金品位分形結(jié)構(gòu)特征及其地質(zhì)意義
——以膠東乳山藍(lán)家莊金礦床為例

霍光

(山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

0 引言

礦床作為地球系統(tǒng)的一部分[1]，經(jīng)歷了長期、復(fù)雜的地質(zhì)作用，在礦(化)體的形態(tài)和礦化強(qiáng)度等方面通常表現(xiàn)出混亂無序的變化，不同部位形態(tài)、礦化強(qiáng)度及有用組分富集程度不同。盡管有用組分的分布是隨機(jī)的、偶然的，但并不是絕對(duì)無規(guī)律的，在隨機(jī)性和偶然性的背后總有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性和趨勢(shì)性可尋，即分形理論[2]。近年來，分形理論已廣泛應(yīng)用于礦床學(xué)領(lǐng)域[3-6]，尤其是在金礦床研究中，分形理論在金礦床空間分布規(guī)律、礦化時(shí)空結(jié)構(gòu)及成礦預(yù)測(cè)研究等方面均具有一定的指導(dǎo)作用[7-11]。

膠東是我國最重要的金礦集區(qū)，累計(jì)探明金資源儲(chǔ)量超過4500t[12-16]，其中牟平-乳山金成礦帶為膠東最重要的成礦區(qū)帶之一[17-19]。藍(lán)家莊金礦床為近年來該帶探明的一處大型金礦床，自20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)歷了20余年的勘查開采，累計(jì)探明金資源量已達(dá)20余噸。前人研究[20-24]表明，金品位的分形特征研究對(duì)礦化信息指示及深部找礦預(yù)測(cè)等方面具有一定的指導(dǎo)意義。該文系統(tǒng)收集了藍(lán)家莊金礦床鉆孔、探槽、淺井、坑道等工程控制的Ⅰ號(hào)金礦體的金品位數(shù)據(jù)，詳細(xì)研究了該礦體金品位特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律及分形結(jié)構(gòu)特征，探討了金品位分形結(jié)構(gòu)所代表的地質(zhì)意義，旨在為解決礦床地質(zhì)問題和礦床勘查評(píng)價(jià)提供某些定量信息。

1 地質(zhì)背景與礦床特征

藍(lán)家莊金礦床位于牟平-乳山金成礦帶南端，區(qū)域內(nèi)出露地層主要為前寒武紀(jì)變質(zhì)巖和第四紀(jì)沉積物，零星出露白堊紀(jì)火山巖[25-26]。區(qū)內(nèi)NNE向斷裂發(fā)育，是主要的導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造[25]。此外，區(qū)內(nèi)還分布有多條NE和NW向斷裂，其在地表出露不甚清楚，僅有斷續(xù)的露頭顯示[27-28]。區(qū)內(nèi)中生代巖漿巖分布廣泛(圖1)。

1—第四紀(jì)沉積物；2—白堊紀(jì)火山巖；3—前寒武紀(jì)變質(zhì)巖；4—中生代巖漿巖；5—主要斷裂；6—主要的金礦床和金礦點(diǎn)；7—城市圖1 藍(lán)家莊金礦床區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[27][29][30]修改)

藍(lán)家莊金礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四紀(jì)沉積物。構(gòu)造主要為近SN向的清口澗斷裂和辛家莊斷裂，分別控制了①號(hào)和②號(hào)蝕變帶(圖2)。中生代花崗巖廣布全區(qū)，其內(nèi)分布少量脈巖，總體呈NE向延伸，主要有正長斑巖脈、石英閃長玢巖、煌斑巖脈等。區(qū)內(nèi)查明礦體2個(gè)，編號(hào)分別為Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)，Ⅰ號(hào)礦體資源量占資源總量的78%，為礦區(qū)范圍內(nèi)主要礦體。Ⅰ號(hào)礦體賦存于①號(hào)蝕變帶內(nèi)，賦礦巖性為黃鐵絹英巖化碎裂巖夾黃鐵礦石英脈。礦體走向長1380m，斜深110～708m。總體走向355°，傾向NE，傾角75°～85°，平均82°。礦體厚度0.36～4.87m，平均厚度1.65m，品位1.00～156.97 g/t之間，平均8.90 g/t。礦石類型主要有細(xì)脈--浸染狀黃鐵絹英巖化碎裂巖型和黃鐵礦石英脈型。礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦，少量閃鋅礦，微量黃銅礦及自然金等，非金屬礦物主要為石英、長石、方解石，少量絹云母等。礦石中常見結(jié)構(gòu)有半自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形--他形粒狀結(jié)構(gòu)，其次有填隙結(jié)構(gòu)、反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、交代假象結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)和乳滴狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要有角礫狀、浸染狀、團(tuán)塊狀、脈狀、細(xì)脈浸染狀、斑點(diǎn)狀、交錯(cuò)脈狀構(gòu)造。成礦階段劃分為黃鐵礦--石英階段、金--石英--黃鐵礦階段、金--石英--多金屬硫化物階段、石英--碳酸鹽階段(1)山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省乳山市藍(lán)家莊礦區(qū)金礦勘探報(bào)告，2013年。。

