崔中良，劉祥云，周家喜

1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655000；2.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650500；3.云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學(xué)重點實驗室，昆明 650500

0 引言

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)地處揚子板塊西南緣，區(qū)內(nèi)廣泛分布熱液型鉛鋅礦床，是中國極其重要的鉛鋅銀礦產(chǎn)資源基地之一[1--2]。斷裂構(gòu)造是熱液礦床最重要控礦因素之一，具有為成礦熱液提供運移通道、為礦體就位提供賦存空間的重要作用，但一直以來有關(guān)斷裂與成礦關(guān)系的研究以定性評價為主[3]。分形理論是一種研究系統(tǒng)自相似性與不規(guī)則性的非線形理論[4--5]，而分形幾何學(xué)則是定量研究自然界空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的重要手段[6]。其中分形維數(shù)是定量刻畫分形特征的重要參數(shù)[7]，在斷裂構(gòu)造的研究中，分維值不僅可以定量描述構(gòu)造的復(fù)雜程度[8]，而且可為成礦潛力評價提供一定的依據(jù)[9]。川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造控礦特征顯著，但針對川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)的構(gòu)造分形學(xué)及其與鉛鋅礦床空間分布或成礦關(guān)系的文獻卻鮮見報道。因此，筆者利用分形幾何學(xué)方法對川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)的斷裂構(gòu)造體系開展分形研究，并定量探討其分形特征與鉛鋅礦床的空間分布及成礦關(guān)系，以期為該區(qū)的鉛鋅資源勘查提供有益線索。

1 地質(zhì)背景

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)位于環(huán)太平洋構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的結(jié)合部位，地處揚子板塊西南緣[10--11]，與龍門山造山帶南段、南盤江—右江褶沖帶及哀牢山造山帶墨江—綠春段相鄰[12--13]，按地理位置分川西南、滇東北和黔西北3個鉛鋅成礦區(qū)，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，形成了一系列大型鉛鋅礦床(圖1)。區(qū)內(nèi)地層由前震旦系基底和與其呈角度不整合接觸的晚震旦世以來的沉積蓋層組成[14--15]。其中基底地層具“雙層結(jié)構(gòu)”，即由結(jié)晶基底和褶皺基底構(gòu)成。沉積蓋層包括震旦系至第四系，除白堊系大部分缺失外，各個時代地層出露較完整。區(qū)內(nèi)賦礦層位多，從中新元古界至二疊系，賦礦巖性以白云巖為主。

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)構(gòu)造體系以NE向的師宗—彌勒深斷裂帶、NW向的埡都—水城斷裂帶(康定—奕良—水城斷裂帶南部)及SN向的安寧河—綠汁江斷裂帶、小江斷裂帶、昭通—曲靖隱伏斷裂帶為主干(圖1)，其次是NE向、NW向的次級斷裂構(gòu)造及EW向的隱伏斷裂構(gòu)造[1,16--18]。安寧河—綠汁江斷裂帶形成時間較早，經(jīng)歷了張--壓--張--扭的力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，而小江斷裂帶為一條寬大的擠壓破碎帶，在斷裂形成過程中，經(jīng)歷了張--壓--扭的力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，這兩條斷裂帶對區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的形成和分布均具有重要的控制作用[19--20]。昭通—曲靖隱伏斷裂帶為隱伏深斷裂帶，其與小江深斷裂帶之間發(fā)育的NE向斷裂帶對區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床分布起著重要的控制作用。埡都—水城斷裂帶由一系列NW向高角度逆沖斷層組成，影響黔西北鉛鋅礦床分布，彌勒—師宗斷裂帶構(gòu)成滇東北鉛鋅礦集區(qū)的南東界，是區(qū)域內(nèi)重要的控礦構(gòu)造[18]。

a.川滇黔接壤區(qū)大地構(gòu)造位置；b. 川滇黔接壤區(qū)主要斷裂構(gòu)造及大中型鉛鋅礦床分布圖。

截止2012年底，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)已發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦床(點)440余個，均受沖斷褶皺構(gòu)造分級系統(tǒng)控制[12]，礦體多呈似層狀、層狀、脈狀、扁豆?fàn)睢⒛覡詈屯哥R狀產(chǎn)于白云巖中。川滇黔接壤區(qū)鉛鋅礦床形成很可能與古特提斯洋閉合、印支期擠壓造山運動有關(guān)，與MVT鉛鋅礦床頗為相似[1,11]。MVT鉛鋅礦床是非巖漿熱液鉛鋅礦床，具備利用斷裂分維值揭示成礦潛力的前提，因此，開展斷裂構(gòu)造分維值與鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究具有較高的可行性。

