基于成矿元素复杂度的地球化学数据处理方法在找矿实践中的应用——以柴北缘造山带绿梁山地区为例

徐永利，郑有业，许荣科，严 康，左恒斌

(1.甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院； 2.地质过程与矿产资源国家重点实验室； 3.中国地质大学(武汉)地质调查研究院)

引 言

数据处理是勘查地球化学领域极其关键的环节，对有效提取有用地质异常信息尤为重要[1-2]。在实际地质工作过程中，往往会遇到地质异常信息被削弱或掩盖，或者大量信息被某些外界因素影响而难以显示等现象，致使利用常规数据处理方法不易获取这些有用信息[3-4]。如何提取、筛选这些极为隐蔽的矿化信息一直是化探找矿工作关注的焦点，而合理的地球化学数据处理已被实践证明是解决上述问题有效的途径之一[1-2]。地球化学数据处理经历了早期传统统计学和稳健统计学的发展过程[5]，其认为元素地球化学数据服从正态分布或对数正态分布[6]；20世纪60—70年代，趋势面法被成功应用于金属矿床的成矿物质来源和矿床成因研究领域[7]；20世纪80年代，地球化学领域诞生了分形理论，认为地球化学数据中广泛存在分形结构或服从分形分布和多重分形分布[8-13]，相继出现了含量-总量法等若干分形法[14-17]，掀起了地球化学数据处理和找矿预测的新潮[18-20]。

近年来，许多学者认为复杂的元素组合有利于成矿，这一现象在与造山作用有关的金银等贵金属矿床中表现尤为显著。例如：涂光炽[21]指出，超大型矿床是多期有利成矿因素耦合作用的结果；ROBERT等[22-23]指出，造山带型金矿床成矿物质具有多源性，成矿过程具有复杂性。孙宝田[24]认为，夹皮沟等众多金矿床具有多期成矿的特征。在此背景下，除了分形理论外，同时诞生了赵鹏大院士的“大数据”、郑有业教授的“地质内涵法”等地球化学数据处理新思路，并在找矿实践工作中得到了验证。郑有业等[25]将“成矿元素复杂度”作为筛选和评价与矿床有关异常的重要准则，即以成矿作用的强度优选异常，优选出了北喜马拉雅地区以扎西康为代表的，成矿物质交换、成矿作用强烈的5处异常区，并发现了北喜马拉雅成矿带的首个锑多金属超大型矿床。

绿梁山地区位于柴北缘造山带上[26-27]，是中国重要的矿产资源基地[28-29]，找矿潜力巨大。但是，其区内分布有荒漠、戈壁等地貌，且遭受风积物等因素的影响，对地质找矿工作造成了严重干扰。许荣科等[29-31]认为，绿梁山铜矿区早期表现为VMS型矿化，后期遭受造山作用。鉴于此，针对绿梁山地区独特的地貌特征和成矿背景，采用基于成矿元素复杂度的地球化学数据处理方法对1 ∶5万水系沉积物测量结果进行分析，快速优选出了重要找矿靶区，经验证新发现了鱼卡铜金矿床，本文主要简述其找矿效果及地质意义。

1 研究区概况

绿梁山地区位于阿尔金断裂东南部(见图1-A)，柴北缘造山带内(见图1-B)。经历了早加里东期、晚华力西期—印支期的碰撞造山及中—新生代板内盆山演化等多期构造作用[23-24,27]，岩浆活动频繁，矿种多样，矿床成因类型复杂，找矿潜力巨大。但是，其地理位置独特，部分地段为荒漠、戈壁等地貌，年蒸发量远大于年降水量，且遭受风积物等因素影响，对地质找矿工作造成了严重干扰。

图1 绿梁山地区大地构造位置图(A)及构造区块划分图(B)(据文献[31]修改)

