构造-流体-成矿作用的分形与混沌动力学

系统分析总结了构造活动与裂隙-脉体系统的分形生长,构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用以及具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成过程。以湘西金矿、水口山铅锌金多金属矿田等典型矿床为例,研究发现,水口山铅锌金多金属矿田地层及岩体内的元素含量分布均呈单分形关系,而断裂带内动性较强的Cu、Pb、Zn等成矿元素的元素具有双分形关系,产生了新的元素分布规律,指示断裂活动促进了成矿元素富集,湘西金矿石英脉是通过分形生长向着脉体长度-厚度分维值a值先减小(对应着脉体的膨胀)然后增大(对应着脉体的伸长)的趋势发展演化的,且该矿床各中段金品位空间变化序列均为非线性演化序列,其成矿流体的演化及成矿元素的沉淀富集成矿过程为混沌动力学过程。这些结果表明,构造-流体-成矿作用具有分形结构特征,并具体表现为断裂体系的分形分布,矿床的分形分布,裂隙-脉体系的分形分布和品位分布的分形变化等。成矿元素活化、迁移及沉淀的复杂动力学过程中,构造活动控制了裂隙-脉体系统的分形生长与矿床的就位,且存在于构造活动、流体作用及矿物沉淀之间的非线性反馈作用最终导致了具分形结构与混沌特征的矿物沉淀和矿床的形成。     

湘西沃溪金锑钨矿床分形成矿动力学

随着分形理论的建立与发展 ,应用分形理论研究矿床分布及元素的分布与富集规律已经成为研究成矿作用的一个有力的新工具。文中对湘西沃溪金锑钨矿床金品位空间变化进行了分形与混沌吸引子分析 ,结果表明 ,该矿床金品位分布具有分形结构特征 ,并都呈双分形关系 ,分叉处的金品位与其平均品位相当 ,分维值可以指示成矿流体的运移方向。其金品位空间变化为混沌序列 ,在相空间维数为 8～ 1 0时 ,出现一个混沌吸引子 ,吸引子的维数变化于 1 .5 3～ 4 .72之间 ;表明其成矿流体的演化及金元素的沉淀富集成矿过程为混沌动力学过程 ,描述或控制本矿区金品位变化的独立变量至少需要 8～ 1 0个。总之 ,成矿物质的沉淀过程是一个复杂的非线性动力学过程 ,矿物在热液体系中通过构造应力、流体流动、流体岩石反应等之间的复杂非线性反馈作用 ,最终在合适部位沉淀下来 ,形成了各种具分形与混沌特征的矿床和品位分布     

白垩纪碳酸盐稳定同位素的分形和混沌分析

应用分形与混沌理论对白垩纪海相碳酸盐岩碳同位素δ13C进行了非线性分析,认为碳同位素δ13C变化序列均为混沌演化序列,在相空间维数m＞8时出现混沌吸引子,混沌吸引子的分维数在3.74左右;它的演化为混沌动力过程,描述它的变化至少4个独立变量的动力学系统.     

川东南桑木场背斜寒武系脉体分形特征及其意义

通过对川东南桑木场背斜寒武系多期脉体野外详细构造特征、几何学特征的勘测,利用分形学研究方法对1200余条(古流体活动)脉体进行综合定量研究表明,寒武系节理脉体主要为限制脉体(层内脉体、层间脉体、断层相关层间脉体)、贯通脉体(隆张成因)两大类,它们具有不同的分形(分维值、变差系数等)特征,反映差异性古流体活动能力。层内脉体厚度分维值D=1.332～2.307,脉体间距呈负指数分布,变差系数Cv=0.7～1.0;层间脉体厚度分维值D=0.995～1.690,脉体间距呈对数正态分布为主,变差系数Cv=0.65～1.00;断层相关层间脉体厚度分维值D=1.048～1.254,脉体间距呈负指数和对数正态分布,变差系数Cv=0.5～0.9;隆张成因贯通脉体厚度分维值D=0.917(1),脉体间距呈幂率分布,变差系数Cv=1.5,流体(跨层)活动能力强。多期脉体具有渗流模型机制扩展生长特性,晚期隆升作用对桑木场背斜地区寒武系古流体活动以及区域保存条件具有至关重要的影响。     

