山东省归来庄金矿床异常分布及其时空演化

山东省归来庄金矿床异常分布及其时空演化

归庄金矿床是芦溪地区首次发现的大型新金矿床，其成矿过程基本清晰。能否扩大矿床规模,如何进一步指导矿区周边今后的找矿工作是摆在研究者面前的难题。通过在时空域内对归来庄金矿床的金异常进行地质统计学研究,以及总结该区金异常分布及其时空演化规律,分析金的赋存部位,试图科学地指导该区今后的找矿工作,为扩大矿床规模提供理论与方法依据。研究区为山东省平邑县归来庄金矿区及其周边地区,面积约1000km2。1准平稳假设在时空域内,区域化变量Au在研究邻域内满足平稳或准平稳假设,其数学期望值未知,即E[Z(x)]=m未知,故可用普通克立格法进行研究。研究中用到的Au的数据来自预测区内Au的265个已知取样点。1.1数据分布特征由于所有资料都是经过处理的,不是区域化变量的原始值(不带任何单位),所以这些资料只有指证意义。对Au的数据作直方图并对其拟合(图1),可以看出Au呈单峰分布,变化范围在-1.88～52.29,变化幅度大,数据主要集中在小值区;大值区的数据虽然很少,但对数据的整体分布影响显著;数据分布明显右偏,需对特异值进行处理。经逐步估计邻域法处理原始数据后Au数据的分布轻微正偏,但基本可以认为服从正态分布。1.2最佳结构拟合过程区域化变量的时空分布特征分析主要是通过计算区域化变量在不同方向的变异函数,并对反映其时空结构的变异函数实验曲线进行拟合来实现。经估计邻域法处理特异值后Au的数据分布仍轻微正偏。两两相关半变异函数(pairwiserelativesemivariogram)对稀少的、有外来值(特异值)且服从正偏分布的数据很有用。将两两相关半变异函数作为时空结构度量方法,对5个不同方向(0°,22.5°,45°,90°,135°)Au的数据分布进行结构分析,结果表明Au在不同的方向基本显示各向同性,可以当作各向同性处理。对Au进行套合结构分析的过程其实就是一个结合金矿成矿过程对Au的时空变异实验曲线进行拟合的过程。由于归来庄金矿床的成因主要与次火山杂岩有关,次火山杂岩体对金的成矿起主导作用,所以在研究中只考虑次火山岩这一主要成矿地质作用,且只用一个套合结构对归来庄金矿床Au的时空结构进行拟合(图2)。从图2可以看出,现时相Au的变异函数实验曲线可以用一个块金效应为5个单位、基台值为200个单位、变程为12000m的球状模型的曲线拟合。块金效应的大小取决于Au的区域背景值;基台值远大于块金效应说明该区的Au数据在某些地方明显高于背景值,指示有Au异常存在,说明该区有找矿前景;变程主要与该区铜石次火山杂岩体有关。该杂岩体出露面积超过30km2,最大长度大于12000m。归来庄金矿床现时相Au的时空变异模型可简化为:γ(h)=C0+C(1.5h/a−0.5h3/a3)=5+97.5(h/4000−h3/120003)0＜h≤aγ(h)=C0+C(1.5h/a-0.5h3/a3)=5+97.5(h/4000-h3/120003)0＜h≤a该时空结构参数与该区地质情况相对应,可以用来进行普通克立格法估计。1.3时空变异结构模型验证根据Au的时空结构变异特征,结合归来庄金矿床具体地质情况,同时考虑到原始数据间距较大等因素,制定适合本区的普通克立格法估计方案。将研究区分为90×80个待估区,待估区大小为400m×325m,搜索直径为12000m,各向异性比为1。为了验证Au的时空变异结构模型在该研究区内的正确性,根据普通克立格法的设计方案,用265个原始数据值作为检验标准进行交叉验证。验证结果表明其估计精度较高,因而用该模型和方案对该区现时相Au进行估计,其结果是可信的。对研究区内的7200个待估区Au的平均品位进行普通克立格法估计,估计结果见图3。图3显示,该区区域化变量Au的普通克立格法估计高值区集中在归来庄金矿区,归来庄金矿田南部与次火山杂岩体南部边缘接触部位及铜石镇西与次火山岩杂岩体的西部边缘接触部位也有较高的Au品位出现。1.4金矿床au异常区地质异常及定位预测获取研究区内Au估计量的最终目的是了解Au的时空结构,分析Au异常的分布规律,为扩大矿床规模、进一步指导今后的找矿工作服务。根据Au品位的时空结构所确定的异常在地质异常理论中属于“专属致矿地质异常”,这类异常的分布区可以称为“找矿可行地段”。