CN1187626C - 多元素优化集合控制找矿勘查方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元素优化集合控制找矿勘查方法，涉及一种找矿勘查方法。本发明是从勘查区采获大量样品的分析测试的所有元素含量中，找出成矿元素理论值异常特征及空间分布规律，达到找矿勘查的目的。其步骤是：多元素优化集合控制找矿野外作业和室内分析测试；聚类分析计算；目标成群分析、目标成群枝状图绘制和控矿元素优选；成矿元素与控矿元素回归方程式建立和成矿元素理论值计算及作图；多元素优化集合控制勘查成果解释和找矿评价。由于本发明可操作性强，找矿勘查效果好，应用性广，因此具有较好的实用价值。

Description

多元素优化集合控制找矿勘查方法

技术领域

本发明涉及一种找矿勘查方法；具体地说，涉及一种多元素优化集合控制找矿勘查方法。

背景技术

传统的矿床地球化学勘查方法包括原生晕地球化学勘查、次生晕地球化学勘查、水文地质化学勘查、重砂测量、成因矿物学勘查等等，都量孤立地获取单元素含量在空间上的分布规律或者单个矿物或矿物习性在空间上的分布规律进行找矿预测的。由于矿床形成后内力地质作用和外力地质作用以及人类活动的影响，常常使矿床地球化学晕受到破坏，或者有后成元素叠加，直接影响到找矿的效果。有时在进行地球化学勘查时，也有获得较多元素含量的找矿信息；但是在处理多元素含量找矿信息时，也是分别对各个元素孤立地进行处理，分别作出各元素的等值线图，寻找单个元素的地球化学异常，然后根据成矿元素共生组合的地球化学规律进行找矿预测；同样，由于后成地质作用和人类活动影响，造成单个元素地球化学场受到不同程度的破坏，影响到地球化学勘查的找矿效果；再者在分析多个元素共生组合地球化学规律，进行找矿预测时，常常是千篇一律地根据地球化学经验规律，缺乏多元素对矿床控制的量化标志，因此，难以抓住控矿各元素的内在规律，影响到找矿效果。自从上世纪七十年代初期以来，由于计算机技术迅猛发展，数学地质也相应发展起来，地球化学勘查才开始寻找控矿元素之间的量化标志进行找矿预测；其中有聚类分析、判别分析、回归分析、趋势面分析等。过去用数学地质来进行地球化学勘查时，也是孤立地运用数学地质方法去解决地球化学勘查局部问题。例如，趋势分析就是寻找元素的空间分布趋势。聚类分析就是利用各元素之间的相关系数或距离系数来探讨元素之间相关关系或不同群组之间的相关关系，在所有群结构枝状图中形成中，相关系数或距离系数是其成图最基本要素，由于成矿元素与其它元素的相关系数往往很小，因此，成矿元素在形成群结构枝状图时常常是很晚才参预枝状图中，目标不明显，很难判断与成矿元素密切相关的控矿元素。有时，有些元素与成矿元素的相关系数虽然较小，但又与成矿元素密切相关的其它元素的相关系数又很大，显然这些元素与成矿作用也是很密切的，但是，在传统的聚类分析中，常常把这些本来与成矿作用密切相关的元素忽略了，直接影响到找矿效果。回归分析方法是求获成矿元素与控矿元素之间定量关系的最好方法，但是在传统的回归分析方法时，对其周围的元素没有进行筛选，而是把所有获得的元素都参与回归计算中。显然：(1)回归分析计算工作量十分庞大；(2)很重要的是回归方程式显著性检验统计量减少，也就是回归效果降低了，即找矿元素与控矿元素之间的相关关系降低了，这直接影响到找矿勘查效果。即使采用逐步回归分析方法，能筛选与找矿元素密切相关的元素，但是计算烦琐，计算工作量庞大；(3)在传统的回归分析中，为了消除不同元素量值对回归计算的影响，常常在回归计算前，对所有参预回归计算的数值进行了规格化计算，这样在最终用回归方程式计算成矿元素回归值的时候，所得的成矿元素的回归值仍为规格化值，模糊了成矿元素回归值的真实性，也降低了找矿效果。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题和不足，而提供一种多元素优化集合控制找矿勘查方法。

