广西大瑶山西北地区构造分形与成矿预测

蒋 超, 李社宏, 付 嵩, 谢卓麟, 廖红为

桂林理工大学地球科学学院, 广西桂林 541004

石英脉热液型金属矿床受控于容矿断裂(李辰等, 2013; 鲁家庆和邱辉, 2017), 因此, 运用线性构造分维分析是研究热液金属矿床成为有效方法之一(毛政利等, 2004)。自20 世纪70 年代分形理论创立以来(Mandelbrot, 1975), 在地学领域得到广泛的应用与创新(Brown et al., 2005), 尤其在地质异常与致矿效应、成矿规律与成矿预测方面取得了较好效果(李飞等, 2016; 刘舒飞, 2017)。

目前线性构造分维值计算方法很多, 有折线法、盒维数法(Cello, 1997; 张建等, 2009; 李霖峰,2017)、圆覆盖法、多重分形矩法(谢淑云和鲍征宇,2003)等。分维值D不仅是反映断裂构造复杂程度和密度的指标(赵少杰等, 2011), 也是地球化学元素异常识别、提取以及元素富集特征的定量指标(徐明钻等, 2010; 赵少杰等, 2011), 还对成矿规律和成矿预测具有定量分析作用(赵少杰等, 2011; 鄢旭久等,2012), 甚至对瓦斯赋存规律的研究都具有重要意义(聂凤祥等, 2019)。分维值D的相关系数R2可反映区域线性构造的分形分维的自相似性, 利用各个区块分维值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)及其中心坐标制作分维等值线图, 结合地质背景分析可圈定成矿预测靶区(查道函等, 2015)。

广西大瑶山西北地区断裂构造与热液型金、银、铜、铅锌等多种金属矿床均有大量出露, 且铜矿、铅锌矿和金矿等多种金属矿产均为热液型金属矿床或成矿后期热液型改造矿床(张善明等, 2010;邓军, 2011, 2012, 2013), 而岩浆岩出露较少, 只有北东部有少量岩珠出露(陈懋弘等, 2015; 李欢等,2016)。对整个大瑶山地区的热液矿产采用分形理论进行了成矿预测(查道函等, 2015), 研究面积为13 924 km2, 分维标度为118～3.687 5 km, 最大的分维值D为1.890 0, 成矿预测靶区分维值D为局部区域最大值, 如古袍—桃花金矿沿线分维值D为1.830 0～1.890 0、贺州以北近20 km 和平乐以东20 km 分维值D为1.710 0～1.890 0、以及平乐与绍平之间距绍平25 km 分维值D为1.710 0～1.830 0,可以看出其预测区均为分维值D最大区域; 研究表明成矿有利地区与该地区断裂构造分维值D呈正相关(冯佐海等, 2002; 毛政利等, 2004); 但要形成超大型热液矿床成矿断裂构造分维值D存在临界线,当分维值D超出临界线将不利于热液矿床的形成(丁式江, 2004)。本文对研究区进行高标度分维分析,探讨研究区是否存在热液矿床成矿分维临界线, 并运用 Fry 分析方法(Fry, 1979; Emmanuel and Caeeanza, 2009), 对主要矿床分布规律进行分析,结合地质背景进行成矿预测研究。

1 地质背景

大瑶山西北地区位于广西中东部, 西起鹿寨—武宣一带, 东至荔浦—平南一线, 北至鹿寨—荔浦,南以武宣—平南为界, 面积近3000 km2。该区以泥盆系地层为主, 少量寒武系地层出露(图1)。寒武系地层主要由变质砂岩、页岩、泥质粉砂岩组成; 泥盆系地层主要有下泥盆统的莲花山组(D1l1、D1l2)、那高岭组(D1n)、石桥组(D1s1、D1s2)以及贺县组(D1hx),中泥盆统的郁江组(D2y1、D2y2、D2y3)、信都组(D2x1、D2x2、D2x)和东岗岭组(D2d1、D2d2), 上泥盆统的榴江祖(D3l)和融县组(D3r)。

