关于小石门金矿分形结构特征的研究

1、小石门金银矿分形结构特征研究杨士道 孙冀凡（天津华北地质勘查局地质勘查总院，300181）众所周知，热液脉型金银矿的形态复杂，品位变化很大，分布极不均匀，不服从正态分布，不能用一般的频率分布曲线去描述矿石品位的分布特征，不能用常规的算术平均值去估计矿石的平均品位，研究表明：这类矿石品位的变化特征可以用分数维的维数表示，分数维对于表征矿体的空间变化和品位变化是一个有力的资料（沈步明和沈远超，1993）。目前利用分数的维数来表征有色金属品位的分布特征也已引起众多学者的关注。分数维最基本的定义是：利用粗视化的程度r和在此时被观测的个数N(r)，通过下式定义：D=-lgN(r)/lgr如果把r和N(r

2、)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，利用不同标高的样品分析数据，进行有用元素品位分形结构特征研究。在此，r表示有用元素样品品位，N(r)表示样品品位大于r的样品数，D为分形的维数，若有用元素样品品位各点大致在一条线上分布，反映了该元素品位之间具有自相似性。为了加强小石门金银矿的成矿预测研究，本次尝试利用有用元素品位的分形结构特征，对不同深度矿石的分析数据进行分形研究，探讨有用元素品位的分数维特征及其地质意义，指导矿区的找矿工作。1、矿区地质特征小石门银金矿床位于燕辽沉降带中段北缘，承德平泉、平泉桑园及季杖子至兴隆山等多组大断裂交切的菱形地块上，小寺沟铜钼矿

3、床南1000米处。11 地层矿区地层主要由蓟县系雾迷山组和第四系构成。雾迷山组出露面积占全区85%以上，岩性为一套浅海相富硅、镁、钙质碳酸盐岩。镜下观察：部分岩石微裂隙发育，碎裂结构明显，强裂破碎呈现角砾状结构，反映岩石（层）曾受较强的构造应力作用，发育碎裂状、角砾状白云岩。岩层呈单斜式展布，产状较稳定，一般290°320°15°30°，局部受构造影响产状变陡。在东北部地层多呈巨大的顶垂体状、沿接触带外侧岩石热接触变质作用强，发育大理岩或大理岩化白云岩。 第四系由残坡积层、洪冲积层构成，沿沟谷、阴坡分布，覆盖面积较大。12构造矿区构造是以单斜构造为基础迭

4、加不同方向的多组断裂构造为特征。单斜构造表现由南东向北西地层从老到新依次斜列展布。断裂构造是本区控岩、控矿的主体构造。北西向断裂：该组断裂以矿区北部四道沟断层为代表，系东西向大断裂派生的次级构造。其自南沟脑至水泉延长数千米，产状225°70°80°；活动时间较长，早期活动属压扭性，而晚期为张性。该断层和北部六沟平泉东西向大断裂共同导控了小寺沟杂岩体的侵入和定位。北北东向断层（F1、F2、F3）：该断层属付杖子水泉沟断裂的组成部分，其总长数公里，破碎带宽2050米，产状105°110°40°70°。该断层形成亦较早，具多期活动

5、特征。早期活动导控了闪长辉长岩脉的侵入及相关的金银矿化；中期活动导控了二长斑岩、闪长岩脉的侵入及与之相关的金、银矿化；晚期（成矿后）活动对矿化体进行破坏，致使矿化体零散、破碎，上下盘地层对应不协调，挤压破碎明显，发育断层泥、构造透镜体，构造面舒缓波状，其力学性质属右行压扭性。层间滑脱断层：顺层滑脱断层极为发育，规模数百至千余米不等，延深较大，多发育在物性差异较大的两种岩性界面处，并被后期岩脉（、）充填。滑脱带宽窄不一，岩石具不同程度的碎裂及角砾岩化，局部伴有较强的矿化蚀变，并形成Au、Ag矿体。南北向断层：本组断层亦较发育，多见于岩体边部，局部成群，可能属北西向断层派生的次级压扭性构造。其规模

6、百余米至数百米，产状270°70°（±），早期活动对部分脉岩有明显制约，晚期对先期形成的构造、地质体有影响。北东向断层（F5）：属后期断层，其切穿岩体及脉岩、矿化带，地表延长数百米，破碎带幅度26米，产状300°30°40°、受其影响号矿脉沿断层错移78米，其性质属张扭性。13岩浆岩矿区邻近小寺沟杂岩体外侧边缘。小寺沟杂岩体形成于燕山中晚期，主要由二长斑岩、石英闪长岩及花岗斑等构成，呈岩株状产出，资料反映其为同源异期的产物，自北西向南东侵入于雾迷山组地层中，形成半环状构造，因其侧伏方向为北西，因而矿区内脉岩极为发育。矿区内脉岩有闪长辉

