辛存林,路 闊,王 磊,任文秀,徐明儒,王晶菁,仵慧寧

(1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省地質(zhì)調(diào)查院, 甘肅 蘭州 730000；3.蘭州城市學(xué)院 培黎石油工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

勘查地球化學(xué)是礦產(chǎn)勘查的重要手段,其中地球化學(xué)場(chǎng)的分解對(duì)提取地球化學(xué)異常具有重要的意義,是地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理中必不可少的工作。由于復(fù)雜地質(zhì)作用的相互疊加,地球化學(xué)場(chǎng)通常表現(xiàn)為復(fù)雜的疊加場(chǎng),包含局部異常場(chǎng)和背景場(chǎng),相應(yīng)場(chǎng)往往呈現(xiàn)出空間自相似的特點(diǎn)。根據(jù)這種自相似性可以分解由不同地質(zhì)過(guò)程所產(chǎn)生的同種地質(zhì)體[1-5]。

在以往的地球化學(xué)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用中,更多的是采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；應(yīng)用這種方法在分析地球化學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,直至服從正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布；在應(yīng)用過(guò)程中只強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的頻率分布,而忽視了數(shù)據(jù)本身的空間相關(guān)性和變化性[3-7]。實(shí)際上,通過(guò)研究地球化學(xué)元素的分布規(guī)律可反映元素的礦化富集和空間分布特征,從而有效提取地球化學(xué)異常信息。地球化學(xué)元素的分布狀態(tài)是多重地質(zhì)過(guò)程和復(fù)雜地質(zhì)作用多因耦合的結(jié)果,使得地球化學(xué)元素在地殼中的分布具有不均一性和隨機(jī)性,其中地球化學(xué)元素的正常值服從統(tǒng)計(jì)學(xué)中的大數(shù)定量,即滿足正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布,而異常值往往服從分形分布(Preato)[7-10]。實(shí)踐表明,由礦化過(guò)程產(chǎn)生的成礦異常場(chǎng)和背景場(chǎng)具有不同的自相似性,其中異常場(chǎng)呈分形和多重分形分布。

由于地球化學(xué)測(cè)量只能反映異常和背景疊加、復(fù)合的結(jié)果,因此往往具有多樣性和復(fù)雜性的特點(diǎn)[11-13],所以很難直接通過(guò)地球化學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)區(qū)分異常和背景場(chǎng)。但是，從地球化學(xué)場(chǎng)的頻率能譜分布來(lái)看,異常和背景場(chǎng)具有不同的自相似性,因此可以在頻率域中利用冪律函數(shù)刻畫(huà)這種自相似性的規(guī)律：將地球化學(xué)異常和背景場(chǎng)的能譜進(jìn)行分解,然后將分解的能譜信息通過(guò)逆變換返回至空間域,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地球化學(xué)異常和背景場(chǎng)的分解[12-14]。

分形理論是近年來(lái)迅速興起的非線性理論分支,已在圈定地球化學(xué)異常和確定環(huán)境地球化學(xué)基準(zhǔn)密度等方面得到廣泛應(yīng)用,其中成秋明等[15-16]發(fā)展的C-A法和S-A法在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。這些新方法在應(yīng)用過(guò)程中相較于傳統(tǒng)方法,充分考慮了頻率分布規(guī)律和地球化學(xué)數(shù)據(jù)空間分布的特征,將地球化學(xué)場(chǎng)的各向異性、廣義自相似性、尺度不變性等特征集于一體,并通過(guò)壓制變化性背景的干擾突出局部異常。

本文將多重分形法用于新疆喬拉克地區(qū),應(yīng)用C-A法和S-A法分析了Cu,Pb,Zn,Ag,As等5種元素,對(duì)喬拉克地區(qū)的成礦規(guī)律進(jìn)行研究和靶區(qū)圈定,并結(jié)合空間主成分分析法提取以上5種元素的組合異常。通過(guò)對(duì)比研究成礦特征,圈定喬拉克地區(qū)為成礦的有利地段。

