基于成礦元素復雜度的地球化學數據處理方法在找礦實踐中的應用
——以柴北緣造山帶綠梁山地區為例

徐永利，鄭有業，許榮科，嚴 康，左恒斌

(1.甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院； 2.地質過程與礦產資源國家重點實驗室； 3.中國地質大學(武漢)地質調查研究院)

引 言

數據處理是勘查地球化學領域極其關鍵的環節，對有效提取有用地質異常信息尤為重要[1-2]。在實際地質工作過程中，往往會遇到地質異常信息被削弱或掩蓋，或者大量信息被某些外界因素影響而難以顯示等現象，致使利用常規數據處理方法不易獲取這些有用信息[3-4]。如何提取、篩選這些極為隱蔽的礦化信息一直是化探找礦工作關注的焦點，而合理的地球化學數據處理已被實踐證明是解決上述問題有效的途徑之一[1-2]。地球化學數據處理經歷了早期傳統統計學和穩健統計學的發展過程[5]，其認為元素地球化學數據服從正態分布或對數正態分布[6]；20世紀60—70年代，趨勢面法被成功應用于金屬礦床的成礦物質來源和礦床成因研究領域[7]；20世紀80年代，地球化學領域誕生了分形理論，認為地球化學數據中廣泛存在分形結構或服從分形分布和多重分形分布[8-13]，相繼出現了含量-總量法等若干分形法[14-17]，掀起了地球化學數據處理和找礦預測的新潮[18-20]。

近年來，許多學者認為復雜的元素組合有利于成礦，這一現象在與造山作用有關的金銀等貴金屬礦床中表現尤為顯著。例如：涂光熾[21]指出，超大型礦床是多期有利成礦因素耦合作用的結果；ROBERT等[22-23]指出，造山帶型金礦床成礦物質具有多源性，成礦過程具有復雜性。孫寶田[24]認為，夾皮溝等眾多金礦床具有多期成礦的特征。在此背景下，除了分形理論外，同時誕生了趙鵬大院士的“大數據”、鄭有業教授的“地質內涵法”等地球化學數據處理新思路，并在找礦實踐工作中得到了驗證。鄭有業等[25]將“成礦元素復雜度”作為篩選和評價與礦床有關異常的重要準則，即以成礦作用的強度優選異常，優選出了北喜馬拉雅地區以扎西康為代表的，成礦物質交換、成礦作用強烈的5處異常區，并發現了北喜馬拉雅成礦帶的首個銻多金屬超大型礦床。

綠梁山地區位于柴北緣造山帶上[26-27]，是中國重要的礦產資源基地[28-29]，找礦潛力巨大。但是，其區內分布有荒漠、戈壁等地貌，且遭受風積物等因素的影響，對地質找礦工作造成了嚴重干擾。許榮科等[29-31]認為，綠梁山銅礦區早期表現為VMS型礦化，后期遭受造山作用。鑒于此，針對綠梁山地區獨特的地貌特征和成礦背景，采用基于成礦元素復雜度的地球化學數據處理方法對1 ∶5萬水系沉積物測量結果進行分析，快速優選出了重要找礦靶區，經驗證新發現了魚卡銅金礦床，本文主要簡述其找礦效果及地質意義。

1 研究區概況

綠梁山地區位于阿爾金斷裂東南部(見圖1-A)，柴北緣造山帶內(見圖1-B)。經歷了早加里東期、晚華力西期—印支期的碰撞造山及中—新生代板內盆山演化等多期構造作用[23-24,27]，巖漿活動頻繁，礦種多樣，礦床成因類型復雜，找礦潛力巨大。但是，其地理位置獨特，部分地段為荒漠、戈壁等地貌，年蒸發量遠大于年降水量，且遭受風積物等因素影響，對地質找礦工作造成了嚴重干擾。

圖1 綠梁山地區大地構造位置圖(A)及構造區塊劃分圖(B)(據文獻[31]修改)

