礦產地氣法勘查中礦床特征參數研究
——以某鉛鋅礦為例

夏明強， 劉小畔

(1．浙江煤炭地質局 勘探一隊，湖州 313004； 2．浙江省地礦勘探院，杭州 310000)

0 前言

我國經過多年礦產勘查，地表露頭礦產日益減少，找礦重點開始轉向找深部大中型重點礦種[1]。又因我國覆蓋區非常廣闊，其中有很多位于不同地質構造單元的接觸帶或大的成礦構造帶邊緣，具有非常頻繁的地質活動，非常有利于成礦，深部找礦前景良好[2]。由于這些地區具有較厚的上覆地層，勘查要想發揮作用只有采用能穿透上覆地層直達深部的特殊探測方法。由于地氣法具有深穿透的特點，因此成為隱伏礦勘查最具應用前景的方法之一，受到勘查地球化學研究人員的重視[3]，但是研究方向都重點放在探測方法，而沒有重視礦體的最本質特征，雖然取得了一定效果但是效果不算理想[4]。

筆者提出礦床關鍵特征參數這一概念，它是針對一系列礦體特征參數中那些對復雜礦床系統至關重要的因素，是全部特征參數的一個子集，是裕量較少、穩定性差、靈敏度高或不確定性大的那些特征參數，用于表征礦體本身由礦體的基本特征參數及其復合而成的一系列參數。通過針對礦床的關鍵特征參數進行研究，有望能夠突破地氣勘查方法的瓶頸，為地氣測量方法提供參數支持，從而推動深部礦產地球化學勘查技術的發展。

1 礦床特征參數簡述

在礦產勘查中，每個礦床都具有特征多樣性，沒有完全一樣的礦體，但是不同的礦床也具有地球化學上的共性，從這些共性中選擇能夠被地氣法探測到的并且具有直接找礦指示作用的參數具有重要的意義。

2 礦床特征參數確定方法

礦床勘查是一個復雜的系統，因為地氣法中所測量的參數是受到這一復雜的系統影響的(包括地質因素、土壤因素、測量方式等)，因此，在地氣法勘查中選擇礦床的特征參數必須具有以下特征：

1)地氣法能夠在地表直接檢測。

2)所有礦體都具有的共性。

3)對礦體品位具有高度靈敏性。

4)受地表及地質等因素干擾較輕。

由于常規方法無法憑借少量的數據判斷真正對找礦有效的那些關鍵特征參數，因此只能使用處理復雜系統的技術來解決該問題。筆者采用了裕量與不確定性的量化方法(QMU)[5]和可靠性工程與質量功能展開(QFD)技術結合對這種復雜的礦床系統中各種特征參數進行判別分析，尋找礦床的關鍵特征參數。QMU方法是源自確定性模型的系統認證方法，地氣法中因試驗數據不足等諸多原因而采取使用QMU方法。

2.1 確定關鍵特征參數的流程

首先使用QMU方法識別出能夠影響復雜礦床系統的各個要素，尋找礦床特征參數并創建一個特征參數清單，然后通過量化礦床特征參數的每一個變量并進行評價。QMU方法將對觀測清單中的礦床特征參數分別提供單一指標，強調對影響因素的獨立分析。其中礦床的關鍵特征參數是清單中對礦床的復雜系統中那些至關重要的因素，確定礦床復雜系統關鍵特征參數的流程如圖1所示。

PP set為性能參數集，CPP set 為關鍵性能參數集。

圖1 確定關鍵特征參數流程

Fig.1 Flow diagram for critical characteristic parameters

2.2 確定關鍵特征參數的方法

質量功能展開(QFD)技術是一種質量策劃、分析、評估的工具。它采用二元矩陣展開圖表的形式，量化分析關系度，經數據分析處理后找出貢獻最大的措施作為關鍵措施，從而能夠抓住主要矛盾，并開展優化設計[6]。因此針對探測復雜的礦床系統，在QMU方法的基礎上結合質量功能展開(QFD)技術，開展礦床特征參數重要度綜合分析，是從礦床的特征參數集中篩選關鍵的特征參數的一個有效方法。其基本原理是運用礦床參數特征展開矩陣的方式，通過量化分析礦床的參數的特征要求與特征間的關系度，然后數據分析處理后尋找對滿足礦床參數特征要求貢獻最大的特征參數，最終列為礦床的關鍵特征參數。

根據QMU方法的基本原理與確定關鍵特征參數的基本原則，歸納總結出礦床的關鍵參數的特征要求有4條，①裕量較少；②裕量易變異；③靈敏度高；④認知不確定性大。由此建立礦床關鍵參數特征展開矩陣如表1所示。

表1 礦床的關鍵參數特征展開矩陣

表1中基本結構要素如為：①礦床關鍵參數特征要求；②觀測清單中的所有礦床特征參數；③關系矩陣；④礦床特征參數重要度。

礦床的參數矩陣展開表是用于記錄礦床的參數特征要求與特征參數指標之間的關系矩陣，其取值rij代表了關鍵參數的第i項特征要求與觀測清單中第j項礦床的特征參數的關系度。關系越緊密，其取值越大。