图1 大瑶山区域地质图Fig. 1 Regional geological map of the Dayao Mountain

研究区岩浆岩不发育, 仅在研究区的北东部发育了少量岩浆岩, 分别位于大进、朴全以及祖岭三个地区, 其中大进的岩浆岩呈椭圆小岩珠产出, 面积约 4 km2, 为中细粒花岗岩, 成岩年龄为(414±11) Ma(陈懋弘等, 2015), 其中黑云母花岗岩LA-MC-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素定年为(419±5.0) Ma(Li et al., 2016), 属于加里东期产物。朴全和祖岭的岩浆岩以花岗岩和花岗斑岩为主, 具有斑状或似斑状结构, 斑晶主要为石英、长石和少量的黑云母, 基质为微粒的全晶质结构, 以单体产出, 朴全的岩浆岩为加里东期岩浆活动的产物(陈懋弘等, 2015), 祖岭的黑云母花岗岩中的花岗闪长侵入岩获得(174.5±1.9) Ma(Li et al., 2016), 为燕山早期岩浆活动的产物。

大瑶山西北地区断裂构造发育, 在南北向、北东向、北西向以及东西向都有分布(张善明等, 2010;张雪亮等, 2013)。南北向断裂构造主要分布于研究区的西南部, 具有延伸长、被北西向断裂构造错断和向北延伸具有向北东偏转的特点, 主要穿插在泥盆系的莲花山组、那高岭组和郁江组。北东向断裂构造主要分布于研究区的东南部和北东部及少量的西南部, 具有延伸短和被南北向断裂构造错断的特点, 主要穿插在寒武系地层和泥盆系的莲花山组、那高岭组以及少量的穿插在石炭系大埔组地层。北西向断裂构造主要分布于研究区的东南部, 具有延伸短和错断南北向断裂构造的特点, 主要穿插在寒武系地层和泥盆系的莲花山组、那高岭组。东西向断裂构造主要分布于研究区的东部, 具有延伸短、被南北向和北西向断裂构造错断的特点, 主要穿插在寒武系地层和泥盆系的莲花山组地层。

大瑶山西北地区主要经历了加里东期的造山运动, 印支期的东—西向挤压运动, 燕山期南—北向挤压运动(张岳桥等, 2012; 李辰等, 2013)。加里东运动发育了寒武系北东向褶皱和断裂系, 以及泥盆系盖层中的北西向、北北东向—近南北向、近东西向以及北东东向等多方向的不同断裂组体系(张振贤等, 1989; 李辰等, 2013), 其中就包括那马—罗秀—奔腾近南北向断裂, 以及研究区南部的大石村—大鹏市—旧县一带北东向断裂。印支期在加里东构造运动的基础上产生东—西向挤压, 在那马—罗秀—奔腾断裂构造周围进一步发育了近南北向断裂构造。研究区在燕山期受到南—北向的挤压作用,衍生出北东向、北西向断裂—褶皱构造系, 与早期断裂构造斜向交接复合(王剑和宁浦功, 1998)。

广西大瑶山西北地区的矿产资源丰富, 该地区具有金、铜、铅、锡、锰、重晶石、铅锌、铜铅锌等多种矿产(方科等, 2011; 李忠阳等, 2018)。我们根据已经公开发表的论文、报告和地质矿产图, 统计出金矿床(点)34 个, 主要分布于大石村及西南地区;统计出铜矿床(点)41 个, 主要分布于妙皇、罗秀和那马地区; 锌矿床(点)13 个, 零星分布于北部; 锡矿床(点)4 个, 分布于金秀县城附近; 锰矿床(点)11个, 主要分布于西北部; 重晶石矿床(点)14 个, 主要分布于东南部的新坪和平南县; 铅锌矿床(点)50个, 主要分布于西南部; 铜铅锌矿床(点)7 个, 主要分布于夏塘(见图2)。

图2 大瑶山西北地区遥感与构造矿产图Fig. 2 Remote sensing and tectonic mineral map of northwest Dayao Mountain

研究区岩浆活动频繁, 具有多期次的构造运动。其中加里东期与燕山期以中酸性、酸性岩最为广泛分布, 伴随岩浆、构造活动, 形成大量钨、钼、铜、金、银、铅锌等多金属矿床(黄惠民等, 2003), 这为矿床分析研究和成矿预测提供了基础。