本发明的目的是这样实现的：

从勘查区采获大量样品的分析测试的所有元素含量中，用聚类分析和本发明目标成群法筛选与成矿元素密切相关的元素，再用多元回归分析方法，求出成矿元素与控矿元素之间的回归方程式和成矿元素的回归值(规格化的回归值)，然后根据数据规格化公式和相关参数，反演成矿元素的理论值，根据成矿元素理论值的空间分布关系，作出成矿元素的等值线图，找出成矿元素理论值异常特征及空间分布规律，达到找矿勘查的目的。

下面详细说明

1、多元素优化集合控制找矿野外作业和室内分析测试

*观测路线和观测点的布置及取样  在找矿区域内，观测路线宜垂直于地质体的走向，观测点要选择露头好，风化程度低的新鲜岩石出露地点。如果是采矿坑道内进行多元素优化集合控制勘查，应该在采区内不同深度坑道中进行。观测线和观测点应该均匀分布于采区某一断面中。在每一观测点上，记录观测点的位置(观测点的坐标值)、地质构造和矿化蚀变情况，采集蚀变岩石、控矿围岩和矿石样品。地表采样应该采集风化程度低的样品，样品重量以400克左右为宜。

*样品加工和分析，样品采集回室内，秤约100克加工到200目，送实验室进行ICP全分析。

2、多元素优化集合控制找矿的数值分析和可视化

*聚类分析计算

获分析结果后，对分析结果进行聚类分析计算，聚类分析计算分两步进行：

第一步，把所有分析结果进行规格化计算；

第二步，把所有经过规格化计算后的结果进行相关系数计算。

以上计算可在EXCCEL程序上进行。

*目标成群分析、目标成群枝状图绘制和控矿元素优选

目标元素，它是研究的主要目标，本项目选择金元素为目标元素。

族谱关系，是目标成群法群结构图中族谱结构，它包括族和代两层关系。

族是指纵向关系，当目标元素确定之后，按照一定规则确定若干“族”系。例如龙山金锑矿床矿石目标成图法群结构图中，目标元素金就有镍、铟、铋三个族系。“代”是指横向关系，按照一定规则，在一个目标成群法群结构图中以目标元素为第一代，而后分别有第二代、第三代等关系。

族谱关系中成员的相关系数特征值，为了研究族谱关系中成员与目标元素之间的定量关系，现定义成员的相关系数特征值。设第一代元素的相关系数特征值为1，第二代成员的相关系数特征值均为成员与目标元素之间的相关系数。第三代及其后代成员的相关系数特征值为相应族的各代成员之间相关系数的连乘积与各代成员和目标元素的相关系数之平均值。

目标成群法群结构图的构成原则是：

1)选择目标元素，根据研究需要，选择主要研究对象为目标元素；

2)在选择同一代的族系元素时，按照相关系数大者优先的原则进行；

3)同一代元素中、族系成员个数同一性原则，即在同代中，各族成员选择下一代成员个数必须相同；

4)在选择下一代成员时，按照相关系数从大到小顺序进行，其中有一元素是群结构中最新一代成员，另一个元素是群结构中未出现过的元素，则该元素则组成新元素下一代成员元素，如果两个元素在群结构图中都已出现过，则该元素对应予以剔除；

5)当一代成员选择满员时，剩余的元素对则自动进入下一代成员的选择配对，直至所有研究元素都各就各位为止。根据目标成群法测，绘制目标成群枝状图，计算元素相关系数特征值，把相关系数特征值大于0.1000者皆优选为与成矿元素密切相关的控矿元素。

*以成矿元素为因变量，以控矿元素为自变量、进行回归分析，建立成矿元素和控矿元素之间的回归方程式，同时进行统计检验，只有回归方程显著性检验统计量大于α＝0.1水平上的F值时，该回归方程式满足多元素优化集合控制勘查的要求。再求每一个测点的成矿元素的回归值，此值仍为规格化值。由于每一个测点规格化数值的均值为0，因此用回归方程式计算所有测点规格化回归值的代数和也接近0，这一指标也可以作为回归方程式是否满足多元优化集合控制勘查的标准。