7、长岩（），二长斑岩（）及闪长玢岩（）。闪长辉长岩（）：呈脉状产出，厚度数十至百余米，延长数千米，总体上受F1、F2控制，北北东展布，分枝复合延伸稳定，产状110125°5570°，是本区最早的岩浆岩，脉两侧伴有Cu、Fe、Au、Ag矿化。二长斑岩：属本区主要侵入岩之一，大多呈边缘相分布于岩体内侧或呈脉岩产出。脉岩产状有两种，一是属F1、2控制，断续产于闪长辉长岩下盘，厚度小变化大。在其下盘是Au、Ag矿化主要地段。另一种属层间滑脱构造控制，顺层产出，厚度大，延长稳定，具分枝复合现象。个别在脉岩上下盘Ag、Au矿化普遍，局部产有Au、Ag矿体。岩石具高岭土化、绿泥石化、碳酸盐

8、化。该岩石因矿物成份及含量差异分别过渡到蚀变二长斑岩、石英二长斑岩、花岗闪长斑岩。闪长玢岩：常和二长斑岩顺层产出，且两者无明显界线，相互过渡，随二长斑岩中基质暗色矿物增多，斑晶变小过渡到闪长玢岩，推测为同源异相的产物，差别分异形成。上述各脉岩除闪长辉岩外均和岩体有着密切的成因关系。14围岩蚀变区内围岩蚀变主要有大理岩化、矽卡岩化，其次有硅化、高岭土化及碳酸盐化。前者发育于岩体边部或脉岩局部地段，后者一般和Au、Ag矿化伴生。本区近矿围岩蚀变由里向外依次有：铁锰矿化（深部黄铁矿化等）、硅化、碳酸盐化及绢云母化、绿泥石化、高岭土化。铁锰矿化、硅化直接指示矿体，属近矿围岩蚀变。铁锰矿化主要分布于矿体

9、及其上下盘围岩中，其强弱和围岩裂隙发育，破碎程度有关，表现为铁、锰氧化物呈薄膜状、细脉状，沿裂隙充填扩散；硅化主要分布于矿体中，表现矿石中石英及玉髓质多，局部在硅质细脉沿裂隙向外部扩散。金银含量和铁锰矿化、硅化强弱密切，一般蚀变强的金银含量就高。碳酸盐化为外侧蚀变，其范围较大，发育于矿体及其上下盘围岩中，一般呈不规则状，枝状或网状细脉分布，其蚀变幅度最宽数十米。绢云母、高岭土及绿泥石化主要发育于矿体上下盘的脉岩中，长石矿物大量蚀变成绢云母、高岭土等，暗色矿物绿泥石化，表现强退色，岩石松软，局部呈泥状又称泥化带。脉岩中偶见有黄铁矿化（浅色自形粒状黄铁矿浸染分布），其它矿化几乎没有。2、矿床地质特

10、征21矿（化）体规模、形态、品位及赋存特征基本查明本区有三条主要银金矿化带，经探槽控制，地表大致圈出13个矿体。号矿化带：受F1压扭性断层（破碎带）控制，产于二长斑岩脉或闪长辉长岩脉上下盘，地表延长千余米，幅宽110米，总体产状105110°4570°。浅部有4个矿体。其中-1矿体规模较大，长455m，厚0.71.2m。含Au0.6446.5g/t，含Ag844290g/t。形态为脉状及不规则囊状。据斜井探矿坑道调查，深部-1矿体不连续，品位厚度变化很大。矿脉因后期构造活动影响而碎裂，并被北东向张扭性断层（F5）错断，下盘上移。总体上矿体沿走向分段富集，其厚度和品位随产状变

11、化具有缓厚而富，陡薄而贫的特征。越靠近小寺沟岩体矿石品质越差，表现由南到北、由浅到深银、金品位变低。 号矿化带：位于号带西侧，受层间滑脱断层控制，产于F1下盘顺层二长斑岩脉（）中的白云岩夹层中或其接触带，断续延长2000余米，宽0.58米，产状285290°2035°。地表有7个矿体。其中-1矿体，长210m，经坑道控制，脉内沿脉长近50m，沿脉中矿体连续稳定，矿体厚度0.6-1.3m，平均厚1.09m；金1.9-37.6g/t, 平均含Au4.06g/t；银56.5-1425g/t，平均含Ag356.5g/t。号矿化带：该带受F2控制，产于二长斑岩脉下盘破碎蚀变硅质白云岩

12、中，断续延长800余米，宽315米，最宽50余米，总体产状110120°5070°。地表见4个矿体，其中-1矿体含矿型较好，坑内控制长15m，矿体厚度1-2m，Au3.1-4.8g/t，Ag209-417g/t。其余各矿体规模较小、品位较低。、号脉各矿体形态总体呈脉状，个别为透镜状。厚度变化较大，Au、Ag品位不稳定，矿与非矿有时界线不易区分，界线复杂，局部形态不规则。矿化体赋存特征除受主构造制约外，还和围岩破碎、裂隙发育程度有关。如号脉中在层间裂隙发育处见有顺层倒贯的矿化，致使矿化体在主次构造交汇处膨大明显。总之，主构造控制了矿带展布，次级构造制约了矿体定位。围岩破碎部位

