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1、高精度航空物探综合站测量在找矿中的应用张文斌熊盛青(航空物探遥感中心 ,北京100083)摘 要 本文介绍了应用高精度航空物探综合测量寻找金 、钾盐 、地下水以及进行岩性构造填图的方法技术及应用效果 。重点阐述了应用 F 参数 、灰色系统理论预测金矿 ;应用线性回归分析 ,结 合主分量分析 ,消除 K2 O 干扰 ,圈定找钾靶区 ; 利用航电 - 45相位法划分水质 ,估计水量 ,寻找地下水 ;应用航磁 、重力 、伽马能谱综合信息进行岩性构造填图 。关键词 航空物探综合站测量 ,伽马能谱 F 参数 ,灰色系统理论 ,消除 K2 O 干扰 ,航电 - 45相位异 常 ,岩性构造填图 。0前言高精
2、度航空物探综合站测量在找矿中的应用研究是国家八五重点科研项目 加速查明新疆贵重 、有色金属大型矿产资源基地综合研究的一个专题 。专题组在新疆北刘地区利用实测的航空物探综合信息 (航磁 、航空电磁 、伽马能谱) 选编 942 处异常 ,择优查证 42 处 ,测物 性数据 4 万个 ,剖面总长度 500 余公里 ,为航空物探资料解释打下了坚实的基础 。在解释过程中 ,充分利用地质 、物探 、化探 、物性和局部异常查证资料 ,建立地层 、岩浆岩和构造的解释标志 ,进行岩性构造填图 ; 采用先进的技术和方法 ( 如灰色系统理论 、结 构 - 逻辑 法 、F 参数法 、航磁异常轴向统计分析以及航电 -
3、45相位异常法等) 进行金 、多金属矿 、钾盐和 地下水的找矿预测 。该项研究取得了显著的社会效益和经济效益 。有关专家称此项研究的完成为加速查明新疆贵金属和有色金属大型矿产基地的情况提供了大量的找矿信息 ,并提出地 质找矿的新认识 、新理论 、新技术 、新方法 。本文着重介绍专题研究中采用过的几种比较有效的找矿预测和地质填图的新方法及其应用效果 。1应用航空伽马能谱 F 参数寻找金矿化带所谓 F 参数 ,即 w ( K) w ( U ) / w ( Th) 比值参数 ,包含岩石的两个重要特征 ,即钾丰度与w ( Th) / w ( U ) 之比和铀丰度与 w ( Th) / w ( K) 之
4、比 。在众多的加马能谱比值参数中 , w ( Th) / w ( U ) 和 w ( Th) / w ( K) 两个比值参数较为有效 ,而 F 参数不仅包含了上述两个参数的信息 ,而且较之更具有优越性 ,如具有较高的统计稳定上出现明显的带状异常 ,并且在它的南侧还发现一个与其平行的异常带 ,后者经地面工作证实为一个新的金矿带 。沙尔金矿区 F 参数图 (图 1) 上 ,两条北西方向异常带大致平行展布 ,北带连续性好 ,南带( F 参数曲线打实线的范围) 呈断续分布 。图 1 沙尔金矿区航空伽马能谱 F 参数 、航电( 520 Hz 虚分量) 及地质综合图1 北塔山组 ;2 南明水组第一亚组 ;
5、3 南明水组第 二亚组 ; 4 南明水组第三亚组 ; 5 黑头山组第二亚 组 ;6 灰岩 ;7 断裂 ;8 矿床 ;9 矿体 ;10 地检剖 面及编号 ;11 航电异常轴线及编号北异常带与已知金矿对应 , F 参数值在 1 . 5 %4 %之间 ,呈跳跃变化 。该区地表出露下石炭统南明水组砂岩 、粉砂岩夹灰岩层 ,岩石普遍矿化蚀变 ,断裂构造发育 。在金矿区做了两 条综合剖面 ,在已知金矿带上地面伽马能谱测量出现明显的 F 参数异常 ,并反映出钾含量升 高 ,钍含量降低 ,铀含量局部升高的特征 ,地磁剖面对应矿化带两侧出现两个小的梯度带 ,可能 反映为两条控矿的断裂带 。综合分析航空伽马能谱和
