滑动衬值法在利比里亚Harper地区铁矿勘查中的应用.pdf
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1、第 59 卷 第 4 期2023 年 7 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59 No.4July,2023滑动衬值法在利比里亚Harper地区铁矿勘查中的应用白 洋1,陈开旭2,李福林2,陈 冲2,张继纯2,魏凌霄1,司可夫1,罗军强1,郑雄伟1,严永祥2(1.湖北省地质局地球物理勘探大队,湖北武汉 430056;2.中国地质调查局武汉地质调查中心,湖北武汉 430205)摘 要 水系沉积物样品作为区域化探工作的主要测试分析物质,其成份组成具有明显的空间异质性,通过对元素含量数据进行滑动衬值标准化处理,可以有效解决该异质性造成的异常信息提取失真的问题。本次研究
2、以利比里亚Harper地区1:25万区域化探数据为依据,以研究区优势成矿元素Fe2O3及其伴生元素V、BIF型铁矿的找矿指示元素Mn为主要研究对象,利用滑动衬值法对Fe、V元素含量数据进行处理,并以处理后的数据的85%、90%、95%分位数值作为各元素异常的外、中、内带值进行单元素异常圈定。处理结果表明该方法可有效提取出低背景区的Fe及其它相关元素的地球化学异常信息,结合Mn原始含量异常分布特征,本次共圈定出Fe2O3-V-Mn组合异常12处,通过对各组合异常的规模进行评序,结合区域成矿地质条件分析,最终在研究区优选出Karloken-Kronoken及Harper两处Fe有利成矿远景区。关键
3、词滑动衬值法 铁矿 异常提取 成矿远景区 Harper地区 利比里亚中图分类号P622+.3 文献标识码A 文章编号0495-5331(2023)04-0909-12Bai Yang,Chen Kaixu,Li Fulin,Chen Chong,Zhang Jichun,Wei Lingxiao,Si Kefu,Luo Junqiang,Zheng Xiongwei,Yan Yongxiang.Application of sliding contrast value method to iron ore exploration in the Harper area,LiberiaJ.Geol
4、ogy and Exploration,2023,59(4):0909-0920.0 前言利比里亚是西非著名的铁矿集中分布区,整体位于马恩-莱奥地盾西南部(陈冲等,2021)。利比里亚境内的该部分地盾可进一步详细划分为东西两部分,其中西部为发育太古宙基底的凯内-马恩地体(Knma-Man Domain),东部为发育古元古代比 里 姆 岩 系 的 鲍 莱-莫 西 地 体(Baoul-Mossi Domain),之间为复杂的混合过渡带。该带位于塞斯托斯剪切带以东至朱亚松剪切带,内部广泛发育褶皱、断裂构造,同时伴随有花岗质岩浆岩的侵入,本次研究区整体位于利比里亚东部的鲍莱-莫西地体,具体如图1a所示
5、。利比里亚隶属于西非凯内-马恩地体巨型铁成矿区,现已发现的超大型-大型铁矿床包括宁巴山(Nimba)、普图(Putu)、邦矿(Bong)、西 部 矿 脉(Wester Cluster)、卧 龙 吉 西(Wologizi)等,此外有多处中-小型铁矿床被探明(Anderson,2014;张继纯等,2019)。利比里亚现有铁矿床多属于BIF型(变质条带状铁建造)及与其伴生的红土型铁矿,主要受控于元古代变质火山-沉积岩地层,含铁建造的变质程度变化较大,从绿片岩相到麻粒岩相均有出现(胡鹏等,2021;郭玉溪等,2019;王忠和李建领,2013;陈冲等,2021)。勘查研究表明利比里亚东部鲍莱-莫西地体内
6、同样有大量元古代变质火山-沉积岩区分布(Gunn et al.,2018),针对该区的铁矿勘查研究则相对薄弱。化探工作的采样介质具有明显的空间异质性,尤其是具有较大空间跨度的1 25万区域化探,其工作区内地质体组成、覆盖层成分较为复杂,由于不同的地质单元内岩性差别较大,Fe、Cu、Ni、V、Ti、Mg、Cr、Co等元素在基性超基性与酸性岩中的含量差别达几十倍(鄢明才等,1997;程志中和谢学锦,白 洋收稿日期 2022-11-14;改回日期 2023-04-18;责任编辑 陈伟军。基金项目 商务部援外技术合作项目 援利比里亚矿产资源调查项目(编号:IGGEF2015042)资助。第一作者 白
