基于PXRF數(shù)據(jù)的GIS插值在礦床地球化學(xué)異常識(shí)別中的應(yīng)用

摘要：地球化學(xué)異常圈定對(duì)于找礦勘查有著重要的意義。本文利用便攜式X射線熒光分析儀（PXRF）對(duì)宣城市蕎麥山銅硫礦床的2個(gè)鉆孔進(jìn)行全孔巖芯測(cè)試，獲取巖芯的全巖地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)，并利用地理信息系統(tǒng)（GIS）插值技術(shù)對(duì)元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到鉆孔巖芯地球化學(xué)異常區(qū)位，圈定礦化位置。研究結(jié)果對(duì)區(qū)域進(jìn)一步的找礦勘查具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：PXRF；蕎麥山銅硫礦床；GIS插值；地球化學(xué)異常

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）04-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.012

Application of GIS Interpolation Based on PXRF Data in Identification of Geochemical Anomaly of Ore Deposits

ZHOU Guoyu

（Anhui Institute of Geological Surveying and Mapping， Hefei 230022， China）

Abstract： Geochemical anomaly delineation is of great significance for prospecting and exploration. In this paper， the portable X-ray fluorescence analyzer （PXRF） is used to conduct full hole core testing on two boreholes of the Qiaomaishan copper sulfur deposit in Xuancheng City， thus obtaining the whole rock geochemical element data of the core， and the geographic information system （GIS） interpolation technology is used to analyze the element data， thus obtaining the geochemical anomaly location of the borehole core， and delineating the mineralization location. The research results have certain guiding significance for further mineral exploration in the region.

Keywords： PXRF; Qiaomaishan copper sulfur deposit; GIS interpolation; geochemical anomaly

野外鉆孔巖芯是研究地下礦化情況的第一手資料，如何在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、無(wú)損地獲取原始巖芯的元素含量信息對(duì)于快速判斷研究區(qū)的成礦潛力并指導(dǎo)找礦勘查具有重要的意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。便攜式X射線熒光分析儀（PXRF）具有體積小、輕便、分析速度快、成本低的特點(diǎn)，可以測(cè)定不同材料的元素豐度[2]，在野外礦產(chǎn)資源勘查、構(gòu)造查證[3]以及環(huán)境監(jiān)測(cè)[4]等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

蕎麥山銅硫礦床位于長(zhǎng)江中下游成礦帶的南陵-宣城礦集區(qū)內(nèi)，研究區(qū)地層可粗分為3套沉積建造：志留系-泥盆系為海相碎屑巖建造，主要分布于背斜軸部；石炭系-三疊系中統(tǒng)中、下部主要為海相碳酸鹽建造，主要分布于背斜翼部；三疊系中統(tǒng)上部及二疊系為陸相碎屑巖建造，主要分布于背斜翼部。蕎麥山銅硫礦床是典型的矽卡巖型熱液充填礦床，礦體主要賦存于石炭系黃龍船山組與侵入體接觸帶內(nèi)，礦化以磁鐵礦化、黃鐵礦化、磁黃鐵礦化、黃銅礦化和白鎢礦化為主要特征[5]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)測(cè)試儀器選擇日本奧林巴斯科技公司生產(chǎn)的VANTA系列便攜式X射線熒光分析儀，該儀器可以分析Mg、Al、Fe、Cu、W、S、Zr等35種主微量元素，多數(shù)元素檢出限都達(dá)到個(gè)位數(shù)百萬(wàn)分率級(jí)別。本研究選擇蕎麥山銅硫礦床典型剖面16+線上的兩個(gè)鉆孔（ZK16+03和ZK16+04）進(jìn)行全孔數(shù)據(jù)采集，設(shè)置儀器模式為地球化學(xué)模式，每個(gè)點(diǎn)測(cè)試時(shí)間設(shè)置為90 s，測(cè)試間隔為1 m，測(cè)試時(shí)保持巖芯清潔干燥。

2.2 數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

PXRF測(cè)試數(shù)據(jù)屬于半定量數(shù)據(jù)，其精度與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)精度還存在一定差距，需要對(duì)PXRF測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。本文選擇蕎麥山銅硫礦床一定數(shù)量巖石樣品的實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)校準(zhǔn)PXRF測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

元素含量的空間分布經(jīng)常用到GIS插值法，插值可以直觀地揭示元素的空間分布狀態(tài)[6]。本文主要采用反距離權(quán)重插值法（簡(jiǎn)稱反距離權(quán)重法）和普通克里金插值法（簡(jiǎn)稱克里金法）。

2.3.1 反距離權(quán)重法

反距離權(quán)重法又被稱為反距離加權(quán)法或者距離倒數(shù)乘方法，其計(jì)算公式[7]為

（1）

式中：Z*（x0）為x0點(diǎn)處的估計(jì)值；N為用于插值的鄰近樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Z（xi）為樣點(diǎn)xi處的實(shí)測(cè)值；λi為第i個(gè)樣點(diǎn)對(duì)估值點(diǎn)貢獻(xiàn)的權(quán)重，可以由式（2）計(jì)算得出。

