山東省歸來莊金礦床異常分布及其時空演化

山東省歸來莊金礦床異常分布及其時空演化

歸莊金礦床是蘆溪地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)的大型新金礦床，其成礦過程基本清晰。能否擴(kuò)大礦床規(guī)模,如何進(jìn)一步指導(dǎo)礦區(qū)周邊今后的找礦工作是擺在研究者面前的難題。通過在時空域內(nèi)對歸來莊金礦床的金異常進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究,以及總結(jié)該區(qū)金異常分布及其時空演化規(guī)律,分析金的賦存部位,試圖科學(xué)地指導(dǎo)該區(qū)今后的找礦工作,為擴(kuò)大礦床規(guī)模提供理論與方法依據(jù)。研究區(qū)為山東省平邑縣歸來莊金礦區(qū)及其周邊地區(qū),面積約1000km2。1準(zhǔn)平穩(wěn)假設(shè)在時空域內(nèi),區(qū)域化變量Au在研究鄰域內(nèi)滿足平穩(wěn)或準(zhǔn)平穩(wěn)假設(shè),其數(shù)學(xué)期望值未知,即E[Z(x)]=m未知,故可用普通克立格法進(jìn)行研究。研究中用到的Au的數(shù)據(jù)來自預(yù)測區(qū)內(nèi)Au的265個已知取樣點(diǎn)。1.1數(shù)據(jù)分布特征由于所有資料都是經(jīng)過處理的,不是區(qū)域化變量的原始值(不帶任何單位),所以這些資料只有指證意義。對Au的數(shù)據(jù)作直方圖并對其擬合(圖1),可以看出Au呈單峰分布,變化范圍在-1.88～52.29,變化幅度大,數(shù)據(jù)主要集中在小值區(qū);大值區(qū)的數(shù)據(jù)雖然很少,但對數(shù)據(jù)的整體分布影響顯著;數(shù)據(jù)分布明顯右偏,需對特異值進(jìn)行處理。經(jīng)逐步估計(jì)鄰域法處理原始數(shù)據(jù)后Au數(shù)據(jù)的分布輕微正偏,但基本可以認(rèn)為服從正態(tài)分布。1.2最佳結(jié)構(gòu)擬合過程區(qū)域化變量的時空分布特征分析主要是通過計(jì)算區(qū)域化變量在不同方向的變異函數(shù),并對反映其時空結(jié)構(gòu)的變異函數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行擬合來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)估計(jì)鄰域法處理特異值后Au的數(shù)據(jù)分布仍輕微正偏。兩兩相關(guān)半變異函數(shù)(pairwiserelativesemivariogram)對稀少的、有外來值(特異值)且服從正偏分布的數(shù)據(jù)很有用。將兩兩相關(guān)半變異函數(shù)作為時空結(jié)構(gòu)度量方法,對5個不同方向(0°,22.5°,45°,90°,135°)Au的數(shù)據(jù)分布進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果表明Au在不同的方向基本顯示各向同性,可以當(dāng)作各向同性處理。對Au進(jìn)行套合結(jié)構(gòu)分析的過程其實(shí)就是一個結(jié)合金礦成礦過程對Au的時空變異實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行擬合的過程。由于歸來莊金礦床的成因主要與次火山雜巖有關(guān),次火山雜巖體對金的成礦起主導(dǎo)作用,所以在研究中只考慮次火山巖這一主要成礦地質(zhì)作用,且只用一個套合結(jié)構(gòu)對歸來莊金礦床Au的時空結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合(圖2)。