西藏隆子县扎西康矿集区断裂构造分形特征及其找矿意义

王维，刘敏院，史功文，李及秋，王益庆

（西藏华钰矿业股份有限公司，拉萨 850000）

西藏隆子县扎西康矿集区断裂构造分形特征及其找矿意义

王维，刘敏院，史功文，李及秋，王益庆

（西藏华钰矿业股份有限公司，拉萨 850000）

本文基于盒计维数法对扎西康矿集区断裂构造进行分析，结果显示，矿集区内的断裂构造具较好的相似性。其中，以扎西康矿区内断裂构造最为发育，索月、柯月两矿区断裂构造次之；同时，矿集区内SN向、NE向断裂构造分维值较大，断裂发育，为目前区内控矿主断裂。横向上，通过研究扎西康、柯月及索月三个矿区的矿化体、蚀变围岩及普通围岩的节理裂隙分维值，发现不同地质体的分维值大小与其矿化程度呈明显的正相关关系。纵向上，扎西康矿区分维值由浅至深呈减小趋势，表明深部构造趋于稳定，利于成矿；柯月矿区分维值纵向上开始呈减小趋势，在4510 m以下又逐渐增大，分维值变化不一，表明其构造具叠加特征，指示深部断裂延伸较大，具较大成矿潜力。此外，分维等值线图及各子区8次趋势分析图呈NE向、SN向及NW向展布，为以后找矿研究提供了方向和参考。

断裂构造；分形；盒式分维；扎西康矿集区；西藏

对热液矿床而言，断裂构造无疑是其成矿的重要因素，故而在实际工作中受到专家学者的高度重视。因受不同力学作用影响，断裂构造具不同规模、形状和叠加特征。自从法国科学家上世纪提出分形理论后，其在地质勘查中得到了广泛的应用，众多学者进行了断裂构造的分形研究[1-4]。研究结果显示，分维值大小与矿化程度间具有良好的对应关系，能有效指导矿区找矿工作。扎西康矿集区内分布着多个铅锌多金属矿床，各矿床均为断裂构造控矿，其矿产资源丰富，但缺少从构造分形角度研究矿集区成矿规律，基于此，本文运用分形理论首次对控矿断裂构造进行研究，并依此对矿集区成矿预测做出一定分析。

1 矿集区地质特征

扎西康铅锌矿集区位于西藏雅鲁藏布江缝合带与藏南拆离系之间，大地构造上处于北喜马拉雅特提斯构造域东段，是近些年藏南锑金等多金属成矿带上新发现的铅锌等有色金属矿集区。扎西康矿集区内分布着多个铅锌等多金属矿床，有扎西康铅锌锑银多金属矿床、柯月铅锌多金属矿床、则当铅锌多金属矿床及索月锑金多金属矿床等多个铅锌多金属矿床，它们构成了以扎西康矿床为中心的扎西康铅锌等有色金属勘查基地[5]。

1.1地层

扎西康矿集区内出露地层有下侏罗统日当组（J1r）、中-下侏罗统陆热组（J1-2l）、上侏罗统维美组（J3w）及少量第四系（Q）。其中，日当组（J1r）广泛分布于矿集区内，岩性以灰～深灰色粉砂质绢云板岩、粉砂岩、页岩为主，少量灰黑色～深灰色薄层状、透镜状生物骨屑灰岩，局部见灰色薄层状具中小型交错层理、波痕岩屑石英砂岩。陆热组（J1-2l）分布于矿集区北部，岩性为深灰色～灰黑色中层状泥晶灰岩夹灰色中层状粉砂岩、粉砂质板岩，灰岩与板岩常呈互层状产出。维美组（J3w）主要分布于矿集区西部，分布范围较小，岩性以灰色中厚层状变质细粒石英砂岩为主，局部见灰色厚层状粉砂质板岩夹灰色中薄层状变质粉砂岩。其中，砂岩底部见浅灰色厚层状复成分砂砾岩、砾岩。第四系（Q）分布较局限，多分布于河谷地带及台地，主要为残坡积物、现代冲洪积物等。

