金品位分形结构特征及其地质意义——以胶东乳山蓝家庄金矿床为例

霍光

(山东省第六地质矿产勘查院，山东 威海 264209)

0 引言

矿床作为地球系统的一部分[1]，经历了长期、复杂的地质作用，在矿(化)体的形态和矿化强度等方面通常表现出混乱无序的变化，不同部位形态、矿化强度及有用组分富集程度不同。尽管有用组分的分布是随机的、偶然的，但并不是绝对无规律的，在随机性和偶然性的背后总有一定的统计规律性和趋势性可寻，即分形理论[2]。近年来，分形理论已广泛应用于矿床学领域[3-6]，尤其是在金矿床研究中，分形理论在金矿床空间分布规律、矿化时空结构及成矿预测研究等方面均具有一定的指导作用[7-11]。

胶东是我国最重要的金矿集区，累计探明金资源储量超过4500t[12-16]，其中牟平-乳山金成矿带为胶东最重要的成矿区带之一[17-19]。蓝家庄金矿床为近年来该带探明的一处大型金矿床，自20世纪90年代发现以来，经历了20余年的勘查开采，累计探明金资源量已达20余吨。前人研究[20-24]表明，金品位的分形特征研究对矿化信息指示及深部找矿预测等方面具有一定的指导意义。该文系统收集了蓝家庄金矿床钻孔、探槽、浅井、坑道等工程控制的Ⅰ号金矿体的金品位数据，详细研究了该矿体金品位特征参数的统计分布规律及分形结构特征，探讨了金品位分形结构所代表的地质意义，旨在为解决矿床地质问题和矿床勘查评价提供某些定量信息。

1 地质背景与矿床特征

蓝家庄金矿床位于牟平-乳山金成矿带南端，区域内出露地层主要为前寒武纪变质岩和第四纪沉积物，零星出露白垩纪火山岩[25-26]。区内NNE向断裂发育，是主要的导矿和容矿构造[25]。此外，区内还分布有多条NE和NW向断裂，其在地表出露不甚清楚，仅有断续的露头显示[27-28]。区内中生代岩浆岩分布广泛(图1)。

1—第四纪沉积物；2—白垩纪火山岩；3—前寒武纪变质岩；4—中生代岩浆岩；5—主要断裂；6—主要的金矿床和金矿点；7—城市图1 蓝家庄金矿床区域地质简图(据文献[27][29][30]修改)

蓝家庄金矿区内出露地层主要为第四纪沉积物。构造主要为近SN向的清口涧断裂和辛家庄断裂，分别控制了①号和②号蚀变带(图2)。中生代花岗岩广布全区，其内分布少量脉岩，总体呈NE向延伸，主要有正长斑岩脉、石英闪长玢岩、煌斑岩脉等。区内查明矿体2个，编号分别为Ⅰ号和Ⅱ号，Ⅰ号矿体资源量占资源总量的78%，为矿区范围内主要矿体。Ⅰ号矿体赋存于①号蚀变带内，赋矿岩性为黄铁绢英岩化碎裂岩夹黄铁矿石英脉。矿体走向长1380m，斜深110～708m。总体走向355°，倾向NE，倾角75°～85°，平均82°。矿体厚度0.36～4.87m，平均厚度1.65m，品位1.00～156.97 g/t之间，平均8.90 g/t。矿石类型主要有细脉--浸染状黄铁绢英岩化碎裂岩型和黄铁矿石英脉型。矿石中金属矿物主要为黄铁矿，少量闪锌矿，微量黄铜矿及自然金等，非金属矿物主要为石英、长石、方解石，少量绢云母等。矿石中常见结构有半自形粒状结构、半自形--他形粒状结构，其次有填隙结构、反应边结构、镶嵌结构、交代残余结构、交代假象结构、文象结构和乳滴状结构等。矿石构造主要有角砾状、浸染状、团块状、脉状、细脉浸染状、斑点状、交错脉状构造。成矿阶段划分为黄铁矿--石英阶段、金--石英--黄铁矿阶段、金--石英--多金属硫化物阶段、石英--碳酸盐阶段(1)山东省第六地质矿产勘查院，山东省乳山市蓝家庄矿区金矿勘探报告，2013年。。

1—第四纪沉积物；2—中生代岩浆岩；3—正长斑岩脉；4—蚀变带及编号；5—矿体及编号；6—平面钻孔位置及编号；7—剖面钻孔位置及编号图2 蓝家庄金矿床地质简图(a)和AA′线地质剖面图(b)

2 金品位统计分布特征

该文系统收集了蓝家庄金矿床钻孔、探槽、浅井、坑道等工程控制的Ⅰ号金矿体金品位数据673个，垂

直标高范围从地表到-700m标高，纵向上由北到南从21号到22号勘探线，勘探线之间距离60m，编号21，19……1，0，2，4……20，22。

为统计金品位垂向变化规律，以100m为间距，共分为6个标高区间，分别求取各区间段金品位数据的最小值(min)、最大值(max)、平均值(M)、标准差(Std)、变异系数(V)和大于工业品位(蓝家庄金矿床工业品位1.0 g/t(2)山东省第六地质矿产勘查院，山东省乳山市蓝家庄矿区金矿勘探报告，2013年。)的个数所占总数的百分比(T)。