2 分形计算

本次选择大瑶山西北地区遥感图为底图, 研究区 范 围: 东 经 109°37′—110°25′, 北 纬 23°29′—24°32′; 面积约 3000 km2, 统计断裂热液型矿床(点)174 个。以1:5 万的柳州、来宾、荔浦以及桂平等区域地质矿产图为基础资料, 进行整合叠加得到大瑶山西北地区遥感与构造矿产图(图2), 同时结合遥感构造特征进行构造解译, 制作遥感断裂构造图(图3)作为分形研究的基础。

图3 大瑶山西北地区断裂解译与矿产图Fig. 3 Fault interpretation and mineral map of northwest Dayao Mountain

本文选择盒维数法, 用边长为L=5 km 的正方形网格覆盖在解译的断裂构造图上, 通过改变正方形边长L的大小, 分别取r=L,L/2,L/4,L/8,L/16 的方形网格, 分析统计计算断裂构造分维值D和相关系数R2, 同时计算北西向、北东向、东西向以及南北向断裂构造分维值D及相关系数R2(见表1)。在高斯坐标系中作“lgr～lgN(r)”双对数散点图(N(r)为断裂构造穿过方格数), 应用Excel 数值分析回归方程 求 解“lgr～lgN(r)”的 线 性 关 系, 得 到“lgr～lgN(r)”双对数散点图(见图4), 根据各个区块的分维值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)及区块中心坐标运用Surfer 软件绘制分维等值线图(见图5)。

表1 研究区及各个方向断裂构造分维值D 及相关系数R2 表Table 1 Fractal dimension value D and correlation coefficient R2 of fault structures in the study area and in all directions

图4 大瑶山西北地区断裂构造分维散点图Fig. 4 Fractal -dimensional scatter map of fault structure in northwest Dayao Mountain

3 区域断裂构造分形与矿产分布特征

3.1 断裂构造分形特征

大瑶山西北地区断裂构造经分形分维统计计算得到其相关系数R2=0.989 4, 分维值D=1.689 7;分维值D范围为1.325 6～1.875 6, 各个区块的相关系数R2均在0.95 以上。这表明研究区断裂构造有很好的自相似性(查道函等, 2015), 可以将断裂构造作为分形体研究, 其分维值可作为研究断裂构造空间规模和复杂程度的定量指标。

将研究区南北向、北东向、北西向以及东西向断裂构造分别进行分维计算, 计算得到的分维值D分别为1.294 7, 1.459 3, 1.200 3, 1.025 0; 其相关系数R2都在0.98 以上, 说明南北向、北东向、北西向以及东西向断裂构造也具有很好的分形自相似性。但分维值D多小于1.325 6, 因此, 单个方向的断裂构造难以成矿(丁式江, 2004; 孙涛等, 2017), 可能需两个或两个以上的断裂构造组合才能成矿。其中北东向断裂构造分维值最大, 为大瑶山西北地区主要的断裂构造, 复杂性大于其他方向的断裂构造,对大瑶山西北地区成矿作用贡献最大; 其次为南北向断裂构造, 复杂程度仅次于北东向断裂构造, 为较为重要的成矿构造。

将研究区的分维值D与其他区域进行对比分析(见表2), 研究区的分维值D要高于整个广西地区断裂构造(1:20 万)分维值Dg, 这是由于研究区位于华南钦杭成矿带上, 受到加里东期、印支期以及燕山期多期次构造运动, 构造活动性强, 断裂构造复杂; 但研究区低于整个大瑶山地区线性构造(1:5 万)分维值Dd, 这是因为研究区位于整个大瑶山边缘的西北地区, 受到的构造作用影响小于大瑶山中部区域, 断裂构造较简单, 分维值D较小。根据研究区分维值范围1.325 6～1.875 6 以及各个区块(r=5 km)分维值的均值为D均=1.671 6, 将研究区初步分为3 个区域: ①构造复杂区, 分维值D:1.900 0＞D≥1.750 0; ②构造中等区, 分维值D:1.750 0＞D≥1.500 0; ③构造简单区, 分维值D:1.500 0＞D＞1.300 0。

