地壳厚度对中国金矿床空间分布规律的制约

圈定成矿远景区并进行矿产勘查,是新一轮找矿突破的重要内容。在当前大数据和深部地球的背景下,文章根据金矿床空间分布对所在的地壳厚度和地表高程进行了空间连接和相关统计分析,并初步圈定了金矿床的成矿远景区。研究结果表明,地壳厚度为35 km和高程为200 m左右的区域,是金矿床产出的有利区域,并且金矿床的地壳厚度极值和频率呈现分形关系,为金矿床靶区的预测,提供了基本的非线性深部矿产资源预测数学模型;根据金矿床和地壳厚度、高程等的关系,对金矿床的优势成矿远景区进行了预测。预测结果显示,松嫩盆地周边,济南-郑州-武汉-长沙-南宁沿线及周边,是金矿床产出的有利远景区域。     

空间模式的广义自相似性分析与矿产资源评价

尺度不变性(scale invariance)包括自相似性(各向同性)、自仿射性(成层结构)、广义自相似性(各向异性标度不变性),是由各种地质过程和地质事件所产生的地质特征和模式的本质属性．尺度不变性可用分形和多重分形模型来表征．这些尺度特征的定量化可为刻画地质空问模式和模式识别提供有力的工具．例如。热液矿床的群聚现象可以用局部分形特征(局部奇异性)来刻画．通过在特征空问中(如频率空问)识别空问模式的广义自相似性．可以将空间混合模式进行分解或异常的识别．介绍了几种相关的分形模型和方法。包括度量空问模式广义尺度独立性(GSI)的线性模型;基于广义尺度独立性的异常分解S—A方法;度量空问模式的局部奇异性方法;以及如何利用分形特征预测未发现矿床的2种方法．有些方法已应用于许多矿产资源评价实例中．给出了对加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物样品中的4种元素As、Pb、Zn和Cu的地球化学数据处理分析结果。证明了局部奇异性分析和S—A异常分解方法对地球化学异常的增强和分离的有效性．研究表明：由S—A方法分解的异常往往具有多重分形的特点,而且普遍具有局部奇异性．研究区内具有明显奇异性的地区(元素含量富集区)是金矿异常区域。它们与金矿成矿作用和已知矿床的赋存密切相关．     

奇异性理论在个旧锡铜矿产资源预测中的应用: 成矿弱信息提取和复合信息分解

本研究的目的是应用非线性理论和高新信息处理技术获取矿产资源预测综合信息, 开展以有色金属和贵金属矿产资源潜力评价和预测靶区圈定, 提交个旧及周边地区矿产资源潜力分布图.围绕该研究任务, 重点开展了如何应用奇异性理论和方法, 对比个旧东西矿区的异同.由于区域构造和岩体分布等空间变化性, 导致东西区成矿背景存在较大差异, 受出露地表或近地表矿体分布和矿山开采的影响, 东西区的成矿异常强度和大小都存在较大差异, 东区总体呈高背景而西区为低背景, 因而, 对东西区的成矿信息对比研究和异常圈定相对困难.采用局部奇异性分析方法从地球化学分形密度的角度圈定了局部异常, 在东西区均较好地反映了致矿地球化学异常的分布, 同时采用广义自相似分析方法分解了综合地球化学异常和背景.结果表明, 东西区地球化学背景差异悬殊, 而局部异常具有显著的自相似性.据此在东西区同时圈定的局部异常具有内在的相似性和表现形式上的多样性, 以此为依据所圈定的靶区均具有找矿意义.      

奇异性理论在个旧锡铜矿产资源预测中的应用: 综合信息集成与靶区圈定

在致矿弱异常提取和复合异常分解的基础上, 进行多元信息综合和集成, 绘制成矿后验概率图是矿床资源预测的基本过程.以个旧锡矿为例, 介绍一种新的信息集成模型和后验概率图的应用方法.结果表明, 个旧锡铜矿床分布受多个控矿要素控制, 包括地球化学异常、岩体、有利岩性以及构造条件等.通过证据权所提供的空间相关性统计量可以定量确定控矿要素的最佳控矿距离, 并以此为依据形成二态信息图层.对每个图层的叠加可看作一次找矿信息的累积和更新, 因此整个信息图层的集成过程可以看作多次信息叠加过程(multiplicative cascade process).由此绘制的后验概率图具有自相似性、奇异性和分形谱系, 空间分布服从多重分形统计分布.因此, 后验概率图的绘制可以作为致矿地质异常圈定的信息综合和集成方法.      

矿物微观结构的多重分形

分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D₀、信息维数D₁、关联维数D₂及广义多重分形维数D_q的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.      

