元素成矿能量法在地球化学异常信息提取中的应用

陈　健，钟　皓，张玉洁

（青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院，西宁 810007）

元素成矿能量法在地球化学异常信息提取中的应用

陈健，钟皓，张玉洁

（青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院，西宁 810007）

以青海省祁连县默勒一带为研究区，采用该地区1∶1万土壤地球化学测量的分析数据，尝试引入成矿能量理论，进行成矿元素地球化学特征分析及地球化学综合异常的提取。在直方图筛分的基础上，分级圈定出表征该地区地球化学综合信息的成矿能量异常，并对异常的分布特征进行了充分的分析与分类，为进一步的异常优选和下一步找矿勘查提供了详实的科学理论依据。成矿能量在对地球化学找矿信息的提取识别与增强具有直观性和有效性。

成矿能量；DTM分析；远景预测；祁连县

勘查地球化学是一种直观的有效的找矿方法，是（半）隐伏矿、难识别矿获取找矿直接信息的重要手段之一，是传统意义上宏观的矿化蚀变找矿向微观数学地质找矿方面的转变[1]。而化探原始数据处理是地球化学找矿过程中的一项重要工作，确定异常下限不同的方法会直接影响到背景值分布区域和异常下限的划分，从而会直接影响到化探异常所指示的找矿信息源。在地球化学数据处理过程中，关于研究异常空间分布规律的问题上，通常要求原始数据含量点位分布均匀或随机分布。为了避免测试数据局部集中或过度分散而引起的畸变，选择规则的测量网格甚为重要[2]。然而，在野外实际作业过程中，受到取样条件、工作效率和生产成本等方面的制约，这种数据分布模式有时难以实现，且离散程度高的数据（含特高样品或特异值）的出现也存在。为了达到异常圈定结果的有效指示性和稳定性，通常要根据预测对象和实际工作的需要，在完善一般数学分布模型的基础上，引入新的理论和方法，圈定出具有良好指示作用的异常[3-4]。

元素成矿能量法找矿，是地质热力学理论在勘查地球化学中的一个重要应用和发展。成矿能量作为区域性地球化学综合信息的一个重要的表征因素，反映了所查明的全部元素含量综合信息。不仅能快速地显示元素地球化学的空间分布特征及分带性，合理地圈定出找矿远景靶区，而且也可实现元素的自动筛选，地球化学找矿指示信息的浓缩与增强更具有直观性和广泛适用性[5]。因此，成矿能量法可以用于本研究区元素地球化学特征分析及地球化学综合异常的识别提取。鉴于此，以青海县祁连县1∶1万土壤地球化学测量数据处理为例，利用青海省有色地质测试中心分析数据，采用成矿能量计算方法，分析研究成矿元素的地球化学特征，圈定成矿能量异常。

1 研究区概况

研究区处于北祁连早古生代缝合带。出露地层以奥陶纪大梁组（灰色片岩夹板岩）为主，其次为寒武纪香毛山组（浅变质碎屑岩）、志留纪肮脏沟组、泥盆纪老君山组及新近纪白杨河组。区内构造以北西-南东向断层为主，褶皱不发育。普查区断裂构造发育，工区北西向次级断裂发育，多为含矿构造。断层附近局部具有强的褐铁矿化，石英脉发育。研究区岩浆活动较频繁，侵入岩、喷出岩较发育，仅分布有规模较小的超基性岩体、闪长玢岩体、蚀变闪长岩体，均属加里东及海西期岩浆活动及产物。喷出岩主要有中寒武中奥陶世阴沟组火山岩。脉岩有闪长岩、碎裂蚀变闪长玢岩、石英脉等，多顺层侵入。研究区的景观地球化学特征位于祁连山草原-草甸区，属北祁连地球化学区。区内Au、Ag、Cu、Zn、Mo、As、Sb等7种地球化学元素，均显高丰度、高背景、高离差分布[6]。元素组合以中低温元素组合为特征，异常的分布与特定岩性有关，是寻找Au、Ag、Cu、Pb、Zn矿产的有利地段。