2 成礦元素復雜度

成礦元素復雜度這一概念是諸多學者在地球化學找礦實踐工作中提出來的[25，35]，本文的基本思路是：①在針對地質背景不同地質單元(包括構造、地貌景觀、地層等)分區的基礎上，對某個分區的地球化學數據進行統計分析，計算出各單元每個采樣點元素的襯值；②將每個采樣點襯值小于1的元素賦值為0，襯值大于1的元素賦值為1，最終將每個采樣點上的元素賦值累加值作為一個指標，利用該指標在地質軟件上實現元素復雜度的平面可視化圖，優選找礦靶區。成礦元素復雜度是成礦作用強度大小的直接體現，也是地球化學異常和成礦有利地段優選的重要準則[25]。其既可以反映成礦物質交換作用強弱的部位，也可以反映多期次成礦地質作用的疊加改造部位。

本文采用的具體步驟：第1步，基于MapGIS軟件的空間分析等模塊，對不同Ⅲ級成礦帶或不同化學景觀分區內不同地質單元的區域地球化學數據進行分類。第2步，對地球化學數據進行預處理，①利用基于迭代法的ALPHA軟件對地球化學數據使用迭代法多次剔除，形成背景數據集，統計各元素每個分區的地球化學特征參數，快速地計算出各元素每個分區的異常下限；②利用ALPHA軟件將各元素的原始數據除以相應的異常下限，使其變為無量綱量，快速地統計出每個分區中各個采樣點每種元素的襯值。第3步，利用Excel軟件的IF函數，將每個采樣點襯值小于1的元素賦值為0，襯值大于1的元素賦值為1，最終將同一采樣點上的賦值進行累加，形成各采樣點元素復雜度的數據集。第4步，根據地球化學異常評序參數評價原則，結合元素組合，分為復雜(元素種數≥6.0)、中等(6.0>元素種數>3.0)、簡單(元素種數≤3.0)3種，選擇3.0，4.5，6.0分別為外、中、內三級濃集分帶界線值，利用MapGIS軟件等繪制成礦元素復雜度的平面圖。第5步，選擇有利異常區，進而優選，驗證靶區。

3 異常特征

基于構造分區的成礦元素復雜度異常主要分布在魚卡砂金礦一帶、魚卡銅金礦—花石梁、綠梁山銅金礦北西側、大石北—南山—開屏溝、雙口山北—雙口山—雙口山南、鐵石觀南東—西側等地區，優選了HS-4-1異常等作為金找礦靶區、HS-9異常等作為鉛多金屬找礦靶區(見圖2)。其中，成礦元素最為復雜且濃集中心最為明顯,排名前3的異常依次是HS-9、HS-4-1、HS-6-1，本文主要以HS-6-1、HS-4-1異常為例進行論述。

圖2 基于構造分區1 ∶5萬水系沉積物的成礦元素復雜度圖

3.1 HS-6-1異常(魚卡砂金礦一帶)

HS-6-1異常位于魚卡溝靠近魚卡水庫一帶，異常區內出露地層主要有新近系油砂山組半膠結碎屑巖及第四系。利用常規地球化學圈定的異常由Au、Hg元素組成(見表1)，異常套合一般，濃度分帶不明顯。利用成礦元素復雜度確定的HS-6-1異常濃集中心及分帶明顯(見圖3)，其異常可分解為北西側、東側2處異常，北西側異常與魚卡砂金礦床密切吻合，基本反映了魚卡砂金礦床的分布特征；東側異常與魚卡河中上游地段石膏礦化點相吻合，認為金可能來源于雜巖帶，具有尋找與造山帶有關的金礦床的潛力。

表1 HS-6-1甲2類異常元素地球化學參數特征

1—第四系 2—油砂山組 3—金礦床 4—石膏礦化點圖3 HS-6-1異常成礦元素復雜程度剖析圖

3.2 HS-4-1異常(綠梁山銅金礦北西側)

2010年，常規地球化學方法圈出了由Au、Cu等元素組合的HS-4綜合異常。經過采用成礦元素復雜度處理，認為位于HS-4綜合異常東角的HS-4-1 異常成礦作用強度高，而采用常規地球化學圈定的HS-4-1異常面積為4.69 km2，規律性不強(見表2、圖4)。

表2 HS-4-1異常元素地球化學參數特征

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—金礦床 5—輝長巖脈 6—采樣點及編號 7—水系圖4 HS-4-1常規地球化學異常剖析圖