礦床參數矩陣展開表中重要度Ki、關系度rij等各數值的確定非常重要，將直接關系到展開矩陣應用的效果。加權評分法是用于量化評估重要度與關系度的基本方法，分析者的經驗越豐富，使用加權評分法的準確度就越高，因此應盡可能集中較多專家的相關經驗進行評分。

運用加權評分法時，對以下因素進行量化評估：

1)礦床的關鍵參數特征要求重要度Ki(i=1，2，… ，m)。

表2 主要礦床特征參數的重要度

2)礦床的特征參數與關鍵參數特征要求之間的關系度rij(i=1，2，…，m；j=1，2，… ，n)。

3)礦床特征參數的重要度hj。

(1)

礦床的關鍵參數重要度一般高于礦床的普通特征參數重要度，因此可將重要度高于所有礦床的特征參數平均重要度規定倍數以上的特征參數列為礦床的關鍵參數。

2.3 礦床的關鍵特征參數

筆者使用QMU方法識別了影響復雜礦床系統的各個要素，包括各個金屬元素、稀有元素、稀土元素及同位素等，建立了參數清單，通過對大量不同礦種礦體的測量與分析建立數據庫，并建立特征參數矩陣展開表，借助部分試驗數據獲得相關信息，評定出礦床參數特征要求重要度Ki(i=1，2，…，m)和各項礦床特征參數與每一個關鍵礦床參數特征要求的關系度rij填入表中。hj結果見表2。

根據礦床特征參數的重要度hj，最終確定了礦體的一個關鍵特征參數，該特征參數M=AB/C,其中M為礦床的關鍵特征參數，A、B、C為測量礦體的元素值，這三個基本元素均不因礦體的深度、圍巖、上覆地層及其他因素變化而變化，只反映礦體本質特征，因而關鍵特征參數M只反映礦體本質特征。

總之礦床關鍵特征參數的基本特征為能夠使用地氣法探測到，大多數礦床都具有，而且僅僅隨著礦體品位的變化而變化，受到外界環境影響較小，因此只要能夠找到高于背景值的異常，便可確定礦體中心的位置，因此該特征參數作為找礦的直接指示因子。

圖2 地質剖面圖

3 在某鉛鋅礦地氣勘查中的應用

鉛鋅礦位于江山-紹興拼合帶、余姚-麗水區域性深大斷裂之間，龍泉八都-縉云新建多金屬、螢石成礦帶的西南部。

區域出露的地層主要有下元古界八都群、下侏羅統楓坪組和上侏羅統磨石山群等地層。礦區構造層分為變質巖基底和火山巖蓋層兩大構造層。礦區的地質構造的基本特點是斷裂發育，北東向、北北東向斷裂與北西向斷裂構成本區構造形態的基本骨架，褶皺不明顯[7]。其中研究的礦體為已經探明的隱伏的鉛鋅礦，礦體頂部位于地表50 m以下，上覆地層為變質巖，礦床有多段礦體并且近似于直立(圖2)。

圖3 特征參數異常曲線

本次研究利用地氣法測量了該礦體的關鍵特征參數，測量結果見圖3。

經過礦區與周圍的地表礦石的礦床關鍵特征參數M的測定，礦石品位在1%～30%之間，在此確定礦石關鍵特征參數M值范圍為1.95～2.15，因此在該范圍礦床特征參數異常作為本區礦體的反映。

由圖3可以看出，礦體上方存在兩處關鍵特征參數M值1.95～2.099的異常，故此兩處為礦體。

同時隨著礦體品位升高及厚度增大則關鍵特征參數的值越大，并且特征參數的值以已知礦體的高品位為中心向兩側迅速減弱。又因為通過QMU方法確定的關鍵特征參數不受地質、深度、儲量等因素影響，說明該關鍵特征參數對指示隱伏礦有直接效果。因此，礦體的關鍵特征參數，對地氣法礦產勘查中的隱伏礦體具有直接指示作用。

4 結論

礦產地氣法勘查中是直接測量地球氣體中的金屬元素信息，因為氣體具有遷移速度快、垂直向上、距離長等特點，故地氣法測量能在礦體正上方獲得較為明顯的異常，同時能在礦體兩側發現埋藏極深的礦化信息，但是由于測量技術上的原因，一直不能有效地確定關鍵特征參數，故不能有效表示礦體位置。因此本文選擇從絕大多數礦床都具有的礦體本身的特征參數入手進行研究，首先由幾十個礦區的礦床特征選取礦床的特征參數，再使用QMU+QFD方法確定礦床的關鍵特征參數M，該參數具有普適性，針對大多數金屬礦床，然后利用本礦區或者周圍礦區的礦石的測定確定測區關鍵特征參數的范圍，最后利用地氣法測量本礦區的關鍵特征參數，經過本區地氣法與礦石的關鍵特征參數對比確定礦體的位置。總之，利用礦床的關鍵特征參數避免了在地氣法礦產勘查中穩定性差準確度低等缺點，只反映礦體品位的這一特征，從而達到直接探測隱伏礦體的效果，具有實際應用價值。