2 分形方法

斷裂構(gòu)造在平面上表現(xiàn)為一系列無規(guī)則的線狀組合，無法用傳統(tǒng)的歐式幾何學(xué)對斷層的分布規(guī)律進行描述，但斷裂構(gòu)造系統(tǒng)在空間上具有自相似性，因此可將斷裂構(gòu)造當(dāng)作分形體來研究，以斷裂構(gòu)造的分形維度來對斷裂的空間規(guī)模和發(fā)育程度做定量的描述[7,21]。筆者選用川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要構(gòu)造分布圖作為研究底圖，采用計盒維數(shù)法對川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造體系進行分形計算。計盒維數(shù)法進行分形計算的思路為：采用不同邊長r(r=L，L/2，L/4，L/8…，首項為正數(shù)、公比=0.5的等比數(shù)列)的正方形格子覆蓋研究區(qū)，分別計算覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)，若N(r)與r滿足如下冪定律關(guān)系(式(1))，則研究對象為分形。

N(r)=Cr-D

(1)

式中：C、D為常數(shù)。將式(1)兩邊分別取對數(shù)得式(2)，由式(2)可知若lnN(r)與lnr為線性關(guān)系，則研究對象為分形，分維值D即為該線性關(guān)系式斜率的絕對值。

lnN(r)=-Dlnr+lnc

(2)

具體步驟為：①將研究底圖放入繪圖軟件CorelDraw中，創(chuàng)建邊長r分別為48.128 mm(實際長度149.373 km)、24.064 mm(實際長度74.687 km)、12.032 mm(實際長度37.343 km)、6.016 mm(實際長度18.672 km)、3.008mm(實際長度9.336 km)的二維正交網(wǎng)格覆蓋研究區(qū)，并分別統(tǒng)計總體構(gòu)造、(近)SN向構(gòu)造、NE向構(gòu)造、NW向構(gòu)造、(近)EW向構(gòu)造覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)。在Excel中以lnr為橫軸，lnN(r)為縱軸，分別繪制不同類型構(gòu)造的回歸擬合直線，得到不同類型構(gòu)造的分維值。②將邊長r為24.064 mm(實際長度74.687 km)的二維正交網(wǎng)格進行編號分區(qū)，分區(qū)結(jié)果如圖2所示。對于每個分區(qū)，分別以邊長24.064 mm(實際長度74.687 km)、12.032 mm(實際長度37.343 km)、6.016 mm(實際長度18.672 km)、3.008 mm(實際長度9.336 km)的二維正交網(wǎng)格覆蓋，并分別統(tǒng)計分區(qū)總體構(gòu)造、分區(qū)(近)SN向構(gòu)造、分區(qū)NE向構(gòu)造、分區(qū)NW向構(gòu)造覆蓋到斷層的網(wǎng)格數(shù)N(r)。利用Excel繪制回歸擬合直線，得到分區(qū)不同類型構(gòu)造的分維值。

