典型礦床控礦斷裂的分形特征

李佳霖

（吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，吉林 通化 134001）

1 九瑞礦集區(qū)地質(zhì)概況

九瑞礦集區(qū)作為與東南礦區(qū)集成一體的礦產(chǎn)，其形狀各異，多為菱形網(wǎng)格狀，并且九瑞礦集區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)狀況決定了當(dāng)?shù)仄渌麕r漿巖和銅礦床的生產(chǎn)與銷售情況[1]。

通常情況下，根據(jù)礦床的斷裂規(guī)模能夠?qū)⑵浞譃樯顚哟未蠓秶臄嗔?、基底斷裂以及從蓋層出現(xiàn)斷裂的三種礦床。

圖1 江西九江—瑞昌礦區(qū)構(gòu)造綱要圖

除去九瑞礦集區(qū)外，廣濟(jì)—九江斷裂、金山店—豐山洞一城門山等其他的巖石圈，其斷裂走向主要受九瑞礦集區(qū)影響。這些礦床集中區(qū)呈現(xiàn)出一種形式，即斷裂、團(tuán)坡深度大，并且所有的礦床走向多為由北部與西部向其他地方伸展。有一組地處礦產(chǎn)地帶南北邊界的礦床所呈現(xiàn)出的形態(tài)是沿江邊界斷裂開來(lái)，該礦區(qū)在基底便存在十條斷裂帶、分別為北-東向、北-東向以及北-西向，大致為十條、五條、三條形式呈現(xiàn)出來(lái)。而在江西九江—瑞昌礦區(qū)其斷裂層重要主體在北-東至東、北-西以及北-東幾個(gè)方向，并且作為重要的礦床資源受到了專業(yè)人士的重視。

九瑞礦集區(qū)地處揚(yáng)子地臺(tái)下?lián)P子坳陷。因?yàn)閾P(yáng)子地臺(tái)下?lián)P子坳陷區(qū)域內(nèi)存在著大量的巖漿活動(dòng)與大型、中型的礦床（多為銅礦），所以區(qū)域內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的斷裂，使得九瑞礦集區(qū)得以發(fā)育形成一個(gè)典型的礦床，并且以菱形風(fēng)格結(jié)構(gòu)控制著揚(yáng)子地臺(tái)下?lián)P子坳陷區(qū)域礦產(chǎn)的發(fā)育與形成，并且會(huì)根據(jù)九瑞礦集區(qū)地的分布而有規(guī)律地分布。同時(shí)，揚(yáng)子地臺(tái)下?lián)P子坳陷區(qū)域內(nèi)存在著三種礦床斷裂，然后形成了具有研究?jī)r(jià)值的典型的九瑞礦集區(qū)。

在九瑞礦集區(qū)，影響其最終發(fā)育及結(jié)構(gòu)的因素具體包括了廣濟(jì)一九江連接范圍內(nèi)的巖石圈斷裂、以金山店-豐山洞-城門山范圍為中心的巖石圈斷裂的團(tuán)坡出現(xiàn)了深層次的斷裂，主體呈NW向展布，其中有兩條為九瑞礦集區(qū)范圍內(nèi)由南至北的一個(gè)邊界線。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，九瑞礦集區(qū)的基底斷裂有十條。其中NE向5條，NEE向2條，NW向3條。本區(qū)蓋層斷裂主要有NEE(近EW向)、NW向和NE向等三組。NEE向斷裂是區(qū)內(nèi)較發(fā)育的一組,從北往南依次出現(xiàn)了明顯的斷裂。N和NE向斷裂大多隱藏于蓋層中深部，對(duì)蓋層褶皺有一定影響。NEE向和NW向斷裂構(gòu)成了本區(qū)蓋層菱形網(wǎng)格，本區(qū)域?yàn)榫湃鸬V集區(qū)內(nèi)較多導(dǎo)巖、導(dǎo)礦構(gòu)造的中心點(diǎn)[2]。

為切實(shí)了解巖石圈及礦床的斷裂分形情況，必須要多開展實(shí)地考察工作。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然肉眼所及礦床在分形時(shí)無(wú)任何明顯的規(guī)律，但其能夠利用數(shù)學(xué)內(nèi)的分維定量計(jì)算方式來(lái)將九瑞礦集區(qū)范圍內(nèi)的礦產(chǎn)斷裂與發(fā)育的過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)。通常會(huì)利用盒維法來(lái)進(jìn)行斷裂分維值（這里以D代表礦床斷裂分維值），然后用r來(lái)表示計(jì)算的正方形的邊長(zhǎng)，將其分為網(wǎng)格平面，然后借助對(duì)斷層平面分布圖的覆蓋來(lái)計(jì)算出斷裂的網(wǎng)格數(shù)，這里用N（r）表示斷裂網(wǎng)格數(shù)。在這期間保持標(biāo)度不變性，然后進(jìn)行r值大小的改變來(lái)進(jìn)行證明。