新疆阿尔泰地区断裂控矿的多重分形机理

新疆阿尔泰地区断裂构造非常发育并对热液成矿有重要控制作用。分形分析表明该区断裂和矿床的空间分布均为多重分形分布,断裂的奇异指数为1.597～2.403,多重分维谱值为0.551～1.706;矿床的奇异指数为0.925～2.287,分维谱值为0.138～1.363。断裂的高的奇异指数和分维谱值表明该区断裂构造具有较高的成熟度和连通性,有利于提高岩石渗透性、促进流体流动和热液矿床的形成。断裂构造的多重分形分布导致该区热液成矿作用的多重分形分布。断裂体系演化过程中不同断裂部位变形和渗透性存在明显差异,数值模拟表明断裂与岩性和流体之间存在强烈的耦合作用并导致不同岩性的断裂具有明显不同的断裂渗透率。断裂-脉体系演化是一个自组织过程,元胞自动机模拟表明只有在分形渗透临界以上连通性较好的脊骨断裂部位是最有利于流体流动和成矿作用的。因此只有在部分有利的断裂部位才能形成矿床,并导致了断裂构造的奇异指数和多重分维谱值明显高于矿床。     

断裂构造的分形研究及其地质应用

文章详细总结了断裂构造分形研究的理论基础及其在地质研究中的应用，断裂构造的分维值可以定量描述断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度，它是断层数,规模，发育程度，组合方式及动力学的体现，断裂的分形结构特征与流体劝，油气运移成藏和矿床的形成有着十分密切的关系，断裂的分维值越高，断裂连通性越高，越有利于流体流动汇聚和矿床的形成。此外，还可以从活动断裂的分形分析来研究断层的活动性及其与区域地壳稳定性，进行地震预测。文中总结了目前断裂分形研究研究中存在的一些问题和改进方法以及今后研究的主要方向。     

成矿系统嵌套分形结构和自有序效应

成矿系统具有嵌套分形结构 ,岩石孔隙结构的传输性质制约着聚矿功能的实现。矿床(脉 )群聚分形分布特征明显 ,数量随时代先后呈幂律增长 ,成矿裂隙系统分维值大 ,高含量矿脉分维值低 ,这为隐伏矿床 (体 )预测提供了依据。裂隙生长是一种自组织临界现象 ,矿脉起源于微裂隙发展而成的张性裂隙 ,并最终形成脉系。超大型矿床的裂隙系统表现为临界分维状态 (5～ 12 5km ,D≈ 1 5;0 5～ 2 0km ,D≈ 1 3;1～ 10 0cm ,D≈ 1 5;0 0 0 36～ 0 18cm ,D =1 2 8～1 39)。成矿元素运移通过扩散和渗流实现 ,扩散速率的差异性导致运移路径的有序性 ,流体流动导致金及金属硫化物在界面处发生反应而沉淀成矿 ,矿床密度分布随矿化中心距离增大而减小的自有序效应保证了成矿系统的组织层次性。输运反应耦合成矿动力学计算机模拟验证了分形脉体演化模式和自有序效应。     

白垩纪碳酸盐岩稳定碳同位素的分形和混沌分析

应用分形与混沌理论对白垩纪海相碳酸盐岩碳同位素δ(13C)进行了非线性分析,认为碳同位素δ(13C)变化序列均为混沌演化序列,当相空间维数m>8时出现混沌吸引子,混沌吸引子的分维数D在3.74左右;它的演化为混沌动力过程,描述它的变化至少是具备4个独立变量的动力学系统.CO2的碳同位素组成系统是一个混沌系统,只要δ(13C)偏移发生很小的变化,就会引发或终止δ(13C)正偏移,这就是系统对初始条件的敏感依赖性及其内部蕴涵的非线性反馈机制成为维系过程长期进行的内在动力学原因.     

湘西沃溪金锑钨矿床含金石英脉的分形生长动力学

笔者等对湘西沃溪金锑钨矿床石英脉长度与厚度的分形关系及其厚度的分形分布进行了分析 ,探讨了石英脉分形生长的可能动力学机理。分析结果表明 ,石英脉长度厚度关系的分维值 Dr 在 0 .4 0 70到 1.0 784之间 ,Dr 值与相应石英脉的平均厚度呈明显正相关关系 ,相关系数为 0 .6 6 36。石英脉厚度分布的分维值 DT 在 0 .342 0到1.4 6 6 1之间 ,与相应石英脉平均厚度呈负相关关系 ,相关系数为 - 0 .5 70 6 ,说明厚度分布的分维值 DT 越小 ,脉体连通性越好。研究表明 ,石英脉体生长早期 ,以横向膨胀为主 ,其长度厚度关系分维值 Dr<1.0 ;脉体生长达到一定规模时 ,相邻脉体会通过相互连通而迅速增长 ,总体表现为纵向延长 ,从而导致 Dr>1,Dr随着石英脉的连通生长而增大。模拟结果表明 ,具有稳定的脉体成核率 α和生长速率 β的脉体生长模式将导致脉体厚度的分形分布 ,且厚度分布的分维值 DT 值将随着脉体成核率 α的增大而增大、随着脉体生长速率 β的增大而减小。     