3 研究區(qū)構(gòu)造整體分形分析

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要斷裂構(gòu)造分維值計算參數(shù)統(tǒng)計見表1，根據(jù)表1中的統(tǒng)計參數(shù)繪制出研究區(qū)不同類型斷裂構(gòu)造lnN(r)-lnr線性關(guān)系圖(圖3)。從圖3可以看出5條回歸擬合直線的判定系數(shù)R2分別為0.996 0、0.989 4、0.986 7、0.997 6、0.982 4，最小為0.982 4，直線的擬合程度較高，說明了在研究標(biāo)度9.336～149.373 km范圍內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造具有良好的分形幾何結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計自相似性。川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值為1.539 5，(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值為1.239 3，NE向斷裂構(gòu)造分維值為1.387 0，NW向斷裂構(gòu)造分維值為1.069 9，(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值為0.601 5，即全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值>NE向斷裂構(gòu)造分維值>(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值>NW向斷裂構(gòu)造分維值>(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值，反映了不同方向斷裂構(gòu)造的疊加會在一定程度上增加斷裂構(gòu)造整體的復(fù)雜性。從構(gòu)造控礦的角度來看，NE向斷裂構(gòu)造帶與(近)SN向斷裂構(gòu)造帶均對區(qū)域內(nèi)鉛鋅礦床分布起著重要的控制作用，而NW向的斷裂構(gòu)造帶主要影響區(qū)內(nèi)黔西北地區(qū)鉛鋅礦床的分布，因此NE向斷裂構(gòu)造帶與(近)SN向斷裂構(gòu)造帶對區(qū)域鉛鋅礦床的貢獻均大于NW向的斷裂構(gòu)造帶。從構(gòu)造分形的角度來看，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)全區(qū)斷裂構(gòu)造分維值很高(1.539 5)，NE向斷裂構(gòu)造分維值與(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值十分接近(均>1.22)，均略大于NW向斷裂構(gòu)造分維值1.069 9，遠大于(近)EW向斷裂構(gòu)造分維值0.601 5，而從構(gòu)造分形維數(shù)的意義上可知：①贛南地區(qū)斷裂分維值為1.279 7[22]，佛子沖鉛鋅礦田斷裂分維值為1.532[23]，招遠金礦區(qū)斷裂分維值為1.48[7]，敦煌地塊南緣多壩溝地區(qū)斷裂分維值為1.437[24]，九嶷山錫成礦區(qū)斷裂分維值為1.115 5[25]，河南龍門店銀礦區(qū)斷裂分維值為1.295[26]，個舊老廠錫多金屬礦田斷裂分維值為1.263[27]，廣西賀州水巖壩鎢錫礦田分維值為1.347 5[28]，中國大陸穩(wěn)定區(qū)(地臺區(qū))分維值為0.827～1.074[29]，而川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造分維值均大于上述地區(qū)斷裂構(gòu)造分維值，處于中國大陸活動區(qū)(地洼區(qū))分維值(1.236～1.624)[29]之間，說明研究區(qū)構(gòu)造活動強烈，亦說明川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)成礦地質(zhì)背景極其復(fù)雜(優(yōu)越)；②巖石塊體的斷裂分維臨界值為1.22～1.38[30]，NE向斷裂與(近)SN向斷裂構(gòu)造分維值整體上均十分接近這一臨界值，說明了NE向斷裂與(近)SN向斷裂發(fā)育成熟度和連通性都好，對區(qū)域上流體運移成礦的貢獻大；③NW向斷裂構(gòu)造整體分維值略小于巖石塊體斷裂分維臨界值，因此相對于NE向斷裂與(近)SN向斷裂，其連通性稍差，對區(qū)域上流體運移成礦的貢獻次之；④(近)EW向斷裂構(gòu)造整體分維值遠遠小于巖石塊體斷裂分維臨界值，說明(近)EW向斷裂構(gòu)造整體發(fā)育成熟度和連通性都較差，對區(qū)域流體運移成礦的貢獻非常有限。這里需要特別說明三點：①不論是NE向斷裂分維值，還是NW向斷裂分維值，計算的均是整體分維值，與巖石塊體斷裂分維臨界值的比較僅反映整體成礦構(gòu)造條件的優(yōu)劣或?qū)Τ傻V貢獻的相對大小。例如NW向斷裂構(gòu)造分維值略小于臨界值，并不代表其局部成礦構(gòu)造條件較差。②分形計算時，研究區(qū)尺度需與構(gòu)造規(guī)模相匹配，因此計算出的斷裂分維值實際上是研究區(qū)主要斷裂的整體分維值。③因研究區(qū)尺度與構(gòu)造規(guī)模相匹配、構(gòu)造規(guī)模與礦床大小相匹配，所以在川滇黔接壤區(qū)開展斷裂分形分維與中--大型鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究中，巖石塊體的斷裂分維臨界值(1.22～1.38)仍具有一定程度的借鑒性。

圖2 研究區(qū)斷裂構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)文獻[15]修改)

