矿产地气法勘查中矿床特征参数研究——以某铅锌矿为例

夏明强， 刘小畔

(1．浙江煤炭地质局 勘探一队，湖州 313004； 2．浙江省地矿勘探院，杭州 310000)

0 前言

我国经过多年矿产勘查，地表露头矿产日益减少，找矿重点开始转向找深部大中型重点矿种[1]。又因我国覆盖区非常广阔，其中有很多位于不同地质构造单元的接触带或大的成矿构造带边缘，具有非常频繁的地质活动，非常有利于成矿，深部找矿前景良好[2]。由于这些地区具有较厚的上覆地层，勘查要想发挥作用只有采用能穿透上覆地层直达深部的特殊探测方法。由于地气法具有深穿透的特点，因此成为隐伏矿勘查最具应用前景的方法之一，受到勘查地球化学研究人员的重视[3]，但是研究方向都重点放在探测方法，而没有重视矿体的最本质特征，虽然取得了一定效果但是效果不算理想[4]。

笔者提出矿床关键特征参数这一概念，它是针对一系列矿体特征参数中那些对复杂矿床系统至关重要的因素，是全部特征参数的一个子集，是裕量较少、稳定性差、灵敏度高或不确定性大的那些特征参数，用于表征矿体本身由矿体的基本特征参数及其复合而成的一系列参数。通过针对矿床的关键特征参数进行研究，有望能够突破地气勘查方法的瓶颈，为地气测量方法提供参数支持，从而推动深部矿产地球化学勘查技术的发展。

1 矿床特征参数简述

在矿产勘查中，每个矿床都具有特征多样性，没有完全一样的矿体，但是不同的矿床也具有地球化学上的共性，从这些共性中选择能够被地气法探测到的并且具有直接找矿指示作用的参数具有重要的意义。

2 矿床特征参数确定方法

矿床勘查是一个复杂的系统，因为地气法中所测量的参数是受到这一复杂的系统影响的(包括地质因素、土壤因素、测量方式等)，因此，在地气法勘查中选择矿床的特征参数必须具有以下特征：

1)地气法能够在地表直接检测。

2)所有矿体都具有的共性。

3)对矿体品位具有高度灵敏性。

4)受地表及地质等因素干扰较轻。

由于常规方法无法凭借少量的数据判断真正对找矿有效的那些关键特征参数，因此只能使用处理复杂系统的技术来解决该问题。笔者采用了裕量与不确定性的量化方法(QMU)[5]和可靠性工程与质量功能展开(QFD)技术结合对这种复杂的矿床系统中各种特征参数进行判别分析，寻找矿床的关键特征参数。QMU方法是源自确定性模型的系统认证方法，地气法中因试验数据不足等诸多原因而采取使用QMU方法。

2.1 确定关键特征参数的流程

首先使用QMU方法识别出能够影响复杂矿床系统的各个要素，寻找矿床特征参数并创建一个特征参数清单，然后通过量化矿床特征参数的每一个变量并进行评价。QMU方法将对观测清单中的矿床特征参数分别提供单一指标，强调对影响因素的独立分析。其中矿床的关键特征参数是清单中对矿床的复杂系统中那些至关重要的因素，确定矿床复杂系统关键特征参数的流程如图1所示。

PP set为性能参数集，CPP set 为关键性能参数集。

图1 确定关键特征参数流程

Fig.1 Flow diagram for critical characteristic parameters

2.2 确定关键特征参数的方法

质量功能展开(QFD)技术是一种质量策划、分析、评估的工具。它采用二元矩阵展开图表的形式，量化分析关系度，经数据分析处理后找出贡献最大的措施作为关键措施，从而能够抓住主要矛盾，并开展优化设计[6]。因此针对探测复杂的矿床系统，在QMU方法的基础上结合质量功能展开(QFD)技术，开展矿床特征参数重要度综合分析，是从矿床的特征参数集中筛选关键的特征参数的一个有效方法。其基本原理是运用矿床参数特征展开矩阵的方式，通过量化分析矿床的参数的特征要求与特征间的关系度，然后数据分析处理后寻找对满足矿床参数特征要求贡献最大的特征参数，最终列为矿床的关键特征参数。

根据QMU方法的基本原理与确定关键特征参数的基本原则，归纳总结出矿床的关键参数的特征要求有4条，①裕量较少；②裕量易变异；③灵敏度高；④认知不确定性大。由此建立矿床关键参数特征展开矩阵如表1所示。

表1 矿床的关键参数特征展开矩阵

表1中基本结构要素如为：①矿床关键参数特征要求；②观测清单中的所有矿床特征参数；③关系矩阵；④矿床特征参数重要度。

矿床的参数矩阵展开表是用于记录矿床的参数特征要求与特征参数指标之间的关系矩阵，其取值rij代表了关键参数的第i项特征要求与观测清单中第j项矿床的特征参数的关系度。关系越紧密，其取值越大。