利用成礦元素復雜度法確定的HS-4-1異常(見圖5)位于已知綜合異常AS51的邊緣，濃集分帶明顯，面積為5.59 km2；異常形態與構造關系密切，異常長軸方向反映了北西向和近南北向—北北東向2組構造，異常最強部位處于后期近南北向—北北東向構造線上，具有找金潛力。

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—輝長巖脈 5—花崗閃長巖 6—金礦床 7—斷裂圖5 HS-4-1異常成礦元素復雜度剖析圖

4 靶區驗證

2011—2014年，采用1 ∶2 000剖面、1 ∶1萬地質草測、1 ∶1萬激電中梯剖面、探槽等工作手段，對HS-4-1 異常等開展了重點查證，找礦效果顯著，新發現了多處金多金屬礦化帶，局部地段直接發現了礦體，重要的是在HS-4-1異常發現了魚卡銅金礦床。

魚卡銅金礦床賦存于寒武系—奧陶系灘間山巖群碎屑巖組凝灰質板巖中，總體上位于綠梁山復式向斜西翼的次級背斜中，含礦巖性主要為礦化石英脈和受構造作用發生強烈變形變質的各種糜棱巖條帶。通過路線追索、地表剖面、探槽、深部鉆探工程控制，在魚卡銅金礦區先后共發現了13條含礦破碎帶或石英脈，并圈出了多條金礦(化)體(見圖6)。其中，以②號、③號、④號金礦(化)體含礦性最好，控制程度最高。

1—第四系 2—灘間山巖群變碎屑巖 3—超基性巖 4—輝長巖脈 5—褐鐵礦化石英脈 6—金礦(化)體及編號 7—斷裂及編號 8—產狀 9—探槽及編號圖6 魚卡銅金礦區地質簡圖(據文獻[36]修改)

1)②號金礦(化)體：與③號金礦(化)體地表形態相似，產于其西側約90 m處，二者近于平行分布。②號金礦(化)體近南北向產出，傾角近于直立，南端傾向為北北西向，略向東傾，由產于破碎帶中的含金石英脈構成；長度達992 m，寬度為0.7～3.4 m，Au品位為1.3×10-6～15.0×10-6。部分石英脈中可見到粒度為0.1～0.5 mm的片狀明金，伴生Cu品位為0.2 %～2.0 %，銅礦化寬度約1.00 m。

2)③號金礦(化)體：近南北向產出，傾角近于直立，向礦區南部發生轉折，傾向表現為北北西向，略向東傾，由產于破碎帶中的含金石英脈及兩側的破碎帶構成，長約1 300 m。探槽TC89探獲礦體寬度5.4 m，厚約3.6 m，單個樣品Au品位為1.0×10-6～12.6×10-6，加權平均Au品位4.7×10-6；探槽TC88探獲礦體寬度24.3 m，最高Au品位3.6×10-6，與鉆孔ZK0702深部見礦情況對應效果較好。整個③號金礦(化)體鉆孔中伴生Cu品位為0.16 %～0.67 %，銅礦化寬度0.69～1.17 m。

3)④號金礦(化)體：由石英脈及破碎帶構成，長約940 m，寬度0.3～2.0 m。探槽TC93中樣品的2次分析結果顯示其Au品位均為1.8×10-6。該金礦(化)體下盤有寬約1 m的破碎帶，其Au品位為0.9×10-6。

5 結 論

1)成礦元素復雜度作為篩選和評價與礦床有關異常的重要準則，以成礦作用的強度優選異常，優選出了柴北緣造山帶綠梁山地區以HS-4-1異常為代表的多處成礦物質交換、成礦作用強烈的異常，并指導發現了魚卡銅金礦床。

2)在構造熱液活動中，不同的地質體具有不同的背景值，導致成礦具有差異性。運用成礦元素復雜度賦予元素信息特有的地質內涵，對找到構造熱液源區具有一定的指示意義。復雜的元素組合更有利于成礦，這一現象在與造山作用有關的金等貴金屬礦床中表現得更為顯著。

3)HS-4-1異常為典型的礦致異常，找金的前景巨大，應作為重點勘查區，進行深部探礦。