表1 川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)主要斷裂構(gòu)造分維值計算參數(shù)統(tǒng)計表

圖3 研究區(qū)斷裂構(gòu)造lnN(r)-lnr線性關(guān)系圖

4 研究區(qū)構(gòu)造分區(qū)分形分析

4.1 分區(qū)整體分形分析

各分區(qū)斷裂分維值及線性方程擬合度見表2。判定系數(shù)R2最小為0.960 8，直線的擬合程度很高，說明具有良好的分形結(jié)構(gòu)。前已述及，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)開展斷裂分形分維與中--大型鉛鋅礦床耦合關(guān)系的研究中，巖石塊體的斷裂分維臨界值(1.22～1.38)仍具有一定程度的借鑒性。因此在對分區(qū)分維值分組時，除考慮計算值的分布特征外，亦將1.22和1.38作為重要參考值和分組節(jié)點。斷裂分維值可以表征斷裂連通性，即斷裂分維值越大，則其連通性越好。那么斷裂分維值相對較低的分區(qū)連通性也相對較差，亦可起到相對的阻擋作用，從而增加含礦流體的局域化分布。前人在斷裂構(gòu)造分形研究中均對礦床分布的分維值區(qū)間開展了扎實的研究工作，但對斷裂分維值較低區(qū)域的(相對的)阻擋、封閉流體及增加含礦流體局域化分布的作用卻鮮有報道，因此為研究這種作用對中--大型礦床分布的影響，描述發(fā)育中--大型礦床分區(qū)出現(xiàn)的位置，假設(shè)分區(qū)分維值橫向波動及縱向波動是連續(xù)的，根據(jù)表2參數(shù)用曲線繪制分區(qū)分維值橫向變化圖(圖4)及分區(qū)分維值縱向變化圖(圖5)。

表2 分區(qū)斷裂分維值及線性方程擬合度

圖4 分區(qū)分維值橫向變化圖

圖5 分區(qū)分維值縱向變化圖

根據(jù)表2、圖4、圖5制作分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值特征表(表3)。從表3可以看出：①分布大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值1.326 3～1.827 9，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床共計有1個，中型鉛鋅礦床共計有1個。分維值1.38～1.60的分區(qū)有2個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床有3個，中型鉛鋅礦床共計有0個。分維值1.60～1.83的分區(qū)有6個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床有9個，中型鉛鋅礦床共計有7個。②分布中型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值1.326 3～1.827 9，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個，對應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計有1個，大型鉛鋅礦床共計有1個。分維值1.38～1.60的分區(qū)有2個，對應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計有3個，大型鉛鋅礦床有0個。分維值1.60～1.83的分區(qū)有6個，對應(yīng)的中型鉛鋅礦床共計有8個，大型鉛鋅礦床有8個。③分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值均>1.22，其中分維值1.22～1.38的分區(qū)有1個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床共計有1個，中型鉛鋅礦床共計有1個。分維值1.38～1.60的分區(qū)有4個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床有3個，中型鉛鋅礦床共計有3個。分維值1.60～1.83的分區(qū)有7個，對應(yīng)的大型鉛鋅礦床有9個，中型鉛鋅礦床共計有8個。④由以上三點可知，分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)分維值范圍較寬，但是分維值1.60～1.83的分區(qū)更易發(fā)育中--大型鉛鋅礦床，分維值1.38～1.60的分區(qū)次之。⑤發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床分區(qū)的分維值大多數(shù)分布在橫向波動序列或縱向波動序列的極大值、極大值旁側(cè)、極大值旁側(cè)的旁側(cè)3個位置。結(jié)合圖4、圖5可知，發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)，至少一個鄰區(qū)(橫向或縱向方向)分維值較小，即存在相對阻擋、封閉流體區(qū)。而分維值為極大值或較大值的分區(qū)卻并不一定發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床。從斷裂分維值的地質(zhì)意義來看，發(fā)育中型或大型礦床分區(qū)或地區(qū)的理想狀態(tài)下應(yīng)滿足兩個條件：①本身分維值較高，利于成礦流體流通、滲透；②鄰區(qū)分維值較低，利于阻擋、封閉成礦流體。實際上，由于礦床分布的叢集性，往往連續(xù)2個或更多分區(qū)發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床，這時就需要將這些分區(qū)看成一個整體，從而認(rèn)識構(gòu)造阻擋、封閉成礦流體的作用。例如把2、5分區(qū)看成一個整體，那么根據(jù)分維值的相對大小，其相鄰的5個分區(qū)均可看為流體封閉區(qū)。把9、13～15、17～21、27分區(qū)看成一個整體，其相鄰的12個分區(qū)均可看為流體封閉區(qū)。

