廣西大瑤山西北地區(qū)構(gòu)造分形與成礦預(yù)測(cè)

蔣 超, 李社宏, 付 嵩, 謝卓麟, 廖紅為

桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 廣西桂林 541004

石英脈熱液型金屬礦床受控于容礦斷裂(李辰等, 2013; 魯家慶和邱輝, 2017), 因此, 運(yùn)用線(xiàn)性構(gòu)造分維分析是研究熱液金屬礦床成為有效方法之一(毛政利等, 2004)。自20 世紀(jì)70 年代分形理論創(chuàng)立以來(lái)(Mandelbrot, 1975), 在地學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用與創(chuàng)新(Brown et al., 2005), 尤其在地質(zhì)異常與致礦效應(yīng)、成礦規(guī)律與成礦預(yù)測(cè)方面取得了較好效果(李飛等, 2016; 劉舒飛, 2017)。

目前線(xiàn)性構(gòu)造分維值計(jì)算方法很多, 有折線(xiàn)法、盒維數(shù)法(Cello, 1997; 張建等, 2009; 李霖峰,2017)、圓覆蓋法、多重分形矩法(謝淑云和鮑征宇,2003)等。分維值D不僅是反映斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度和密度的指標(biāo)(趙少杰等, 2011), 也是地球化學(xué)元素異常識(shí)別、提取以及元素富集特征的定量指標(biāo)(徐明鉆等, 2010; 趙少杰等, 2011), 還對(duì)成礦規(guī)律和成礦預(yù)測(cè)具有定量分析作用(趙少杰等, 2011; 鄢旭久等,2012), 甚至對(duì)瓦斯賦存規(guī)律的研究都具有重要意義(聶鳳祥等, 2019)。分維值D的相關(guān)系數(shù)R2可反映區(qū)域線(xiàn)性構(gòu)造的分形分維的自相似性, 利用各個(gè)區(qū)塊分維值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)及其中心坐標(biāo)制作分維等值線(xiàn)圖, 結(jié)合地質(zhì)背景分析可圈定成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)(查道函等, 2015)。

廣西大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造與熱液型金、銀、銅、鉛鋅等多種金屬礦床均有大量出露, 且銅礦、鉛鋅礦和金礦等多種金屬礦產(chǎn)均為熱液型金屬礦床或成礦后期熱液型改造礦床(張善明等, 2010;鄧軍, 2011, 2012, 2013), 而巖漿巖出露較少, 只有北東部有少量巖珠出露(陳懋弘等, 2015; 李歡等,2016)。對(duì)整個(gè)大瑤山地區(qū)的熱液礦產(chǎn)采用分形理論進(jìn)行了成礦預(yù)測(cè)(查道函等, 2015), 研究面積為13 924 km2, 分維標(biāo)度為118～3.687 5 km, 最大的分維值D為1.890 0, 成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)分維值D為局部區(qū)域最大值, 如古袍—桃花金礦沿線(xiàn)分維值D為1.830 0～1.890 0、賀州以北近20 km 和平樂(lè)以東20 km 分維值D為1.710 0～1.890 0、以及平樂(lè)與紹平之間距紹平25 km 分維值D為1.710 0～1.830 0,可以看出其預(yù)測(cè)區(qū)均為分維值D最大區(qū)域; 研究表明成礦有利地區(qū)與該地區(qū)斷裂構(gòu)造分維值D呈正相關(guān)(馮佐海等, 2002; 毛政利等, 2004); 但要形成超大型熱液礦床成礦斷裂構(gòu)造分維值D存在臨界線(xiàn),當(dāng)分維值D超出臨界線(xiàn)將不利于熱液礦床的形成(丁式江, 2004)。本文對(duì)研究區(qū)進(jìn)行高標(biāo)度分維分析,探討研究區(qū)是否存在熱液礦床成礦分維臨界線(xiàn), 并運(yùn)用 Fry 分析方法(Fry, 1979; Emmanuel and Caeeanza, 2009), 對(duì)主要礦床分布規(guī)律進(jìn)行分析,結(jié)合地質(zhì)背景進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)研究。

1 地質(zhì)背景

大瑤山西北地區(qū)位于廣西中東部, 西起鹿寨—武宣一帶, 東至荔浦—平南一線(xiàn), 北至鹿寨—荔浦,南以武宣—平南為界, 面積近3000 km2。該區(qū)以泥盆系地層為主, 少量寒武系地層出露(圖1)。寒武系地層主要由變質(zhì)砂巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖組成; 泥盆系地層主要有下泥盆統(tǒng)的蓮花山組(D1l1、D1l2)、那高嶺組(D1n)、石橋組(D1s1、D1s2)以及賀縣組(D1hx),中泥盆統(tǒng)的郁江組(D2y1、D2y2、D2y3)、信都組(D2x1、D2x2、D2x)和東崗嶺組(D2d1、D2d2), 上泥盆統(tǒng)的榴江祖(D3l)和融縣組(D3r)。