1.2构造

矿集区位于康马-隆子褶冲带之哲古错-日当褶冲束东南端，日当大断裂之西南侧。由于受褶冲束、东西向古堆-隆子断裂、北东向扎不曲断裂、北西向切机断裂以及北东东向甲坞断裂等的影响，矿集区内褶皱、断裂构造极为发育。褶皱主要分布矿集区中部及北部，以向斜为主。断裂构造主要为近SN向张扭性断裂、NE向张扭性断裂构造及少量近EW向断裂构造。断裂构造平面上常具舒缓波状变化特征，剖面上具“追踪张节理”变化特征。其中，近SN向、NE向断裂延伸较长，倾向西或北西，倾角50°～70°，断裂中多发育构造角砾岩及糜棱岩，具有多次活动的特征，是矿区内主要的赋矿构造，断层的多次活动造成了锌矿化、铅锌矿化、锑矿化等多阶段的矿化，使矿体规模不断扩大。

1.3岩浆岩

矿集区内岩浆活动强烈，基性或酸性岩体主要分布于下侏罗系日当组（J1r）地层中，少量分布于中-下侏罗统陆热组（J1-2l）地层中。火山岩主要为流纹斑岩，出露于矿集区西部，时代相当于晚侏罗世。侵入岩主要以岩脉形式出露，广泛分布于矿集区，岩性主要为辉绿岩，其时代为晚白垩世。喷出岩主要为分布于矿集区北部的蚀变玄武岩及少量分布于矿集区西部的花岗斑岩，花岗斑岩中裂隙较发育，且裂隙中常见石英细脉或褐铁矿化石英细脉，岩浆岩的形成应比日当组地层晚，初步推测花岗斑岩的时代亦为早白垩世。

此外，在矿集区西南方向10 km处发育一面积较大的淡色花岗岩体（错那洞花岗岩体），张刚阳等获得其SHRIMP U-Pb年龄为20.91 Ma[6]，吴建阳等认为该岩体与扎西康矿集区成矿有着直接关联，推测其为矿集区成矿热液流体提供了热源及部分成矿热液[7]。

2 分形方法

2.1理论方法

目前，分形的研究方法很多，比如容量维数、R/S分形方法等[8]。断裂构造分形是基于断裂构造的二维平面分布，目前流行运用改变观察尺度求其维度，该方法主要有圆覆盖法、长度-频度统计法、盒式计维法等，其核心思想是利用圆、线段、正方形或其他的特征图形按一定观察尺度分形图形。目前，最常用的分形方法是盒式计维法。

计盒维数法的定义：用N（δ）表示覆盖研究对象A的半径为δ的盒子的最少个数，不断的变化观察尺度（改变δ值），如果，

存在，则称这个极限值为集A的盒维数，记为dim A[9]。在计算断裂构造分维值时，只需统计盒子的不同边长和对应的覆盖断裂构造的盒子数即可，该方法较为客观，且易于操作，故本次采用盒式计维法，方法如下：

以最小边长为L的正方形初始网格将整个矿集区的断裂构造覆盖，取δ=L/2n（n为整数，n=1，2，3，…n)，将边长为L的正方形划分为边长为δ的小正方形，并统计不同尺度下，覆盖有断裂构造的小正方形数量N（δ）。不断改变δ值，如果覆盖断裂构造的格子数N（δ）与不同尺度δ之间符合

其中D为分维值（0＜D＜2），C为常数。分别统计出不同尺度下lgδ及lgN（δ），用最小二乘法求得回归直线的斜率及决定系数R2，斜率的绝对值（公式（2））即为分维值D，其中0＜R2≤1。R2越靠近1，则说明拟合越趋于客观实际，构造分形就越符合不同观察尺度下的公式（1）中的关系，即回归得越成功。