基于遥感技术的断裂构造分形特征及其地质意义研究

以九嶷山地区ETM+遥感影像数据为信息源,通过信息提取与解译快速获取该区断裂构造。运用分形理论的盒维数法对断裂构造体系进行分形研究,结果表明,区内断裂构造在0.05～2.75km尺度范围内具有良好的自相似性和分形特征,总体分维值D=1.1155、R2=0.9964,分维值接近中国大地构造单元稳定区分维值;不同走向断裂分维值D在0.9184～1.0441间、R2介于0.9983～0.9996间,各分维值D不仅定量描述了各走向断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度,而且还反映了断裂的成矿作用:NE向断裂分维值最大,D值在1.0441附近时主要表现为导矿构造;SN向断裂分维值次之,D在0.9870附近时主要表现为控矿构造;NW向断裂分维值偏小,D在0.9502附近时主要表现为含矿构造。     

GENERAL CHARACTER OF MULTISTAGES OF METALLOGENESIS FOR MICRO-MESOTHERMAL GOLD DEPOSITS:EXAMPLES FROM ZHANG-BALING TECTONIC BELT,ANHUI,CHINA

In Zhangbaling Tectonic Belt,two types of mineralization,auriferous quartz veins and alteration halos,can observed within many deposits.The pressure of metallogenesis of auriferous alteration halos is much higher than that of quartz vein,the temperatures of metallogeneses of these two types of orebodies are don't the same Geochemistry study indicates that both of them are micro-mesothermal deposits related to Yanshanian granites.The results of proton microprobe analysis of sulphides from the gold deposits in the area show that the "invisible" gold existed in sulphides is in the form of micro inclusions,and the concentration of "invisible" gold in sulphide minerals within quartz vein is poorer than that from alteration halos.Field observation shows that the structural modality of the fractures controlling the orebodies of auriferous quartz vein is different from that of the auriferous alteration zones.The fracture controlling the orebodies of auriferous alteration halos is compress-shear fracture,auriferous quartz vein is controlled by extensive fault.The alteration halos crosscut by auriferous quartz vein.The wallrocks of the former altered strongly and developed alteration zones well.The wallrocks of auriferous quartz vein altered slightly.The results of tectonogeochemical study shows that the concentration of associated metallogenesis elements and intensity of alteration are positively correlated with tectonic deformation strength for auriferous alteration halos.It indicates that it is probably a general character for micro-mesothermal gold deposits due to the multistages of metallogeneses took place.The tectonic environment is the most important fact determining the mechanism of fluid flow and precipitation of gold,and then the types of mineralization and modes of gold.     

德兴铜厂斑岩铜矿脉体类型、分布规律及其对成矿的指示意义

德兴铜矿是中国东部重要的大型斑岩铜矿,由朱砂红、铜厂和富家坞等3个矿床组成。在详细的野外脉体填图基础上,文章把德兴铜厂斑岩铜矿的成矿脉体划分为A脉、B脉、D脉和H脉等4种类型。研究发现,A脉的形成与钾化蚀变有关,脉体不规则且不连续,以粒状石英±钾长石±黑云母±磁铁矿±少量黄铁矿±少量黄铜矿的矿物组合为特征;B脉的形成与钾质硅酸盐水解有关,脉体较规则且连续,以石英±辉钼矿±黄铜矿±黄铁矿的矿物组合为特征,石英颗粒呈典型的梳状或长柱状对称于脉壁生长;D脉的形成与石英-绢云母化蚀变有关,以黄铁矿±石英±黄铜矿的矿物组合为特征,脉壁发育绢云母晕;H脉的形成与碳酸盐化有关,以方解石±赤铁矿±黄铁矿±黄铜矿的矿物组合为特征。这4种脉体分别记录了成矿流体演化至不同阶段,热液蚀变作用的特点及其与Cu-Mo硫化物沉淀的关系。脉体的宽度-间距定量统计分析表明,脉体宽度(T)服从于幂次分布定律;脉体间距(S)服从于负指数分布或介于对数正态分布与负指数分布之间。脉体宽度分维值D值(0.91~1.35)普遍>1,反映脉体系统的连通性较差,矿化程度较弱。脉体间距变差系数Cν值(0.49~0.92)均<1,说明脉体簇生聚集程度较低,矿化程度较弱;处于脉体聚集中心的脉体,代表着热液流体运移的通道,制约着其他脉体的展布。     