6、地检资料 ,认为 F 参数异常带整体上系金矿化蚀变带的反映 , 其中局部尖峰异常与矿体有较好的对应关系 ,反映了矿化集中的地段 。该异常带是由大面积 绢云母化等围岩蚀变使钾含量升高或与矿化有关的局部铀含量升高而引起 。对应该异常带分 布一条范围相当的航电异常带 (D - 410) 。5 期张文斌等 : 高精度航空物探综合站测量在找矿中的应用323 南异常带位于上述矿带南 0 . 5 1 km 处 ,呈断续分布 ,其特征与北带相似 , 只是规模较小 。同样 ,对应有航电异常 (D - 4 11) ,南北两带所处地质构造条件也相同 ,由此推断该异常有 重要的找矿意义 。通过地面初评 ,发现了一条含
7、金蚀变带 ,追索其长 3 km ,宽数米 ,褐铁矿化 、硅化发育 ,化 探取样 Au 、As 、Sb 等元素含量明显升高 。后经进一步工作 ,确定为一中型矿床 。2应用灰色系统理论预测金矿灰色系统理论的基本内容有灰色系统分析 、灰色建模 、灰色预测 、灰色决策和灰色控制等 ,其基本方法有关联分析和灰色聚类分析 。在本区的找矿预测主要应用了关联分析方法 。关联分析法的基本原理如下1。 设有 m 个子序列 X i ( k ) i = 1 , 2 , m ; k = 1 , 2 , N给定母序列 X 0 ( k) k= 1 , 2 ,N定义数 0 i 满足下列条件 :1 . 0 i 0 , 1;2
8、. 将子序列和母序列作折线 , X 0 与 X i 几何形状越接近 , 则 0 i 越大 ;3 . 0 i 只与 X 0 、X i 的几何形态有关 , 与它们的空间相对位置无关 ;4 . 当两序列 X 0 ( k) 和 X i ( k) 完全重合时 ,0 i 才等于 1 。则称 0 i 为 X i 对于 X 0 在区间1 , N 的关联度 。0 i 的计算公式为N 1=6 i ( k )0 iNk = 1其中 i ( k) 为 X 0 与 X i 在第 k 点的关联系数min min | X 0 ( k) - X i ( k) | + P max max | X 0 ( k) - X i (
9、k) | i k i k i ( k) =| Xk - X ( k) | + P max max | X ( k )0 ( )- X ( k) |0iiik式中 , min min| X 0 ( k ) - X i ( k ) | 称为两个层次的最小差 ; max max|X 0 ( k ) - X i ( k ) | 称为两个i k层次的最大差 ; P 为分辨系数 。i k利用该方法在研究区进行金矿预测时 ,分两个阶段来完成 。先将全区划分成 240 个矩形单元 ,将它们分成矿与非矿单元两类 ,算得矿单元 54 个 ( 1 类) ,非矿单元 186 个 ( 2 类) 。2 类 找金远景不大
10、,剔除 。对 54 个矿单元进行远景程度划分 ,进一步分为 类单元 12 个 , 类单元 42 个 。这样 ,得到金矿预测结果 ,最有找矿远景的单元 12 个 ,较有远景者 42 个 ,远景不大者 186 个 。为了提高预测的可靠性 ,还采用了推广模型特征分析法进行金矿预测 ,将两种方法加以综 合 ,得到最终的预测结果 (图 2) 。从图中可见 ,全区分为三个重要的找金远景区 ,它们是阿拉图 2 哈尔地区综合方法预测的找金远景1 最有远景的单元 ;2 较有远景的单元 ;3 有 一定远景的单元 ;4 远景不大的单元布拉克远景区中最有远景的 163 、162 和 164 号单元 ,应用地质- 物化