2.2Mapgis统计

在不同观察尺度下，对覆盖构造行迹的小正方形进行统计、记录，为了简化、规范这个过程，本次研究采用中地数码公司的Mapgis软件进行统计。

首先，对扎西康矿集区内的断裂构造进行数字矢量化，形成断裂构造线文件。在此基础上，使用最小边长的正方形初始网格将矿集区所有断裂构造进行覆盖，按照不同观察尺度，分别划分不同尺度δ的正方形，并形成相应的区文件。

然后，在Mapgis空间分析模块中装入断裂构造线文件与不同观察尺度下的网格区文件，运用线对区相交分析，得到断裂构造线文件与网格区文件相交分析的线文件，对形成的相交线文件进行属性统计[10]，即可得出相应的观察尺度下的覆盖格子数N(δ)。最后，分别求出不同观察尺度下的lgδ及lgN(δ)，即可利用最小二乘法求出断裂构造的分维值D及决定系数R2。

3 分形结果

3.1矿集区断层分形特征

3.1.1 矿集区断层分形统计

本次分形研究以1∶1万地形地质图作为底图，综合收集扎西康矿集区断裂构造资料，在野外实地考察的基础上应用盒式计维法对其进行分形研究（图1）。取L=94 cm（实际长度为9.4 km）的正方形初始网格覆盖于矿集区构造底图上，计算其分维值，结果如下：

图1 盒计维数法统计扎西康矿集区断裂分维示意图Fig.1 Fault fractal diagramin Zhaxikangore zone bystatistical method ofboxdimension

（1）在0.0734375～4.7 km统计尺度内，矿集区断裂构造分维值为1.249(图2)，决定系数R2为0.983，表明lgN（δ）与lgδ相关性极高，矿集区内断裂构造具较好的统计自相似性。

（2）根据断裂构造的走向不同，将扎西康矿集区内断裂构造分为NE向、近SN向、近EW向共三组断裂进行分维统计。其中，在0.06515625～4.17 km统计尺度内，NE向断裂构造分维值为1.054，决定系数为0.992；在0.0734375～4.7 km统计尺度内，近SN向断裂构造分维值为1.057，决定系数为0.997；在0.06015625～3.85 km统计尺度内，近EW向断裂构分维值为0.892，决定系数为0.979（图3）。以上结果显示，矿集区内不同走向断裂构造具良好的自相似性，近SN向断裂构造分维值最大，NE向断裂构造分维值与其相近。

图2 扎西康矿集区断裂构造分形特征Fig.2 Faults fractal characteristics ofZhaxikangore zone

图3 扎西康矿集区不同走向断裂构造分形特征Fig.3 Fractal characteristics ofdifferent direction faults in Zhaxikangore zone

（3）根据断裂构造与成矿的关系，将矿集区及区内各矿区的见矿断裂构造进行分形统计（表1），其决定系数位于0.989～0.999间，显示不同矿区的见矿断裂构造分维值具较好的自相似性。其中，整个矿集区的见矿断裂构造分维值为1.134。各矿区中，以扎西康矿区的见矿断裂构造分维值最大，分维值达1.179，大于整个矿集区的见矿断裂构造分维值；以则当矿区的见矿断裂构造分维值最小（仅0.910），索月与柯月两矿区的见矿断裂构造分维值位于两者之间。其中，索月矿区见矿断裂构造分维值为1.120，大于柯月矿区见矿断裂构造0.941的分维值。

3.1.2 矿集区断裂构造分维趋势分析

将扎西康矿集区划分为144（12×12）个子区，对各子区进行分维计算，以各子区中心坐标为其分维值的坐标，利用Mapgis投影变换及空间分析，制作出矿集区分维值等值线图（图4）。分维值等值线图显示，矿集区断裂构造等值线呈NE、NW向及SN向展布，高分维值位于扎西康、索月矿区。

此外，运用Surfer软件对各子区分维值进行8次趋势面分析（图5），结果显示，趋势分析等值线图中的分维高值区总体展布趋势除与矿田断层构造总体展布趋势同为NE向外，还呈NW向展布。