圖1 大瑤山區(qū)域地質(zhì)圖Fig. 1 Regional geological map of the Dayao Mountain

研究區(qū)巖漿巖不發(fā)育, 僅在研究區(qū)的北東部發(fā)育了少量巖漿巖, 分別位于大進(jìn)、樸全以及祖嶺三個(gè)地區(qū), 其中大進(jìn)的巖漿巖呈橢圓小巖珠產(chǎn)出, 面積約 4 km2, 為中細(xì)?；◢弾r, 成巖年齡為(414±11) Ma(陳懋弘等, 2015), 其中黑云母花崗巖LA-MC-ICP-MS 鋯石 U-Pb 同位素定年為(419±5.0) Ma(Li et al., 2016), 屬于加里東期產(chǎn)物。樸全和祖嶺的巖漿巖以花崗巖和花崗斑巖為主, 具有斑狀或似斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶主要為石英、長(zhǎng)石和少量的黑云母, 基質(zhì)為微粒的全晶質(zhì)結(jié)構(gòu), 以單體產(chǎn)出, 樸全的巖漿巖為加里東期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物(陳懋弘等, 2015), 祖嶺的黑云母花崗巖中的花崗閃長(zhǎng)侵入巖獲得(174.5±1.9) Ma(Li et al., 2016), 為燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育, 在南北向、北東向、北西向以及東西向都有分布(張善明等, 2010;張雪亮等, 2013)。南北向斷裂構(gòu)造主要分布于研究區(qū)的西南部, 具有延伸長(zhǎng)、被北西向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷和向北延伸具有向北東偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn), 主要穿插在泥盆系的蓮花山組、那高嶺組和郁江組。北東向斷裂構(gòu)造主要分布于研究區(qū)的東南部和北東部及少量的西南部, 具有延伸短和被南北向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷的特點(diǎn), 主要穿插在寒武系地層和泥盆系的蓮花山組、那高嶺組以及少量的穿插在石炭系大埔組地層。北西向斷裂構(gòu)造主要分布于研究區(qū)的東南部, 具有延伸短和錯(cuò)斷南北向斷裂構(gòu)造的特點(diǎn), 主要穿插在寒武系地層和泥盆系的蓮花山組、那高嶺組。東西向斷裂構(gòu)造主要分布于研究區(qū)的東部, 具有延伸短、被南北向和北西向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷的特點(diǎn), 主要穿插在寒武系地層和泥盆系的蓮花山組地層。

大瑤山西北地區(qū)主要經(jīng)歷了加里東期的造山運(yùn)動(dòng), 印支期的東—西向擠壓運(yùn)動(dòng), 燕山期南—北向擠壓運(yùn)動(dòng)(張?jiān)罉虻? 2012; 李辰等, 2013)。加里東運(yùn)動(dòng)發(fā)育了寒武系北東向褶皺和斷裂系, 以及泥盆系蓋層中的北西向、北北東向—近南北向、近東西向以及北東東向等多方向的不同斷裂組體系(張振賢等, 1989; 李辰等, 2013), 其中就包括那馬—羅秀—奔騰近南北向斷裂, 以及研究區(qū)南部的大石村—大鵬市—舊縣一帶北東向斷裂。印支期在加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生東—西向擠壓, 在那馬—羅秀—奔騰斷裂構(gòu)造周?chē)M(jìn)一步發(fā)育了近南北向斷裂構(gòu)造。研究區(qū)在燕山期受到南—北向的擠壓作用,衍生出北東向、北西向斷裂—褶皺構(gòu)造系, 與早期斷裂構(gòu)造斜向交接復(fù)合(王劍和寧浦功, 1998)。

廣西大瑤山西北地區(qū)的礦產(chǎn)資源豐富, 該地區(qū)具有金、銅、鉛、錫、錳、重晶石、鉛鋅、銅鉛鋅等多種礦產(chǎn)(方科等, 2011; 李忠陽(yáng)等, 2018)。我們根據(jù)已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的論文、報(bào)告和地質(zhì)礦產(chǎn)圖, 統(tǒng)計(jì)出金礦床(點(diǎn))34 個(gè), 主要分布于大石村及西南地區(qū);統(tǒng)計(jì)出銅礦床(點(diǎn))41 個(gè), 主要分布于妙皇、羅秀和那馬地區(qū); 鋅礦床(點(diǎn))13 個(gè), 零星分布于北部; 錫礦床(點(diǎn))4 個(gè), 分布于金秀縣城附近; 錳礦床(點(diǎn))11個(gè), 主要分布于西北部; 重晶石礦床(點(diǎn))14 個(gè), 主要分布于東南部的新坪和平南縣; 鉛鋅礦床(點(diǎn))50個(gè), 主要分布于西南部; 銅鉛鋅礦床(點(diǎn))7 個(gè), 主要分布于夏塘(見(jiàn)圖2)。

圖2 大瑤山西北地區(qū)遙感與構(gòu)造礦產(chǎn)圖Fig. 2 Remote sensing and tectonic mineral map of northwest Dayao Mountain

研究區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁, 具有多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。其中加里東期與燕山期以中酸性、酸性巖最為廣泛分布, 伴隨巖漿、構(gòu)造活動(dòng), 形成大量鎢、鉬、銅、金、銀、鉛鋅等多金屬礦床(黃惠民等, 2003), 這為礦床分析研究和成礦預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)。

2 分形計(jì)算

本次選擇大瑤山西北地區(qū)遙感圖為底圖, 研究區(qū) 范 圍: 東 經(jīng) 109°37′—110°25′, 北 緯 23°29′—24°32′; 面積約 3000 km2, 統(tǒng)計(jì)斷裂熱液型礦床(點(diǎn))174 個(gè)。以1:5 萬(wàn)的柳州、來(lái)賓、荔浦以及桂平等區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖為基礎(chǔ)資料, 進(jìn)行整合疊加得到大瑤山西北地區(qū)遙感與構(gòu)造礦產(chǎn)圖(圖2), 同時(shí)結(jié)合遙感構(gòu)造特征進(jìn)行構(gòu)造解譯, 制作遙感斷裂構(gòu)造圖(圖3)作為分形研究的基礎(chǔ)。