表2 研究区与其他区域线性构造分维值进行比较Table 2 A comparison of the linear fractal dimension between the study area and other areas

3.2 矿产分布特征

运用Surfer 软件把各个区块的中心坐标和分维值Dij(i=1, 2, 3,..., 12;j=1, 2, 3,..., 9)绘制大瑶山西北地区断裂构造分维等值线图, 同时与矿产分布图叠加(见图5), 可以发现断裂构造分维等值线总体呈现北东向和南北向, 说明南北向和北东向断裂构造在整个研究区占据重要地位; 矿产主要分布于象州县—樟村—旧县、那马—罗秀—妙皇以及大石村的金矿, 除大石村金矿的分维值D在1.800 0±, 其余矿产的分维值D均位于1.500 0～1.750 0, 说明分维值D并非越大, 成矿的几率就越大。由此可见, 断裂构造分维值D与成矿关系并非是简单的线性正相关。

断裂构造分维值D可以定量评价热液矿产成矿概率, 然而分维值D存在临界线(谢焱石和谭凯旋,2002)。当断裂构造分维值D小时, 断裂的变形及渗透性小, 断裂呈孤立状, 裂隙的连通性差, 不利于热液矿产的形成; 当断裂构造分维值D在分维临界线内时, 断裂的变形和渗透性增大, 断裂的连通性不断地变好, 成矿热液容易形成局部汇积效应, 成矿的可能性不断增大; 当分维值D将要达到或刚好达到临界线时, 断裂的变形和渗透性将最有利于成矿热液的汇积形成矿床乃至大矿床; 当分维值D超过分维临界线不断增大时, 断裂的变形和渗透性不断地增大, 断裂的连通性不断变得更好, 断裂构造的复杂程度加大, 使断裂构造复杂性呈现均一化,此时的成矿热液将不在局部汇积, 而是呈现均一化流向四周, 不利于热液矿床的形成(丁式江, 2004;孙涛等, 2017)。这特征与研究区热液矿床空间分布特征吻合, 说明大瑶山西北地区矿床的形成存在断裂构造分维临界线。根据矿产主要分布于断裂构造分维值D为1.500 0～1.750 0, 由此可以初步确定热液矿床形成的分维值区间是1.500 0～1.750 0(孙涛等, 2017)。

分维值D小于1.500 0 的区域分布于研究区西侧近南北向的新运—下田—南沙和北部的长塘、大莫屯地区(图5 中表现为绿色区域)。地层主要为泥盆系的郁江组、东岗岭组和榴江祖, 石炭系的大塘组, 少量分布于第四系的地层中。区域内的断裂构造主要为延伸较短的南北向、北东向和北西向断裂构造。其组合方式为南北向与近东西向断裂构造相互错断(新运—下田—南沙地区), 北东向与北西向断裂构造相互错断(长塘地区), 少量近南北向断裂构造独立存在(大莫屯)。整体上, 断裂构造组合形式简单, 分布扩散不集中。区域内矿化现象只有新运—下田—南沙地区的铜矿化和长塘的锌、钒矿化(见图6)。

分维值D为1.500 0～1.750 0 的区域贯穿整个研究区的南北向, 分布面积最大(在图5 中以橘红色表示)。地层几乎包括了研究区的全部类型, 有寒武系地层, 泥盆系的莲花山组、那高岭组、东岗岭组、郁江组和榴江组地层, 石炭系的大塘组和大埔组地层, 以及第四系地层。区域内断裂构造复杂多样,南北向、北东向、北西向以及东西向断裂构造都有发育, 以南北向断裂构造延伸最长, 其余断裂构造延伸较短。其组合形式复杂多样, 有南北向与北东向、北西向断裂构造相互穿插组合, 主要分布于那马—罗秀—奔腾和妙皇—旧县地区; 南北向与东西向、北东向以及北西向断裂构造相互穿插组合, 主要分布于六巷和旧县与平南县; 北东向与北西向、东西向断裂构造相互穿插组合, 主要分布于四排和长洞地区。区域内矿化现象丰富, 存在铜、铅、锌、钒、铜铅、铜铅锌以及铅锌等多种矿化现象, 矿化现象具有集中分布于西南部且呈北东向和南北向排列在四排—那马—罗秀和妙皇—夏塘—旧县地区的特点(见图6)。区内矿产丰富, 有金、铜、铅、锡、锰、铅锌、铜铅锌等金属矿产以及重晶石, 主要分布于西南部妙皇—樟村—夏塘以及旧县的铜、金、铅锌、铅、锰以及铜铅锌矿, 分维值D为1.500 0～1.740 0; 北东部四排、那马和罗秀的铜矿, 分维值D为1.600 0～1.720 0; 东部大石村的金矿, 分维值D为1.700 0～1.740 0; 东南部新圩和平南县的重晶石,分维值D为1.640 0～1.740 0。