4.2 分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造分形分析

4.2.1 不同方向斷裂構(gòu)造分形計算結(jié)果

計算各分區(qū)不同方向斷裂分維值及決定系數(shù)(表4)，線性擬合判定系數(shù)R2除3個0.6外，其他均很高。(近)SN向斷裂分維值0.300 0～1.683 4，中位數(shù)為1.051 0，NE向斷裂分維值0.475 5～1.652 8，中位數(shù)為1.332 2，NW向斷裂分維值0.575 5～1.525 4，中位數(shù)為0.934 0。

(1)(近)SN向斷裂分形分析

從分區(qū)(近)SN向斷裂分維值變化圖(圖6)可以看出，參與(近)SN向斷裂分維值計算的29個分區(qū)，僅11個分區(qū)分維值>1.22，其他分區(qū)分維值均<1.22。其中參與計算的分布中型或大型鉛鋅礦床的11個分區(qū)中，僅17區(qū)、5區(qū)、13區(qū)、18區(qū)4個分區(qū)分維值>1.22。這說明了(近)SN向斷裂對17區(qū)、5區(qū)、13區(qū)、18區(qū)等4個分區(qū)的成礦貢獻大于分布中型或大型鉛鋅礦床的其他分區(qū)。

(2)NE向斷裂分形分析

從分區(qū)NE向斷裂分維值變化圖(圖7)可以看出，參與NE向斷裂分維值計算的21個分區(qū)中，10個分區(qū)分維值<1.22。其中參與計算的分布中型或大型鉛鋅礦床的9個分區(qū)中，14區(qū)、15區(qū)、18區(qū)、19區(qū)、27區(qū)、32區(qū)6個分區(qū)分維值遠>1.22，9區(qū)、13區(qū)、21區(qū)3個分區(qū)分維值均>1.0。這說明了NE向斷裂對14區(qū)、15區(qū)、18區(qū)、19區(qū)、27區(qū)、32區(qū)6個分區(qū)成礦貢獻大于9區(qū)、13區(qū)、21區(qū)3個分區(qū)。

表4 分區(qū)不同方向斷裂分維值及決定系數(shù)統(tǒng)計表

(3)NW向斷裂分形分析

從分區(qū)NW向斷裂分維值變化圖(圖8)可以看出，參與NW向斷裂分維值計算的15個分區(qū)中，僅4個分區(qū)分維值>1.22，其他11個分區(qū)分維值均<1.22。其中參與計算的分布中型或大型鉛鋅礦床的9個分區(qū)中，僅2區(qū)、21區(qū)2個分區(qū)分維值>1.22。這說明了NW向斷裂對2區(qū)、21區(qū)兩個分區(qū)的成礦貢獻大于分布中型或大型鉛鋅礦床的其他分區(qū)。

4.2.2 基于分區(qū)分維值的成礦貢獻分析

(1)分區(qū)中--大型鉛鋅礦床發(fā)育概率及強度分析

為了描述在不同分維值區(qū)間上的分區(qū)發(fā)育中--大型鉛鋅礦床的特征，引入發(fā)育概率及發(fā)育強度兩個概念。發(fā)育概率即發(fā)育頻率，其數(shù)值等于分維值區(qū)間中發(fā)育鉛鋅礦床分區(qū)的個數(shù)與分維值區(qū)間中分區(qū)總個數(shù)之比。發(fā)育強度與資源儲量成正比，即分維值區(qū)間上的分區(qū)擁有的資源儲量越多，其發(fā)育強度就越大。