1 研究區(qū)的地質(zhì)特征

研究區(qū)位于新疆青河縣西北部與富蘊(yùn)縣的接壤處,隸屬于新疆青河縣。大地構(gòu)造位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦準(zhǔn)噶爾板塊的接合部位,地處阿勒泰多金屬成礦帶中部南緣,區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線整體呈北西南東走向。該區(qū)域在新元古代早期形成的克拉通基底上裂解擴(kuò)張成洋,并隨后發(fā)生了俯沖、碰撞、增生等過(guò)程;晚古生代期間,經(jīng)歷多旋回手風(fēng)琴式開(kāi)合運(yùn)動(dòng),使得洋轉(zhuǎn)陸過(guò)程中由一系列溝弧盆地體系擠壓在一起;閉合后,準(zhǔn)噶爾板塊開(kāi)始后碰撞造山演化階段,以碰撞深成巖漿活動(dòng)為特征[17-18]。

研究區(qū)內(nèi)出露地層單一,僅為中—上奧陶統(tǒng)哈巴河中亞群(O2-3hbb),大面積分布在研究區(qū)的中北部,占研究區(qū)面積70%以上;研究區(qū)南部及周邊多為侵入巖,根據(jù)地層層序、巖石組合特征，自北向南可劃分為3個(gè)巖性段,依次為哈巴河中亞群第一巖性段的二云母片巖、千枚巖,哈巴河中亞群第二巖性段的變砂巖,哈巴河中亞群第三巖性段的黑云母片麻巖(見(jiàn)圖1)。

1 第四系:黃土、殘積物及浮石等;2 哈巴河中亞群第一巖性段:二云母片巖、千枚巖;3 哈巴河中亞群第二巖性段:變砂巖;4 哈巴河中亞群第三巖性段:黑云母片麻巖;5 石英閃長(zhǎng)巖;6 細(xì)粒二云母花崗巖;7 花崗巖脈;8 閃長(zhǎng)巖脈;9 石英脈;10 水系;11 地質(zhì)界線;12 探槽及編號(hào)圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map of the study area

巖漿巖主要為華力西中期侵入巖,其中華力西中期侵入巖(Cδo)為石英閃長(zhǎng)巖,環(huán)型分布在研究區(qū)西南兩側(cè),為一個(gè)較大的巖基,與中—上奧陶統(tǒng)哈巴河中亞群為侵入接觸關(guān)系,內(nèi)接觸帶含有大小不等的捕虜體。華力西中期侵入巖(Cγβm)為細(xì)粒二云母花崗巖,為一個(gè)小型巖基,出露面積小,侵入于中—上奧陶統(tǒng)哈巴河中亞群,接觸帶附近石英脈較為發(fā)育。研究區(qū)出露花崗巖脈、閃長(zhǎng)巖脈以及石英脈等,基本沿巖石片理及片麻理填充,與巖層產(chǎn)狀基本一致,其中花崗巖脈規(guī)模最大。

研究區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖分布廣泛,以區(qū)域變質(zhì)作用為主,在巖體的外接觸帶見(jiàn)有熱力變質(zhì)作用,進(jìn)一步加深了變質(zhì)巖系的變質(zhì)程度;在構(gòu)造發(fā)生地段產(chǎn)生動(dòng)力變質(zhì)作用,巖石再次發(fā)生變質(zhì),形成帶狀的動(dòng)力變質(zhì)巖。在華力西造山運(yùn)動(dòng)的影響下,原屬碎屑巖普遍發(fā)生了顯著的應(yīng)力變形,表現(xiàn)為地層發(fā)生強(qiáng)烈的線性褶皺,巖石中產(chǎn)生了各種連續(xù)劈理,以及產(chǎn)生絹云母、綠泥石等變質(zhì)礦物。

本文在實(shí)際野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,完成1∶2.5萬(wàn)水系沉積物樣品的采集,平均采樣點(diǎn)密度為12.6件/km2,共采集469件水系沉積物地球化學(xué)樣品。樣品由核工業(yè)新疆理化所進(jìn)行分析測(cè)試,其中Cu,Pb,Zn應(yīng)用IPC-OES光譜儀進(jìn)行測(cè)試;Ag應(yīng)用一米平面光柵攝譜儀WWP1進(jìn)行測(cè)試;As應(yīng)用原子熒光分光光度計(jì)AFS-9800進(jìn)行元素含量的測(cè)定。分析測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格參照《DZ0130規(guī)定》中地球化學(xué)樣品分析方法與質(zhì)量監(jiān)控的要求執(zhí)行。本次樣品分析的各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范與設(shè)計(jì)要求,其中Ag單位為ng/g,Cu,Pb,Zn,As單位為μg/g。