分维值D大于1.750 0 的区域分布于研究区东部的龙围、三旺、金秀、新村、石崖和东南部的奔腾、同发、三江圩和新圩(在图5 中以黄色表示)。地层主要为寒武系地层, 有少量泥盆系的郁江组地层和第四系地层。断裂构造延伸短, 分布密集且广泛, 组合方式较复杂, 主要是北东向与北西向断裂构造相互穿插, 分布于奔腾、同发和大石村; 南北向、北东向和北西向断裂构造相互穿插, 主要分布于龙围、三旺、金秀、新村和石崖。矿化现象分布稀散不集中, 有铜、铅、铜铅、金、钨锡及重晶石矿化(见图6)。矿产主要为大石村的金矿, 分维值D为1.760 0～1.800 0。

图5 大瑶山西北地区分维等值线和矿产分布图Fig. 5 Fractal contour and mineral distribution map of northwest Dayao Mountain

图6 大瑶山西北地区矿产和矿化分布图Fig. 6 Distribution of mineral resources and mineralization in northwest Dayao Mountain

4 区域构造特征

4.1 断裂构造组合特征

通过对大瑶山西北地区遥感图进行断裂构造解译, 发现研究区的断裂构造复杂且在南北向、北东向、北西向和东西向均有分布(图3), 统计发现有439 条南北向断裂构造, 主要分布于西南部、北西部及东部地区; 595 条北东向断裂构造, 主要分布于东南部及东部地区; 408 条北西向断裂构造, 主要分布于东南向及北西向; 315 条东西向断裂构造, 主要分布于东部地区。各个方向断裂构造相互穿插交错,呈现复杂密集的断裂构造现象。同时南北向断裂构造在错断北东向断裂构造也被北东向断裂构造错断;南北向断裂构造在向北延伸的过程中存在向北东向偏转的现象, 这与该区断裂构造的形成存在多期次的认识一致(张雪亮等, 2013), 反映不同期次地质事件的断层相互错断的关系及其普遍。

南北向断裂构造与其他方向断裂构造发生穿插交错的主要地质事件有: 加里东期泥盆系盖层中发育的近东西向、北东向以及北西向断裂构造与同时期形成的南北向断裂构造相互穿插错断, 主要分布于六巷—新村地区; 印支期受到东—西向挤压在那马—罗秀—奔腾地区产生的南北向断裂构造错断加里东期形成的北西向、北东向、东西向以及南北向断裂构造, 主要分布于西南部的那马—罗秀—奔腾和象州县—樟村—夏塘。

北东向断裂构造与其他方向断裂构造发生穿插错断的地质事件有: 加里东期在寒武系地层中形成的北东向断裂构造被燕山期形成的北西向断裂构造错断, 主要分布于六巷—新村地区, 加里东

期在泥盆系中形成的北东向断裂构造与同时期的北西向、南北向和近东西向断裂构造相互交叉错断, 在印支期被南北向断裂构造错断, 分布于那马—罗秀—奔腾, 在燕山期被北西向断裂构造错断,主要分布于鹿寨县和金秀地区, 以及燕山期形成的北东向断裂构造与同时期形成的北西断裂构造发生相互错断, 主要分布于奔腾和大石村。