分維值<1.22的分區(qū)有6個，均未發(fā)育中--大型鉛鋅礦床。分維值1.22～1.38的分區(qū)有5個，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有1個，共計1個大型鉛鋅礦床，1個中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為20%，發(fā)育強度略強。分維值1.38～1.60的分區(qū)有12個，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有4個，共計3個大型鉛鋅礦床，3個中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為33%，發(fā)育強度較強。分維值1.60～1.83的分區(qū)有10個，其中發(fā)育中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)有7個，共計9個大型鉛鋅礦床，8個中型鉛鋅礦床，則中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床發(fā)育概率為70%，發(fā)育強度很強。綜上所述，隨著分區(qū)分維值的增大，分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強度亦增大。

(2)不同方向斷裂對分維值及成礦貢獻分析

為分析不同方向斷裂與分區(qū)成礦的密切程度，制作不同類型斷裂分維值分區(qū)分布圖(圖9)。從各分區(qū)整體構(gòu)造分維值分布圖來看，33個分區(qū)中<1.22的6個分區(qū)均未見中型或大型鉛鋅礦床分布，而分布中型或大型鉛鋅礦床分區(qū)的分維值均>1.22，由此來看，達到分維值1.22是分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的必要條件。

圖6 分區(qū)(近)NS向斷裂分維值變化圖

圖7 分區(qū)NE向斷裂分維值變化圖

圖8 分區(qū)NW向斷裂分維值變化圖

圖9 不同方向斷裂分維值分區(qū)分布圖

不同類型斷裂整體貢獻分析(近)NS向構(gòu)造對區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻：①貢獻了分維值>1.22的分區(qū)11個，分維值1.00～1.22的分區(qū)8個，分維值0.80～1.00的分區(qū)3個，分維值0.60～0.80的分區(qū)3個；②貢獻了分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)4個，貢獻了分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個，貢獻了分維值0.80～1.00、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個。NE向構(gòu)造對區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻：①貢獻分維值>1.22的分區(qū)11個，分維值1.00～1.22的分區(qū)7個，分維值0.80～1.00的分區(qū)2個；②貢獻分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)6個，貢獻分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)3個。NW向構(gòu)造對區(qū)域整體構(gòu)造分維值的貢獻：①貢獻分維值>1.22的分區(qū)4個，分維值1.00～1.22的分區(qū)2個，分維值0.80～1.00的分區(qū)4個；②貢獻分維值>1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個，貢獻分維值1.00～1.22、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個，貢獻分維值0.80～1.00、分布中型或大型鉛鋅礦床的分區(qū)2個。

不同方向斷裂對分區(qū)成礦貢獻分析從圖10可以看出，同一方向斷裂構(gòu)造在不同分區(qū)的成礦貢獻不同。在2號分區(qū)，NW向構(gòu)造成礦貢獻最大，(近)SN向構(gòu)造次之。在5號分區(qū)，(近)SN向構(gòu)造成礦貢獻最大，NW向構(gòu)造次之。在9號分區(qū)，NE向及(近)SN向構(gòu)造對成礦貢獻最大。在13號分區(qū)，(近)SN向構(gòu)造對成礦貢獻最大，NW向構(gòu)造次之，NE向構(gòu)造第三。在14、15、27號分區(qū)，NE向構(gòu)造對成礦貢獻最大，NW向構(gòu)造次之，(近)SN向構(gòu)造第三。在17號分區(qū)，成礦貢獻幾乎僅由(近)SN向構(gòu)造提供。在18、19號分區(qū)，NE向構(gòu)造對成礦貢獻最大，(近)SN向構(gòu)造次之，NW向構(gòu)造第三。在32號分區(qū)，NE向構(gòu)造對成礦貢獻最大，(近)SN向構(gòu)造次之。綜上所述，雖然同一分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造的成礦貢獻有主次之分，但單一方向的斷裂往往不足以滿足條件，仍舊需要2種或3種方向斷裂的組合。