從圖2可以看出,現(xiàn)時相Au的變異函數(shù)實(shí)驗(yàn)曲線可以用一個塊金效應(yīng)為5個單位、基臺值為200個單位、變程為12000m的球狀模型的曲線擬合。塊金效應(yīng)的大小取決于Au的區(qū)域背景值;基臺值遠(yuǎn)大于塊金效應(yīng)說明該區(qū)的Au數(shù)據(jù)在某些地方明顯高于背景值,指示有Au異常存在,說明該區(qū)有找礦前景;變程主要與該區(qū)銅石次火山雜巖體有關(guān)。該雜巖體出露面積超過30km2,最大長度大于12000m。歸來莊金礦床現(xiàn)時相Au的時空變異模型可簡化為:γ(h)=C0+C(1.5h/a?0.5h3/a3)=5+97.5(h/4000?h3/120003)0＜h≤aγ(h)=C0+C(1.5h/a-0.5h3/a3)=5+97.5(h/4000-h3/120003)0＜h≤a該時空結(jié)構(gòu)參數(shù)與該區(qū)地質(zhì)情況相對應(yīng),可以用來進(jìn)行普通克立格法估計(jì)。1.3時空變異結(jié)構(gòu)模型驗(yàn)證根據(jù)Au的時空結(jié)構(gòu)變異特征,結(jié)合歸來莊金礦床具體地質(zhì)情況,同時考慮到原始數(shù)據(jù)間距較大等因素,制定適合本區(qū)的普通克立格法估計(jì)方案。將研究區(qū)分為90×80個待估區(qū),待估區(qū)大小為400m×325m,搜索直徑為12000m,各向異性比為1。為了驗(yàn)證Au的時空變異結(jié)構(gòu)模型在該研究區(qū)內(nèi)的正確性,根據(jù)普通克立格法的設(shè)計(jì)方案,用265個原始數(shù)據(jù)值作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交叉驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明其估計(jì)精度較高,因而用該模型和方案對該區(qū)現(xiàn)時相Au進(jìn)行估計(jì),其結(jié)果是可信的。對研究區(qū)內(nèi)的7200個待估區(qū)Au的平均品位進(jìn)行普通克立格法估計(jì),估計(jì)結(jié)果見圖3。圖3顯示,該區(qū)區(qū)域化變量Au的普通克立格法估計(jì)高值區(qū)集中在歸來莊金礦區(qū),歸來莊金礦田南部與次火山雜巖體南部邊緣接觸部位及銅石鎮(zhèn)西與次火山巖雜巖體的西部邊緣接觸部位也有較高的Au品位出現(xiàn)。1.4金礦床au異常區(qū)地質(zhì)異常及定位預(yù)測獲取研究區(qū)內(nèi)Au估計(jì)量的最終目的是了解Au的時空結(jié)構(gòu),分析Au異常的分布規(guī)律,為擴(kuò)大礦床規(guī)模、進(jìn)一步指導(dǎo)今后的找礦工作服務(wù)。根據(jù)Au品位的時空結(jié)構(gòu)所確定的異常在地質(zhì)異常理論中屬于“專屬致礦地質(zhì)異?！?這類異常的分布區(qū)可以稱為“找礦可行地段”。根據(jù)地質(zhì)異常理論,山東省平邑縣歸來莊地區(qū)的Au異常(Au數(shù)值大于4個單位的區(qū)域)屬于局部地質(zhì)異常,與歸來莊金礦田相一致。該區(qū)Au異常具有地質(zhì)異常的基本特性:(1)不連續(xù)性和突變性。從現(xiàn)時相Au的普通克立格法估計(jì)的等值線圖上可以看出,Au異常的分布具有突變性,Au的數(shù)值在小于4個單位時等值線顯得平緩、稀薄,而大于4個單位后等值線突然稠密;Au數(shù)值大于4個單位的區(qū)域都是在次火山雜巖體與圍巖的接觸部位;Au異常區(qū)位于平邑凹陷中的單斷盆地內(nèi)和分布在燕甘斷裂的兩側(cè)等都說明異常區(qū)與周邊地區(qū)具有不連續(xù)性。