广义自相似性原理与模型

为了理解各式各样的具有广义自相似性特征的尺度不变性系统, 提出了1个称之为GSI (generalized scale invariance) 的理论体系.它阐述了大小尺度可以相互关联而不需要引入任何1个特有(具体) 尺度的最普通情形.在二维线性GSI理论的基础上, 形成了2个重要的各向异性尺度不变性量化模型: SIG (scale invariant generator) 模型和S-A (spectrum-area) 模型.SIG模型通过在频率域中估计GSI理论中代表旋转和层化程度的尺度不变性生成元的参数来量化各向异性尺度不变性.而S-A模型通过从二维频率域中能谱密度大于P元素集的面积与P之间关系的非参数模型对各向异性尺度不变性进行量化.如果研究的对象是1个混合模式(多个不同尺度的过程或作用叠加而形成的), S-A模型不仅可以对异性尺度不变性进行量化, 还可以对该混合模式进行分解.系统阐述了GSI理论、SIG模型和S-A模型, 并将SIG模型和S-A模型结合提出了既能对混合模式进行分解又能对分解后模式的各向异性尺度不变性进行量化的模型.      

三维Kriging方法中的变异函数套合

三维属性建模是利用有限的采样数据, 通过插值或模拟的方法来重构地学属性在三维空间中的分布.将Kriging方法推广到三维空间, 从而演化为三维Kriging方法, 可以为三维属性建模提供可靠的手段.而三维Kriging方法面临的一大难题就是各向异性变异函数的套合.提出了一种简单通用的三维空间变异函数的套合方法.该方法以空间坐标基的变换为基础, 在套合时充分考虑轴向上变异差异的影响, 并由此提出各向异性变化率的概念; 论证了套合方法的可行性, 并通过地下水水质三维属性建模的实例对该方法进行了有效的验证.      

白音诺尔矿区土壤地球化学纵向迁移特征

土壤地球化学测量工作对发现土壤中与成矿有关的地球化学异常进而对指导找矿具有重要的意义.内蒙古白音诺尔铅锌矿床是我国北方一个典型的矽卡岩型矿床, 具有大而富的特点.选取内蒙古白音诺尔铅锌矿区某已开采矿体上方6号土壤垂直剖面、以及距离6号剖面分别约1.0 km和4.5 km的非矿土壤垂直剖面3和8,垂向上通过每隔10 cm取样,进行了系统的土壤磁化率测试和与成矿有关的部分微量元素的总量测试分析.结果显示,尽管近矿剖面6和远矿剖面3中磁化率与土壤深度之间呈良好的负相关关系,但剖面6中9种元素含量均显示“顶底低中间高”的“倒C型”分布,而远矿剖面3和8中元素含量多呈动荡波动.这些研究思路与结论可为覆盖区表生土壤地球化学测量及矿产预测研究提供借鉴,对系统模拟和研究地球化学组分在矿区及周边残积土剖面中的迁移演化规律及其影响因素亦具有指示意义.      

结构方程模型在地球化学数据分析中的应用

为了实现通过确定地球化学组合元素来反映成矿异常, 本文在主成分分析模型的基础上, 引入了新的结构方程模型(SEM).与主成分所不同的是, 结构模型综合了经典统计方法中的因子分析和路径分析方法, 以与研究对象具有较好的拟合度为标准来确定最优解, 并通过模型最优解来确定新的成分组合, 因此结构模型所确定的成分变量不一定是具有最大变化性, 而是与研究对象最接近的因子变量, 该因子能够更好地反映研究对象.介绍了结构方程模型方法的原理, 并利用加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物地球化学数据建立了与热液型金矿有关的地球化学元素结构方程模型, 研究了结构方程模型所给出的组合变量空间分布规律以及与金矿床的关系.与主成分分析方法所给出的计算结果进行对比发现, 结构模型所计算的与金矿相关的组合变量与矿床的空间相关性较高, 并且对金矿床(矿点)也具有较好的预测性.      

成矿过程奇异性与矿产预测定量化的新理论与新方法

在分析地震、滑坡、洪水、暴雨、森林火灾等一系列非线性地球系统过程共同特征的基础上,笔者提出了成矿过程作为奇异性过程的命题。探讨了成矿过程奇异性、广义自相似性、自组织临界性等基本非线性特征的内在联系。从多重分形理论出发给出了:(1)度量成矿域空间结构不均匀性的局部奇异性分析模型;(2)度量成矿多样性与自相似性关系的系列广义自相似性度量模型;(3)首次给出了奇异性指标作为度量控矿要素与矿床分布相关关系的非线性模型,提出了从奇异性出发计算成矿后验概率的新的对数概率模型;(4)介绍了成矿奇异性的动力学模拟过程。详细介绍了非线性矿产资源预测理论和方法的基本内容和模型。