圖10 分區(qū)不同方向斷裂成礦貢獻圖

5 斷裂分維值定量指示成礦潛力探討

5.1 斷裂分維值與中--大型礦床分布的關(guān)系

斷裂分維值是斷層數(shù)量、規(guī)模、組合方式及動力學(xué)機制的一項綜合性表征指標(biāo)，可以定量表征斷層構(gòu)造的復(fù)雜程度[7--9,31--36]。影響斷裂構(gòu)造分維值的因素有介質(zhì)的物化性質(zhì)、構(gòu)造應(yīng)力場及區(qū)域構(gòu)造活動強度等[37]。斷裂分維值與其連通性有關(guān)，當(dāng)斷裂分維值低于臨界值時，變形及滲透率偏低，斷裂呈孤立狀態(tài)，斷裂連通性差，當(dāng)斷裂分維值達到或高于臨界值時，變形強烈，滲透率增加，則斷裂的連通性好，從而有利于成礦流體的運移、聚集以及熱液礦床的形成[7,22,37--38]。巖石塊體二軸壓縮試驗的數(shù)值模擬顯示斷裂分維值的臨界值為1.22～1.38[30]。現(xiàn)有的研究表明[3--9,21--39]，斷裂構(gòu)造分形特性(分維值)與地質(zhì)成礦之間具有必然聯(lián)系，即斷裂分維值對熱液礦床分布及成礦潛力具有重要指示意義。前文已定量分析分維值與中--大型礦床分布的關(guān)系，此處不再贅述，僅利用Surfer繪制分維值等值線圖直觀展示分維值對中--大型礦床分布的控制。根據(jù)各個分區(qū)的整體分維值及分區(qū)中心坐標(biāo)(可自行設(shè)立相對坐標(biāo)系)繪制分維等值線圖。從圖11可以看出：①研究區(qū)中--大型鉛鋅礦床均分布于淺灰色位置，即分維值較高地區(qū)，說明中--大型鉛鋅礦床分布位置與分維值有很好的對應(yīng)關(guān)系；②分維值等值線展布趨勢與構(gòu)造線方向基本一致；③川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)存在NW—SE向狹長的成礦流體匯聚中心區(qū)，因該區(qū)發(fā)育的鉛鋅礦床于古特提斯洋閉合、印支期擠壓造山運動時期成礦，推測在造山運動中成礦流體在構(gòu)造及重力驅(qū)動下遷移到匯聚中心區(qū)。

圖11 研究區(qū)分維值等值線圖

5.2 分維值對成礦潛力刻畫的探討

分維值對地質(zhì)體連通性的表征，學(xué)術(shù)界具有統(tǒng)一認(rèn)識，即分維值越大，地質(zhì)體連通性越大，愈有利于成礦元素的活化及成礦流體的運移。但分維值大小對成礦潛力的刻畫，尚未有統(tǒng)一、清晰的認(rèn)識。李飛等[7]運用分形理論研究招遠金礦礦集區(qū)時，提出分維值越大，斷裂構(gòu)造活動性越強，越有利于金礦床的分布，金礦床規(guī)模越大。孫濤等[22]在研究贛南鎢礦床分布時，認(rèn)為分維值大的區(qū)域有利于礦床形成，但分維值和成礦幾率并非簡單的線性相關(guān)，分維值1.26～1.34的區(qū)域成礦幾率也最大。廖家飛等[28]發(fā)現(xiàn)廣西賀州水巖壩礦田已知礦床(點)均位于分維高值區(qū)，認(rèn)為分維值的高低與已知礦床(點)的分布具有耦合性。丁式江等[40]基于膠東焦家金礦田構(gòu)造形跡的分形研究，認(rèn)為斷層的分維數(shù)較大是形成金礦化的有利條件，但需形成巨型金屬量的堆積(超大型礦床)，斷層系統(tǒng)需處于臨界分維狀態(tài)。張元濤等[41]基于內(nèi)蒙古衛(wèi)境地區(qū)遙感線性構(gòu)造分形特征，認(rèn)為分維值大小與鈾礦化關(guān)系密切，鈾礦化主要分布在分維值>0.82的區(qū)域。王維等[9]通過研究扎西康、柯月及索月3個礦區(qū)的礦化體、蝕變圍巖及普通圍巖的節(jié)理裂隙分維值，發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)體的分維值大小與其礦化程度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，并提出扎西康礦集區(qū)分維值超出0.90～1.50的范圍不利于鉛鋅等金屬成礦。離散元方法數(shù)值模擬顯示[42]：①隨著斷層分維值增大，則變形趨強、連通性更好、滲透率增大；②臨界狀態(tài)下斷層間的連通性好，變形及滲透率突然增加，且變形及流體流動局限于骨干斷層中，即臨界狀態(tài)下最有利于形成含礦流體的局域化分布。