圖3 大瑤山西北地區(qū)斷裂解譯與礦產(chǎn)圖Fig. 3 Fault interpretation and mineral map of northwest Dayao Mountain

本文選擇盒維數(shù)法, 用邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=5 km 的正方形網(wǎng)格覆蓋在解譯的斷裂構(gòu)造圖上, 通過(guò)改變正方形邊長(zhǎng)L的大小, 分別取r=L,L/2,L/4,L/8,L/16 的方形網(wǎng)格, 分析統(tǒng)計(jì)計(jì)算斷裂構(gòu)造分維值D和相關(guān)系數(shù)R2, 同時(shí)計(jì)算北西向、北東向、東西向以及南北向斷裂構(gòu)造分維值D及相關(guān)系數(shù)R2(見(jiàn)表1)。在高斯坐標(biāo)系中作“l(fā)gr～lgN(r)”雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖(N(r)為斷裂構(gòu)造穿過(guò)方格數(shù)), 應(yīng)用Excel 數(shù)值分析回歸方程 求 解“l(fā)gr～lgN(r)”的 線(xiàn) 性 關(guān) 系, 得 到“l(fā)gr～lgN(r)”雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖(見(jiàn)圖4), 根據(jù)各個(gè)區(qū)塊的分維值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)及區(qū)塊中心坐標(biāo)運(yùn)用Surfer 軟件繪制分維等值線(xiàn)圖(見(jiàn)圖5)。

表1 研究區(qū)及各個(gè)方向斷裂構(gòu)造分維值D 及相關(guān)系數(shù)R2 表Table 1 Fractal dimension value D and correlation coefficient R2 of fault structures in the study area and in all directions

圖4 大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造分維散點(diǎn)圖Fig. 4 Fractal -dimensional scatter map of fault structure in northwest Dayao Mountain

3 區(qū)域斷裂構(gòu)造分形與礦產(chǎn)分布特征

3.1 斷裂構(gòu)造分形特征

大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造經(jīng)分形分維統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到其相關(guān)系數(shù)R2=0.989 4, 分維值D=1.689 7;分維值D范圍為1.325 6～1.875 6, 各個(gè)區(qū)塊的相關(guān)系數(shù)R2均在0.95 以上。這表明研究區(qū)斷裂構(gòu)造有很好的自相似性(查道函等, 2015), 可以將斷裂構(gòu)造作為分形體研究, 其分維值可作為研究斷裂構(gòu)造空間規(guī)模和復(fù)雜程度的定量指標(biāo)。

將研究區(qū)南北向、北東向、北西向以及東西向斷裂構(gòu)造分別進(jìn)行分維計(jì)算, 計(jì)算得到的分維值D分別為1.294 7, 1.459 3, 1.200 3, 1.025 0; 其相關(guān)系數(shù)R2都在0.98 以上, 說(shuō)明南北向、北東向、北西向以及東西向斷裂構(gòu)造也具有很好的分形自相似性。但分維值D多小于1.325 6, 因此, 單個(gè)方向的斷裂構(gòu)造難以成礦(丁式江, 2004; 孫濤等, 2017), 可能需兩個(gè)或兩個(gè)以上的斷裂構(gòu)造組合才能成礦。其中北東向斷裂構(gòu)造分維值最大, 為大瑤山西北地區(qū)主要的斷裂構(gòu)造, 復(fù)雜性大于其他方向的斷裂構(gòu)造,對(duì)大瑤山西北地區(qū)成礦作用貢獻(xiàn)最大; 其次為南北向斷裂構(gòu)造, 復(fù)雜程度僅次于北東向斷裂構(gòu)造, 為較為重要的成礦構(gòu)造。

將研究區(qū)的分維值D與其他區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)表2), 研究區(qū)的分維值D要高于整個(gè)廣西地區(qū)斷裂構(gòu)造(1:20 萬(wàn))分維值Dg, 這是由于研究區(qū)位于華南欽杭成礦帶上, 受到加里東期、印支期以及燕山期多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng), 斷裂構(gòu)造復(fù)雜; 但研究區(qū)低于整個(gè)大瑤山地區(qū)線(xiàn)性構(gòu)造(1:5 萬(wàn))分維值Dd, 這是因?yàn)檠芯繀^(qū)位于整個(gè)大瑤山邊緣的西北地區(qū), 受到的構(gòu)造作用影響小于大瑤山中部區(qū)域, 斷裂構(gòu)造較簡(jiǎn)單, 分維值D較小。根據(jù)研究區(qū)分維值范圍1.325 6～1.875 6 以及各個(gè)區(qū)塊(r=5 km)分維值的均值為D均=1.671 6, 將研究區(qū)初步分為3 個(gè)區(qū)域: ①構(gòu)造復(fù)雜區(qū), 分維值D:1.900 0＞D≥1.750 0; ②構(gòu)造中等區(qū), 分維值D:1.750 0＞D≥1.500 0; ③構(gòu)造簡(jiǎn)單區(qū), 分維值D:1.500 0＞D＞1.300 0。

表2 研究區(qū)與其他區(qū)域線(xiàn)性構(gòu)造分維值進(jìn)行比較Table 2 A comparison of the linear fractal dimension between the study area and other areas

