300 0～1.683 4，中位數(shù)為1.051 0，NE向斷裂分維值0.475 5～1.652 8，中位數(shù)為1.332 2，NW向斷裂分維值0.575 5～1.525 4，中位數(shù)為0.934 0。

(1)(近)SN向斷裂分形分析

從分區(qū)(近)SN向斷裂分維值變化圖(圖6)可以看出，參與(近)SN向斷裂分維值計(jì)算的29個(gè)分區(qū)，僅11個(gè)分區(qū)分維值>1.22，其他分區(qū)分維值均<1.22。其中參與計(jì)算的分布中型或大型鉛鋅礦床的11個(gè)分區(qū)中，僅17區(qū)、5區(qū)、13區(qū)、18區(qū)4個(gè)分區(qū)分維值>1.22。這說(shuō)明了(近)SN向斷裂對(duì)17區(qū)、5區(qū)、13區(qū)、18區(qū)等4個(gè)分區(qū)的成礦貢獻(xiàn)大于分布中型或大型鉛鋅礦床的其他分區(qū)。

(2)NE向斷裂分形分析

從分區(qū)NE向斷裂分維值變化圖(圖7)可以看出，參與NE向斷裂分維值計(jì)算的21個(gè)分區(qū)中，10個(gè)分區(qū)分維值<1.22。其中參與計(jì)算的分布中型或大型鉛鋅礦床的9個(gè)分區(qū)中，14區(qū)、15區(qū)、18區(qū)、19區(qū)、27區(qū)、32區(qū)6個(gè)分區(qū)分維值遠(yuǎn)>1.22，9區(qū)、13區(qū)、21區(qū)3個(gè)分區(qū)分維值均>1.0。這說(shuō)明了NE向斷裂對(duì)14區(qū)、15區(qū)、18區(qū)、19區(qū)、27區(qū)、32區(qū)6個(gè)分區(qū)成礦貢獻(xiàn)大于9區(qū)、13區(qū)、21區(qū)3個(gè)分區(qū)。

表4 分區(qū)不同方向斷裂分維值及決定系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

(3)NW向斷裂分形分析

從分區(qū)NW向斷裂分維值變化圖(圖8)可以看出，參與NW向斷裂分維值計(jì)算的15個(gè)分區(qū)中，僅4個(gè)分區(qū)分維值>1.22，其他11個(gè)分區(qū)分維值均<1.22。其中參與計(jì)算的分布中型或大型鉛鋅礦床的9個(gè)分區(qū)中，僅2區(qū)、21區(qū)2個(gè)分區(qū)分維值>1.22。這說(shuō)明了NW向斷裂對(duì)2區(qū)、21區(qū)兩個(gè)分區(qū)的成礦貢獻(xiàn)大于分布中型或大型鉛鋅礦床的其他分區(qū)。

4.2.2 基于分區(qū)分維值的成礦貢獻(xiàn)分析

(1)分區(qū)中--大型鉛鋅礦床發(fā)育概率及強(qiáng)度分析

為了描述在不同分維值區(qū)間上的分區(qū)發(fā)育中--大型鉛鋅礦床的特征，引入發(fā)育概率及發(fā)育強(qiáng)度兩個(gè)概念。發(fā)育概率即發(fā)育頻率，其數(shù)值等于分維值區(qū)間中發(fā)育鉛鋅礦床分區(qū)的個(gè)數(shù)與分維值區(qū)間中分區(qū)總個(gè)數(shù)之比。發(fā)育強(qiáng)度與資源儲(chǔ)量成正比，即分維值區(qū)間上的分區(qū)擁有的資源儲(chǔ)量越多，其發(fā)育強(qiáng)度就越大。

分維值<1.22的分區(qū)有6個(gè)，均未發(fā)育中--大型鉛鋅礦床。分維值1.22～1.38的分區(qū)有5個(gè)，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有1個(gè)，共計(jì)1個(gè)大型鉛鋅礦床，1個(gè)中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為20%，發(fā)育強(qiáng)度略強(qiáng)。分維值1.38～1.60的分區(qū)有12個(gè)，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有4個(gè)，共計(jì)3個(gè)大型鉛鋅礦床，3個(gè)中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為33%，發(fā)育強(qiáng)度較強(qiáng)。分維值1.60～1.83的分區(qū)有10個(gè)，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有7個(gè)，共計(jì)9個(gè)大型鉛鋅礦床，8個(gè)中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為70%，發(fā)育強(qiáng)度很強(qiáng)。綜上所述，隨著分區(qū)分維值的增大，分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強(qiáng)度亦增大。

