沅麻盆地出露地层有侏罗系、白垩系及古近系等, 区域内分布范围最广的是白垩系, 其次为侏罗系, 古近系较少^[8]。侏罗系主要在区域内南东侧出露, 岩性以暗紫红色、黄绿色的砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩为主。

沅麻盆地是受两次地质构造运动作用形成的山间断陷盆地, 形成于印支、燕山期。整个盆地被看成一个向西歪斜的不对称向斜^{[9, 10]}。区内构造主要有断裂和褶皱。断裂主要出现在盆地的北段与南段, 多为大型断层。褶皱主要有燕山期后形成的晓坪复式背斜和莱草坡背斜等, 盆地被这些背斜分割成多个沉积中心^[4]。

九曲湾铜矿含铜岩系属白垩系下统锦江组中上部的浅色层和新近系中新统罗旧组底部的砂砾岩层。矿区白垩系中神皇山组含铜岩系主要由浅色层和深色层即红层交互组成^{[11, 12]}, 矿体大多常赋存在浅色层中, 岩石是一套粒级不同的碎屑岩, 岩石类型较丰富, 从细砾岩到泥岩均有发现。

九曲湾矿区处于茶溪— 吕家坪不对称向斜之南翼^{[13, 14]}。矿区断层比较发育, 常见南北向纵断层和东西向横断层。它们常以群产出并相互切割。

含铜岩石(矿石)中, 造岩矿物主要有钾长石、斜长石、石英、黑云母。矿体形态大多为扁豆状和透镜状, 少数以似层状或层状赋存在灰绿色、灰白的含矿层之中^[7]。矿石中的主要有用矿物为自然铜, 其次为辉铜矿、孔雀石、赤铜矿、蓝铜矿等, 黄铜矿、斑铜矿偶尔可见, 但含量较少。各种铜矿物产出形式各异, 有的单独产出, 而有的则密切共生。九曲湾铜矿床最大的特点就是以自然铜为主的含铜砂岩型铜矿^{[11, 15]}。

为了能够发现研究区低缓、弱小的异常, 制作了元素衬值图。主要采用平均圆滑滤波法, 把地球化学背景当作一个连续变化的曲面, 以窗口来替代子区, 用大窗口作局部背景、小窗口作局部噪声来模拟地球化学背景的变化轨迹。以小窗口和大窗口之比值为衬值, 以变化着的衬值来替代不变的异常下限, 采用累频分级来圈定异常, 分级频数为25%、50%、80%、90%、95%、98%(表2)。

表2

表2

表2 九曲湾铜矿主成矿元素和主要伴生元素衬值参数统计 分级频数/% Ag衬值 Cu衬值 Hg衬值 Pb衬值 Cd衬值 25 0.79 0.83 0.49 0.75 0.73 50 0.92 0.98 0.71 0.96 0.9 80 1.13 1.15 1.19 1.23 1.17 90 1.31 1.26 1.73 1.39 1.34 95 1.55 1.37 2.5 1.57 1.56 98 2.1 1.55 4.33 1.86 2.37

表2 九曲湾铜矿主成矿元素和主要伴生元素衬值参数统计

衬值异常图相比于地球化学异常图不仅突出了弱异常, 而且强化了强异常。图3是传统“ C+2S” 制作的Cd地球化学图件, 图4是利用衬值计算制作的Cd衬值地球化学图。通过对比可以看出:①Cd地球化学异常总体较弱, 仅在沅陵县王公坪方铅矿的北东向上出现较强的异常, 其他区域异常较弱; 在Cd地球化学衬值图上, 已知铜矿床上的Cd衬值异常明显加强; ②Cd地球化学图中泸溪上堡铜矿Cd无异常显示, 在Cd地球化学衬值图中, 泸溪上堡铜矿出现了Cd异常, 异常强度虽相对其他矿区较弱, 但与成矿密切相关; ③古丈县曹家坪黄铁矿一带的Cd地球异常显示较弱, 在Cd地球化学衬值图中, 异常的浓集中心更加凸显。

图3

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	图3 沅麻盆地Cd地球化学异常分布

图4

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	图4 沅麻盆地Cd地球化学衬值分布

为能够更好地体现研究区的一些成矿信息, 选取与Cu成矿关系密切的Ag作为伴生指示元素, 制作研究区Cu-Ag的综合异常图(图5)。

图5

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	图5 沅麻盆地 Cu-Ag综合异常分布

从沅麻盆地Cu-Ag综合异常图中可以看出, 区域内已知铜矿床如泸溪上堡铜矿、泸溪砂岩铜矿及典型矿床九曲湾铜矿上综合异常较强, 综合异常与这些已知铜矿床对应较好。另外在整个沅麻盆地其他未知区域亦有较强的综合异常显示。这就为进一步研究未知区域是否成矿提供了地球化学依据。

在找矿过程中常用已知来推测未知, 对已发现的矿床进行深入研究, 找出其成矿规律, 运用已知矿床已有的必要成矿因素来寻找相类似的矿床。为此需引入相似系数这一参数, 以此判断未知矿区的样本与典型矿区的标准样本之间的相似程度, 通过样品间的相似度判别来把握典型矿床与预测区的相似程度, 具体作法如下。