根据地质异常理论,山东省平邑县归来庄地区的Au异常(Au数值大于4个单位的区域)属于局部地质异常,与归来庄金矿田相一致。该区Au异常具有地质异常的基本特性:(1)不连续性和突变性。从现时相Au的普通克立格法估计的等值线图上可以看出,Au异常的分布具有突变性,Au的数值在小于4个单位时等值线显得平缓、稀薄,而大于4个单位后等值线突然稠密;Au数值大于4个单位的区域都是在次火山杂岩体与围岩的接触部位;Au异常区位于平邑凹陷中的单断盆地内和分布在燕甘断裂的两侧等都说明异常区与周边地区具有不连续性。(2)不均一性和多样性。金矿床的内部变化具不均匀性。从矿床勘探所获资料计算,Au品位变化大,平均品位8.10×10-6,品位变化系数为215%。归来庄金矿床Au的定位模式具有多样性。(3)随机性和不确定性。由于成矿作用的复杂性和控矿因素的多样性,导致成矿事件是一种随机的地质异常事件,因而决定了成矿预测工作只能是某种概率意义上的风险性工作(即不确定性)。Au异常区的圈定,只能对该区今后找矿工作提供参考,它对成矿预测的确定性只能在后期的工作中得到验证。(4)等级性和相对性。归来庄Au异常区属于局部地质异常,同时该异常区的圈定是相对的。这种相对性有2种含义:首先该异常区只是相对于周边地区而言具有某种意义上的明显差异,其次异常区的圈定是相对的,这里是以Au数值大于4个单位为异常区。(5)不规则性和自相似性。Au异常的形态是不规则的,但Au异常内部Au的时空分布规律却具有自相似性。根据地质异常理论,赵鹏大院士提出了一种新的定量成矿预测方法——地质异常矿体定位预测。地质异常矿体定位预测的核心内容是“5P”地段的圈定,这实际上是地质异常研究对成矿预测工作中5个不同阶段的科学总结。由于受资料的限制,本区地质异常的研究还限在找矿可行阶段和找矿有利阶段上。本区找矿可行地段就是Au异常区,即Au数值大于4个单位的区域(图3)。2阿尔伯茨-奥尔德法的研究2.1as、sb、mo与au的关系对于固体矿产资源,通常只有一个时间相的资料,要动态地研究固体矿产的时空变迁规律,采用常规的方法很难达到预期的目的。虽然该区只有一个时相的Au资料,但尚有14种1∶20万的区域化探资料。化探元素间通常存在某种相关性,根据其他化探元素与Au的某些关系有可能获取早时相Au的分布。该区化探元素的相关系数计算结果表明,As、Sb、Mo与Au表现强相关,相关系数大于0.8。由该区地质研究成果可知,无论是铜石次火山杂岩体还是金矿区,As、Sb、Mo对金矿成矿都有指示意义。Au、As、Sb、Mo经常伴生,但它们的地球化学性质相差很大。Au的离子半径大,电离电位高,很难与其他物质发生地球化学反应,地球化学性质稳定,在地球化学作用过程中往往残留原地。As、Sb、Mo则与Au不同,它们的地球化学性质较Au活泼得多,容易与其他物质发生反应,易发生迁移。Au、As、Sb、Mo在成矿较早阶段(早时相)的分布情况与现时相相比有较大差异,但Au的变化相对于As、Sb、Mo来说较小。利用与Au紧密伴生的As、Sb、Mo的地球化学活泼性,对地球化学性质稳定的Au作“归一”处理,可以近似获得早时相Au的分布。早时相Au共有258个数据,相对于现时相Au的数据普遍偏小,说明成矿初期Au的品位较低,后期多阶段演化使Au叠加变富。为了在相同技术条件下对归来庄早时相和现时相Au的异常分布进行比较,对早时相Au异常的分布进行了普通克立格法估计。2.2结构分析方法广义相对半变异函数(Generalrelativesemivariogram)和两两相关半变异函数一样,当数据稀少、有外来值(特异值)且服从正偏分布时比较稳健。早时相Au的时空结构采用广义相关变异函数来度量。利用广义相对半变异函数对研究区内Au在多个方向上的时空变异性进行分析,结果表明,早时相Au的广义相对半变异函数在不同方向上基本显示各向同性。选择具代表性的45°方向进行结构分析,区域化变量Au在早时相的时空变异曲线可以用一个块金效应为0.5个单位、基台值为5.8个单位、变程为8500m的球状模型来拟合。早时相Au的时空变异性指标比现时相对应的小,这与该区已有的地质资料相吻合。早时相Au的块金效应、基台值小,现时相Au的块金效应、基台值大,这是由于成矿后广泛的区域变质、围岩蚀变、地下水作用、成矿后断裂等诸多因素使Au品位变富、区域背景值增高的缘故。