1—第四紀(jì)沉積物；2—中生代巖漿巖；3—正長斑巖脈；4—蝕變帶及編號(hào)；5—礦體及編號(hào)；6—平面鉆孔位置及編號(hào)；7—剖面鉆孔位置及編號(hào)圖2 藍(lán)家莊金礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和AA′線地質(zhì)剖面圖(b)

2 金品位統(tǒng)計(jì)分布特征

該文系統(tǒng)收集了藍(lán)家莊金礦床鉆孔、探槽、淺井、坑道等工程控制的Ⅰ號(hào)金礦體金品位數(shù)據(jù)673個(gè)，垂

直標(biāo)高范圍從地表到-700m標(biāo)高，縱向上由北到南從21號(hào)到22號(hào)勘探線，勘探線之間距離60m，編號(hào)21，19……1，0，2，4……20，22。

為統(tǒng)計(jì)金品位垂向變化規(guī)律，以100m為間距，共分為6個(gè)標(biāo)高區(qū)間，分別求取各區(qū)間段金品位數(shù)據(jù)的最小值(min)、最大值(max)、平均值(M)、標(biāo)準(zhǔn)差(Std)、變異系數(shù)(V)和大于工業(yè)品位(藍(lán)家莊金礦床工業(yè)品位1.0 g/t(2)山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省乳山市藍(lán)家莊礦區(qū)金礦勘探報(bào)告，2013年。)的個(gè)數(shù)所占總數(shù)的百分比(T)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1，圖3)顯示：垂向上，金品位平均值(M)和標(biāo)準(zhǔn)差(Std)變化規(guī)律相似，從地表至-500m標(biāo)高逐漸減小，而-500m標(biāo)高以深呈增大趨勢(shì)，反映了淺部金礦化較好，-400m～-500m標(biāo)高平均品位小于工業(yè)品位，礦化較差，-500m以深礦化又呈現(xiàn)變好的趨勢(shì)。金品位變異系數(shù)(V)在-100m以淺和-400m以深小于2.0，在-100m～-400m標(biāo)高區(qū)間內(nèi)大于2.0，-100m～-200m標(biāo)高區(qū)間內(nèi)變異系數(shù)最大，反映了-100m以淺和-400m以深金礦化相對(duì)穩(wěn)定，而-100m～-400m標(biāo)高區(qū)間礦化相對(duì)不穩(wěn)定，尤其是-100m～-200m標(biāo)高區(qū)間礦化最不穩(wěn)定。大于工業(yè)品位的個(gè)數(shù)所占總數(shù)的比例(T)由地表至-500m標(biāo)高呈降低趨勢(shì)，在-300m～-400m標(biāo)高區(qū)間略有增高趨勢(shì)，-400m～-500m標(biāo)高區(qū)間內(nèi)T值最小，-500m以深呈增大趨勢(shì)，反映了地表至-400m標(biāo)高礦化較好，-400m～-500m標(biāo)高礦化較差，-500m標(biāo)高以深礦化趨于變好。

表1 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位特征參數(shù)垂向統(tǒng)計(jì)分布

N—樣品個(gè)數(shù)；金品位單位g/t。

圖3 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)金礦體金品位垂向統(tǒng)計(jì)分布特征參數(shù)曲線圖

3 金品位分形結(jié)構(gòu)特征

藍(lán)家莊金礦床金品位變化很大，分布極不均，金品位頻率分布直方圖(圖4a)為一嚴(yán)重左偏單峰形態(tài)，有比較長的拖尾現(xiàn)象，是金礦床常見的形態(tài)[31-32]，金品位對(duì)數(shù)頻率分布直方圖(圖4b)同樣不服從正態(tài)分布，因此，適合運(yùn)用分形學(xué)進(jìn)行研究[21-24]，即用分?jǐn)?shù)維數(shù)D表示金的分布偏離正態(tài)分布的程度。