北西向断裂构造与其他方向断裂构造穿插错断发生的地质事件有: 加里东期形成的北西向断裂构造与同时期形成的南北向、北东向、东西向断裂构造相互穿插错断, 主要分布于那马—罗秀—奔腾;在印支期被南北向断裂构造错断分布于那马—罗秀—奔腾, 在燕山期被北东向断裂构造错断, 主要分布于长洞地区; 以及燕山期形成的北东向和北西向的断裂构造相互穿插错断, 主要分布于奔腾—夏塘地区。

东西向断裂构造与其他方向断裂构造发生穿插错断的主要地质事件有: 加里东期的东西向断裂构造与同时期的南北向、北东向、北西向断裂构造相互穿插错断, 主要分布于妙皇、大石村、奔腾和六巷地区; 在印支期被南北向断裂构造错断, 分布于那马—罗秀—奔腾; 在燕山期被北东向和北西向断裂构造错断, 主要分布于新村、夏塘和大石村地区。

4.2 矿体特征与容矿断裂

大瑶山北西地区典型金矿、铜矿、以及铅锌矿床容矿断层与矿体分析(表3), 结合本次遥感解译的断裂构造分析、矿产的分布以及矿化现象的分布,可总结出以下5 点:

表3 矿产特征与容矿断裂构造的关系Table 3 Relationship between deposit characteristics and ore-hosting fault structure

①矿产分布与矿化异常分布基本一致, 呈南北向和北东向分布于研究区内;

②矿产分布整体呈现为西南部的铅锌矿和金矿, 中部和北东部的铜矿, 东部的金矿, 东南部的重晶石。具体表现为西南部的铅锌矿呈南北向分布于妙皇—樟村—旧县, 中部及北东部的铜矿呈北东向分布于妙皇—桐木—那马—六定—金秀夏塘—雅当, 东南部的重晶石呈面状集中分布于平南县, 东部的金矿呈面状集中分布于新坪村和大石村, 西南部的金矿分布于樟村—旧县;

③矿体产状与容矿断裂的产状一致, 说明矿体严格的受到容矿断裂构造的控矿;

④新坪金矿的容矿断裂构造为东西向断裂构造, 樟村—旧县金矿的容矿构造为南北向断裂, 铜矿的容矿构造主要为南北向和北东向断裂构造, 铅锌矿的容矿构造为南北向断裂构造(除古立和朋村为北东向), 说明南北向和北东向断裂构造为最主要的容矿构造;

⑤铅锌矿所在地区断裂构造分维值D为1.600 0～1.740 0, 铜矿所在地区断裂构造分维值D为1.500 0～1.750 0, 新坪金矿断裂构造的分维值D为 1.700 0～1.800 0(分布集中区的分维值D为1.740 0～1.800 0), 樟村—旧县金矿断裂构造分维值D 为1.640 0～1.700 0。

5 成矿预测

5.1 预测原则

1)分维值

大瑶山西北地区断裂构造分维等值线图与区域矿产分布图(见图5)可以得到: 矿产集中分布于分维值D为1.500 0～1.750 0(除新坪金矿产分维值D大于1.750 0 外)。铅锌矿分维值D为1.600 0～1.740 0; 铜矿分维值D为1.500 0～1.750 0; 金矿分维值D为1.640 0～1.800 0, 金矿集中区大石村分维值D为1.740 0～1.800 0, 樟村—旧县金矿分维值D为1.640 0～1.700 0; 重晶石分维值D为1.600 0～1.740 0, 集中区(管村县与平南县间)分维值D为1.640 0～1.740 0。因此, 拟定对矿产成矿预测区分维值D应为1.500 0～1.800 0, 铅锌矿产成矿预测区分维值D为1.600 0～1.740 0, 铜矿产成矿预测区分维值D为1.500 0～1.700 0, 金矿产成矿预测区分维值D为1.640 0～1.800 0, 重晶石成矿预测区分维值D为1.600 0～1.740 0。

2)断裂组合

本文对大瑶山西北地区及各方向的断裂构造进行分形分维统计计算, 计算得出研究区的分维值D=1.689 7, 南北向的分维值D=1.294 7, 北东向的分维值D=1.459 3, 东西向的分维值D=1.025 0, 北西向的分维值D=1.200 3。得出南北向和北东向的断裂构造最为复杂, 对研究区成矿作用贡献最大,但单方向的断裂构造不足以满足成矿条件, 需要南北向和(或)北东向断裂构造与其他一个(两个)方向的断裂构造交接组合才能满足成矿条件。