(2)不均一性和多樣性。金礦床的內(nèi)部變化具不均勻性。從礦床勘探所獲資料計(jì)算,Au品位變化大,平均品位8.10×10-6,品位變化系數(shù)為215%。歸來莊金礦床Au的定位模式具有多樣性。(3)隨機(jī)性和不確定性。由于成礦作用的復(fù)雜性和控礦因素的多樣性,導(dǎo)致成礦事件是一種隨機(jī)的地質(zhì)異常事件,因而決定了成礦預(yù)測工作只能是某種概率意義上的風(fēng)險(xiǎn)性工作(即不確定性)。Au異常區(qū)的圈定,只能對該區(qū)今后找礦工作提供參考,它對成礦預(yù)測的確定性只能在后期的工作中得到驗(yàn)證。(4)等級性和相對性。歸來莊Au異常區(qū)屬于局部地質(zhì)異常,同時該異常區(qū)的圈定是相對的。這種相對性有2種含義:首先該異常區(qū)只是相對于周邊地區(qū)而言具有某種意義上的明顯差異,其次異常區(qū)的圈定是相對的,這里是以Au數(shù)值大于4個單位為異常區(qū)。(5)不規(guī)則性和自相似性。Au異常的形態(tài)是不規(guī)則的,但Au異常內(nèi)部Au的時空分布規(guī)律卻具有自相似性。根據(jù)地質(zhì)異常理論,趙鵬大院士提出了一種新的定量成礦預(yù)測方法——地質(zhì)異常礦體定位預(yù)測。地質(zhì)異常礦體定位預(yù)測的核心內(nèi)容是“5P”地段的圈定,這實(shí)際上是地質(zhì)異常研究對成礦預(yù)測工作中5個不同階段的科學(xué)總結(jié)。由于受資料的限制,本區(qū)地質(zhì)異常的研究還限在找礦可行階段和找礦有利階段上。本區(qū)找礦可行地段就是Au異常區(qū),即Au數(shù)值大于4個單位的區(qū)域(圖3)。2阿爾伯茨-奧爾德法的研究2.1as、sb、mo與au的關(guān)系對于固體礦產(chǎn)資源,通常只有一個時間相的資料,要動態(tài)地研究固體礦產(chǎn)的時空變遷規(guī)律,采用常規(guī)的方法很難達(dá)到預(yù)期的目的。雖然該區(qū)只有一個時相的Au資料,但尚有14種1∶20萬的區(qū)域化探資料。化探元素間通常存在某種相關(guān)性,根據(jù)其他化探元素與Au的某些關(guān)系有可能獲取早時相Au的分布。該區(qū)化探元素的相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明,As、Sb、Mo與Au表現(xiàn)強(qiáng)相關(guān),相關(guān)系數(shù)大于0.8。由該區(qū)地質(zhì)研究成果可知,無論是銅石次火山雜巖體還是金礦區(qū),As、Sb、Mo對金礦成礦都有指示意義。Au、As、Sb、Mo經(jīng)常伴生,但它們的地球化學(xué)性質(zhì)相差很大。Au的離子半徑大,電離電位高,很難與其他物質(zhì)發(fā)生地球化學(xué)反應(yīng),地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在地球化學(xué)作用過程中往往殘留原地。As、Sb、Mo則與Au不同,它們的地球化學(xué)性質(zhì)較Au活潑得多,容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),易發(fā)生遷移。Au、As、Sb、Mo在成礦較早階段(早時相)的分布情況與現(xiàn)時相相比有較大差異,但Au的變化相對于As、Sb、Mo來說較小。利用與Au緊密伴生的As、Sb、Mo的地球化學(xué)活潑性,對地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的Au作“歸一”處理,可以近似獲得早時相Au的分布。早時相Au共有258個數(shù)據(jù),相對于現(xiàn)時相Au的數(shù)據(jù)普遍偏小,說明成礦初期Au的品位較低,后期多階段演化使Au疊加變富。