2 成矿元素复杂度

成矿元素复杂度这一概念是诸多学者在地球化学找矿实践工作中提出来的[25，35]，本文的基本思路是：①在针对地质背景不同地质单元(包括构造、地貌景观、地层等)分区的基础上，对某个分区的地球化学数据进行统计分析，计算出各单元每个采样点元素的衬值；②将每个采样点衬值小于1的元素赋值为0，衬值大于1的元素赋值为1，最终将每个采样点上的元素赋值累加值作为一个指标，利用该指标在地质软件上实现元素复杂度的平面可视化图，优选找矿靶区。成矿元素复杂度是成矿作用强度大小的直接体现，也是地球化学异常和成矿有利地段优选的重要准则[25]。其既可以反映成矿物质交换作用强弱的部位，也可以反映多期次成矿地质作用的叠加改造部位。

本文采用的具体步骤：第1步，基于MapGIS软件的空间分析等模块，对不同Ⅲ级成矿带或不同化学景观分区内不同地质单元的区域地球化学数据进行分类。第2步，对地球化学数据进行预处理，①利用基于迭代法的ALPHA软件对地球化学数据使用迭代法多次剔除，形成背景数据集，统计各元素每个分区的地球化学特征参数，快速地计算出各元素每个分区的异常下限；②利用ALPHA软件将各元素的原始数据除以相应的异常下限，使其变为无量纲量，快速地统计出每个分区中各个采样点每种元素的衬值。第3步，利用Excel软件的IF函数，将每个采样点衬值小于1的元素赋值为0，衬值大于1的元素赋值为1，最终将同一采样点上的赋值进行累加，形成各采样点元素复杂度的数据集。第4步，根据地球化学异常评序参数评价原则，结合元素组合，分为复杂(元素种数≥6.0)、中等(6.0>元素种数>3.0)、简单(元素种数≤3.0)3种，选择3.0，4.5，6.0分别为外、中、内三级浓集分带界线值，利用MapGIS软件等绘制成矿元素复杂度的平面图。第5步，选择有利异常区，进而优选，验证靶区。

3 异常特征

基于构造分区的成矿元素复杂度异常主要分布在鱼卡砂金矿一带、鱼卡铜金矿—花石梁、绿梁山铜金矿北西侧、大石北—南山—开屏沟、双口山北—双口山—双口山南、铁石观南东—西侧等地区，优选了HS-4-1异常等作为金找矿靶区、HS-9异常等作为铅多金属找矿靶区(见图2)。其中，成矿元素最为复杂且浓集中心最为明显,排名前3的异常依次是HS-9、HS-4-1、HS-6-1，本文主要以HS-6-1、HS-4-1异常为例进行论述。

图2 基于构造分区1 ∶5万水系沉积物的成矿元素复杂度图

3.1 HS-6-1异常(鱼卡砂金矿一带)

HS-6-1异常位于鱼卡沟靠近鱼卡水库一带，异常区内出露地层主要有新近系油砂山组半胶结碎屑岩及第四系。利用常规地球化学圈定的异常由Au、Hg元素组成(见表1)，异常套合一般，浓度分带不明显。利用成矿元素复杂度确定的HS-6-1异常浓集中心及分带明显(见图3)，其异常可分解为北西侧、东侧2处异常，北西侧异常与鱼卡砂金矿床密切吻合，基本反映了鱼卡砂金矿床的分布特征；东侧异常与鱼卡河中上游地段石膏矿化点相吻合，认为金可能来源于杂岩带，具有寻找与造山带有关的金矿床的潜力。

表1 HS-6-1甲2类异常元素地球化学参数特征

1—第四系 2—油砂山组 3—金矿床 4—石膏矿化点图3 HS-6-1异常成矿元素复杂程度剖析图

3.2 HS-4-1异常(绿梁山铜金矿北西侧)

2010年，常规地球化学方法圈出了由Au、Cu等元素组合的HS-4综合异常。经过采用成矿元素复杂度处理，认为位于HS-4综合异常东角的HS-4-1 异常成矿作用强度高，而采用常规地球化学圈定的HS-4-1异常面积为4.69 km2，规律性不强(见表2、图4)。