3.2 礦產(chǎn)分布特征

運(yùn)用Surfer 軟件把各個(gè)區(qū)塊的中心坐標(biāo)和分維值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)繪制大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造分維等值線(xiàn)圖, 同時(shí)與礦產(chǎn)分布圖疊加(見(jiàn)圖5), 可以發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造分維等值線(xiàn)總體呈現(xiàn)北東向和南北向, 說(shuō)明南北向和北東向斷裂構(gòu)造在整個(gè)研究區(qū)占據(jù)重要地位; 礦產(chǎn)主要分布于象州縣—樟村—舊縣、那馬—羅秀—妙皇以及大石村的金礦, 除大石村金礦的分維值D在1.800 0±, 其余礦產(chǎn)的分維值D均位于1.500 0～1.750 0, 說(shuō)明分維值D并非越大, 成礦的幾率就越大。由此可見(jiàn), 斷裂構(gòu)造分維值D與成礦關(guān)系并非是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性正相關(guān)。

斷裂構(gòu)造分維值D可以定量評(píng)價(jià)熱液礦產(chǎn)成礦概率, 然而分維值D存在臨界線(xiàn)(謝焱石和譚凱旋,2002)。當(dāng)斷裂構(gòu)造分維值D小時(shí), 斷裂的變形及滲透性小, 斷裂呈孤立狀, 裂隙的連通性差, 不利于熱液礦產(chǎn)的形成; 當(dāng)斷裂構(gòu)造分維值D在分維臨界線(xiàn)內(nèi)時(shí), 斷裂的變形和滲透性增大, 斷裂的連通性不斷地變好, 成礦熱液容易形成局部匯積效應(yīng), 成礦的可能性不斷增大; 當(dāng)分維值D將要達(dá)到或剛好達(dá)到臨界線(xiàn)時(shí), 斷裂的變形和滲透性將最有利于成礦熱液的匯積形成礦床乃至大礦床; 當(dāng)分維值D超過(guò)分維臨界線(xiàn)不斷增大時(shí), 斷裂的變形和滲透性不斷地增大, 斷裂的連通性不斷變得更好, 斷裂構(gòu)造的復(fù)雜程度加大, 使斷裂構(gòu)造復(fù)雜性呈現(xiàn)均一化,此時(shí)的成礦熱液將不在局部匯積, 而是呈現(xiàn)均一化流向四周, 不利于熱液礦床的形成(丁式江, 2004;孫濤等, 2017)。這特征與研究區(qū)熱液礦床空間分布特征吻合, 說(shuō)明大瑤山西北地區(qū)礦床的形成存在斷裂構(gòu)造分維臨界線(xiàn)。根據(jù)礦產(chǎn)主要分布于斷裂構(gòu)造分維值D為1.500 0～1.750 0, 由此可以初步確定熱液礦床形成的分維值區(qū)間是1.500 0～1.750 0(孫濤等, 2017)。

分維值D小于1.500 0 的區(qū)域分布于研究區(qū)西側(cè)近南北向的新運(yùn)—下田—南沙和北部的長(zhǎng)塘、大莫屯地區(qū)(圖5 中表現(xiàn)為綠色區(qū)域)。地層主要為泥盆系的郁江組、東崗嶺組和榴江祖, 石炭系的大塘組, 少量分布于第四系的地層中。區(qū)域內(nèi)的斷裂構(gòu)造主要為延伸較短的南北向、北東向和北西向斷裂構(gòu)造。其組合方式為南北向與近東西向斷裂構(gòu)造相互錯(cuò)斷(新運(yùn)—下田—南沙地區(qū)), 北東向與北西向斷裂構(gòu)造相互錯(cuò)斷(長(zhǎng)塘地區(qū)), 少量近南北向斷裂構(gòu)造獨(dú)立存在(大莫屯)。整體上, 斷裂構(gòu)造組合形式簡(jiǎn)單, 分布擴(kuò)散不集中。區(qū)域內(nèi)礦化現(xiàn)象只有新運(yùn)—下田—南沙地區(qū)的銅礦化和長(zhǎng)塘的鋅、釩礦化(見(jiàn)圖6)。

分維值D為1.500 0～1.750 0 的區(qū)域貫穿整個(gè)研究區(qū)的南北向, 分布面積最大(在圖5 中以橘紅色表示)。地層幾乎包括了研究區(qū)的全部類(lèi)型, 有寒武系地層, 泥盆系的蓮花山組、那高嶺組、東崗嶺組、郁江組和榴江組地層, 石炭系的大塘組和大埔組地層, 以及第四系地層。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜多樣,南北向、北東向、北西向以及東西向斷裂構(gòu)造都有發(fā)育, 以南北向斷裂構(gòu)造延伸最長(zhǎng), 其余斷裂構(gòu)造延伸較短。其組合形式復(fù)雜多樣, 有南北向與北東向、北西向斷裂構(gòu)造相互穿插組合, 主要分布于那馬—羅秀—奔騰和妙皇—舊縣地區(qū); 南北向與東西向、北東向以及北西向斷裂構(gòu)造相互穿插組合, 主要分布于六巷和舊縣與平南縣; 北東向與北西向、東西向斷裂構(gòu)造相互穿插組合, 主要分布于四排和長(zhǎng)洞地區(qū)。區(qū)域內(nèi)礦化現(xiàn)象豐富, 存在銅、鉛、鋅、釩、銅鉛、銅鉛鋅以及鉛鋅等多種礦化現(xiàn)象, 礦化現(xiàn)象具有集中分布于西南部且呈北東向和南北向排列在四排—那馬—羅秀和妙皇—夏塘—舊縣地區(qū)的特點(diǎn)(見(jiàn)圖6)。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)豐富, 有金、銅、鉛、錫、錳、鉛鋅、銅鉛鋅等金屬礦產(chǎn)以及重晶石, 主要分布于西南部妙皇—樟村—夏塘以及舊縣的銅、金、鉛鋅、鉛、錳以及銅鉛鋅礦, 分維值D為1.500 0～1.740 0; 北東部四排、那馬和羅秀的銅礦, 分維值D為1.600 0～1.720 0; 東部大石村的金礦, 分維值D為1.700 0～1.740 0; 東南部新圩和平南縣的重晶石,分維值D為1.640 0～1.740 0。