分維的定義，具體為：N(r)=Cr-D

由以上公式可得，表示九瑞礦集區(qū)斷層體發(fā)育復(fù)雜程度的為D值，而r則是對(duì)斷層內(nèi)分布相似程度的一個(gè)判定參數(shù)。其中，若以1gN(r)和1gr成為相關(guān)系數(shù)，共同去表達(dá)九瑞礦集區(qū)預(yù)期想要展示的效果?？勺C明這一范圍內(nèi)的斷層分布具有明顯的相像性，其中，直線的斜率即分維值D的值。

若想得到九瑞礦集區(qū)內(nèi)真實(shí)有效的斷裂分維值D，為后續(xù)工作開展提供信息依據(jù)，可按照以下順序進(jìn)行計(jì)算：第一，以7個(gè)邊長(zhǎng)各不相同的正方形來(lái)填滿整個(gè)研究區(qū)域，然后去分別實(shí)驗(yàn)不同正方形的值與九瑞礦集區(qū)域內(nèi)斷裂格子數(shù)，即N(r)的關(guān)系。得到相關(guān)變化規(guī)則后，以最小二乘計(jì)算法的方式在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行斷裂分維值D的曲線型模擬計(jì)算。本次計(jì)算對(duì)象為武山銅礦田及城門山銅礦田兩地，利用上述計(jì)算方式得到這兩個(gè)區(qū)域的斷裂分維值，然后驗(yàn)證其是否正確。如果能夠準(zhǔn)確掌握某個(gè)區(qū)域內(nèi)一個(gè)礦區(qū)的斷裂值，那么，便可以依據(jù)其他礦區(qū)與該礦區(qū)的相似性得到其斷裂分維值D，并且能夠進(jìn)一步分解成具有自相似性的不同地質(zhì)體來(lái)供工作人員研究?？梢砸圆煌瑯?biāo)度的lgN(r)與lgr在雙對(duì)數(shù)線上模擬而成一個(gè)類似的相關(guān)線性直線。

2 斷裂體分形特征

在九瑞礦集區(qū)域內(nèi)，集中表現(xiàn)斷裂體系空間分布的分維值D主要包括斷層數(shù)量、復(fù)雜性、規(guī)模等多個(gè)指標(biāo)。除此之外，斷裂體系空間還能夠以定量參數(shù)的形式代表巖石圈或者礦區(qū)斷裂的復(fù)雜性。斷裂分維值內(nèi)，有介質(zhì)的物化性質(zhì)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的活動(dòng)強(qiáng)度等均會(huì)使斷裂的分維度產(chǎn)生不同程度的變化。

①統(tǒng)計(jì)自相似性是斷裂體系在空間分布上最顯著的特點(diǎn)，可借助分形幾何原理計(jì)算出所要研究的巖石圈及礦產(chǎn)發(fā)育、分布的具體情況，并根據(jù)礦產(chǎn)材料間相關(guān)性來(lái)進(jìn)行延伸計(jì)算。②礦產(chǎn)斷裂發(fā)育而成后，其復(fù)雜性及規(guī)模都可用斷裂分維值D表示。并且，斷裂規(guī)模、復(fù)雜性及斷裂分維值三者呈一個(gè)正相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)其均出現(xiàn)增強(qiáng)、增大時(shí)，會(huì)促進(jìn)礦產(chǎn)資源內(nèi)礦元素的活化與聚集。③九瑞礦集區(qū)域內(nèi)的礦產(chǎn)斷裂對(duì)銅礦體分布具有明顯的牽制作用。在成礦的初期，以及中、后期，其所進(jìn)行的斷裂探礦程度也會(huì)不同，對(duì)此可根據(jù)九瑞礦集區(qū)域?qū)嶋H情況來(lái)進(jìn)行分析，以便能夠得知該地礦床斷裂分形特征。

3 結(jié)語(yǔ)

由上可知，礦化巖體產(chǎn)出部分的分維值相較于整體礦床的其他區(qū)域而言，都比較高，并且結(jié)合典型的江西九瑞地區(qū)礦床控礦斷裂實(shí)際情況，以模擬真實(shí)的分維度值D的方式來(lái)計(jì)算出礦床斷裂的發(fā)育與分布規(guī)律，并把握好斷裂體系與礦產(chǎn)可能存在的關(guān)聯(lián)性。在這一過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，斷裂分值系與斷裂發(fā)育的復(fù)雜程度、整體規(guī)模也具有非常明顯的聯(lián)系，分維值越大，斷裂發(fā)育的復(fù)雜程度越高，且其規(guī)模也會(huì)相應(yīng)的增大。這種聯(lián)系能夠幫助工作人員在后續(xù)控礦時(shí)有效實(shí)現(xiàn)礦元素的活化以及礦流體的運(yùn)移、聚集。

[1]祝新友,劉新,黃行凱,蔣斌斌,孫雅琳．大興安嶺南麓地區(qū)脈型錫多金屬礦床的控礦構(gòu)造特征[J]．礦產(chǎn)勘查,2017,8(06)：919-926．

[2]劉波,楊建新,喬寶成,童波林,張鋒．二連盆地巴彥烏拉鈾礦床控礦成因相特征及成礦規(guī)律研究[J]．礦產(chǎn)勘查,2017,8(01)：17-27．