(2)不同方向斷裂對(duì)分維值及成礦貢獻(xiàn)分析

為分析不同方向斷裂與分區(qū)成礦的密切程度，制作不同類型斷裂分維值分區(qū)分布圖(圖9)。從各分區(qū)整體構(gòu)造分維值分布圖來(lái)看，33個(gè)分區(qū)中<1.22的6個(gè)分區(qū)均未見中型或大型鉛鋅礦床分布，而分布中型或大型鉛鋅礦床分區(qū)的分維值均>1.22，由此來(lái)看，達(dá)到分維值1.22是分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的必要條件。

圖6 分區(qū)(近)NS向斷裂分維值變化圖

圖7 分區(qū)NE向斷裂分維值變化圖

圖8 分區(qū)NW向斷裂分維值變化圖

圖9 不同方向斷裂分維值分區(qū)分布圖

不同類型斷裂整體貢獻(xiàn)分析(近)NS向構(gòu)造對(duì)區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻(xiàn)：①貢獻(xiàn)了分維值>1.22的分區(qū)11個(gè)，分維值1.00～1.22的分區(qū)8個(gè)，分維值0.80～1.00的分區(qū)3個(gè)，分維值0.60～0.80的分區(qū)3個(gè)；②貢獻(xiàn)了分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)4個(gè)，貢獻(xiàn)了分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個(gè)，貢獻(xiàn)了分維值0.80～1.00、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個(gè)。NE向構(gòu)造對(duì)區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻(xiàn)：①貢獻(xiàn)分維值>1.22的分區(qū)11個(gè)，分維值1.00～1.22的分區(qū)7個(gè)，分維值0.80～1.00的分區(qū)2個(gè)；②貢獻(xiàn)分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)6個(gè)，貢獻(xiàn)分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)3個(gè)。NW向構(gòu)造對(duì)區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻(xiàn)：①貢獻(xiàn)分維值>1.22的分區(qū)4個(gè)，分維值1.00～1.22的分區(qū)2個(gè)，分維值0.80～1.00的分區(qū)4個(gè)；②貢獻(xiàn)分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個(gè)，貢獻(xiàn)分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個(gè)，貢獻(xiàn)分維值0.80～1.00、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個(gè)。

不同方向斷裂對(duì)分區(qū)成礦貢獻(xiàn)分析從圖10可以看出，同一方向斷裂構(gòu)造在不同分區(qū)的成礦貢獻(xiàn)不同。在2號(hào)分區(qū)，NW向構(gòu)造成礦貢獻(xiàn)最大，(近)SN向構(gòu)造次之。在5號(hào)分區(qū)，(近)SN向構(gòu)造成礦貢獻(xiàn)最大，NW向構(gòu)造次之。在9號(hào)分區(qū)，NE向及(近)SN向構(gòu)造對(duì)成礦貢獻(xiàn)最大。在13號(hào)分區(qū)，(近)SN向構(gòu)造對(duì)成礦貢獻(xiàn)最大，NW向構(gòu)造次之，NE向構(gòu)造第三。在14、15、27號(hào)分區(qū)，NE向構(gòu)造對(duì)成礦貢獻(xiàn)最大，NW向構(gòu)造次之，(近)SN向構(gòu)造第三。在17號(hào)分區(qū)，成礦貢獻(xiàn)幾乎僅由(近)SN向構(gòu)造提供。在18、19號(hào)分區(qū)，NE向構(gòu)造對(duì)成礦貢獻(xiàn)最大，(近)SN向構(gòu)造次之，NW向構(gòu)造第三。在32號(hào)分區(qū)，NE向構(gòu)造對(duì)成礦貢獻(xiàn)最大，(近)SN向構(gòu)造次之。綜上所述，雖然同一分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造的成礦貢獻(xiàn)有主次之分，但單一方向的斷裂往往不足以滿足條件，仍舊需要2種或3種方向斷裂的組合。