（2）

式中：di0為待估點(diǎn)與樣點(diǎn)間的距離；p為距離的冪，它控制隨著距離增大權(quán)系數(shù)的變化，其選擇標(biāo)準(zhǔn)是最小平均誤差，同時(shí)p也決定著內(nèi)插結(jié)果的平滑效果。

2.3.2 克里金法

克里金法公式與反距離權(quán)重插值法公式相同，不同的是，其權(quán)系數(shù)λi的確定使用半變異函數(shù)[6]，計(jì)算公式為

（3）

式中：γ（h）為半變異函數(shù)；h為滯后距離或步長(zhǎng)；N（h）為距離等于h的樣點(diǎn)對(duì)數(shù)；Z（x）和Z（xi+h）分別為區(qū)域化變量Z（x）在位置xi和xi+h處的實(shí)測(cè)值。

3 結(jié)果分析

研究區(qū)ZK16+03孔深為208 m，ZK16+04孔深為220 m。PXRF儀器在這兩個(gè)鉆孔中測(cè)出Fe、S、Cu、W、Ca、Mn、Mg、Ag、Hg、U、Se、Co、As、Zn、Al、Si、V、Ti、Zr、Y、Rb、Nb、Cr、Th等24種主微量元素，將這些元素含量在鉆孔縱向深度空間上進(jìn)行反距離權(quán)重插值和普通克里金插值，以顯示各元素在深度空間上的含量分布情況。根據(jù)插值結(jié)果可以得到蕎麥山銅硫礦床成礦元素Cu、S、Fe、W的高異常區(qū)域，較好地顯示地球化學(xué)異常區(qū)位，如圖1至圖4所示。

4 討論

4.1 PXRF儀器的全數(shù)據(jù)采集

相較于實(shí)驗(yàn)室儀器分析，便攜式X射線熒光分析儀的最大優(yōu)點(diǎn)在于其便捷性和快速檢測(cè)能力，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)只需要90 s即可獲取樣品元素種類及其含量。本文以研究區(qū)典型樣品實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，保證PXRF數(shù)據(jù)測(cè)試的有效性和精度，并選擇研究區(qū)兩個(gè)典型鉆孔進(jìn)行全數(shù)據(jù)采集，在總長(zhǎng)度428 m的巖芯內(nèi)進(jìn)行400多個(gè)點(diǎn)的元素測(cè)試，測(cè)試樣本具有連續(xù)性和普適性，這是實(shí)驗(yàn)室分析難以做到的。數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以表明本次PXRF數(shù)據(jù)測(cè)試的有效性，可以很好地顯示鉆孔的元素分布情況。

4.2 元素異常區(qū)域的圈定

根據(jù)蕎麥山銅硫礦床地質(zhì)勘查報(bào)告，ZK16+03和ZK16+04的巖性主要包含三大類，分別為石英砂巖、銅硫礦石和花崗閃長(zhǎng)斑巖。其中，ZK16+03的1～99 m區(qū)間段巖性為石英砂巖，100～124 m區(qū)間段為銅硫礦石，125～208 m區(qū)間段為花崗閃長(zhǎng)斑巖；ZK16+04的1～148 m區(qū)間段巖性為石英砂巖，149～188 m區(qū)間段為銅硫礦石，189～220 m區(qū)間段為花崗閃長(zhǎng)斑巖。該礦體段的元素高異常在本文研究插值結(jié)果圖中顯示明顯，在圖1、圖2、圖3與圖4中，成礦元素Cu、S、Fe、W的含量高值區(qū)域與銅硫礦體的位置基本吻合，且克里金插值結(jié)果相較于反距離權(quán)重法更明顯，更好地指示元素高異常區(qū)位，元素Mg、Ca、Mn、Zn、U、Se、As、Co、Ag、Hg在礦體段呈現(xiàn)富集狀態(tài)，而元素V、Ti、Zr、Al、Si、Y、Rb、Nb、Cr、Th在礦體段呈現(xiàn)虧損狀態(tài)，研究結(jié)果對(duì)于圈定地球化學(xué)異常、找礦勘查具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

PXRF可應(yīng)用于礦床巖芯的原位數(shù)據(jù)采集，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，可以獲取礦床巖芯主要元素的種類及含量。克里金法和反距離權(quán)重法均較好地反映出蕎麥山銅硫礦床的ZK16+03和ZK16+04的元素分布情況，并且得出元素Mg、Ca、Mn、Zn、U、Se、As、Co、Ag、Hg在礦體段呈現(xiàn)富集態(tài)勢(shì)，這些與成礦元素呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系變化的元素在一定程度上可作為成礦指示元素，可為該區(qū)域進(jìn)一步的找礦勘查提供元素層面的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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