早时相Au的变程也小于现时相Au的变程,这是因为次火山杂岩体、结晶基底及围岩等富Au源体在后期的各种成矿作用驱动下,其中的Au不断地活化迁移,有效成矿场变大,Au的来源更广,范围更宽,因而变程增大。归来庄金矿床早时相Au的时空变异模型可简化为:γ(h)=C0+C(1.5h/a−0.5h3/a3)=0.5+2.65(3h/8500−h3/85003)0＜h≤aγ(h)=C0+C(1.5h/a-0.5h3/a3)=0.5+2.65(3h/8500-h3/85003)0＜h≤a式中,C为基台值;C0为块金效应;a为变程;h为待估点与样品点的距离;γ(h)是变异函数值。2.3不同时空变异结构模型早时相au的估计效果为了验证早时相Au的时空变异结构模型在该研究区内的正确性,根据普通克立格法设计方案,用早时相的258个数据值作为检验标准进行检验。结果表明,根据早时相Au的时空变异结构模型用普通克立格法在该区对早时相Au进行估计的效果良好(图4)。从图4可以看出,原始值与估计值的平均差值为-0.03846,258个差值的方差为6.45;差值大部分集中在0附近,只有极少数差值较大。说明该时空变异结构参数较为合理,用该组参数对该区早时相Au进行普通克立格法估计其结果是可靠的。2.4早时相金异常特征利用普通克立格法,对研究区内的7200个待估区进行估计,估计结果见图5。对早时相和现时相Au的分布图进行比较可知:Au的早时相与现时相异常分布空间大致一致。Au在成矿初期品位较低,成矿后该金矿不但没有遭到破坏,反而有叠加变富的趋势;早时相金异常呈现NW走向,与区内主要构造线方向一致,而现时相Au异常分布的方向性没有早时相明显。从异常演化的角度考虑,今后除继续加强归来庄金矿区与铜石次火山杂岩体接触带的找矿工作外,还应适当将找矿空间拉开,向矿区的西北部、南部和东南部展开。3au与时效相au的关联为了充分利用现时相Au数据对研究早时相Au所能提供的信息,更全面地研究早时相Au异常的分布情况,同时又为了验证早时相Au的普通克立格法估计的准确性,在仅有2个时相Au数据的条件下,在时空域内对归来庄金矿床早时相Au异常的分布进行协同克立格法估计。在利用协同克立格法研究该区早时相Au异常的分布时,对时空域中的协同克立格法作了技术处理,即将2个时间相看成2个变量,早时相Au作为主变量,现时相Au为次变量。这样处理的依据是:(1)早时相Au与现时相Au数据的相关性强,其相关系数为0.8587;(2)研究的目的仅是考察现时相Au异常对早时相Au的分布所起的作用。由于早时相Au的数据点与现时相Au的数据点的空间分布完全相同,因而这种作用与协同克立格法中具相同空间结构的普通意义上的变量间的相互作用一致。由于只考虑2个变量,只有1个次级变量k1(现时相Au),所以对某主变量k0(早时相Au)的普通协同克立格法估计表达式列为:Z∗早(U)=∑ak0=1Nk0λ(Uak0)Zk0(Uak0)+∑ak1=1Nk1λ(Uak1)Zk1(Uak1)Ζ早*(U)=∑ak0=1Νk0λ(Uak0)Ζk0(Uak0)+∑ak1=1Νk1λ(Uak1)Ζk1(Uak1)这里λ(Uak0)是早时相Au的Nk0个样品权值;λ(Uak1)是现时相Au的Nk1个样品权值。在估计方差最小和无偏条件下,对该区早时相Au的数据进行协同克立格法估计,其估计方程组为:⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪∑k=01∑ak=1Nkλ(Uak)Ckk′(Uak,Uak′)−μk=Ck0k′(U,Uak′)∑ak0=1Nk0λ(Uak0)=1∑ak1=1Nk1λ(Uak1)=0{∑k=01∑ak=1Νkλ(Uak)Ckk′(Uak,Uak′)-μk=Ck0k′(U,Uak′)∑ak0=1Νk0λ(Uak0)=1∑ak1=1Νk1λ(Uak1)=0其中:C为协方差函数;U为待估域;μk为拉格朗日乘子;k,k′=0,1;ak,ak′=1,…,Nk。3.1相au结构参数利用广义相对半变异函数对研究区内Au的时空变异性进行分析,结果表明早时相和现时相Au的广义相对半变异函数在不同方向上基本显示各向同性。2个时相Au的广义相对半变异函数经套合结构拟合后,其结构参数示于表1。经检验,该时空域变异结构参数较为合理,说明用该组参数对该区早时相Au数据进行协同克立格法估计,其结果是可靠的。3.2不同方法对早时相au异