2 單元素異常的識(shí)別與提取

2.1 C-A法在研究區(qū)中的應(yīng)用

成秋明(1994)從分形理論中認(rèn)識(shí)到地球化學(xué)的背景值和異常值具有各自獨(dú)立的冪律關(guān)系,即具有不同的自相似性,由此導(dǎo)致了一種多重分形分布。在此基礎(chǔ)上,提出了確定地球化學(xué)異常下限的“含量-面積”(C-A)模型[19-20]:

N(r)=Cr±D(r>0)，

(1)

其中,r表示特征尺度,C>0為比例常數(shù),D>0為元素分維,N(r)表示尺度大于等于r的數(shù)目或尺度小于等于r的數(shù)目。將觀測(cè)數(shù)據(jù)(N(r1)N(r2),N(r3),…,N(rn))(r1r2r3,…,rn)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上,在含量面積雙對(duì)數(shù)圖上,將式(1)兩邊取對(duì)數(shù),得到方程

lgN(r)=lg(C)±Dlg(r)。

(2)

利用最小二乘法進(jìn)行直線段擬合,并求得相應(yīng)的分維數(shù)D;將擬合直線段的交點(diǎn)作為分界點(diǎn),從而劃分背景和異常;指數(shù)D定量刻畫(huà)了分布在該無(wú)標(biāo)度區(qū)內(nèi)含量變化的復(fù)雜程度;并可通過(guò)相關(guān)系數(shù)和方差分析檢驗(yàn)方程的顯著性。應(yīng)用GeoDAS軟件,采用C-A法確定研究區(qū)Cu,Pb,Zn,Ag,As元素的異常下限,在各元素“含量面積”的雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖上,各元素均為兩條或兩條以上的線段進(jìn)行擬合,說(shuō)明各元素在空間分布上存在多個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū);通常低值區(qū)擬合的直線為元素的背景值區(qū),第二段直線為元素主要含量空間,一般為區(qū)域地質(zhì)作用形成的區(qū)域異常區(qū),第三段通常反映局部礦化作用形成的局部地球化學(xué)異常[21-22]。

采用C-A分形模型,利用最小二乘法得到Cu元素的分維方程為:

N(r)=12.905r-0.119， 12.65≤r<29.13，

N(r)=28.645r-4.817， 29.13≤r<38.97，

N(r)=59.032r-13.171， 38.97≤r<45.95，

N(r)=39.879r-8.127， 45.95≤r<107.01。

由以上計(jì)算可以得知,分維數(shù)分別為:D1=0.119,D2=4.817,D3=13.171,D4=8.127,分界點(diǎn)為29.13,38.97,45.95,可用于區(qū)分區(qū)域異常和局部異常(見(jiàn)圖2)。

圖2 Cu的含量面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.2 lgA-lgC fitting chart of Cu

從Cu異常分布圖(見(jiàn)圖3)中可以看出,黑色區(qū)域?yàn)楦弋惓^(qū),且覆蓋面積最小,也是最有可能成礦的區(qū)域。Cu元素異常區(qū)域主要分布在研究區(qū)西北部,少量分布在研究區(qū)西南部,異常區(qū)域的分布主要與巖漿作用有關(guān);其在研究區(qū)西北部沿哈巴河中亞群第三巖性段與華力西中期侵入巖的界線展布,且異常面積較大,成礦的可能性極大。分布在研究區(qū)西南部的異常面積較小,主要分布在石英閃長(zhǎng)巖中,對(duì)尋找銅礦床具有一定指示意義。

圖3 Cu元素異常分布圖Fig.3 Copper anomaly distribution in the study region

依照處理Cu元素的流程,得到Pb元素的分維方程為:

N(r)=13.151r-0.237， 9.25≤r<16.89，

N(r)=38.307r-9.129， 16.89≤r<20.31，

N(r)=47.582r-12.282，20.31≤r<31.71，

N(r)=70.408r-18.885，31.71≤r<36.80。

由上計(jì)算可以得知, 分維數(shù)分別為D1=0.237,D2=9.129,D3=12.282,D4=18.885;分界點(diǎn)為16.89,20.31,31.71(見(jiàn)圖4)。