圖10 分區(qū)不同方向斷裂成礦貢獻(xiàn)圖

5 斷裂分維值定量指示成礦潛力探討

5.1 斷裂分維值與中--大型礦床分布的關(guān)系

斷裂分維值是斷層數(shù)量、規(guī)模、組合方式及動(dòng)力學(xué)機(jī)制的一項(xiàng)綜合性表征指標(biāo)，可以定量表征斷層構(gòu)造的復(fù)雜程度[7--9,31--36]。影響斷裂構(gòu)造分維值的因素有介質(zhì)的物化性質(zhì)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度等[37]。斷裂分維值與其連通性有關(guān)，當(dāng)斷裂分維值低于臨界值時(shí)，變形及滲透率偏低，斷裂呈孤立狀態(tài)，斷裂連通性差，當(dāng)斷裂分維值達(dá)到或高于臨界值時(shí)，變形強(qiáng)烈，滲透率增加，則斷裂的連通性好，從而有利于成礦流體的運(yùn)移、聚集以及熱液礦床的形成[7,22,37--38]。巖石塊體二軸壓縮試驗(yàn)的數(shù)值模擬顯示斷裂分維值的臨界值為1.22～1.38[30]。現(xiàn)有的研究表明[3--9,21--39]，斷裂構(gòu)造分形特性(分維值)與地質(zhì)成礦之間具有必然聯(lián)系，即斷裂分維值對(duì)熱液礦床分布及成礦潛力具有重要指示意義。前文已定量分析分維值與中--大型礦床分布的關(guān)系，此處不再贅述，僅利用Surfer繪制分維值等值線圖直觀展示分維值對(duì)中--大型礦床分布的控制。根據(jù)各個(gè)分區(qū)的整體分維值及分區(qū)中心坐標(biāo)(可自行設(shè)立相對(duì)坐標(biāo)系)繪制分維等值線圖。從圖11可以看出：①研究區(qū)中--大型鉛鋅礦床均分布于淺灰色位置，即分維值較高地區(qū)，說(shuō)明中--大型鉛鋅礦床分布位置與分維值有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；②分維值等值線展布趨勢(shì)與構(gòu)造線方向基本一致；③川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)存在NW—SE向狹長(zhǎng)的成礦流體匯聚中心區(qū)，因該區(qū)發(fā)育的鉛鋅礦床于古特提斯洋閉合、印支期擠壓造山運(yùn)動(dòng)時(shí)期成礦，推測(cè)在造山運(yùn)動(dòng)中成礦流體在構(gòu)造及重力驅(qū)動(dòng)下遷移到匯聚中心區(qū)。

圖11 研究區(qū)分維值等值線圖

5.2 分維值對(duì)成礦潛力刻畫的探討

分維值對(duì)地質(zhì)體連通性的表征，學(xué)術(shù)界具有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，即分維值越大，地質(zhì)體連通性越大，愈有利于成礦元素的活化及成礦流體的運(yùn)移。但分維值大小對(duì)成礦潛力的刻畫，尚未有統(tǒng)一、清晰的認(rèn)識(shí)。李飛等[7]運(yùn)用分形理論研究招遠(yuǎn)金礦礦集區(qū)時(shí)，提出分維值越大，斷裂構(gòu)造活動(dòng)性越強(qiáng)，越有利于金礦床的分布，金礦床規(guī)模越大。孫濤等[22]在研究贛南鎢礦床分布時(shí)，認(rèn)為分維值大的區(qū)域有利于礦床形成，但分維值和成礦幾率并非簡(jiǎn)單的線性相關(guān)，分維值1.26～1.34的區(qū)域成礦幾率也最大。廖家飛等[28]發(fā)現(xiàn)廣西賀州水巖壩礦田已知礦床(點(diǎn))均位于分維高值區(qū)，認(rèn)為分維值的高低與已知礦床(點(diǎn))的分布具有耦合性。丁式江等[40]基于膠東焦家金礦田構(gòu)造形跡的分形研究，認(rèn)為斷層的分維數(shù)較大是形成金礦化的有利條件，但需形成巨型金屬量的堆積(超大型礦床)，斷層系統(tǒng)需處于臨界分維狀態(tài)。張?jiān)獫萚41]基于內(nèi)蒙古衛(wèi)境地區(qū)遙感線性構(gòu)造分形特征，認(rèn)為分維值大小與鈾礦化關(guān)系密切，鈾礦化主要分布在分維值>0.82的區(qū)域。王維等[9]通過(guò)研究扎西康、柯月及索月3個(gè)礦區(qū)的礦化體、蝕變圍巖及普通圍巖的節(jié)理裂隙分維值，發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)體的分維值大小與其礦化程度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，并提出扎西康礦集區(qū)分維值超出0.90～1.50的范圍不利于鉛鋅等金屬成礦。離散元方法數(shù)值模擬顯示[42]：①隨著斷層分維值增大，則變形趨強(qiáng)、連通性更好、滲透率增大；②臨界狀態(tài)下斷層間的連通性好，變形及滲透率突然增加，且變形及流體流動(dòng)局限于骨干斷層中，即臨界狀態(tài)下最有利于形成含礦流體的局域化分布。