2 成矿能量计算方法

“成矿能量”是由前苏联地质学家萨弗朗诺夫在1987年首次提出来的[7]。元素成矿能量是指金属元素在成岩、成矿过程中所需消耗的能量。地球各种金属元素，从原始分散状态到局部富集形成具有一定品位规模的金属矿床，这个过程的进行和完成需要消耗一定的能量，而该能量的大小则定量地反映了区域成矿作用的相对强弱[8]。同样，亦可利用表示元素从最初的原始分散状态到最终富集状态时的富集程度的克拉克浓度来表示其成矿能量的变化。具体到一个矿床来说就是利用矿区内某几种元素的含量与区域内该元素的背景值的比值来反映能量的变化[9]。这样形成一定浓集克拉克值的单位体积矿石（晕）所耗费的成矿能（En）的计算公式为：

式中，En表示由n个元素形成单位体积矿石或地球化学晕时所消耗的能量，主要决定于岩石或原生地球化学晕中少数浓集克拉克值k较高的几个主要元素上；n为成矿（晕）的元素数；Ki为组成矿石或原生地球化学晕的第i个元素的克拉克浓度值[9]（元素测试数据／元素区域背景值）。

表1　研究区主要成矿元素相关关系表（N=2021）

上述方法计算得到的成矿能量，反映出元素富集到现有程度能量富集或损耗的相对值，而不能反映出元素富集或分散所消耗能量的绝对值，同时也不能反映出哪一种（期）地质作用对能量分布发生了什么的影响，仅是最终形成现有状态的能量的分布情况，但对于反映一个地区的地球化学综合信息是有实际指导意义的。对一个区域进行成矿能量的研究，是以主攻矿种为前提条件进行的，具体计算过程如下[10-11]：

1）研究确定工区的主攻矿种，如本工区以铜、金、铅锌矿为主；

2）通过各元素间的相关性分析，筛选出与主攻矿种正相关关系的元素；

3）以研究区各元素平均值定为区域背景值，参照元素成矿能量计算公式，进行研究区成矿能量计算；

4）对成矿能量进行直方图统计研究，并按一定区间范围进行成矿能量异常圈定，作为研究区与主攻矿种相关的综合成矿能量异常。

图1　研究区的成矿能量直方图

图2　研究区主要成矿元素的成矿能量异常图

3 成矿能量异常圈定

主成矿元素相关性分析，主要是对研究区8种主成矿元素Ag、Au、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi进行相关性分析，见表1所示。这些成矿元素与其相伴生元素相关性较好，故而采用此8种元素的克拉克浓度值求取全区的成矿能量，来显示研究区的地球化学综合异常信息。

将成矿能量大于0的数据按间隔2个单位进行直方图筛分（图1和表1），在成矿能量0-75区间内大于平均值时可出现四个波谷，分别对应成矿能量为5、19、30、46。这样以5-19-40-46为分级区间，将成矿能量高于46的点位以46代替，进行成矿能量异常圈定（图2）。

由图2可以看出，元素成矿能量综合异常主要以北西-南东向呈散射状分布，在研究区内的西南部异常较高。以西南部最为明显，异常浓集中心较明显，规模较大。同时，参照成矿能量异常的分级标准，对圈定的成矿能量异常区进行分级，分级标准如下[12]。

Ⅰ级：异常富集中心最为明显，或者异常中心较明显、处于高背景值地区且异常规模大，异常圈闭性好。Ⅱ级：异常富集中心较明显，异常圈闭性较好，但异常规模相对较小。Ⅲ级：异常富集中心有显示，异常有一定规模，异常圈闭性，呈星点状散布。

故而，四个成矿能量异常区分级情况为：E2、E3和E4为Ⅰ级异常，E1为Ⅱ级异常。

4 矿能量异常的综合对比分析

将单元素含量异常添加在一起[13]，得到综合异常分布图（图3）。异常的整体展布方向与研究区内的构造方向基本吻合。与成矿能量异常分布图（图2）对比分析研究发现，二者的异常分布基本一致，而且成矿能量法圈定的异常结果更加直观，异常浓集中心更为明显，佐证了成矿能量法的有效性。对元素含量综合异常进行分析，将研究区分为5个综合异常区，来评价异常的找矿意义。