根據(jù)Pb元素lgA-lgC擬合圖確定其異常下限為20.31,并進(jìn)行背景和異常的劃分后可知，其異常區(qū)域分布在研究區(qū)北部(見(jiàn)圖5),主要位于哈巴河中亞群的二云母片巖中,少量分布在二云母花崗巖中。由于鉛在變質(zhì)作用中具有一定的活化轉(zhuǎn)移能力,且云母片巖是變質(zhì)巖中含鉛量最富者,使鉛可以通過(guò)變質(zhì)作用產(chǎn)生一定量的富集,對(duì)異常區(qū)域內(nèi)鉛的富集具有一定幫助。

圖4 Pb的含量面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.4 lgA-lgC fitting chart of Pb

圖5 Pb元素異常分布圖Fig.5 Lead anomaly distribution in the study region

同樣,得到Zn元素的分維方程為:

N(r)=12.879r-0.078， 41.36≤r<69.73，

N(r)=28.527r-3.745， 69.73≤r<87.76，

N(r)=126.523r25.608， 87.76≤r<118.97。

由以上計(jì)算可以得知,分維數(shù)分別為:D1=0.078,D2=3.745,D3=25.608,分界點(diǎn)為69.73,87.76(見(jiàn)圖6)。

Zn元素異常區(qū)域主要分布在研究區(qū)的北部(見(jiàn)圖7),且面積較大。通過(guò)觀察Zn元素的lgA-lgC擬合圖可以發(fā)現(xiàn),Zn元素分維數(shù)D2對(duì)應(yīng)的直線段斜率較其他幾種元素的均較小,斜率為3.745,小于4,而其他元素均大于4,在對(duì)應(yīng)直線段上反映為較緩。從以往的研究[22]中可知，該直線越緩,從低含量點(diǎn)到高含量點(diǎn)頻率下降越慢,說(shuō)明有較多的高含量點(diǎn)分布,越有利于成礦,因此在異常分布圖上呈現(xiàn)出較大的異常區(qū)域;反之,元素主要集中在低含量點(diǎn),不利于成礦。

圖6 Zn的含量面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.6 lgA-lgC fitting chart of Zn

圖7 Zn元素異常分布圖Fig.7 Zine anomaly distribution in the study region

通過(guò)對(duì)比Pb和Zn的元素異常分布圖可以發(fā)現(xiàn),其異常區(qū)域都主要分布在研究區(qū)的北部,且部分重合,這說(shuō)明Pb和Zn的相關(guān)性較好,為指示多金屬礦床具有重要意義。由于Pb的物質(zhì)來(lái)源多種多樣,且在表生條件下作為親酸性的Pb不易遷移,與在表生條件下容易遷移的親基性的Zn相關(guān)性較好,說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)背景較為復(fù)雜,為研究區(qū)成礦提供了有利條件。

同樣,得到Ag元素的分維方程為：

N(r)=12.701r-0.042， 11≤r<56，

N(r)=46.247r-8.378， 56≤r<68，

N(r)=88.549r-18.37， 68≤r<103。

計(jì)算得到分維數(shù)分別為D1=0.042,D2=8.378,D3=18.37；分界點(diǎn)為56和68,用于區(qū)分區(qū)域異常和局部異常(見(jiàn)圖8)。

Ag元素異常主要分布在研究區(qū)的西北部(見(jiàn)圖9),異常區(qū)域主要分布在華力西中期石英閃長(zhǎng)巖中,并在異常區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)花崗巖脈。中低溫?zé)嵋菏倾y在內(nèi)生作用中主要富集的階段,且銀在溶液中較為穩(wěn)定,常與Pb,Zn一起遷移。對(duì)比Ag和Zn的異常分布圖可知,Ag和Zn元素的異常區(qū)域吻合度較高,并且Ag和Zn的lgA-lgC擬合直線形態(tài)較為相似,反映了研究區(qū)內(nèi)Ag和Zn元素間關(guān)系較為密切。

圖8 Ag的含量面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.8 lgA-lgC fitting chart of Ag