根据每一个测点的成矿元素的回归值和归规格化公式及计算每个测点规格值时的参数，反演成矿元素的理论值，其反演公式为：

$X_i=\stackrel{\‾}{X_{\underset{\‾}{i}}}+S_i{X^{\′}}_i$

式中X_i为成矿元素的理论值，X_i为全区成矿元素含量的平均值，S_i为全区成矿元素含量的均方差，X’_i为测点上成矿元素规格化的回归值。

回归分析、成矿元素回归值和理论值，可在MATLAB软件上进行计算。

*成矿元素理论值计算后，根据常规地球化学勘查计算方法，确定成矿元素理论值的背景值，异常下限和绘制成矿理论值等值线图的步长。再根据测区测点的坐标值、成矿元素理论值和测这异常下限(为绘图标准线)以及上述步长为参数、绘制测区成矿元素理论值等值线图。成矿元素理论值可在EXECCEL软件上进行；等值线图可在WINSURFER软件上进行；

3、多元素优化集合控制勘查成果解释和找矿评价

根据成矿元素理论值等值线图和异常下限确定测区内成矿元素理论值异常特征及分布。成矿元素理论值异常特征包括峰值，浓集系数，分布面积。根据成矿元素理论值异常特征进行找矿评价，一般讲来，成矿理论值异常分布面积大、峰值高、浓集系数大的地段为矿床分布地段。

本发明具有以下优点：

1、本发明是以找矿区域的成矿元素为目标，从所有共生元素中优选与成矿元素密切相关的控矿元素，获取成矿元素与控矿元素的关系式和成矿元素的理论值，绘制成矿元素理论值等值线图，获取成矿元素理论值异常及其特征和分布规律，达到找矿勘查的目的。它具有目标性明确，搜索控矿元素全面，描述成矿元素与控矿元素之间关系式和成矿元素富集规律均达到数字化和可视化，可操作性强、找矿勘查效果好的优点。

2、本发明不但可以应用地质找矿勘查领域，还可以应用社会、经济和其它科学技术工程中关于大规模随机多元优化控制领域中，它具有应用性广的特点。

3、本发明在数值计算中，把被改进的聚类分析和成群方法、回归分析及回归理论值计算，及回归理论值的可视化相结合，因此在信息处理上具有多方法综合运用特点。

4、在聚类分析中，本发明突破传统的成群法则和枝状图作图方法，发明了新的目标成群法和目标成群枝状图的作法，不但能迅速查明成矿元素与控矿元素之间的亲疏关系，而且能一次性优选与成矿元素密切相关的控矿元素。该方法具有目标性强，层次分明，优化控矿元素合理、快速、有效的特点。在回归分析中，本发明能迅速反演成矿元素理论值，该方法为多元素优化集合控制勘查数字化和可视化铺平了道路。

本发明具有的积极效果：

应用本方法在湖南省龙山金锑矿勘查中获得6个多元素优化集合控制金理论异常6处和金理论值峰值异常6处，其中多元素优化集合控制平面图1-(2)号金峰值异常和多元优化集合控制1、2号脉剖面图的1号金理论值异常经工程验证为矿异常。全区获金矿科研预测储量10432kg，经工程验证获C+D级金金属量3000kg，获得很好的勘查效果。

附图说明

图1为龙山金锑1、2号脉蚀变岩石目标成群枝状图；

图2为龙山金锑1、2号脉蚀变岩石金理论值等值等线剖面图；

图3为龙山金锑矿江口组地层岩石金理论值等值线平面图。

具体实施方式

龙山金锑矿多元素优化集合控制勘查。

龙山金锑矿床位于湖南省新邵县太芝庙乡，矿床产于震旦系江口组浅变质岩地层中，受砂泥质碎屑岩建造和断层破碎带以及深部岩浆热液流体控制，是中温岩浆热液矿床。

在龙山金锑矿1、2号矿脉800米、710米和630米标高中段采集28件近矿蚀变岩样品，其采样位置，微量元素分析值经过规格化后，进行聚类分析计算其相关系数，按目标成群法作出目标成群枝状图如图1，计算其相关系数特征值，优选与金密切相关的控矿元素是：Sb、As、MgO、Se、Al₂O₃、Th、Zr、Bi、Fe₂O₃、MnO₂、Y、Be、V、In 14个元素。经回归分析计算，金与控矿的14个元素的回归方程式系数。本回归方程式回归平方和47.5625，剩余平方和2.4375，回归方程显著性统计量为51.5695远大于α＝0.01水平的F值2.67，因此本回归方程是高度显著，满足多元素优化集合控制勘查要求。龙山金锑矿1、2号脉蚀变岩石金的回归值及金含量理论值计算结果，根据金理论值绘制1、2脉多元素优化集合控制勘查剖面图如图2，从图2中获得3个金理论值异常，其中1号异常经验证为矿异常。