3.2扎西康矿区分形特征

扎西康矿床为扎西康矿集区内最大铅锌多金属矿床，对其进行横纵向分形研究，可为整个矿集区的分形研究及成矿预测提供参考信息。

3.2.1 纵向分形特征

目前，扎西康矿床已开始多个中段的采矿工作，开采对象为主矿体Ⅴ号矿体，利用各中段平面图上的矿体及断裂进行分维统计，得出其纵向的分维值的变化规律（图6）。

图6显示，分维值从浅部至深部整体呈减小趋势，仅在4670 m、4575 m两个中段增大。孔凡臣等认为分维值的大小与与断裂构造间具密切联系：分维值越大，说明断裂构造展布越复杂，构造活动较强，构造越发育；反之，分维值越小，表明构造展布结构越简单，形态结构趋于稳定，利于形成规模巨大矿体[11-12]。扎西康矿区分维值纵向上呈现的这种变化规律，显示扎西康矿区断裂构造具多期叠加特征，指示其深部断裂稳定，成矿潜力较大，这与实际情况一致。

3.2.2 横向分形特征

（1）对扎西康矿床进行断裂构造分形统计，结果显示（图7）：扎西康矿床的构造分维值大于柯月（0.941，图9）、则当的构造分维值（1.045），小于索月矿区的断裂构造分维值（1.274），靠近临界分维值（1.18），表明扎西康断裂构造较为发育，构造活动较强，这与扎西康铅锌矿临界分维值的矿化结果相一致。

（2）对扎西康矿区内的矿化体、蚀变围岩及围岩的节理裂隙进行分形研究，其节理裂隙分维值分别为1.231、1.105、0.891，结果显示，构造活动从断裂往外逐渐变弱，且与不同矿化体的矿化程度变化一致，表明不同矿化体的节理裂隙的分维值大小与其矿化程度呈正比。

表1 各矿区成矿断裂构造分形特征Table 1 Fractal characteristics of Faults in Zhaxikang ore field

图4 扎西康矿集区断裂构造分维值等值线图Fig.4FractaldimensioncontourmapoffaultsinZhaxikangorezone

图5 扎西康矿集区断裂构造分维8次趋势等值线图Fig.5 The eighth trend contour map offaults in Zhaxikangore zone

3.3柯月矿区分形特征

图6 扎西康纵向构造分形特征Fig.6 Fractal characteristics ofvertical structures in Zhaxikang ore zone

图7 扎西康矿床构造分形特征Fig.7 Fractal characteristics ofstructures in Zhaxikangdeposit

3.3.1 纵向分形特征

基于柯月①号矿体现有的5个中段，对各中段断裂构造进行分形统计，结果显示分维值由上至下呈反“S”型，且在4510 m以下，分维值开始增大，显示断裂构造具多期叠加特征，断裂在4410 m以下可能继续延伸较大，预测深部存在厚大矿体，这与原生晕测量结果一致[13]。

3.3.2 横向分形特征

在0.02421875～1.55km统计尺度内，柯月矿区的断裂构造分维值为0.941（图9），该值大于则当矿区的分维值，小于扎西康矿区的分维值，显示柯月断裂构造活动较则当稍强，且应力相对较集中，复杂程度略高，成矿潜力较大[14]，由于柯月矿区覆盖较厚，认为柯月矿区存在未知矿体及隐伏断裂构造。

在不同观察尺度下，对柯月矿区F1号断裂按照矿体、蚀变围岩、围岩节理裂隙进行分维统计，得出其分维值分别为1.187、1.015、0.884，呈递减特征；同时，对F2号断裂进行类似的统计，发现从矿化体、蚀变围岩到纯净围岩，节理裂隙的分维值分别为1.109、0.958、0.872，也呈递减趋势，表明分维值的大小与不同地质体的矿化程度高低呈正相关。