13、、裂隙发育部位、主次构造交汇处及产状变化部位，矿化都明显增强，易形成矿体；相反则弱，甚至见不到矿化。22矿石特征本区金银矿石有两种类型，宏观上具三种特征。多金属硫化物矿石：该矿石类型为号脉所独有。灰白深灰色，块状、浸染状、细脉浸染状、稠密浸染状构造；自形半自形（它形）粒状及不等粒状结构及碎裂状结构；金属矿物组合有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、黄铜矿及辉铜矿、锑银矿、铜兰、针铁矿等。脉石矿物有石英、方解石、白云石等。据金属矿物间关系及特征，矿物生成顺序大致有：黄铁矿、白铁矿、毒砂黄铁矿、毒砂、方铅矿、锑银矿毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿辉铜矿、铜兰及针铁矿等。号脉金属矿物由南向北及由上到下

14、黄铜矿、闪锌矿、白铁矿量增加，方铅矿量减少，并且方铅矿自形程度高、粒大。其氧化矿多呈褐黄色，块状，松散多孔隙（蜂窝状），矿物成份主要是褐铁矿及铅锌次生氧化物及石英、玉髓、白云石、方解石等。化学分析结果及矿石特征反映基本一致。银、铅关系密切，正相关明显；金银关系不明显，说明本区成矿具多期多阶段性。少金属硫化物矿石：为、号脉所具有。宏观上有两种特征，一为褐灰色，致密块状的强硅化蚀变白云岩，伴有程度不同的褐铁矿化，偶见有金属硫化物，黄铁矿、方铅矿、辉锑矿、软锰矿及硬锰矿等；另一种为褐灰色，角砾状白云岩、硅化、碳酸盐化强，亦发育程度不同的铁锰矿化次生蚀变。镜下观察，特征基本一致，具细脉状、脉状、同心环

15、带变胶状、变胶状环带球颗构造及碎裂构造，针状、放射状、球颗结构及隐晶质结构，金属矿物组合为黄铁矿、辉锑矿、角银矿、软锰矿、硬锰矿、针铁矿及钒铅锌矿。脉石矿物组合为石英、玉髓、方解石、白云石等。、号脉矿石总体上金属矿物量少，由南向北硫化物从无到有。金、银矿物很细，可能呈微细粒状出现。从化学分析结果上对比看，该类矿石金矿化较银矿化要强，且金银有一定关系，但相关性不明显。显然，、号脉矿石和号脉矿石特征差异较大，反映了不同的成矿环境和成矿期。3、矿体的分形结构特征本次工作选用工作程度较高的-1矿体作为研究对象。表1列出了-1矿体3个中段沿脉坑道样品统计分析数据。对表中数据在双对数图上分析斜率 D=-L

16、gN(r)/Lgr，得如下结果：金矿：770m标高 D1=1.28 D2=1.7745m标高 D1=0.28 D2=1.875735m标高 D1=1.67 D2=0.20全区存在2个D值 D1=0.28-0.2 D3=1.67-1.875通过分维分析：该区分数维D值变化主要有两个值，代表了2种主要的矿石类型，反映了金矿2次矿化事件（成矿阶段）的叠加。在深部，D值由大变小，说明深部矿化减弱。银矿：770m标高 D1=0.67 D2=5745m标高 D1=0.24 D2=1. 35 （D3=5）735m标高 D1=0.67 （D2=5）通过分析：该区银矿分数维主要有3个值，D1=0.4-0.67,

17、D2=1.33， D3=5,代表3种主要矿石类型。D值由浅入深减小，说明深部矿化增强。金矿金品位分形维数D值的地质意义：（1）分数维D值反映了金矿的空间变化规律，几个维值代表了几种主要的矿石类型，相对小的D值代表了热液胶结为主的隐爆角砾岩型矿石。（2）D值大小的规律出现，反映了矿体向深部仍有一定深度的延伸，因此，可以作为深部成矿预测的依据之一。（3）多分数维D值反映了金矿多次矿化事件（成矿阶段）的叠加。表1 -1矿体样品分析统计数据高程Aur N(r)AgrN(r)7702.940.312166.317.5121.50.31223.123.1110.30.51017.568.6101.40.6

18、9143.485.1930.78246.4143.482.31.47147.8147.871.91.56201.6166.360.71.9568.6201.653.82.34264.3206.140.52.94385.1219.530.632206.1246.420.33.81219.5264.317450.40.211743.86.6170.60.21171366.61710.980.261519.511.8150.870.291439811.8150.40.341397.419.5130.260.41211423.6120.40.41246029.5111.150.41241829.5100.290.45914643.891.20.6893