用多元素优化集合控制勘查方法获得龙山金锑矿区金理论值等值线平面图如图3，图3中有3个金理论值异常和6个金理论值峰值异常，其中1-(2)峰值异常经验证为含矿异常。

应用本发明在湖南省龙山金锑矿对1、2号矿脉蚀变岩及龙山金锑矿区地表地层岩石样品进行找矿勘查。在1、2号脉剖面图中获得金理论值异常3处，龙山金锑矿区平面图中获了金理论值异常区3处和6个金理论值峰值异常，其中1、2号脉剖面图中金理论值1号异常以及龙山金锑矿区平面图中1-(2)峰值异常经工程为矿异常，金矿区新增和1、2号脉金矿科研预测储量10432kg，经勘探验证提交C+D级金金属量3000kg，取得很好的找矿效果。

Claims (1)

1、一种多元素优化集合控制找矿勘查方法，包括多元素优化集合控制找矿野外地质观察、原生样品取样及室内进行ICP全分析，其特征在于有下列步骤：

(1)聚类分析计算

先把所有元素分析值进行规格化计算，再把所有经过规格化计算后的结果进行相关系数计算，以上计算可在EXCCEL程序上进行；

(2)目标成群分析、目标成群枝状图绘制和控矿元素优选

①选择主要研究对象为目标元素；

②在选择同一代的族系元素时，按照相关系数大者优先的原则进行；

③同一代每族成员个数必须相同；

④在选择下一代成员时，按照相关系数从大到小顺序进行，其中有一元素是群结构中最新一代成员，另一个元素是群结构中未出现过的元素，则该元素则组成新元素下一代成员元素，如果两个元素在群结构图中都已出现过，则该元素对应予以剔除；

⑤当一代成员选择满员时，剩余的元素对则自动进入下一代成员的选择配对，直至所有研究元素都各就各位为止；

⑥根据目标成群法测，绘制目标成群枝状图，计算元素相关系数特征值，把相关系数特征值大于0.1000者皆优选为与成矿元素密切相关的控矿元素；

(3)成矿元素与控矿元素回归方程式建立和成矿元素理论值计算及作图

①以成矿元素为因变量，以控矿元素为自变量，进行回归分析，建立成矿元素和控矿元素之间的回归方程式，同时进行统计检验，只有回归方程显著性检验统计量大于α＝0.1水平上的F值时，该回归方程式满足多元素优化集合控制勘查的要求，再求每一个测点的成矿元素的回归值，此值仍为规格化值；由于每一个测点规格化数值的均值为0，因此用回归方程式计算所有测点规格化回归值的代数和也接近0，这一指标也可以作为回归方程式是否满足多元优化集合控制勘查的标准；

②根据每一个测点的成矿元素的回归值和归规格化公式及计算每个测点规格值时的参数，反演成矿元素的理论值，其反演公式为：

$X_i=\stackrel{\‾}{X_{\underset{\‾}{i}}}+S_i{X^{\′}}_i$

式中X_i为成矿元素的理论值，X_i为全区成矿元素含量的平均值，S_i为全区成矿元素含量的均方差，X’_i为测点上成矿元素规格化的回归值；

回归分析、成矿元素回归值和理论值，可在MATLAB软件上进行计算；

③成矿元素理论值计算后，根据常规地球化学勘查计算方法，确定成矿元素理论值的背景值，异常下限和绘制成矿理论值等值线图的步长；再根据测区测点的坐标值、成矿元素理论值和测这异常下限以及上述步长为参数，绘制测区成矿元素理论值等值线图；成矿元素理论值可在EXECCEL软件上进行；等值线图可在WINSURFER软件上进行；

(4)多元素优化集合控制勘查成果解释和找矿评价

根据成矿元素理论值等值线图和异常下限确定测区内成矿元素理论值异常特征及分布，成矿理论值异常分布面积大、峰值高、浓集系数大的地段为矿床分布地段。

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