3.4索月矿区分形特征

（1）在0.03515625～2.25 km统计尺度下，索月矿区断裂构造分维值为1.274，决定系数为0.986（图10）。结果显示，索月矿区断裂构造具较好的自相似性。

（2）对索月矿区内的矿化体、蚀变围岩及普遍围岩的节理列些进行分维统计，其分维值分别为1.227、1.096、0.993，显示从矿化体、蚀变围岩到普遍围岩，节理裂隙分维值逐渐减小，分维值与不同地质体的矿化程度呈正相关关系。

图8 柯月矿床纵向分形特征Fig.8FractalcharacteristicsofverticalstructuresinKeyueorezone

图9 柯月矿区构造分形特征Fig.9 Fractal characteristics ofstructures in Keyue deposit

4 讨论

4.1分维值对比研究

图10 索月矿区构造分形特征Fig.10 Fractal characteristics ofstructures in Suoyue deposit

国内不少地质工作者用盒计维数法对其他矿区进行了分维统计，虽各矿区成矿类型不同，但能给扎西康矿集区断裂构造分形研究提供参考与对比。

（1）扎西康矿集区断裂构造分维值为1.249，比广西贺州水岩坝矿田构造分维值（1.3475）略小，比个旧矿区马拉格矿田断裂构造分维值（1.093）[15]、胶东焦家苍上—三山岛金矿田分维值（1.0103）大[16]，更大于滇桂地区金矿空间分布分维值（0.717）[17]，与个旧老厂矿田构造分维值（1.263）接近，小于江西德兴斑岩铜矿田断裂构造分维值（1.596）[18]，说明扎西康矿集区断裂构造结构比较复杂，断裂活动强烈。

（2）西藏古堆-隆子地区断裂构造分维值为1.678，马扎拉金矿床NW向断裂构造分维值最大（1.094），SN向断裂分维值次之（1.056）[19]。分析对比可知，扎西康矿集区的SN、NE向断裂分维值均大于马扎拉，指示扎西康矿集区内断裂构造活动更强烈，构造更复杂；同时，扎西康矿集区断裂构造分维值小于1.678，表明扎西康矿集区目前不是古堆-隆子地区断裂最为活跃地段。由于受地表覆盖影响，扎西康矿集区内后期找矿潜力不可低估，后期仍需对其投入大量勘查工作。

（3）对比西藏羌塘盆地断裂构造（分维值1.217）、措勤盆地（分维值1.297）、比如盆地断裂构造（分维值1.227）及西藏三江地区断裂构造分维值（1.820）[20]，结果显示扎西康矿集区（分维值1.249）断裂活动接近以上三个盆地断裂活动，这与扎西康矿集区属于拉轨岗日被动陆缘盆地的情况相符，表明扎西康矿集区内断裂构造复杂，活动强烈，找矿潜力巨大。

（4）丁式江等通过研究山东胶东焦家金矿田断层分维特征，认为要形成特大型金矿床，其断裂构造分维值要达到临界分维值（1.3）[16]。同理，根据扎西康矿集区内各矿区分维值与实际矿体规模分析，推测扎西康矿集区的铅锌矿分维临界值≈1.18，分维值过大或过小均不利于形成较好的铅锌等金属矿化，扎西康矿集区内铅锌矿化体分维值介于0.90-1.50之间，超过这个范围则不利于铅锌等金属成矿。

4.2扎西康矿集区分维值研究

（1）扎西康矿集区断裂构造及节理裂隙分形结果显示，矿集区内断裂构造活动强烈，以南北向断裂最为复杂，其次为北东向、近东西向断裂构造。这与整个藏南地区以南北向断裂为主相符，与欧亚大陆与印度洋板块的后碰撞后期的东西向伸展有关。

（2）扎西康矿集区各子区断裂构造分维等值线图和趋势分析图总体上呈北东向、南北向展布，这与矿区内主要控矿构造走向一致；同时，等值线图和趋势分析图还呈北西向展布，这与柯月①号矿体中部被北西向断裂切割及遥感解译出扎西康矿区存在一套北西向断裂相符，表明矿集区断裂构造分形研究能很好的指示矿区找矿工作，矿集区内北东、南北及北西向断裂构造为后期勘查工作重点对象。