礦床成礦系統(tǒng)“源、運、儲、變、?！?大要素中，“源”指成礦物質(zhì)、成礦流體及成礦能量來源，“運”指成礦流體沿運移通道運移到礦床定位場所的整個過程，“儲”指礦物質(zhì)富集形成礦床的過程。斷裂構(gòu)造雖然能夠活化成礦金屬元素并提供成礦能量(構(gòu)造應(yīng)力場控礦)，但其幾乎提供不了多少成礦物質(zhì)及成礦流體，因此斷裂構(gòu)造的流體運移通道功能及礦質(zhì)空間存儲功能才是重中之重。斷裂分維值是對斷裂的整體表征，而斷裂在熱液礦床中的貢獻作用相對而言最大，因此應(yīng)用斷裂分維值對成礦潛力刻畫的首要前提是分辨(預(yù)估)礦床成因。而熱液礦床按其成礦溫度、熱液來源等又可劃分多種亞類，斷裂對不同亞類熱液礦床形成的貢獻度可能不盡相同。巖性(巖性組合)既可作為礦體有利的賦存空間，又可作為成礦流體阻擋層，因此即使斷層發(fā)育程度高、連通性好、滲透率高(分維值遠>1.22)，只要巖性(或巖性組合)合適，仍然有利于形成含礦流體的局域化分布。因此斷裂分維值對成礦潛力刻畫的解讀需要因地制宜，充分考慮地質(zhì)、地球化學(xué)背景及礦床成因，也即在不同地質(zhì)、地球化學(xué)背景及礦床成因下，同樣的斷裂分維值對成礦潛力的刻畫不一致。這也就解釋了為什么在不同文獻中對形成同一規(guī)模礦床(如大型礦床)所適宜的分維值，不同作者分析出的范圍均不一致。有部分文獻認(rèn)為超出斷裂分維臨界值范圍(1.22～1.38)后，形成中--大型礦床概率降低的原因是斷裂連通性太好，不利于形成含礦流體的局域化分布。但是本文認(rèn)為基于研究區(qū)分維值對礦床(點)分布控制給出的有利于礦床形成的分維臨界值，是經(jīng)區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景(例如巖性、成礦流體特征、地球化學(xué)背景等)及礦床成因等綜合“校正”下的數(shù)值。

川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂構(gòu)造控礦特征顯著[15--19]，賦礦巖性以白云巖為主，區(qū)內(nèi)礦床與MVT鉛鋅礦床頗為相似[1,10--11]，這在一定程度上確保了斷裂分維值對成礦潛力刻畫的可靠性、平穩(wěn)性。因此川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)斷裂分維值對區(qū)內(nèi)成礦潛力的刻畫具有很高的可靠性。即筆者認(rèn)為在74.687 km×74.687 km的分區(qū)中：分維值<1.22的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率幾乎為0；分維值1.22～1.38的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率為20%，發(fā)育強度略強；分維值1.38～1.60的分區(qū)發(fā)育概率為33%，發(fā)育強度較強；分維值1.60～1.83的分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率為70%，發(fā)育強度很強。綜上所述，川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)中分區(qū)分維值越大，分區(qū)發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強度亦越大。

6 結(jié)論

(1)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)NE和(近)SN向斷裂構(gòu)造帶與區(qū)域鉛鋅礦床成礦關(guān)系最為密切，密切程度均大于NW斷裂構(gòu)造帶。

(2)同一方向斷裂構(gòu)造在不同分區(qū)與成礦關(guān)系的密切程度不同，同一分區(qū)不同方向斷裂構(gòu)造與成礦的關(guān)系亦有主次之分。

(3)川滇黔接壤鉛鋅礦集區(qū)中--大型鉛鋅礦床分布位置與構(gòu)造分維值有較好的對應(yīng)關(guān)系，且分區(qū)分維值越大，發(fā)育中型及以上規(guī)模鉛鋅礦床的概率及發(fā)育強度亦越大。