為了在相同技術(shù)條件下對歸來莊早時相和現(xiàn)時相Au的異常分布進(jìn)行比較,對早時相Au異常的分布進(jìn)行了普通克立格法估計(jì)。2.2結(jié)構(gòu)分析方法廣義相對半變異函數(shù)(Generalrelativesemivariogram)和兩兩相關(guān)半變異函數(shù)一樣,當(dāng)數(shù)據(jù)稀少、有外來值(特異值)且服從正偏分布時比較穩(wěn)健。早時相Au的時空結(jié)構(gòu)采用廣義相關(guān)變異函數(shù)來度量。利用廣義相對半變異函數(shù)對研究區(qū)內(nèi)Au在多個方向上的時空變異性進(jìn)行分析,結(jié)果表明,早時相Au的廣義相對半變異函數(shù)在不同方向上基本顯示各向同性。選擇具代表性的45°方向進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,區(qū)域化變量Au在早時相的時空變異曲線可以用一個塊金效應(yīng)為0.5個單位、基臺值為5.8個單位、變程為8500m的球狀模型來擬合。早時相Au的時空變異性指標(biāo)比現(xiàn)時相對應(yīng)的小,這與該區(qū)已有的地質(zhì)資料相吻合。早時相Au的塊金效應(yīng)、基臺值小,現(xiàn)時相Au的塊金效應(yīng)、基臺值大,這是由于成礦后廣泛的區(qū)域變質(zhì)、圍巖蝕變、地下水作用、成礦后斷裂等諸多因素使Au品位變富、區(qū)域背景值增高的緣故。早時相Au的變程也小于現(xiàn)時相Au的變程,這是因?yàn)榇位鹕诫s巖體、結(jié)晶基底及圍巖等富Au源體在后期的各種成礦作用驅(qū)動下,其中的Au不斷地活化遷移,有效成礦場變大,Au的來源更廣,范圍更寬,因而變程增大。歸來莊金礦床早時相Au的時空變異模型可簡化為:γ(h)=C0+C(1.5h/a?0.5h3/a3)=0.5+2.65(3h/8500?h3/85003)0＜h≤aγ(h)=C0+C(1.5h/a-0.5h3/a3)=0.5+2.65(3h/8500-h3/85003)0＜h≤a式中,C為基臺值;C0為塊金效應(yīng);a為變程;h為待估點(diǎn)與樣品點(diǎn)的距離;γ(h)是變異函數(shù)值。2.3不同時空變異結(jié)構(gòu)模型早時相au的估計(jì)效果為了驗(yàn)證早時相Au的時空變異結(jié)構(gòu)模型在該研究區(qū)內(nèi)的正確性,根據(jù)普通克立格法設(shè)計(jì)方案,用早時相的258個數(shù)據(jù)值作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明,根據(jù)早時相Au的時空變異結(jié)構(gòu)模型用普通克立格法在該區(qū)對早時相Au進(jìn)行估計(jì)的效果良好(圖4)。從圖4可以看出,原始值與估計(jì)值的平均差值為-0.03846,258個差值的方差為6.45;差值大部分集中在0附近,只有極少數(shù)差值較大。說明該時空變異結(jié)構(gòu)參數(shù)較為合理,用該組參數(shù)對該區(qū)早時相Au進(jìn)行普通克立格法估計(jì)其結(jié)果是可靠的。2.4早時相金異常特征利用普通克立格法,對研究區(qū)內(nèi)的7200個待估區(qū)進(jìn)行估計(jì),估計(jì)結(jié)果見圖5。對早時相和現(xiàn)時相Au的分布圖進(jìn)行比較可知:Au的早時相與現(xiàn)時相異常分布空間大致一致。Au在成礦初期品位較低,成礦后該金礦不但沒有遭到破壞,反而有疊加變富的趨勢;早時相金異常呈現(xiàn)NW走向,與區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線方向一致,而現(xiàn)時相Au異常分布的方向性沒有早時相明顯。