分維值D大于1.750 0 的區(qū)域分布于研究區(qū)東部的龍圍、三旺、金秀、新村、石崖和東南部的奔騰、同發(fā)、三江圩和新圩(在圖5 中以黃色表示)。地層主要為寒武系地層, 有少量泥盆系的郁江組地層和第四系地層。斷裂構(gòu)造延伸短, 分布密集且廣泛, 組合方式較復(fù)雜, 主要是北東向與北西向斷裂構(gòu)造相互穿插, 分布于奔騰、同發(fā)和大石村; 南北向、北東向和北西向斷裂構(gòu)造相互穿插, 主要分布于龍圍、三旺、金秀、新村和石崖。礦化現(xiàn)象分布稀散不集中, 有銅、鉛、銅鉛、金、鎢錫及重晶石礦化(見(jiàn)圖6)。礦產(chǎn)主要為大石村的金礦, 分維值D為1.760 0～1.800 0。

圖5 大瑤山西北地區(qū)分維等值線(xiàn)和礦產(chǎn)分布圖Fig. 5 Fractal contour and mineral distribution map of northwest Dayao Mountain

圖6 大瑤山西北地區(qū)礦產(chǎn)和礦化分布圖Fig. 6 Distribution of mineral resources and mineralization in northwest Dayao Mountain

4 區(qū)域構(gòu)造特征

4.1 斷裂構(gòu)造組合特征

通過(guò)對(duì)大瑤山西北地區(qū)遙感圖進(jìn)行斷裂構(gòu)造解譯, 發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的斷裂構(gòu)造復(fù)雜且在南北向、北東向、北西向和東西向均有分布(圖3), 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)有439 條南北向斷裂構(gòu)造, 主要分布于西南部、北西部及東部地區(qū); 595 條北東向斷裂構(gòu)造, 主要分布于東南部及東部地區(qū); 408 條北西向斷裂構(gòu)造, 主要分布于東南向及北西向; 315 條東西向斷裂構(gòu)造, 主要分布于東部地區(qū)。各個(gè)方向斷裂構(gòu)造相互穿插交錯(cuò),呈現(xiàn)復(fù)雜密集的斷裂構(gòu)造現(xiàn)象。同時(shí)南北向斷裂構(gòu)造在錯(cuò)斷北東向斷裂構(gòu)造也被北東向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷;南北向斷裂構(gòu)造在向北延伸的過(guò)程中存在向北東向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象, 這與該區(qū)斷裂構(gòu)造的形成存在多期次的認(rèn)識(shí)一致(張雪亮等, 2013), 反映不同期次地質(zhì)事件的斷層相互錯(cuò)斷的關(guān)系及其普遍。

南北向斷裂構(gòu)造與其他方向斷裂構(gòu)造發(fā)生穿插交錯(cuò)的主要地質(zhì)事件有: 加里東期泥盆系蓋層中發(fā)育的近東西向、北東向以及北西向斷裂構(gòu)造與同時(shí)期形成的南北向斷裂構(gòu)造相互穿插錯(cuò)斷, 主要分布于六巷—新村地區(qū); 印支期受到東—西向擠壓在那馬—羅秀—奔騰地區(qū)產(chǎn)生的南北向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷加里東期形成的北西向、北東向、東西向以及南北向斷裂構(gòu)造, 主要分布于西南部的那馬—羅秀—奔騰和象州縣—樟村—夏塘。

北東向斷裂構(gòu)造與其他方向斷裂構(gòu)造發(fā)生穿插錯(cuò)斷的地質(zhì)事件有: 加里東期在寒武系地層中形成的北東向斷裂構(gòu)造被燕山期形成的北西向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷, 主要分布于六巷—新村地區(qū), 加里東

期在泥盆系中形成的北東向斷裂構(gòu)造與同時(shí)期的北西向、南北向和近東西向斷裂構(gòu)造相互交叉錯(cuò)斷, 在印支期被南北向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷, 分布于那馬—羅秀—奔騰, 在燕山期被北西向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷,主要分布于鹿寨縣和金秀地區(qū), 以及燕山期形成的北東向斷裂構(gòu)造與同時(shí)期形成的北西斷裂構(gòu)造發(fā)生相互錯(cuò)斷, 主要分布于奔騰和大石村。