圖9 Ag元素異常分布圖Fig.9 Silver anomaly distribution in the study region

同樣，得到As元素的分維方程為：

N(r)=12.812r-0.207， 2.35≤r<7.30，

N(r)=31.314r-9.43， 7.30≤r<10.12，

N(r)=30.846r-9.357， 10.12≤r<20.68。

計(jì)算可知其分維數(shù)分別為D1=0.207,D2=9.43,D3=9.357；分界點(diǎn)為7.30和10.12(見(jiàn)圖10)。

通過(guò)As元素異常分布圖(見(jiàn)圖11)可知,As異常區(qū)主要分布在研究區(qū)的西南以及中部,沿哈巴河中亞群第三巖性段和華力西中期侵入巖分界線展布;其中部的異常區(qū)域與Ag異常區(qū)域部分重合,As常常作為伴隨礦物產(chǎn)出,對(duì)尋找Ag礦床具有一定指示意義。

圖10 As元素含量面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.10 lgA-lgC fitting chart of As

圖11 As元素異常分布圖Fig.11 Arsenic anomaly distribution in the study region

通過(guò)研究Cu,Pb,Zn,Ag,As等5種元素的含量面積雙對(duì)數(shù)擬合圖可以發(fā)現(xiàn),這5種元素的雙對(duì)數(shù)擬合圖均可用兩條或兩條以上的直線進(jìn)行擬合,這說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)5種元素的空間分布存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的無(wú)標(biāo)度區(qū)。其中,擬合圖中的第一段的斜率均較小,表明元素的含量較少,屬于背景區(qū);第二段及以上為主要含量區(qū)間,通常為異常區(qū)；若第二段反映區(qū)域異常區(qū),則第三段直線反映局部地球化學(xué)異常。通過(guò)對(duì)新疆喬拉克地區(qū)5種元素進(jìn)行分析可知,Zn,Ag,As均用3條直線段擬合,且Zn和As中的第三段直線的斜率小于第二段的斜率,說(shuō)明礦化作用明顯,具有較大的成礦潛力;Cu和Pb分為4段擬合,第三段和第四段反映元素局部地球化學(xué)異常,且Cu,Pb,Zn的異常區(qū)域有部分重疊,表明Cu,Pb,Zn相關(guān)性較強(qiáng),反映了銅等多金屬成礦作用有直接聯(lián)系的元素組合。

2.2 S-A法在研究區(qū)中的應(yīng)用

成秋明將C-A思想推廣到頻率域,并建立了多重分形的“能譜密度面積”(S-A)模型[23-25]:

A(S>s)∝s-β，

(3)

其中,S表示能譜密度,當(dāng)能譜密度S大于某一值臨界值s時(shí),A表示為S>s時(shí)面積；β為指數(shù)；∝表示成正比。通過(guò)公式(3)可以看到,當(dāng)面積s值增大時(shí),能譜密度A相應(yīng)地減小,且面積隨能譜密度的變化規(guī)律與指數(shù)β的大小有關(guān)。

多重分形濾波技術(shù)是空間分析和頻率分析的集合[26],在能譜密度與面積(S-A)的雙對(duì)數(shù)圖上,所有直線均服從冪律關(guān)系;利用最小二乘法進(jìn)行直線段擬合,不同的直線段代表具有不同的自相似性,分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的分形關(guān)系;根據(jù)不同廣義自相似性空間模型分解異常和背景,將各直線段的交點(diǎn)橫坐標(biāo)做為分形濾波器的閾值,構(gòu)建背景和異常濾波器;通過(guò)背景和異常濾波器將頻率域變換到空間域,實(shí)現(xiàn)背景和異常的分離,將地球化學(xué)場(chǎng)分解為兩個(gè)部分,并得到分解后的背景和異常圖。

為進(jìn)一步深層次提取地球化學(xué)異常,采用多重分形濾波技術(shù),在各元素地球化學(xué)異常圖的基礎(chǔ)上(見(jiàn)圖3，5，7，9，11)分離得到局部異常(見(jiàn)圖13，15，17，19，21)。

圖12 Cu的能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.12 lnA(>S)-lnS map of Cu