矿床参数矩阵展开表中重要度Ki、关系度rij等各数值的确定非常重要，将直接关系到展开矩阵应用的效果。加权评分法是用于量化评估重要度与关系度的基本方法，分析者的经验越丰富，使用加权评分法的准确度就越高，因此应尽可能集中较多专家的相关经验进行评分。

运用加权评分法时，对以下因素进行量化评估：

1)矿床的关键参数特征要求重要度Ki(i=1，2，… ，m)。

表2 主要矿床特征参数的重要度

2)矿床的特征参数与关键参数特征要求之间的关系度rij(i=1，2，…，m；j=1，2，… ，n)。

3)矿床特征参数的重要度hj。

(1)

矿床的关键参数重要度一般高于矿床的普通特征参数重要度，因此可将重要度高于所有矿床的特征参数平均重要度规定倍数以上的特征参数列为矿床的关键参数。

2.3 矿床的关键特征参数

笔者使用QMU方法识别了影响复杂矿床系统的各个要素，包括各个金属元素、稀有元素、稀土元素及同位素等，建立了参数清单，通过对大量不同矿种矿体的测量与分析建立数据库，并建立特征参数矩阵展开表，借助部分试验数据获得相关信息，评定出矿床参数特征要求重要度Ki(i=1，2，…，m)和各项矿床特征参数与每一个关键矿床参数特征要求的关系度rij填入表中。hj结果见表2。

根据矿床特征参数的重要度hj，最终确定了矿体的一个关键特征参数，该特征参数M=AB/C,其中M为矿床的关键特征参数，A、B、C为测量矿体的元素值，这三个基本元素均不因矿体的深度、围岩、上覆地层及其他因素变化而变化，只反映矿体本质特征，因而关键特征参数M只反映矿体本质特征。

总之矿床关键特征参数的基本特征为能够使用地气法探测到，大多数矿床都具有，而且仅仅随着矿体品位的变化而变化，受到外界环境影响较小，因此只要能够找到高于背景值的异常，便可确定矿体中心的位置，因此该特征参数作为找矿的直接指示因子。

图2 地质剖面图

3 在某铅锌矿地气勘查中的应用

铅锌矿位于江山-绍兴拼合带、余姚-丽水区域性深大断裂之间，龙泉八都-缙云新建多金属、萤石成矿带的西南部。

区域出露的地层主要有下元古界八都群、下侏罗统枫坪组和上侏罗统磨石山群等地层。矿区构造层分为变质岩基底和火山岩盖层两大构造层。矿区的地质构造的基本特点是断裂发育，北东向、北北东向断裂与北西向断裂构成本区构造形态的基本骨架，褶皱不明显[7]。其中研究的矿体为已经探明的隐伏的铅锌矿，矿体顶部位于地表50 m以下，上覆地层为变质岩，矿床有多段矿体并且近似于直立(图2)。

图3 特征参数异常曲线

本次研究利用地气法测量了该矿体的关键特征参数，测量结果见图3。

经过矿区与周围的地表矿石的矿床关键特征参数M的测定，矿石品位在1%～30%之间，在此确定矿石关键特征参数M值范围为1.95～2.15，因此在该范围矿床特征参数异常作为本区矿体的反映。

由图3可以看出，矿体上方存在两处关键特征参数M值1.95～2.099的异常，故此两处为矿体。

同时随着矿体品位升高及厚度增大则关键特征参数的值越大，并且特征参数的值以已知矿体的高品位为中心向两侧迅速减弱。又因为通过QMU方法确定的关键特征参数不受地质、深度、储量等因素影响，说明该关键特征参数对指示隐伏矿有直接效果。因此，矿体的关键特征参数，对地气法矿产勘查中的隐伏矿体具有直接指示作用。

4 结论

矿产地气法勘查中是直接测量地球气体中的金属元素信息，因为气体具有迁移速度快、垂直向上、距离长等特点，故地气法测量能在矿体正上方获得较为明显的异常，同时能在矿体两侧发现埋藏极深的矿化信息，但是由于测量技术上的原因，一直不能有效地确定关键特征参数，故不能有效表示矿体位置。因此本文选择从绝大多数矿床都具有的矿体本身的特征参数入手进行研究，首先由几十个矿区的矿床特征选取矿床的特征参数，再使用QMU+QFD方法确定矿床的关键特征参数M，该参数具有普适性，针对大多数金属矿床，然后利用本矿区或者周围矿区的矿石的测定确定测区关键特征参数的范围，最后利用地气法测量本矿区的关键特征参数，经过本区地气法与矿石的关键特征参数对比确定矿体的位置。总之，利用矿床的关键特征参数避免了在地气法矿产勘查中稳定性差准确度低等缺点，只反映矿体品位的这一特征，从而达到直接探测隐伏矿体的效果，具有实际应用价值。