Fluid Geochemistry and Metallogenesis of the Hatu Gold Deposit in the Junggar Basin, Xinjiang

The Hatu large gold deposit is located on the western margin of the Junggar basin, Xinjiang. Its mineralization is characterized by auriferous quartz veins and Au-bearing altered fracturing zones. Studies on mineralogy, inclusions and decrepitation temperature indicate that the gold deposit was formed by overlapping of two kinds of fluid of different origins, instead of gradual evolution of a single fluid. The auriferous quartz veins are related to magmatism-originated fluid, but the Au-bearing altered fracturing zones to deep-derived fluid. Bonanzas in quartz veins were formed and localized at overlapping positions of two types of fluid under intensive compression.     

Fractal distributions of veins in drill core from the Hellyer VHMS deposit, Australia: constraints on the origin and evolution of the mineralising system

Statistical analysis of the vein thickness distributions of veins in the Cambrian Hellyer volcanic-hosted massive sulfide deposit, Australia, indicates that the vein thickness data conform to power-law distributions characterised by fractal dimensions D. The most intensely mineralised vein type is characterised by a low fractal dimension, whereas weakly mineralised or barren vein types have elevated D-values. The observed differences in the fractal dimensions suggest that the study of vein thickness distributions may provide a tool in exploration. It is also shown that the field observations can be explained by a model linking the fractal dimensions of the vein thickness distributions with the mechanisms responsible for the formation and evolution of the vein systems.     

Genesis of the Bangbu Orogenic Gold Deposit,Tibet: Evidence from Fluid Inclusion,Stable Isotopes,and Ar-Ar Geochronology

The Bangbu gold deposit is a large orogenic gold deposit in Tibet formed during the AlpineHimalayan collision. Ore bodies(auriferous quartz veins) are controlled by the E-W-trending Qusong-Cuogu-Zhemulang brittle-ductile shear zone. Quartz veins at the deposit can be divided into three types: pre-metallogenic hook-like quartz veins, metallogenic auriferous quartz veins, and postmetallogenic N-S quartz veins. Four stages of mineralization in the auriferous quartz veins have been identified:(1) Stage S1 quartz+coarse-grained sulfides,(2) Stage S2 gold+fine-grained sulfides,(3) Stage S3 quartz+carbonates, and(4) Stage S4 quartz+ greigite. Fluid inclusions indicate the oreforming fluid was CO_2-N_2-CH_4 rich with homogenization temperatures of 170–261°C, salinities 4.34–7.45 wt% Na Cl equivalent. δ~(18)Ofluid(3.98‰–7.18‰) and low δDV-SMOW(-90‰ to-44‰) for auriferous quartz veins suggest ore-forming fluids were mainly metamorphic in origin, with some addition of organic matter. Quartz vein pyrite has δ~(34)SV-CDT values of 1.2‰–3.6‰(an average of 2.2‰), whereas pyrite from phyllite has δ~(34)SV-CDT 5.7‰–9.9‰(an average of 7.4‰). Quartz vein pyrites yield 206Pb/204 Pb ratios of 18.662–18.764, 207Pb/204 Pb 15.650–15.683, and ~(208)Pb/204 Pb 38.901–39.079. These isotopic data indicate Bangbu ore-forming materials were probably derived from the Langjiexue accretionary wedge. 40Ar/39 Ar ages for sericite from auriferous sulfide-quartz veins yield a plateau age of 49.52 ± 0.52 Ma, an isochron age of 50.3 ± 0.31 Ma, suggesting that auriferous veins were formed during the main collisional period of the Tibet-Himalayan orogen(~65–41 Ma).     