11、探综合方法进行了查证 ,该区主要是中基性杂岩体分布区 ,岩体内石英脉普遍含金 ,尤其是辉长岩与围岩接触部位金异 常升高 ,初步认为它们是新的找金目标物 。提取易溶性钾 ( KCl) 异常的数据处理方法及其找钾盐效果航空伽马能谱测量获得的钾异常 ,按其异常性质可分为两类 ,一类是由原生钾 (即基岩 、风 积砂粒中的 K2 O) 引起的异常 ,另一类是由后生钾 (主要是由易溶于水的钾盐 ,如 KCl 等) 引起 的异常 。对于寻找盐湖型钾盐来说 ,由原生钾引起的异常可视为干扰 ,因此 ,如何区分上述两 类异常性质则是寻找钾盐的技术关键 。3 . 1消除 K2 O 干扰的数学模型及其处理过程3罗布泊
12、地区航空伽马能谱测量钍 ( Th) 、钾 ( K) 含量的统计分布曲线如图 3 和图 4 所示 。从 Th 元素频率分布曲线特征可以看出 , Th 元素物质来源比较单一 ,主要为原生岩中的含 Th图 3 罗布泊地区 Th 元素频率分布曲线图 4 罗布泊地区 K 元素频率分布曲线化合物 。K 元素呈多峰分布 , 说明本区 K 元素的物质来源比较复杂 , 除原生岩中的 K2 O 外 ,还有蒸发岩盐中的易溶性钾 。5 期张文斌等 : 高精度航空物探综合站测量在找矿中的应用325 图 5 罗布泊地区 K- Th 联合分布散点密度1 密度小于 50 单位 ; 2 密度为 50100 单位 ;3 密度为
13、100200 单位 ;4 密度为 200400 单位 ;5 密度为 400800 单位 ;6 密度大于 800 单位图 5 为罗布泊地区 K- Th 含量联合分布散点密度图 。从图上不难看出 ,本区 K、Th 元素基本呈线性相关关系 。经计算 , K 与 Th 的相关系数为 0 . 618 ,剩余均方差为 0 . 426 。考虑到 本区 Th 的质量分数小于 5 10 - 6 的地区主要为湖泊化学沉积区 ,故以 Th 质量分数大于 5 10 - 6之测点求得本区 K 对 Th 的回归线性方程为w ( K) = A + B w ( Th)式中 , w ( Th) 为航空伽马能谱实测钍的质量分数
14、( 10 - 6 ) , A 为常数 ( 大约 0 . 61 %) , B 为比 例系数 ( 大约 0 . 25 % 106 ) , w ( K) 为用 w ( Th) 值求得的钾的质量分数 , 从而得到消除 K2 O 干扰的数学模型为w ( K) = w ( K) - w ( K)式中 , w ( K) 为航空伽马能谱实测的钾的质量分数 , w ( K) 为可溶性钾质量分数理论值 。为了 与常规表示方法一致 , 把易溶性钾盐的质量分数换算成氯化钾质量分数 , 即w ( KCl) = 1 . 9068 w ( K) = 1 . 9068 w ( K) - A - B w ( Th) 按上述数学
15、模型编制了研究区氯化钾含量平面剖面图 。3 . 2应用效果对氯化钾含量平剖图的研究表明 ,它较好地解决了以下两个地质问题 。1 . 消除氯化钾干扰 ,进一步解释了钾异常的成因 。通过该图与钾含量平剖图以及地质图 的分析对比 ,可以看到本区钾异常既出现在基岩出露区 ,又出现在湖泊化学沉积区 ,而在氯化钾平剖图中的钾异常则主要出现在湖泊化学沉积区及其边缘 ,在基岩出露区基本没有异常 。这说明 ,经上述处理后编制的图件较好地消除了 K2 O 的干扰 ,突出了对寻找盐湖型钾盐有意对罗布泊地区航空伽马能谱测量数据进行主分量分析的结果表明 ,第三主分量的特征值为 6 . 56 ,相应地 ,占总变异的 6 . 58 % ,它与钾呈正相关 ,与钍