北西向斷裂構(gòu)造與其他方向斷裂構(gòu)造穿插錯(cuò)斷發(fā)生的地質(zhì)事件有: 加里東期形成的北西向斷裂構(gòu)造與同時(shí)期形成的南北向、北東向、東西向斷裂構(gòu)造相互穿插錯(cuò)斷, 主要分布于那馬—羅秀—奔騰;在印支期被南北向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷分布于那馬—羅秀—奔騰, 在燕山期被北東向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷, 主要分布于長(zhǎng)洞地區(qū); 以及燕山期形成的北東向和北西向的斷裂構(gòu)造相互穿插錯(cuò)斷, 主要分布于奔騰—夏塘地區(qū)。

東西向斷裂構(gòu)造與其他方向斷裂構(gòu)造發(fā)生穿插錯(cuò)斷的主要地質(zhì)事件有: 加里東期的東西向斷裂構(gòu)造與同時(shí)期的南北向、北東向、北西向斷裂構(gòu)造相互穿插錯(cuò)斷, 主要分布于妙皇、大石村、奔騰和六巷地區(qū); 在印支期被南北向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷, 分布于那馬—羅秀—奔騰; 在燕山期被北東向和北西向斷裂構(gòu)造錯(cuò)斷, 主要分布于新村、夏塘和大石村地區(qū)。

4.2 礦體特征與容礦斷裂

大瑤山北西地區(qū)典型金礦、銅礦、以及鉛鋅礦床容礦斷層與礦體分析(表3), 結(jié)合本次遙感解譯的斷裂構(gòu)造分析、礦產(chǎn)的分布以及礦化現(xiàn)象的分布,可總結(jié)出以下5 點(diǎn):

表3 礦產(chǎn)特征與容礦斷裂構(gòu)造的關(guān)系Table 3 Relationship between deposit characteristics and ore-hosting fault structure

①礦產(chǎn)分布與礦化異常分布基本一致, 呈南北向和北東向分布于研究區(qū)內(nèi);

②礦產(chǎn)分布整體呈現(xiàn)為西南部的鉛鋅礦和金礦, 中部和北東部的銅礦, 東部的金礦, 東南部的重晶石。具體表現(xiàn)為西南部的鉛鋅礦呈南北向分布于妙皇—樟村—舊縣, 中部及北東部的銅礦呈北東向分布于妙皇—桐木—那馬—六定—金秀夏塘—雅當(dāng), 東南部的重晶石呈面狀集中分布于平南縣, 東部的金礦呈面狀集中分布于新坪村和大石村, 西南部的金礦分布于樟村—舊縣;

③礦體產(chǎn)狀與容礦斷裂的產(chǎn)狀一致, 說(shuō)明礦體嚴(yán)格的受到容礦斷裂構(gòu)造的控礦;

④新坪金礦的容礦斷裂構(gòu)造為東西向斷裂構(gòu)造, 樟村—舊縣金礦的容礦構(gòu)造為南北向斷裂, 銅礦的容礦構(gòu)造主要為南北向和北東向斷裂構(gòu)造, 鉛鋅礦的容礦構(gòu)造為南北向斷裂構(gòu)造(除古立和朋村為北東向), 說(shuō)明南北向和北東向斷裂構(gòu)造為最主要的容礦構(gòu)造;

⑤鉛鋅礦所在地區(qū)斷裂構(gòu)造分維值D為1.600 0～1.740 0, 銅礦所在地區(qū)斷裂構(gòu)造分維值D為1.500 0～1.750 0, 新坪金礦斷裂構(gòu)造的分維值D為 1.700 0～1.800 0(分布集中區(qū)的分維值D為1.740 0～1.800 0), 樟村—舊縣金礦斷裂構(gòu)造分維值D 為1.640 0～1.700 0。

5 成礦預(yù)測(cè)

5.1 預(yù)測(cè)原則

1)分維值

大瑤山西北地區(qū)斷裂構(gòu)造分維等值線(xiàn)圖與區(qū)域礦產(chǎn)分布圖(見(jiàn)圖5)可以得到: 礦產(chǎn)集中分布于分維值D為1.500 0～1.750 0(除新坪金礦產(chǎn)分維值D大于1.750 0 外)。鉛鋅礦分維值D為1.600 0～1.740 0; 銅礦分維值D為1.500 0～1.750 0; 金礦分維值D為1.640 0～1.800 0, 金礦集中區(qū)大石村分維值D為1.740 0～1.800 0, 樟村—舊縣金礦分維值D為1.640 0～1.700 0; 重晶石分維值D為1.600 0～1.740 0, 集中區(qū)(管村縣與平南縣間)分維值D為1.640 0～1.740 0。因此, 擬定對(duì)礦產(chǎn)成礦預(yù)測(cè)區(qū)分維值D應(yīng)為1.500 0～1.800 0, 鉛鋅礦產(chǎn)成礦預(yù)測(cè)區(qū)分維值D為1.600 0～1.740 0, 銅礦產(chǎn)成礦預(yù)測(cè)區(qū)分維值D為1.500 0～1.700 0, 金礦產(chǎn)成礦預(yù)測(cè)區(qū)分維值D為1.640 0～1.800 0, 重晶石成礦預(yù)測(cè)區(qū)分維值D為1.600 0～1.740 0。

2)斷裂組合

本文對(duì)大瑤山西北地區(qū)及各方向的斷裂構(gòu)造進(jìn)行分形分維統(tǒng)計(jì)計(jì)算, 計(jì)算得出研究區(qū)的分維值D=1.689 7, 南北向的分維值D=1.294 7, 北東向的分維值D=1.459 3, 東西向的分維值D=1.025 0, 北西向的分維值D=1.200 3。得出南北向和北東向的斷裂構(gòu)造最為復(fù)雜, 對(duì)研究區(qū)成礦作用貢獻(xiàn)最大,但單方向的斷裂構(gòu)造不足以滿(mǎn)足成礦條件, 需要南北向和(或)北東向斷裂構(gòu)造與其他一個(gè)(兩個(gè))方向的斷裂構(gòu)造交接組合才能滿(mǎn)足成礦條件。