吉林延边闹枝金矿床地质特征及矿床成因

闹枝金矿床地处延边—东宁金矿带西段,为一主体产于海西期花岗闪长岩体内的石英脉型矿床。矿床地质特征及含金石英脉内流体包裹体研究结果表明,该区含金石英脉中主要发育气液两相及少量的含子矿物三相、气相--富气相包裹体。气液两相包裹体均一温度为283.5℃～375.9℃,盐度为3.4～8.13 wt%NaCl;富气相包裹体均一温度为416.5℃～431.6℃;含NaCl子矿物三相流体包裹体均一温度为303.9℃～393.2℃,盐度为38.21～45.3 wt%NaCl。包裹体氢、氧同位素分析结果表明,成矿流体以岩浆热液为主,可能混有少量大气降水。矿床成因属中温岩浆热液金矿床。     

湖北郧县王家庄绿色纤维状石英-云母脉特征及成因--对板块构造几个问题的思考

湖北郧县王家庄有两期脉体 ,早期为纤维状石英脉 ,总体呈北北东向分布 ,平行脉壁有一中间面使其对称分布 ,显示张性裂隙持续发育过程 ;与之垂直的横向压性裂隙将它“错开”。形貌上酷似板块构造的大洋中脊和转换断层。晚期云母脉叠置在上述两组裂隙之上 ,并使原来裂隙性质发生变化。这些特征与区域应力场分布 ,特别是与两郧断裂的演化息息相关。根据分形理论 ,将王家庄石英云母脉与板块构造进行对比 ,一方面从微观的角度证实了板块构造一些基本观点的合理性。同时从微观信息得到深入研究板块构造的一些新启示 :对板块形成机制不要局限于软流圈对流 ,而应从更深层次研究地幔物质运动规律 ;要将大陆和大洋作为一个整体研究全球应力场分布规律与构造演化历史 ,其中转换断层是联系大陆和大洋的纽带 ;加强RRR型三联点研究 ,它是研究深部 (地幔 )物质运动和上部 (地壳、岩石圈 )构造应力场相互关系的重要窗口     

大坪金矿床主矿体控矿构造与矿化富集规律

大坪金矿床位于哀牢山金矿带南部,为研究其规模最大的V1-2-3号矿体的控矿构造和矿化富集规律,本文研究总结了矿体地质特征,对矿体的多级控矿构造及力学性质进行剖析,采用矿体垂直纵投影图对厚度、品位及其剩余值、趋势值等值线图进行分析。研究结果表明:金矿主要受三级断裂构造控制:红河-哀牢山深大断裂控制整个金矿成矿带;小新街断裂为导矿构造;小新街断裂的次级断裂带为容矿构造。在构造应力机制发生转换的大规模成矿时期,矿区受到由顺时针旋转变为逆时针旋转的构造应力场作用,控矿断裂性质由左行压扭性转变为张性。构造应力场严格控制了矿体的空间位置、规模、形态、矿体厚度与品位变化特征。成矿流体运移方向为北西-南东方向,在多期、多阶段成矿作用下,形成层状分布矿化富集带。研究厘定了V1-2-3号矿体共有3个矿化富集带,包括7个矿化富集中心,其侧伏方向为北西-南东方向。矿化富集中心大多形成于构造引张的部位,形成透镜状富厚矿体;在构造闭合的地方,矿脉变薄、品位降低,形成贫化带或无矿段。     

江西金山剪切带型金矿床两类矿石的地球化学特征—兼论两阶段成矿机制

金山剪切带型金矿床主要发育含金硅质糜棱岩和含金石英脉两类矿石，它们分别在矿化第一和第二阶段形成。含金硅质糜棱岩与围岩－双桥山群上亚群具有一致的稀土和微量元素分布特征及相近的元素比值，后者为矿床第一阶段矿化的形成提供了物质来源。含金石英脉中流体包裹体的化学和同位素组成特征表明，矿化第二阶段的成矿流体为源于大气降水的地下热水，引起自然金沉淀的因素主要是流体的相分离。     

广东高凤金矿形成时代的Rb-Sr、40Ar-39Ar年龄测定

用含金石英脉流体包裹体Rb-Sr和⁴⁰Ar-³⁹Ar方法测定了广东高凤金矿的形成时代为印支期(215×10⁶a)。两种方法的结果在误差范围内完全一致，两种测定方法相互验证，结果准确可靠。研究表明含金石英脉流体包裹体Rb-Sr和⁴⁰Ar-³⁹Ar年代方法对于解决石英脉型金矿的成矿时代具有很好的应用前景。