應(yīng)用S-A法得到lnA(>S)-lnS關(guān)系圖,在能譜面積雙對(duì)數(shù)圖(見(jiàn)圖12，14，16，18，20)中,采用最小二乘法擬合直線段,并確定分界點(diǎn)。由于各元素具有不同的自相似性特征,從而體現(xiàn)空間域中不同的背景異常模式。Cu中閾值lnS0=12.07,SS0代表背景。以lnS0=12.07作為閾值繪制Cu異常圖(見(jiàn)圖13)。按照研究Cu的步驟,繪制Pb,Zn,Ag,As的lnA(>S)-lnS關(guān)系圖和應(yīng)用S-A法提取得到異常圖(15，17，19，21)，從而得到各元素閾值分別為11.81(Pb),13.14(Zn),12.91(Ag),10.78(As)。

圖13 分解后的Cu異常場(chǎng)Fig.13 Decomposition of the anomaly field of Cu

圖14 Pb的能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.14 lnA(>S)-lnS map of Pb

圖15 分解后的Pb異常場(chǎng)Fig.15 Decomposition of the anomaly field of Pb

圖16 Zn的能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.16 lnA(>S)-lnS map of Zn

圖17 分解后的Zn異常場(chǎng)Fig.17 Decomposition of the anomaly field of Zn

圖18 Ag的能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.18 lnA(>S)-lnS map of Ag

圖19 分解后的Ag異常場(chǎng)Fig.19 Decomposition of the anomaly field of Ag

圖20 As的能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.20 lnA(>S)-lnS map of As

圖21 分解后的As異常場(chǎng)Fig.21 Decomposition of the anomaly field of As

通過(guò)將S-A法獲得的Cu和As異常圖(見(jiàn)圖13，21)與C-A法獲得的異常圖(見(jiàn)圖3，11)進(jìn)行對(duì)比可以看到,兩種方法得到的異常區(qū)域位置相同,面積較大,異常明顯,且在研究區(qū)西南的低背景值區(qū)同樣異常識(shí)別,這說(shuō)明S-A法可在C-A法圈定的異常區(qū)域的基礎(chǔ)上,克服高背景,提取低緩弱異常或識(shí)別隱伏礦床,反映了礦化元素的富集或貧化規(guī)律。進(jìn)一步研究可知,Cu,Pb,Zn,Ag,As元素在研究區(qū)西南部都有異常分布,且異常區(qū)域部分重合,說(shuō)明5種元素在研究區(qū)西南相關(guān)性較好,反映了局部富集甚至成礦的組合特征;特別是分布于石英閃長(zhǎng)巖內(nèi),元素異常強(qiáng)度高且套合好,異常濃集中心具有成礦潛力,反映出該區(qū)域?yàn)殂~等多金屬成礦的有利地段。

3 組合元素的異常識(shí)別與提取

采用S-A廣義自相似性分解復(fù)合異常,結(jié)合空間主成分分析法圈定研究區(qū)Cu,Pb,Zn,Ag,As等5種元素的組合異常。

采用主成分分析法對(duì)研究區(qū)Cu,Pb,Zn,Ag,As元素的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,考慮到元素分布具有多重分形的特點(diǎn),在GeoDAS中,首先對(duì)Cu,Pb,Zn,Ag,As 等5種元素進(jìn)行對(duì)數(shù)變換,然后基于柵格的主成分進(jìn)行處理。5個(gè)主成分的特征值以第一主成分值最大，占方差的53.38%(見(jiàn)圖22)。第一主成分由Cu,Pb,Zn,Ag,As元素組成,由此構(gòu)成的因子得分圖可反映新疆喬拉克地區(qū)組合元素地球化學(xué)異常的空間展布特征。

圖22 主成分分析后累積方差圖Fig.22 Cumulative variance for principal component analysis

通過(guò)主成分分析計(jì)算得到特征值分布圖(見(jiàn)圖23)和第一主成分的載荷圖(見(jiàn)圖24)。從圖24中可以看出:第一主成分反映了5種元素的共同貢獻(xiàn),其中貢獻(xiàn)最大的是Zn,其余依次為Cu,Pb,As,Ag,表現(xiàn)為中低溫?zé)嵋撼傻V元素的聚集過(guò)程；Pb-Zn伴生通常作為多金屬礦的指示元素,第一主成分反映了以銅等多金屬礦化為代表的熱液礦化元素組合特征。