7、洋(1989年-),男,2015年毕业于中国地质大学(武汉),硕士,长期从事境外地球化学勘查工作。E-mail:。通讯作者 陈开旭(1965年-),男,2007年毕业于中国地质大学(武汉),博士,研究员,从事矿床学、地球化学及区域成矿学等方面的科研及勘查工作。E-mail:。doi:10.12134/j.dzykt.2023.04.017909地质与勘探2023 年2006)。常规基于元素含量分位数值进行异常信息提取的方法虽然易于操作,但对元素含量在空间上的整体变异性缺乏考虑,在大面积的区域地球化学测量中,容易将高背景区整体圈定为异常,从而掩盖低背景区异常,导致最终获取的异常信息不完善(史长义
8、等,1999)。为解决该问题,地球化学工作者提出了局部地球化学异常信息提取的方法,主要包括:基于数学统计模型的背景-异常分析方法,如趋势面分析法(Davis,2002)、子区中位数衬值滤波法(史长义等,1999;陈希清等,2009);按照地质单元进行分区的衬度异常法(贺争锋等,2021);多元素衬度值累加法(李超等,2020;汤国栋等,2020;赵志飞等,2020);利用滑动窗口技术与常规异常提取统计手段相结合的方法,如滑动衬值标准化法(陈志军等,2009;李宝强和孙泽坤,2004)、局部富集指数法(Zuo,2014;左仁广等,2021;邓军等,2021)、局部RX方法(Xiong et al
9、.,2017),其中滑动衬值标准化的方法具有适应性强且便于应用计算机程序实现的优点,易于在实际的区域化探工作中推广。2015年中国地质调查局武汉地质调查中心和商务部国际经济合作事务局签订“援利比里亚矿产资源调查技术合作项目”实施内包合同(2015)商合促技合字第20号。该项目总体以利比里亚铁矿和金矿为主攻矿种,在利比里亚南部Harper1 25万图幅开展地球化学勘查工作,依托该项目所获得组合样点勘查地球化学数据,本文利用滑动衬值标准化法对Fe2O3、V的原始含量数据进行处理,结合利比里亚BIF型铁矿的找矿指示元素Mn、SiO2的原始含量数据开展异常信息提取,综合研究区矿产地质勘查研究资料,在区
10、内划定有利的铁找矿远景区。1 研究区地质矿产概况利比里亚西部所在的凯内-马恩地体在古元古代(约2.3 Ga)沿着早期基底裂谷发育火山-沉积岩带,其整体呈现出北东向线状分布的特征,并普遍出现绿片岩相-角闪岩相变质,内部大量形成BIF型铁矿。本次研究工作所在的利比里亚东部鲍莱-莫西地体在伊本尼(Eburnean)造山运动(约 2.1 Ga)中,同样经历了火山-沉积岩带形成、岩浆入侵及区域绿片岩相变质作用(Rollinson,2016;Rollinson,2018;Kouamelan et al.,1997),具体如图1a所示。区内出露地层为古元古界Birimian岩系(超群)的图1 利比里亚Har
11、per地区构造位置图(a,据陈冲等,2022)及地质图(b)Fig.1 Geotectonic position(a,after Chen et al.,2022)and geological sketch(b)of the Harper area in Liberia1-古元古代变火山-沉积岩;2-泛非构造带;3-花岗质片麻岩;4-混合过渡带边界;5-黑云斜长片麻岩;6-含石榴石黑云斜长片麻岩;7-含二辉石黑云斜长片麻岩;8-含石墨黑云斜长片麻岩;9-黑云二长片麻岩;10-混合岩;11-斜长角闪岩;12-二辉麻粒岩;13-千枚岩;14-云母石英片岩与云母片岩互层;15-云母石英片岩;16-含
12、石榴石黑云斜长片麻岩与云母石英片岩互层;17-二长花岗岩;18-花岗闪长岩;19-铁建造;20-辉绿岩;21-断裂构造1-Paleoproterozoic metavolcanic and metasedimentary rocks;2-Pan-african structural belt;3-granitic gneiss;4-transition zone boundary;5-biotite plagioclase gneiss;6-garnet-bearing biotite plagioclase gneiss;7-diopside-bearing biotite plagiocl