分?jǐn)?shù)維最基本的定義是：如果粗視化的程度r和此時(shí)被觀測(cè)的個(gè)數(shù)N(r)的對(duì)數(shù)存在線型關(guān)系，即可以用公式logN(r)=-D·log(r)表達(dá)，則表明存在分形關(guān)系，式中D為直線的斜率，即分維值。如果把r和N(r)標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)圖上，各點(diǎn)大致分布在一條直線上，利用直線的斜率可以求出D值[20-24]。該文利用藍(lán)家莊金礦床金品位數(shù)據(jù)進(jìn)行金品位分形結(jié)構(gòu)特征研究，在此r代表金品位，N(r)表示金品位大于r的樣品數(shù)。

圖4 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)金礦體金品位分布直方圖(a)和金品位對(duì)數(shù)分布直方圖(b)

藍(lán)家莊金礦床金品位雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖(圖5)顯示金品位分布總體上呈一較為圓滑的曲線，反映了該金礦主要形成于一個(gè)成礦期[21]。但是可以進(jìn)一步劃分為四個(gè)直線段，分形維數(shù)的值分別為D1=0.47，D2=0.21，D3=0.63，D4=1.80。

圖5 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖

藍(lán)家莊金礦床金品位垂向分形特征(圖6)顯示：地表至-100m標(biāo)高區(qū)間金品位分形主要呈3段式展布，具有3個(gè)分維值，分別為D2=0.20，D3=0.52，D4=1.92；-100m～-200m標(biāo)高區(qū)間金品位分形呈4段式展布，具有4個(gè)分維值，分別為D1=0.51，D2=0.22，D3=0.74，D4=1.44；-200m～-300m標(biāo)高區(qū)間金品位分形呈4段式展布，具有4個(gè)分維值，分別為D1=0.52，D2=0.13，D3=0.64，D4=3.94；-300m～-400m標(biāo)高區(qū)間金品位分形呈4段式展布，具有4個(gè)分維值，分別為D1=0.60，D2=0.19，D3=0.52，D4=1.58；-400m～-500m標(biāo)高區(qū)間金品位分形呈單段式展布，只有1個(gè)分維值，D3=0.70；-500m標(biāo)高以深具有3個(gè)分維值，分別為D2=0.23，D3=1.72，D4=0.94。

圖6 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位垂向分形結(jié)構(gòu)特征

4 地質(zhì)意義

前人研究表明，1個(gè)分?jǐn)?shù)維D值通常代表了1個(gè)成礦階段[21]，藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位整體上具有4個(gè)分維值(圖5)，表明該礦床經(jīng)歷了4個(gè)成礦階段的礦化作用，與野外實(shí)地觀察和鏡下研究結(jié)果一致。此外，低品位礦常常具有簡(jiǎn)單的分形結(jié)構(gòu)，而高品位礦常常具有多重分形結(jié)構(gòu)[7]。由藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位垂向分形結(jié)構(gòu)特征(圖6)和金品位等值線圖(圖7)可以看出，金品位分形結(jié)構(gòu)與金品位具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，-100m～-400m標(biāo)高區(qū)間金品位分形具有4個(gè)分維值，代表該標(biāo)高區(qū)間內(nèi)可能經(jīng)歷了4個(gè)礦化階段成礦作用，形成的礦體金品位較高，而-100m標(biāo)高以淺金品位具有3個(gè)分維值，代表該標(biāo)高區(qū)間內(nèi)可能經(jīng)歷了3個(gè)礦化階段的成礦作用，形成的礦體金品位較低，-400m～-500m標(biāo)高區(qū)間金品位分形僅具有1個(gè)分維值，代表該標(biāo)高區(qū)間內(nèi)可能僅發(fā)育1個(gè)成礦階段的成礦作用，形成的金礦體金品位最差，-500m標(biāo)高以深金品位同樣具有3個(gè)分維值，代表該標(biāo)高區(qū)間內(nèi)可能同-100m標(biāo)高以淺相似，經(jīng)歷了3個(gè)成礦階段的成礦作用，形成金品位較高的金礦體，預(yù)測(cè)深部具有較好的找礦前景。

圖7 藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體金品位等值線圖

5 結(jié)論

(1)藍(lán)家莊金礦整體上經(jīng)歷了1個(gè)成礦期4個(gè)不同成礦階段的成礦作用。

(2)4個(gè)金品位的分?jǐn)?shù)維D值對(duì)應(yīng)4個(gè)成礦階段，礦化較好地段一般具有3～4個(gè)分維值，為多個(gè)成礦階段疊加的結(jié)果，礦化較差地段僅具有1個(gè)分維值，僅經(jīng)歷1個(gè)成礦階段成礦作用。

(3)分形結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化預(yù)測(cè)藍(lán)家莊金礦床Ⅰ號(hào)礦體向-500m標(biāo)高以深仍有一定程度的延伸，深部具有良好的找礦前景。