將大瑤山西北地區(qū)礦產(chǎn)資料與斷裂組合關(guān)系進(jìn)行整合(表3), 發(fā)現(xiàn)礦體產(chǎn)狀嚴(yán)格受到南北向和北東向容礦斷裂的控制, 在礦區(qū)礦體處斷裂構(gòu)造都是南北向或(和)北東斷裂與北西向和(或)東西向斷裂組合共同形成礦體。

綜合斷裂構(gòu)造分維值D和礦體與斷裂構(gòu)造關(guān)系分析, 得出南北向和(或)北東向與北西向和(或)東西向斷裂構(gòu)造組合對(duì)成礦作用非常重要。因此, 成礦預(yù)測(cè)應(yīng)在南北向和(或)北東向與北西向和(或)東西向斷裂組合處。

3)礦化異常曲線(xiàn)

通過(guò)對(duì)礦產(chǎn)分布與礦化異常曲線(xiàn)疊加(見(jiàn)圖6),可以得到礦產(chǎn)和礦化異常曲線(xiàn)的分布高度一致, 主要分布于研究區(qū)西南部的南北向和中部與北部的北東向, 且礦產(chǎn)絕大多數(shù)在礦化異常區(qū)域內(nèi)。因此,成礦預(yù)測(cè)區(qū)應(yīng)主要考慮礦化異常區(qū)域。

4)Fly 分析

Fry 分析是為分析巖石中的應(yīng)變而開(kāi)發(fā)的(Fry,1979)。隨著后續(xù)的發(fā)展, 逐漸應(yīng)用于礦物分布分析(Austin and Blenkinsop, 2009)、礦床分布規(guī)律和找礦預(yù)測(cè)(Fry, 1979; Carranza, 2009)以及地貌特征分析(Wormald et al., 2003)并取得了很好的效果。前人通過(guò)對(duì)已知礦點(diǎn), 運(yùn)用Fry 分析, 可以得到已知礦床(點(diǎn))的分布規(guī)律和未知礦床(點(diǎn))可能存在的地方(Ghaleb and Fry, 1995; Austin and Blenkinsop,2009)。本文運(yùn)用Fry 分析, 探索已知礦床(點(diǎn))的分布規(guī)律以及對(duì)未知礦床(點(diǎn))進(jìn)行預(yù)測(cè)。

研究區(qū)礦產(chǎn)豐富, 其中以鉛鋅礦、銅礦和金礦分布最多。分別選取了50 個(gè)鉛鋅礦、41 個(gè)銅礦以及34 個(gè)金礦進(jìn)行Fry 投點(diǎn)分析得到圖7。從圖7 中可以清楚的發(fā)現(xiàn)金礦分布規(guī)律為南北向或近南北向且分布集中; 鉛鋅礦為南北向集中分布, 其中在西南邊角處(古立—朋村)有一小部分呈北東向分布;銅礦為北東向較集中分布。因此, 尋找未知金礦時(shí)應(yīng)在已知金礦床的南北向找尋; 銅礦應(yīng)在已知銅礦床的北東向找尋; 鉛鋅礦應(yīng)在已知鉛鋅礦床的南北向和北東向(可能性較小)尋找。

圖7 Fry 礦點(diǎn)分析圖Fig. 7 Fry spot analysis diagram

5.2 預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)斷裂構(gòu)造分形分維計(jì)算、斷裂復(fù)雜程度分布(見(jiàn)圖8)、礦產(chǎn)分布、礦化異常分布、礦體產(chǎn)狀與斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀關(guān)系及主要礦產(chǎn)分布規(guī)律Fry 分析,圈定以下6 個(gè)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)(見(jiàn)圖9):

圖8 大瑤山西北地區(qū)分維斷裂礦產(chǎn)分布Fig. 8 Fractal distribution of mineral resources of the fractures in northwest Dayao Mountain

圖9 大瑤山西北地區(qū)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)圖Fig. 9 Predicted ore-forming target areas in northwestDayao Mountain

I 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于鹿寨縣正西約2.5 km 處,面積大概3 km2; 地層為泥盆系的郁江組和石炭系的巖關(guān)組、大塘組; 構(gòu)造為北東向斷裂被北西向斷裂錯(cuò)斷; 區(qū)內(nèi)有Pb 礦化異常, 在東南向約5 km 有鉛礦, 分維值D=1.660 0～1.700 0, 以鉛礦床為主。

II 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于長(zhǎng)洞北東向約0.5 km 處,面積大概7.5 km2; 地層為泥盆系的榴江組、東崗嶺組和石炭系的巖關(guān)組; 構(gòu)造為北東向大斷裂被北西向斷裂錯(cuò)斷; 區(qū)內(nèi)有Cu、Zn、Pb 礦化異常, 在北西向0.5 km、南向約1 km 有鉛礦和西南向約1.5 km有銅礦, 分維值D=1.580 0～1.640 0, 以鉛礦床為主。