從異常演化的角度考慮,今后除繼續(xù)加強(qiáng)歸來莊金礦區(qū)與銅石次火山雜巖體接觸帶的找礦工作外,還應(yīng)適當(dāng)將找礦空間拉開,向礦區(qū)的西北部、南部和東南部展開。3au與時效相au的關(guān)聯(lián)為了充分利用現(xiàn)時相Au數(shù)據(jù)對研究早時相Au所能提供的信息,更全面地研究早時相Au異常的分布情況,同時又為了驗(yàn)證早時相Au的普通克立格法估計(jì)的準(zhǔn)確性,在僅有2個時相Au數(shù)據(jù)的條件下,在時空域內(nèi)對歸來莊金礦床早時相Au異常的分布進(jìn)行協(xié)同克立格法估計(jì)。在利用協(xié)同克立格法研究該區(qū)早時相Au異常的分布時,對時空域中的協(xié)同克立格法作了技術(shù)處理,即將2個時間相看成2個變量,早時相Au作為主變量,現(xiàn)時相Au為次變量。這樣處理的依據(jù)是:(1)早時相Au與現(xiàn)時相Au數(shù)據(jù)的相關(guān)性強(qiáng),其相關(guān)系數(shù)為0.8587;(2)研究的目的僅是考察現(xiàn)時相Au異常對早時相Au的分布所起的作用。由于早時相Au的數(shù)據(jù)點(diǎn)與現(xiàn)時相Au的數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間分布完全相同,因而這種作用與協(xié)同克立格法中具相同空間結(jié)構(gòu)的普通意義上的變量間的相互作用一致。由于只考慮2個變量,只有1個次級變量k1(現(xiàn)時相Au),所以對某主變量k0(早時相Au)的普通協(xié)同克立格法估計(jì)表達(dá)式列為:Z?早(U)=∑ak0=1Nk0λ(Uak0)Zk0(Uak0)+∑ak1=1Nk1λ(Uak1)Zk1(Uak1)Ζ早*(U)=∑ak0=1Νk0λ(Uak0)Ζk0(Uak0)+∑ak1=1Νk1λ(Uak1)Ζk1(Uak1)這里λ(Uak0)是早時相Au的Nk0個樣品權(quán)值;λ(Uak1)是現(xiàn)時相Au的Nk1個樣品權(quán)值。在估計(jì)方差最小和無偏條件下,對該區(qū)早時相Au的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同克立格法估計(jì),其估計(jì)方程組為:?????????????????????????????∑k=01∑ak=1Nkλ(Uak)Ckk′(Uak,Uak′)?μk=Ck0k′(U,Uak′)∑ak0=1Nk0λ(Uak0)=1∑ak1=1Nk1λ(Uak1)=0{∑k=01∑ak=1Νkλ(Uak)Ckk′(Uak,Uak′)-μk=Ck0k′(U,Uak′)∑ak0=1Νk0λ(Uak0)=1∑ak1=1Νk1λ(Uak1)=0其中:C為協(xié)方差函數(shù);U為待估域;μk為拉格朗日乘子;k,k′=0,1;ak,ak′=1,…,Nk。3.1相au結(jié)構(gòu)參數(shù)利用廣義相對半變異函數(shù)對研究區(qū)內(nèi)Au的時空變異性進(jìn)行分析,結(jié)果表明早時相和現(xiàn)時相Au的廣義相對半變異函數(shù)在不同方向上基本顯示各向同性。2個時相Au的廣義相對半變異函數(shù)經(jīng)套合結(jié)構(gòu)擬合后,其結(jié)構(gòu)參數(shù)示于表1。經(jīng)檢驗(yàn),該時空域變異結(jié)構(gòu)參數(shù)較為合理,說明用該組參數(shù)對該區(qū)早時相Au數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同克立格法估計(jì),其結(jié)果是可靠的。3.2不同方法對早時相au異