统计结果(表1，图3)显示：垂向上，金品位平均值(M)和标准差(Std)变化规律相似，从地表至-500m标高逐渐减小，而-500m标高以深呈增大趋势，反映了浅部金矿化较好，-400m～-500m标高平均品位小于工业品位，矿化较差，-500m以深矿化又呈现变好的趋势。金品位变异系数(V)在-100m以浅和-400m以深小于2.0，在-100m～-400m标高区间内大于2.0，-100m～-200m标高区间内变异系数最大，反映了-100m以浅和-400m以深金矿化相对稳定，而-100m～-400m标高区间矿化相对不稳定，尤其是-100m～-200m标高区间矿化最不稳定。大于工业品位的个数所占总数的比例(T)由地表至-500m标高呈降低趋势，在-300m～-400m标高区间略有增高趋势，-400m～-500m标高区间内T值最小，-500m以深呈增大趋势，反映了地表至-400m标高矿化较好，-400m～-500m标高矿化较差，-500m标高以深矿化趋于变好。

表1 蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位特征参数垂向统计分布

N—样品个数；金品位单位g/t。

图3 蓝家庄金矿床Ⅰ号金矿体金品位垂向统计分布特征参数曲线图

3 金品位分形结构特征

蓝家庄金矿床金品位变化很大，分布极不均，金品位频率分布直方图(图4a)为一严重左偏单峰形态，有比较长的拖尾现象，是金矿床常见的形态[31-32]，金品位对数频率分布直方图(图4b)同样不服从正态分布，因此，适合运用分形学进行研究[21-24]，即用分数维数D表示金的分布偏离正态分布的程度。

分数维最基本的定义是：如果粗视化的程度r和此时被观测的个数N(r)的对数存在线型关系，即可以用公式logN(r)=-D·log(r)表达，则表明存在分形关系，式中D为直线的斜率，即分维值。如果把r和N(r)标绘在双对数图上，各点大致分布在一条直线上，利用直线的斜率可以求出D值[20-24]。该文利用蓝家庄金矿床金品位数据进行金品位分形结构特征研究，在此r代表金品位，N(r)表示金品位大于r的样品数。

图4 蓝家庄金矿床Ⅰ号金矿体金品位分布直方图(a)和金品位对数分布直方图(b)

蓝家庄金矿床金品位双对数坐标图(图5)显示金品位分布总体上呈一较为圆滑的曲线，反映了该金矿主要形成于一个成矿期[21]。但是可以进一步划分为四个直线段，分形维数的值分别为D1=0.47，D2=0.21，D3=0.63，D4=1.80。

图5 蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位双对数坐标图

蓝家庄金矿床金品位垂向分形特征(图6)显示：地表至-100m标高区间金品位分形主要呈3段式展布，具有3个分维值，分别为D2=0.20，D3=0.52，D4=1.92；-100m～-200m标高区间金品位分形呈4段式展布，具有4个分维值，分别为D1=0.51，D2=0.22，D3=0.74，D4=1.44；-200m～-300m标高区间金品位分形呈4段式展布，具有4个分维值，分别为D1=0.52，D2=0.13，D3=0.64，D4=3.94；-300m～-400m标高区间金品位分形呈4段式展布，具有4个分维值，分别为D1=0.60，D2=0.19，D3=0.52，D4=1.58；-400m～-500m标高区间金品位分形呈单段式展布，只有1个分维值，D3=0.70；-500m标高以深具有3个分维值，分别为D2=0.23，D3=1.72，D4=0.94。

图6 蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位垂向分形结构特征

4 地质意义

前人研究表明，1个分数维D值通常代表了1个成矿阶段[21]，蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位整体上具有4个分维值(图5)，表明该矿床经历了4个成矿阶段的矿化作用，与野外实地观察和镜下研究结果一致。此外，低品位矿常常具有简单的分形结构，而高品位矿常常具有多重分形结构[7]。由蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位垂向分形结构特征(图6)和金品位等值线图(图7)可以看出，金品位分形结构与金品位具有良好的对应关系，-100m～-400m标高区间金品位分形具有4个分维值，代表该标高区间内可能经历了4个矿化阶段成矿作用，形成的矿体金品位较高，而-100m标高以浅金品位具有3个分维值，代表该标高区间内可能经历了3个矿化阶段的成矿作用，形成的矿体金品位较低，-400m～-500m标高区间金品位分形仅具有1个分维值，代表该标高区间内可能仅发育1个成矿阶段的成矿作用，形成的金矿体金品位最差，-500m标高以深金品位同样具有3个分维值，代表该标高区间内可能同-100m标高以浅相似，经历了3个成矿阶段的成矿作用，形成金品位较高的金矿体，预测深部具有较好的找矿前景。

图7 蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体金品位等值线图

5 结论

(1)蓝家庄金矿整体上经历了1个成矿期4个不同成矿阶段的成矿作用。

(2)4个金品位的分数维D值对应4个成矿阶段，矿化较好地段一般具有3～4个分维值，为多个成矿阶段叠加的结果，矿化较差地段仅具有1个分维值，仅经历1个成矿阶段成矿作用。

(3)分形结构的规律性变化预测蓝家庄金矿床Ⅰ号矿体向-500m标高以深仍有一定程度的延伸，深部具有良好的找矿前景。