III 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于那馬正南約1.5 km 處,面積大概6 km2; 地層為泥盆系的郁江組和第四系;構(gòu)造為南北向斷裂與北西向、北東向斷裂相互穿插,南北向大斷裂間有東西向小斷裂; 區(qū)內(nèi)有Cu 礦化異常, 西南向有Zn 礦化異常, 北西有Zn、Pb 礦化異常, 在正北方約0.5 km 有銅礦, 在南向有銅礦和鉛礦, 分維值D=1.600 0～1.640 0, 以銅礦床為主。

IV 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于金秀北西向約2 km 處,面積大概5 km2; 地層為泥盆系的郁江組、東崗嶺組;構(gòu)造為南北向和北東向斷裂被北西向斷裂錯(cuò)斷; 區(qū)內(nèi)有Cu、Pb 礦化異常, 在北東向約1 km 有銅礦, 西南向約1 km 有銅鉛鋅礦、錫礦、金礦以及鉛礦,分維值D=1.660 0～1.700 0, 以銅礦床或鉛礦床為主。

V 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于羅秀正東約0.3 km 處,面積大概1 km2; 地層為泥盆系的郁江組和東崗嶺組; 構(gòu)造為南北向斷裂被北西、北東向斷裂錯(cuò)斷;區(qū)內(nèi)有Cu 礦化異常, 西南向約0.5 km 有Cu、Zn、Pb 礦化異常, 在北向約 0.3 km 有銅礦, 南向約0.5 km 有錳礦, 分維值D=1.620 0～1.680 0, 以銅礦產(chǎn)為主。

VI 號(hào)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)位于妙皇北東約0.2 km 處,面積大概5.5 km2; 地層為泥盆系的郁江組和蓮花山組; 構(gòu)造為南北向斷裂被北西、北東向斷裂錯(cuò)斷;區(qū)內(nèi)有Pb 礦化異常, 西南向約2 km 有Cu、Zn、Pb礦化異常, 在西南向約 2 km 有鉛鋅礦, 西向約1.5 km 有銅礦, 分維值D=1.580 0～1.700 0, 以銅礦床或鉛鋅礦床為主。

根據(jù)圈定6 個(gè)成礦靶區(qū)的斷裂構(gòu)造組合特征(銅礦為: 北東向斷裂構(gòu)造被南北向或北西向斷裂穿插組合, 且北東向斷裂構(gòu)造為主要的容礦構(gòu)造;鉛鋅礦為: 南北向斷裂被北西或北東向斷裂穿插,且南北向斷裂構(gòu)造為主要的容礦構(gòu)造; 因此, 銅礦以平行北東向斷裂構(gòu)造越多越有可能成礦, 鉛鋅礦以平行南北向斷裂構(gòu)造越多越有可能成礦)、礦化異常特征(礦化現(xiàn)象越密集越有可能成礦)、礦床分布的密集特征(礦床分布越密集越有可能成礦)以及礦床分布分維值特征推測(cè)6個(gè)成礦靶區(qū)成礦可能性關(guān)系為: III＞V＞II＞VI＞IV＞I。

6 結(jié)論

(1)在大瑤山西北約3000 km2范圍內(nèi), 我們應(yīng)用盒維數(shù)法, 在5～0.312 5 km 的標(biāo)度范圍內(nèi), 計(jì)算得大瑤山西北地區(qū)分維值D=1.689 7, 相關(guān)系數(shù)R2=0.989 4, 說(shuō)明研究區(qū)斷裂構(gòu)造具有良好的分形結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)自相似性;

(2)將斷裂構(gòu)造分維等值線(xiàn)圖與研究區(qū)礦產(chǎn)分布圖疊加分析, 表明熱液成礦存在分維臨界線(xiàn), 分析獲得礦產(chǎn)整體成礦預(yù)測(cè)分維臨界線(xiàn)為1.500 0～1.800 0, 鉛鋅礦成礦預(yù)測(cè)分維臨界線(xiàn)為1.600 0～1.740 0, 銅礦成礦預(yù)測(cè)分維臨界線(xiàn)為 1.500 0～1.700 0, 金礦成礦預(yù)測(cè)分維臨界線(xiàn)為 1.640 0～1.800 0, 重晶石成礦預(yù)測(cè)分維臨界線(xiàn)為1.600 0～1.740 0;

(3)通過(guò)對(duì)大瑤山西北地區(qū)南北向、北東向、北西向和東西向斷裂構(gòu)造進(jìn)行分維計(jì)算分析, 同時(shí)結(jié)合斷裂構(gòu)造與礦體產(chǎn)狀的關(guān)系分析, 可以得出北東向和南北向斷裂構(gòu)造為主要的容礦、控礦斷裂構(gòu)造,對(duì)熱液成礦作用貢獻(xiàn)值最大;

(4)以斷裂構(gòu)造分形為基礎(chǔ), 結(jié)合地質(zhì)背景和Fry 分析, 我們預(yù)測(cè)出6 個(gè)成礦預(yù)測(cè)靶區(qū), 推測(cè)成礦可能性關(guān)系為: III＞V＞II＞VI＞IV＞I。

致謝: 感謝桂林理工大學(xué)李社宏副教授在成文過(guò)程中的指導(dǎo), 感謝各位專(zhuān)家對(duì)論文中的不足之處提出寶貴的意見(jiàn)和修改, 感謝《地球?qū)W報(bào)》編輯部對(duì)論文提出的意見(jiàn)。

Acknowledgements:

This study was supported by Guangxi Natural Science Foundation Program (No. 2018GXNSFAA281260).