（3）扎西康矿集区内各矿区的分维值显示，索月矿区分维值仅次于扎西康，而大于柯月、则当两矿区的分维值。按照分维值与矿化的的关系，表明索月矿区成矿潜力比柯月、则当两矿区好，而目前实际情况却相反，分析有以下原因：1.柯月、则当矿区覆盖较厚，深部还存在未知断裂，特别是柯月北部及东部可能存在未知的隐伏断裂；2.索月矿区目前的勘查程度有待提高，工作有待加强，深部仍具有存在厚大矿体的可能。

5 结论

（1）扎西康矿集区内断裂构造发育，具较好的自相似性，其中以南北向断裂构造最为发育，与印度洋板块与欧亚板块的后碰撞东西向伸展活动有关。同时，矿集区内的北东向、近南北向及隐伏的北西向断裂构造成矿潜力较大，为矿集区后期重点勘查对象。

（2）矿集区内各矿区分维值显示，柯月、则当、索月三矿区成矿潜力巨大，受地表覆盖及工作程度影响，应加强找矿勘查力度，争取新的突破。

（3）柯月矿区、扎西康矿区纵向分维结果显示，两矿区断裂构造具叠加特征，深部具较大的成矿潜力；同时，扎西康、柯月、索月三个矿区的不同地质体的矿化程度与其节理裂隙分维值成正比。

（4）扎西康矿集区目前虽然不是隆子-古堆地区构造活动最活跃区域，受地表覆盖影响，其成矿潜力仍不可低估，后期需加强地质成矿规律研究。同时，扎西康矿集区断裂构造与国内其他矿区或地区构造相比，其结构比较复杂，活动强烈，具较大的成矿潜力。

（5）扎西康矿集区铅锌矿分维临界值≈1.18，其铅锌矿化体分维值介于0.90-1.50之间，超出这个范围，则不利于铅锌成矿。

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WANGWei，LIUMin-Yuan，SHI Gong-Wen，LI Ji-Qiu，WANGYi-Qing

(Tibet Huayu Minning Limited Corporation,Lhasa 850000,Tibet China)

Wang W,Liu M Y,Shi G W,Li J Q and Wang Y Q.Fractal characteristics study of fractures in Zhaxikang ore-concentrated area of Longzi County,Tibet.

An analysis of fault structures in Zhaxikang ore-concentrated area were conducted on the basis of box-counting dimension method.It is found that the faults in Zhaxikang ore-concentrated areas have good self-similarity,with the fault of the zhaxikang mining area developed best,which followed by Keyue and Suoyue mining area;at the same time,the S-N directional faults of Zhaxikang mining area develope best which are the main ore-controlling fault.Through the study of the the fractal dimension of the mineralized body,altered rocks and rock joints in Zhaxikang and Keyue mining area,it is found that the value of fractal dimension was positively correlated with the degree of mineralization;the vertical dimension of Zhaxikang decreases,it indicates that the deep structure is stable,which is beneficial to the mineralization.The fractal dimension value of Keyue mining area varies vertically,it is showed that the structure with the characteristics of superposition is complex,which have great metallogenic potential.The fractal dimension contour map and the 8 sub regions present the distribution ofNE direction,S-Ndirection and NWdirection,which provide the direction ofthe future research.

fault structures;fractal;box-countingdimension method;zhaxikangore-concentrated areas;Tibet

P611.1；P162

A

1007-3701（2016）04-358-08

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.04.005

2016-6-4；

2016-7-19.

中国地质调查局区域地质调查项目“西藏扎西康地区铅锌矿调查评价”（编号：12120113036000）.

王维（1985—），男，工程师，主要从事地质矿产勘查与成矿预测研究工作。E-mail：410522950@qq.com.

Geology and Mineral Resources ofSouth China,2016,32(4):358-365.