13、ase gneiss;8-graphite-bearing biotite plagioclase gneiss;9-biotite monzoite gneiss;10-migmatite;11-amphibolite;12-diopside granulite;13-phyllite;14-mica quartz schist interbed with mica schist;15-mica quartz schist;16-garnet-bearing biotite plagioclase gneiss interbed with mica quartz schist;17-adam
14、ellite;18-granodiorite;19-iron formation;20-diabase;21-fault910白 洋等:滑动衬值法在利比里亚Harper地区铁矿勘查中的应用第 4 期变火山-沉积岩组合,主要岩性包括千枚岩(ph)、云母石英片岩(mqs)及云母石英片岩与云母片岩的互层(mqs+ms),主要分布于Dube韧性剪切带以东,呈NE-SW向展布,片岩与千枚岩、石英岩、石榴石黑云斜长片麻岩和十字石黑云斜长片麻岩等相伴出露,两种变质岩地层类型中均夹有石英脉以及伟晶岩脉。岩浆岩以元古代侵入岩为绝对主体,展布方向与区域主构造线方向一致,呈NE-SW向,岩石经历了一定程度的变质变形
15、,岩性以二长花岗岩(gnmmg)最为广泛,其次为花岗闪长岩(gnmgd),其它类型的岩石呈小岩体形式出露,此外区内有小规模的NW-SE向展布脉岩出露,岩性以辉长-辉绿岩脉(dia)为主。其中二长花岗岩主要位于研究区中部,其次在东南部和西北部呈带状分布;花岗闪长岩与二长花岗岩相伴出露,呈渐变过渡,图幅东南部呈带状与二长花岗岩、斜长角闪岩交互出露。变质岩主要以片麻岩类、混合岩、斜长角闪岩为主,其中片麻岩类主要包括:分布于西北部的灰色-灰黑色-灰白色含石榴石黑云斜长片麻岩(gtbbiplgn)、含二辉石黑云斜长片麻岩(gphbprxgn)、含黑云斜长片麻岩(fsgn3)、含石墨黑云二长片麻岩(fsg
16、n2)、黑云二长片麻岩(fsgn1)等,分布于东部、东南部的含石榴石黑云斜长片麻岩(gtbbiplgn)及其与云母石英片岩的互层,内部夹有石英脉(q)以及伟晶岩脉(pg);斜长角闪岩(am)分布在图幅东南部呈脉状、带状产出,灰黑色,显示定向构造,与围岩有明显的侵入接触关系,原岩应为基性侵入岩;混合岩(mi)具鳞片粒状变晶结构、交代结构、条带状构造,集中分布于研究区中部靠近大西洋处。区内断裂构造发育,按照断裂空间展布,主要可分为与构造线一致的NE-SW向、NNE-SSW和NW-SE向3组,并以NNE-SSW向Dube断裂为主(图1b所示),构成了工作区断裂构造格架;NE-SW向断层多为NNE-S
17、SW向主干断裂所派生的低序级断层,规模较小。区内金属矿化发育,矿化类型较为丰富,包括金矿、铌-钽铁矿、锰矿、磁铁矿等,目前研究区范围有2处钶钽矿B级采矿权,此外有砂金矿的民采活动。2 样品采集与测试分析本次工作完成该图幅6500 km2的陆域面积的水系沉积物测量。采样工作按照 区域地球化学勘查规范DZ/T 0167-2006 的要求开展,并根据研究区的实际情况作出合理调整,采样单元格为1 km1 km,取样粒级为-20目。本次工作共采集3601件水系沉积物样品,并以4 km2大格为基准组合成1292件组合分析样进行Fe2O3等41种元素的分析测试,测试工作由华北有色(三河)燕郊中心实验室有限公
18、司分析完成。本次研究区紧邻大西洋且降雨充沛,导致密林沼泽区广泛分布,该类景观区的沉积物多为淤泥,无法采集有效样品,故作为采样空白区,面积约950 km2,采样区的整体密度达到2.6点/4 km2,满足规范的要求。3 水系沉积物地球化学特征3.1 分析指标元素选择分析指标元素选择成矿元素通过相应的地质成矿作用迁移、沉淀、聚集而形成可供利用的矿产,具有相似地球化学特征的元素在区域分布上都存在着联系。相较于单个元素分析,利用多元素组合分析能够更加准确地反映出成矿元素在研究区域的地球化学特征,本次工作选择Fe、V、SiO2、Mn,具体原因陈述如下。直接找矿指示元素Fe与其余三种元素的R型聚类分析的相关
19、系数如表1所示。BIF型铁矿多具有Fe-Mn多金属成矿的特征,利比里亚境内的铁矿亦具有该特征(杜菊民等,2017;Litherland et al.,1986),Mn与Fe并无明显的相关性,但是其高值分布区对Fe矿体的分布具有非常好的指示意义。相较于富集亲铁元素的基性-超基性地质体中SiO2含量相对贫乏的特征,BIF型铁矿体在富集Fe、V等亲铁元素的同时,其 SiO2含量也普遍较高(王浩然,2019),在相关性上则表现为Fe-V与SiO2呈强负相关,强的SiO2负异常可很好地反映与BIF型铁矿无关的基性-超基性地质体的分布,其对于矿致异常的筛选也具有非常好的指导意义。表1 元素R型聚类分析相关