1号综合异常区位于研究区的西北角，与成矿能量异常区E1相吻合，异常组合元素包括Au、Ag、As、Sb、Bi。其中Sb和Ag的异常面积较大，其他元素Au、As、Bi异常面积相对较小，该区异常弱，不存在明显的浓集趋势，下一步的找矿意义不大。

2号综合异常区位于研究区的中部，异常面积较大，与成矿能量异常区E3相吻合。该区的异常元素为Au、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi。其中，Pb异常点数相对较多，异常强度相对较高，异常规模相对较大，为该区的致矿元素，是找矿的有力靶区。

3号综合异常区位于研究区的中东部，与成矿能量异常区E3相吻合。该区的异常元素包括Au、Ag、Cu、Pb、As、Sb、Bi。其中，Au、Cu、Pb异常面积相对较大，结合元素组合异常分析结果，可以认为，该区的致矿元素为Au、Sb、Pb、Ag、Cu、Zn，为中低温成矿元素组合。异常有较明显的浓集中心，元素异常多为外带分布，其中As、Sb元素异常中、外带分布。元素组合复杂，异常套合较好，衬度较高，规模大，具有开展下一步找矿工作的必要性。

4号综合异常区位于研究区的南部，与成矿能量异常区E4相吻合。该处综合异常由Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi元素组成，其中Au元素异常4个，Cu元素异常6个，Pb元素异常5个，峰值高，异常有较明显的浓集中心，元素异常多为外带分布，其中Au、As、Sb、Bi元素异常具有中、外级浓度带分布。元素组合复杂，异常套合较好，衬度较高，规模大，其中Cu、Pb、Zn属于亲硫元素，Cu、Pb、Zn容易在硫化物矿床中共生，是寻找多金属矿床的有利元素组合。

5号综合异常区位于研究区的南西部，与成矿能量异常区E2相吻合。结合元素组合异常分析结果，异常元素包括Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi，异常面积大，其中Au、Zn、Pb元素异常数多，峰值高，异常有较明显的浓集中心，异常套合较好，衬度较高，规模大。该区异常较强，存在明显的浓集趋势，是寻找多金属矿床的有利区域。

笔者采用成矿能量法进行地球化学异常的识别提取与评价，并结合综合异常图对比分析发现，二者间的异常分布形态、走向基本一致。而且成矿能量法圈定的异常信息更加直观，异常浓集中心更为明显，可见成矿能量法的有效性。综上可知，成矿能量法对地球化学找矿信息的提取识别与增强具有直观性。

图3　研究区综合异常图

5 结论

采用成矿能量理论计算圈定异常，是一种异常快速圈定方法的尝试。成矿能量反映了所查明元素含量的综合信息，对于地球化学异常信息的提取识别与增强具有快速性、有效性和直观性，直观地反映一个地区的地球化学综合异常信息有着重要的实际指导意义。

采用成矿能量理论对青海省祁连县默勒一带的土壤化探数据进行了综合分析研究，取得的成果为下一步找矿工作的开展提供了详实的科学理论依据。同时应注重结合区域地球化学背景值和各元素分析数据（高背景值区域），辅助研判圈出的成矿能量异常区对实际勘查工作是否具有指导作用。

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The Application of Element Ore-Forming Energy Method to the Extraction of Geochemical Anomaly Information

CHEN Jian ZHONG Hao ZHANG Yu-jie
(Institute of Geology and Mineral Exploration, Qinghai Bureau of Geology of Nonferrous Metals, Xining 810007)

The present paper tries to extract information of ore-forming element geochemical anomalies from 1:10 000 soil geochemical survey data in Muri, Qilian by use of element ore-forming energy method. The ore-forming energy anomalies characteristic of comprehensive geochemical information in this area are delineated and classified at all levels on the basis of histogram screening, providing scientific basis for optimizing geochemical anomalies and future prospecting.

ore-forming energy; extraction of information of geochemical anomaly; DTM analysis; prospective prediction; Qilian,Qinghai

P632+1

A

1006-0995（2016）02-0335-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.037

2015-12-25

青海省地质勘查基金项目“青海省祁连县龙哇俄当铜铅锌矿普查”（编号200521101）资助.

陈健(1984-)，男，陕西省富平县人，硕士，工程师，主要从事地质找矿与勘查地球化学工作