成矿元素地球化学场的连续多重级联模拟研究

Among the geochemical fields of metallogenic elements or indicator elements of mineralization, the skewed distributions of the geochemical data are frequent and the outliers in the data can't fully be described by the traditional lognormal distribution. In recent years, nonlinear mathematical research from earth science regard this kind of skewed distributions as multifractal distributions, and nonlinear scientific methods based on multifractal model are popularly applied in extraction of gechemical anomalies, as well as in mineral potential prediction. However, two basic scientific problems remains to be answered thoroughly:(1) Why did the geochemical fields of metallogenic elements show multifractal characteristics? (2) How did the multifractals form in the geochemical fields of metallogenic elements? For this reason, we proposed a continuous multiplicative cascade model to explore the nonlinear dynamics about the migration and concentration of metallogenic elements, and to simulate the evolving process of the gechemical fields about metallogenic elements, so as to provide quantitative evidences for answering these questions. We will develop a software for simulating of continuous multiplicative cascade process, and testify the scientific resonableness of the model by statistical test, and also try to investigate the possible application in mineral exploration based on the geochemical data in different resolutions. Our research will provide a new thought to investigate the dynamical processes of migration and concentration of metallogenic elements, and even the ore-forming activities.

在成矿及矿化相关指示元素的地球化学场中，数据呈现偏态分布的现象较为常见，这类数据中存在的特异值不能完全通过常规的对数正态分布模型加以描述。近年来非线性数学地质的研究认为这类偏斜数据统计上服从多重分形分布，基于多重分形模型的非线性科学方法在地球化学异常信息提取及找矿预测工作中得以广泛应用。尽管如此，存在两大根本性科学问题有待深入认识：（1）成矿元素地球化学场为何具有多重分形特征？（2）成矿元素地球化学场的多重分形如何形成？据此，本项目拟通过连续多重级联模型对成矿元素迁移富集的非线性动力学机制进行研究，模拟成矿元素地球化学场的演化过程，从而为回答上述科学问题提供定量依据。我们将开发连续多重级联模拟的软件模块，通过统计验证方法检验模型的合理性，并尝试以不同比例尺的化探数据为实例探索多重级联模拟在勘查找矿中的应用。本项目的研究将为认识成矿元素迁移富集乃至矿床形成的动力学过程提供新的思路。

本项目以乌日尼图矿区为主要研究区，重点研究地球化学元素的空间分布及探讨其中多重分形特征的形成机理，并以多重级联模型为基础对地球化学场形成进行模拟，为矿区地球地球化学元素非线性特征的成因提供了合理的解释，从而推进非线性数学方法在异常信息提取的应用。围绕研究目标，本项目从如下几个方面开展了研究工作并取得相关的认识成果：（1）通过在乌日尼图矿区的野外考察工作与实地取样分析，认为矿床形成与古太平洋板块于晚中生代俯冲造成的伸展构造背景相关，提出了乌日尼图矿床为Climax-type斑岩型钼矿的结论；（2）研究区内各元素数据多重分形谱函数分析表明，区内元素呈现左偏模式。对研究区内各元素的多重分形滤波分析，获得了乌日尼图-呼和敖包的多金属异常带，元素组合为W、Zn、Cu、Ag、Sn和Au。元素富集程度较高，呈串珠状南北向分布。 该综合异常带W、Ag元素具有较好的成矿条件，是寻找银钨多金属矿床的有利地区；（3）研究区地球化学场具有明显的多重分形特征，项目提出了以多重级联模型为基础的参数反演方法以及模拟流程。模拟数据与实际数据具有类似的统计分布特征，表明多重级联模型可以为成矿元素迁移富集的动力学过程提供合理解释。（4）由于矿区已有多个钻孔取样信息，项目组还开发了基于图像的三维岩芯重建软件，便于快速采集钻孔信息并提供便捷查询和可视化。本项目的研究加深了乌日尼图矿区成矿规律认识，利用非线性数学方法提取异常特征，提供了有利找矿思路，以多重级联模型为基础，为探索成矿元素迁移富集规律以及元素多重分形特征的形成机制提供新的研究思路。