找出最能代表典型矿床矿化信息的元素组合, 即标准样本(虚拟样本)。通常选取典型矿床1:20万化探数据中异常内带或中带较为清晰的元素组合作为标准样本的元素组合, 并且这些元素与预测矿种要有相关性(一般通过相关性分析及经验判断)。在标准样本元素组合确定后, 就要对选取的元素组合进行取值, 通常每个典型矿床采用各元素异常内带(中带)内的平均含量进行赋值, 并将该值作为标准样本的含量特征值 (表3)。

表3

表3

表3 标准样本元素组合及标型元素含量值 已知矿床 标型元素及特征值 九曲湾铜矿 Cu(21.73)+Ag(5.10)+Pb(1.87) +Hg(12.08)+Cd(4.91)

表3 标准样本元素组合及标型元素含量值

标准样本与样品的相似度一般通过距离函数进行表示:

D(s_i)为未知区实际样本与标准样本的相似距离值, s为已知典型矿床标准样本, i为被判别的未知区(实际样本), p为元素组合的元素个数, X_sk为标准样本的第k个元素(如Ag)的取值, X_ik为第i个实际样本在第k个元素上的取值。C_k为第k个元素与Cu的相关系数。D_max为D(s_i)的最大值, R为未知区实际样本与标准样本的地球化学相似系数或相近系数, 则

R=1-D(si)/Dmax。(2)

为了克服极高值和元素量纲的影响, 需对原始数据进行均一化处理, 即除以该元素背景值。通过式(1)可知, D(s_i)值越大, 相似程度就越低, 反之亦然。为了更能说明问题, 把距离转换成相似系数R, 由式(2)可知, 所有样点与标准样本之相似度值的范围都在(0, 1)区间, 其中典型矿床自身与标准样本最相似, 即相似度值是1, 除此之外都小于1。由公式可知R越大, 则实际样品与标准样本的相似程度就越高。将每个样点的相似度值求得后, 采用7级累频分级的方法进行成图, 分级频数为50%、80%、90%、95%、98%、99%(表4)。

表4

表4

表4 相似度系数分级 分级频数/% 50 80 90 95 98 99 相似系数 0.652 0.661 0.666 0.675 0.687 0.694

表4 相似度系数分级

异常显示的地区主要是与典型矿床成矿较为相似的地区, 这是圈定预测区的主要依据, 相似度异常显示越高, 表明与典型矿床的相似程度就越高。从图6中可以看出, 在整体上, 相似度异常在沅麻盆地中有零星的小块状异常分布。从矿床(矿点)角度看, 盆地内已知的绝大多数砂岩型铜矿床(矿点)都位于相似度异常的高值区内或边缘; 除铜矿以外的其他矿种所在的矿床位于其相似度异常的低值区。从研究区内已知不同矿床的相似度异常显示强弱上就很好地印证了相似度判别的准确性。这就说明相似度判别的效果很明显。

图6

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	图6 沅麻盆地地球化学相似度分布

综上所述, 在有相似度异常但未见已知矿床或矿点的区域, 很有可能成矿, 应作为预测区圈定的主要区域, 在预测区圈定时应考虑相似度的影响。相似度地球化学图不但对已知矿床(矿点)有很好的示踪作用, 而且可以根据相似程度之高低进一步优选区域异常, 进而判定其矿化类型及矿化强弱。

地层标志:九曲湾铜矿床严格受层位控制, 矿体主要赋存于下白垩统神皇山组浅色含砾中— 粗粒砂岩中, 下白垩统— 古近系浅色砂岩是直接找矿标志。

构造标志:向斜核部、背斜倾伏端、断层与含矿层交切部位是含矿热液迁移富集的有利部位。

围岩蚀变标志:褪色化, 常见紫色层褪色为浅色层。

地表矿体标志:地表氧化铜矿体是直接找矿标志。

在判别矿床的主成矿元素及伴生元素时, 衬度异常量具有明显效果, 故常用衬度异常量来判定预测区之矿种类型。

成矿元素铜的1:20万水系沉积物地球化学异常区在铜矿种预测中是最直接的找矿预测区。

以九曲湾铜矿Cu、Ag、Pb、Hg、Cd为标型元素绘制其相似度图, 使与典型矿床相类似的一些铜矿化信息得以充分地反映。故可根据相似程度高低进行区域异常的优选, 从而判定其矿化类型及矿化强弱。

元素的衬值异常在识别与矿化相关的低缓、弱小异常中效果显著, Cu、Ag、Pb、Cd、Hg元素组合衬值异常在优选与评价预测区中起到较好的约束作用, 选择元素组合多且套合程度高的未知区作为预测区, 可提高预测区圈定的可信度。

选取沅麻盆地内的主成矿及主要伴生元素Cu、Ag制作Cu-Ag综合异常图, 能更好地凸显与砂岩型铜矿化相关的矿化信息。