表2 HS-4-1异常元素地球化学参数特征

1—第四系 2—滩间山岩群变碎屑岩 3—超基性岩 4—金矿床 5—辉长岩脉 6—采样点及编号 7—水系图4 HS-4-1常规地球化学异常剖析图

利用成矿元素复杂度法确定的HS-4-1异常(见图5)位于已知综合异常AS51的边缘，浓集分带明显，面积为5.59 km2；异常形态与构造关系密切，异常长轴方向反映了北西向和近南北向—北北东向2组构造，异常最强部位处于后期近南北向—北北东向构造线上，具有找金潜力。

1—第四系 2—滩间山岩群变碎屑岩 3—超基性岩 4—辉长岩脉 5—花岗闪长岩 6—金矿床 7—断裂图5 HS-4-1异常成矿元素复杂度剖析图

4 靶区验证

2011—2014年，采用1 ∶2 000剖面、1 ∶1万地质草测、1 ∶1万激电中梯剖面、探槽等工作手段，对HS-4-1 异常等开展了重点查证，找矿效果显著，新发现了多处金多金属矿化带，局部地段直接发现了矿体，重要的是在HS-4-1异常发现了鱼卡铜金矿床。

鱼卡铜金矿床赋存于寒武系—奥陶系滩间山岩群碎屑岩组凝灰质板岩中，总体上位于绿梁山复式向斜西翼的次级背斜中，含矿岩性主要为矿化石英脉和受构造作用发生强烈变形变质的各种糜棱岩条带。通过路线追索、地表剖面、探槽、深部钻探工程控制，在鱼卡铜金矿区先后共发现了13条含矿破碎带或石英脉，并圈出了多条金矿(化)体(见图6)。其中，以②号、③号、④号金矿(化)体含矿性最好，控制程度最高。

1—第四系 2—滩间山岩群变碎屑岩 3—超基性岩 4—辉长岩脉 5—褐铁矿化石英脉 6—金矿(化)体及编号 7—断裂及编号 8—产状 9—探槽及编号图6 鱼卡铜金矿区地质简图(据文献[36]修改)

1)②号金矿(化)体：与③号金矿(化)体地表形态相似，产于其西侧约90 m处，二者近于平行分布。②号金矿(化)体近南北向产出，倾角近于直立，南端倾向为北北西向，略向东倾，由产于破碎带中的含金石英脉构成；长度达992 m，宽度为0.7～3.4 m，Au品位为1.3×10-6～15.0×10-6。部分石英脉中可见到粒度为0.1～0.5 mm的片状明金，伴生Cu品位为0.2 %～2.0 %，铜矿化宽度约1.00 m。

2)③号金矿(化)体：近南北向产出，倾角近于直立，向矿区南部发生转折，倾向表现为北北西向，略向东倾，由产于破碎带中的含金石英脉及两侧的破碎带构成，长约1 300 m。探槽TC89探获矿体宽度5.4 m，厚约3.6 m，单个样品Au品位为1.0×10-6～12.6×10-6，加权平均Au品位4.7×10-6；探槽TC88探获矿体宽度24.3 m，最高Au品位3.6×10-6，与钻孔ZK0702深部见矿情况对应效果较好。整个③号金矿(化)体钻孔中伴生Cu品位为0.16 %～0.67 %，铜矿化宽度0.69～1.17 m。

3)④号金矿(化)体：由石英脉及破碎带构成，长约940 m，宽度0.3～2.0 m。探槽TC93中样品的2次分析结果显示其Au品位均为1.8×10-6。该金矿(化)体下盘有宽约1 m的破碎带，其Au品位为0.9×10-6。

5 结 论

1)成矿元素复杂度作为筛选和评价与矿床有关异常的重要准则，以成矿作用的强度优选异常，优选出了柴北缘造山带绿梁山地区以HS-4-1异常为代表的多处成矿物质交换、成矿作用强烈的异常，并指导发现了鱼卡铜金矿床。

2)在构造热液活动中，不同的地质体具有不同的背景值，导致成矿具有差异性。运用成矿元素复杂度赋予元素信息特有的地质内涵，对找到构造热液源区具有一定的指示意义。复杂的元素组合更有利于成矿，这一现象在与造山作用有关的金等贵金属矿床中表现得更为显著。

3)HS-4-1异常为典型的矿致异常，找金的前景巨大，应作为重点勘查区，进行深部探矿。