20、系数Table 1 Correlation coefficient of element R-type clustering analysis元素MnVFe2O3SiO2Mn10.33890.3463-0.217V10.9535-0.859Fe2O31-0.8205SiO213.2 地球化学参数特征地球化学参数特征根据本次分析测试的样品数据,Fe2O3、V、Mn、SiO2等4种元素的算术平均值X、标准离差S、变异系数Cv及富集系数等参数,如表2所示。911地质与勘探2023 年表2 各元素地球化学特征参数Table 2 Geochemical characteristic parameters
21、 of each elements元素MnVFe2O3SiO2均值6930.641.6785.7中值49.121.901.1487.4最大值63326513.2998最小值5.431.640.0446.4标准差66.1528.051.607.1*利比里亚全国水系沉积物背景值79.48.40.3489.7变异系数0.960.920.960.08富集系数0.873.654.910.95注:Mn、V的含量单位为10-6,Fe2O3、SiO2的含量单位为%;*利比里亚全国水系沉积物背景值引自注释。在西非热带雨林地区,1 100万国家尺度地球化学填图所采用的采样粒级与1 250,000化探工作一致(-2
22、0目),其结果数据在元素的区域地球化学背景值研究与确定中具有非常好的参考价值,并且在实际工作中广泛应用(刘汉粮等,2020)。相较于与地壳克拉克值对比,与利比里亚全国水系沉积物的背景值进行对比,可以更精确地说明研究区的元素地球化学特征。由表2可见,Fe2O3、V的富集系数均在2以上,其中Fe2O3的富集系数更是达到4.91,结合该国优异的Fe成矿地质条件,说明研究区具有一定的Fe成矿前景,高值区的分布受基性-超基性地质体控制明显,这也是后续需对其数据进行处理,以优化其找矿指示性的主要原因。SiO2、Mn的富集性相对较差,富集系数均在1以下,其中Mn的高值区多指示含铁建造的分布;元素的变异系数均
23、在1以下,说明本次工作区的水系沉积物中各元素含量的离散分异程度相对较低。3.3 地球化学数据空间分布特征地球化学数据空间分布特征为说明本次各元素含量的空间分布特征,分别以 25%、75%、85%、95%分位数含量值(4.76%)为间隔,制作元素的点位符号图,此处以Fe2O3为例进行说明,具体如图2所示。图 2 显示研究区东部与中西部区域的 Fe2O3含量存在明显的整体性空间差异,Fe2O3含量高值-极高值点大多分布于西部的片麻岩区和混合岩区,并且高值-极高值点位分布高度集中。作为本次重点找矿目标的元古代变质火山-沉积岩所在的东部地区仅见零星的 Fe2O3的高值点,并且在东部地区不存在 Fe2O
24、3含量的极高值点,Fe2O3含量峰值(13.29%)点位于工作区的西北部,与Fe2O3具有相似地球化学性质的 V 等元素含量呈现类似的空间分布特征,说明在本研究区所采集的样品介质存在明显的空间异质性,对 Fe2O3及其相关元素的异常信息提取会存在较大的影响。针对此问题,本文拟采用滑动衬值标准化的方法对原始含量数据进行处理。图2 Fe2O3点位符号图Fig.2 Point symbol diagram for Fe2O33.4 数据处理步骤数据处理步骤针对Fe2O3、V、Mn和SiO2等元素含量在工作区东部及中西部地区的整体性分异特征,本次选择滑动衬值法对原始数据进行处理,以达到消除元912白
25、洋等:滑动衬值法在利比里亚Harper地区铁矿勘查中的应用第 4 期素含量空间分异性在后续异常提取工作中带来的影响。以每个数据点为中心选取适当大小的滑动数据窗口(本次选择半径为10 km的圆形),统计该窗口内所有数据的平均值,再以该窗口中心点的原始数据与该滑动窗口内数据平均值的比值替代该点位的原始数据,以此方式对每一个点位的原始 数 据 进 行 替 代,数 据 处 理 在 Geoexpel International中进行。3.5 数据处理结果对比数据处理结果对比为说明滑动衬值法的处理效果,利用处理前后的数据所作的地球化学图进行比较,数据网格化计算模型为指数加权法,网格间距为2 km2 km,
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