礦床成礦系統(tǒng)“源、運(yùn)、儲(chǔ)、變、?！?大要素中，“源”指成礦物質(zhì)、成礦流體及成礦能量來(lái)源，“運(yùn)”指成礦流體沿運(yùn)移通道運(yùn)移到礦床定位場(chǎng)所的整個(gè)過(guò)程，“儲(chǔ)”指礦物質(zhì)富集形成礦床的過(guò)程。斷裂構(gòu)造雖然能夠活化成礦金屬元素并提供成礦能量(構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控礦)，但其幾乎提供不了多少成礦物質(zhì)及成礦流體，因此斷裂構(gòu)造的流體運(yùn)移通道功能及礦質(zhì)空間存儲(chǔ)功能才是重中之重。斷裂分維值是對(duì)斷裂的整體表征，而斷裂在熱液礦床中的貢獻(xiàn)作用相對(duì)而言最大，因此應(yīng)用斷裂分維值對(duì)成礦潛力刻畫的首要前提是分辨(預(yù)估)礦床成因。而熱液礦床按其成礦溫度、熱液來(lái)源等又可劃分多種亞類，斷裂對(duì)不同亞類熱液礦床形成的貢獻(xiàn)度可能不盡相同。巖性(巖性組合)既可作為礦體有利的賦存空間，又可作為成礦流體阻擋層，因此即使斷層發(fā)育程度高、連通性好、滲透率高(分維值遠(yuǎn)>1.22)，只要巖性(或巖性組合)合適，仍然有利于形成含礦流體的局域化分布。因此斷裂分維值對(duì)成礦潛力刻畫的解讀需要因地制宜，充分考慮地質(zhì)、地球化學(xué)背景及礦床成因，也即在不同地質(zhì)、地球化學(xué)背景及礦床成因下，同樣的斷裂分維值對(duì)成礦潛力的刻畫不一致。這也就解釋了為什么在不同文獻(xiàn)中對(duì)形成同一規(guī)模礦床(如大型礦床)所適宜的分維值，不同作者分析出的范圍均不一致。有部分文獻(xiàn)認(rèn)為超出斷裂分維臨界值范圍(1.22～1.38)后，形成中--大型礦床概率降低的原因是斷裂連通性太好，不利于形成含礦流體的局域化分布。但是本文認(rèn)為基于研究區(qū)分維值對(duì)礦床(點(diǎn))分布控制給出的有利于礦床形成的分維臨界值，是經(jīng)區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景(例如巖性、成礦流體特征、地球化學(xué)背景等)及礦床成因等綜合“校正”下的數(shù)值。

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造控礦特征顯著[15--19]，賦礦巖性以白云巖為主，區(qū)內(nèi)礦床與MVT鉛鋅礦床頗為相似[1,10--11]，這在一定程度上確保了斷裂分維值對(duì)成礦潛力刻畫的可靠性、平穩(wěn)性。因此川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂分維值對(duì)區(qū)內(nèi)成礦潛力的刻畫具有很高的可靠性。即筆者認(rèn)為在74.687 km×74.687 km的分區(qū)中：分維值<1.22的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率幾乎為0；分維值1.22～1.38的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率為20%，發(fā)育強(qiáng)度略強(qiáng)；分維值1.38～1.60的分區(qū)發(fā)育概率為33%，發(fā)育強(qiáng)度較強(qiáng)；分維值1.60～1.83的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率為70%，發(fā)育強(qiáng)度很強(qiáng)。綜上所述，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)中分區(qū)分維值越大，分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強(qiáng)度亦越大。

6 結(jié)論

(1)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)NE和(近)SN向斷裂構(gòu)造帶與區(qū)域鉛鋅礦床成礦關(guān)系最為密切，密切程度均大于NW斷裂構(gòu)造帶。

(2)同一方向斷裂構(gòu)造在不同分區(qū)與成礦關(guān)系的密切程度不同，同一分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造與成礦的關(guān)系亦有主次之分。

(3)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)中--大型鉛鋅礦床分布位置與構(gòu)造分維值有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且分區(qū)分維值越大，發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強(qiáng)度亦越大。