圖23 特征值分布圖Fig.23 The picture of eigenvalue distribution

圖24 第一主成分中的載荷圖Fig.24 Load in the first principal component

圖25 第一主成分載荷圖Fig.25 The frist principal component loating plot

為進(jìn)一步從第一主成分載荷圖中提取組合異常信息,應(yīng)用S-A法構(gòu)建背景和異常濾波器,劃分異常和背景場(chǎng)。分解第一主成分載荷圖,其具體步驟為:通過(guò)傅里葉變換將第一主成分載荷圖(見(jiàn)圖25)轉(zhuǎn)換到頻率域中,形成相分布圖和能譜分布圖,得到lnA(>S)-lnS雙對(duì)數(shù)關(guān)系圖(見(jiàn)圖26);根據(jù)最小二乘法進(jìn)行直線段擬合,經(jīng)多次分析調(diào)試,使擬合的直線段精度最高;在第一主成分載荷的lnA(>S)-lnS雙對(duì)數(shù)圖中共擬合為4段直線段,以lnS0=8.7作為閾值,構(gòu)造異常濾波器和背景濾波器,lnS< lnS0代表異常,lnS>lnS0代表背景;將第一主成分載荷圖分解為異常場(chǎng)(見(jiàn)圖27)和背景場(chǎng)(見(jiàn)圖28)。

圖26 第一主成分載荷能譜密度面積雙對(duì)數(shù)圖Fig.26 lnA(>S)-lnS map of the first principle component

圖27 分解后的異常場(chǎng)Fig.27 Decomposition of the anomaly field

圖28 分解后的背景場(chǎng)Fig.28 Decomposition of the background field

4 異常檢查與評(píng)價(jià)

本研究的探槽工程位于研究區(qū)的西南(見(jiàn)圖1),共施工2條探槽(TC1和TC2)。其中,TC1長(zhǎng)100 m,探槽內(nèi)可見(jiàn)二云母花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖和石英脈,普遍發(fā)育硅化和綠泥石化;探槽揭露出1層礦體和1層礦化體,Cu品位及其對(duì)應(yīng)厚度分別為1.73%和2 m,0.71%和2 m。TC2長(zhǎng)90 m,探槽內(nèi)可見(jiàn)花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和石英脈,局部發(fā)育碳酸巖化;揭露出1層礦體和1層礦化體,Cu品位及其對(duì)應(yīng)厚度分別為1.56%和1 m,0.6%和3 m。通過(guò)探槽工程驗(yàn)證,異常圈定較為合理。

通過(guò)分解后的異常場(chǎng)(見(jiàn)圖27)可以看出,5種元素的組合異常區(qū)域主要分布在研究區(qū)的西南部,以Cu元素為主,伴有Pb和Zn元素,濃集中心明顯;5種元素主要分布在石英閃長(zhǎng)巖中,受巖漿作用明顯。研究區(qū)西南受區(qū)域變質(zhì)作用的影響,屬中高級(jí)變質(zhì)的低角閃巖相—高角閃巖相；其與石英閃長(zhǎng)巖的接觸帶附近見(jiàn)有熱接觸變質(zhì)作用,使得其變質(zhì)程度進(jìn)一步加深,并控制異常的分布。

5 結(jié) 論

1)應(yīng)用C-A法處理新疆喬拉克地區(qū)水系沉積物的地球化學(xué)數(shù)據(jù),確定Cu,Pb,Zn,Ag,As地球化學(xué)異常下限,其中Cu,Pb,Zn,Ag,As的異常下限分別為:45.95,20.31,87.76,68,10.12,并以此圈定異常區(qū)域。

2)本研究應(yīng)用S-A法有效提取了Cu,Pb,Zn,Ag,As隱蔽礦化異常信息,有效增強(qiáng)弱異常,并分解復(fù)合和疊加異常,有利于提取地球化學(xué)元素的成礦信息。

3)利用空間主成分分析方法,并結(jié)合S-A廣義自相似性異常分解方法,圈定Cu,Pb,Zn,Ag,As組合元素的異常區(qū)域主要位于研究區(qū)西南部,為新疆喬拉克地區(qū)下一步的找礦探查工作提供了依據(jù)。