将大瑶山西北地区矿产资料与断裂组合关系进行整合(表3), 发现矿体产状严格受到南北向和北东向容矿断裂的控制, 在矿区矿体处断裂构造都是南北向或(和)北东断裂与北西向和(或)东西向断裂组合共同形成矿体。

综合断裂构造分维值D和矿体与断裂构造关系分析, 得出南北向和(或)北东向与北西向和(或)东西向断裂构造组合对成矿作用非常重要。因此, 成矿预测应在南北向和(或)北东向与北西向和(或)东西向断裂组合处。

3)矿化异常曲线

通过对矿产分布与矿化异常曲线叠加(见图6),可以得到矿产和矿化异常曲线的分布高度一致, 主要分布于研究区西南部的南北向和中部与北部的北东向, 且矿产绝大多数在矿化异常区域内。因此,成矿预测区应主要考虑矿化异常区域。

4)Fly 分析

Fry 分析是为分析岩石中的应变而开发的(Fry,1979)。随着后续的发展, 逐渐应用于矿物分布分析(Austin and Blenkinsop, 2009)、矿床分布规律和找矿预测(Fry, 1979; Carranza, 2009)以及地貌特征分析(Wormald et al., 2003)并取得了很好的效果。前人通过对已知矿点, 运用Fry 分析, 可以得到已知矿床(点)的分布规律和未知矿床(点)可能存在的地方(Ghaleb and Fry, 1995; Austin and Blenkinsop,2009)。本文运用Fry 分析, 探索已知矿床(点)的分布规律以及对未知矿床(点)进行预测。

研究区矿产丰富, 其中以铅锌矿、铜矿和金矿分布最多。分别选取了50 个铅锌矿、41 个铜矿以及34 个金矿进行Fry 投点分析得到图7。从图7 中可以清楚的发现金矿分布规律为南北向或近南北向且分布集中; 铅锌矿为南北向集中分布, 其中在西南边角处(古立—朋村)有一小部分呈北东向分布;铜矿为北东向较集中分布。因此, 寻找未知金矿时应在已知金矿床的南北向找寻; 铜矿应在已知铜矿床的北东向找寻; 铅锌矿应在已知铅锌矿床的南北向和北东向(可能性较小)寻找。

图7 Fry 矿点分析图Fig. 7 Fry spot analysis diagram

5.2 预测

通过对断裂构造分形分维计算、断裂复杂程度分布(见图8)、矿产分布、矿化异常分布、矿体产状与断裂构造产状关系及主要矿产分布规律Fry 分析,圈定以下6 个成矿预测靶区(见图9):

图8 大瑶山西北地区分维断裂矿产分布Fig. 8 Fractal distribution of mineral resources of the fractures in northwest Dayao Mountain

图9 大瑶山西北地区成矿预测靶区图Fig. 9 Predicted ore-forming target areas in northwestDayao Mountain

I 号成矿预测靶区位于鹿寨县正西约2.5 km 处,面积大概3 km2; 地层为泥盆系的郁江组和石炭系的岩关组、大塘组; 构造为北东向断裂被北西向断裂错断; 区内有Pb 矿化异常, 在东南向约5 km 有铅矿, 分维值D=1.660 0～1.700 0, 以铅矿床为主。

II 号成矿预测靶区位于长洞北东向约0.5 km 处,面积大概7.5 km2; 地层为泥盆系的榴江组、东岗岭组和石炭系的岩关组; 构造为北东向大断裂被北西向断裂错断; 区内有Cu、Zn、Pb 矿化异常, 在北西向0.5 km、南向约1 km 有铅矿和西南向约1.5 km有铜矿, 分维值D=1.580 0～1.640 0, 以铅矿床为主。

III 号成矿预测靶区位于那马正南约1.5 km 处,面积大概6 km2; 地层为泥盆系的郁江组和第四系;构造为南北向断裂与北西向、北东向断裂相互穿插,南北向大断裂间有东西向小断裂; 区内有Cu 矿化异常, 西南向有Zn 矿化异常, 北西有Zn、Pb 矿化异常, 在正北方约0.5 km 有铜矿, 在南向有铜矿和铅矿, 分维值D=1.600 0～1.640 0, 以铜矿床为主。

IV 号成矿预测靶区位于金秀北西向约2 km 处,面积大概5 km2; 地层为泥盆系的郁江组、东岗岭组;构造为南北向和北东向断裂被北西向断裂错断; 区内有Cu、Pb 矿化异常, 在北东向约1 km 有铜矿, 西南向约1 km 有铜铅锌矿、锡矿、金矿以及铅矿,分维值D=1.660 0～1.700 0, 以铜矿床或铅矿床为主。

V 号成矿预测靶区位于罗秀正东约0.3 km 处,面积大概1 km2; 地层为泥盆系的郁江组和东岗岭组; 构造为南北向断裂被北西、北东向断裂错断;区内有Cu 矿化异常, 西南向约0.5 km 有Cu、Zn、Pb 矿化异常, 在北向约 0.3 km 有铜矿, 南向约0.5 km 有锰矿, 分维值D=1.620 0～1.680 0, 以铜矿产为主。

VI 号成矿预测靶区位于妙皇北东约0.2 km 处,面积大概5.5 km2; 地层为泥盆系的郁江组和莲花山组; 构造为南北向断裂被北西、北东向断裂错断;区内有Pb 矿化异常, 西南向约2 km 有Cu、Zn、Pb矿化异常, 在西南向约 2 km 有铅锌矿, 西向约1.5 km 有铜矿, 分维值D=1.580 0～1.700 0, 以铜矿床或铅锌矿床为主。

根据圈定6 个成矿靶区的断裂构造组合特征(铜矿为: 北东向断裂构造被南北向或北西向断裂穿插组合, 且北东向断裂构造为主要的容矿构造;铅锌矿为: 南北向断裂被北西或北东向断裂穿插,且南北向断裂构造为主要的容矿构造; 因此, 铜矿以平行北东向断裂构造越多越有可能成矿, 铅锌矿以平行南北向断裂构造越多越有可能成矿)、矿化异常特征(矿化现象越密集越有可能成矿)、矿床分布的密集特征(矿床分布越密集越有可能成矿)以及矿床分布分维值特征推测6个成矿靶区成矿可能性关系为: III＞V＞II＞VI＞IV＞I。

6 结论

(1)在大瑶山西北约3000 km2范围内, 我们应用盒维数法, 在5～0.312 5 km 的标度范围内, 计算得大瑶山西北地区分维值D=1.689 7, 相关系数R2=0.989 4, 说明研究区断裂构造具有良好的分形结构统计自相似性;

(2)将断裂构造分维等值线图与研究区矿产分布图叠加分析, 表明热液成矿存在分维临界线, 分析获得矿产整体成矿预测分维临界线为1.500 0～1.800 0, 铅锌矿成矿预测分维临界线为1.600 0～1.740 0, 铜矿成矿预测分维临界线为 1.500 0～1.700 0, 金矿成矿预测分维临界线为 1.640 0～1.800 0, 重晶石成矿预测分维临界线为1.600 0～1.740 0;

(3)通过对大瑶山西北地区南北向、北东向、北西向和东西向断裂构造进行分维计算分析, 同时结合断裂构造与矿体产状的关系分析, 可以得出北东向和南北向断裂构造为主要的容矿、控矿断裂构造,对热液成矿作用贡献值最大;

(4)以断裂构造分形为基础, 结合地质背景和Fry 分析, 我们预测出6 个成矿预测靶区, 推测成矿可能性关系为: III＞V＞II＞VI＞IV＞I。

致谢: 感谢桂林理工大学李社宏副教授在成文过程中的指导, 感谢各位专家对论文中的不足之处提出宝贵的意见和修改, 感谢《地球学报》编辑部对论文提出的意见。

Acknowledgements:

This study was supported by Guangxi Natural Science Foundation Program (No. 2018GXNSFAA281260).