一种基于地形分析的海底硫化物找矿方法

摘要

本发明公开了一种基于地形分析的海底硫化物找矿方法，包括如下步骤：步骤1：选择成矿远景区；步骤2：搜集成矿远景区地形数据，绘制海底地形图；步骤3：对海底地形图进行分析，规划设计取样站位；步骤4：获取步骤3中取样站位位置的沉积物样品；步骤5：对沉积物样品进行重砂矿物鉴定及主微量元素分析，绘制海底重矿物分散晕图及地球化学晕图；步骤6：对海底重矿物分散晕图及地球化学晕图进行叠加分析，结合地形分析圈定成矿有利区。本发明方法对海底沉积物取样站位设置进行了优化创新，取样站位设置更加合理有效；结合重矿物和地球化学方法，对非活动热液区隐伏硫化物及二次富集成矿具有更好的探测效果；相对于其他方法成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于地形分析指导的海底硫化物找矿方法，尤其涉及一种利用地形分析结果来设计规划沉积物取样站位，并结合重砂矿物和地球化学分析进行的海底硫化物综合找矿方法。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，尤其是我国与国际海底管理局签订了世界上第一份多金属硫化物勘探合同，国家海洋局第二海洋研究所作为实施单位组织了多个航次进行合同区多金属硫化物勘探工作，取得了一系列成果。

在过去的十年间，主要通过水体异常来判断热液活动的存在。MAPR浊度探测仪、各种水体化学传感器以及抓斗等设备广泛应用于大洋科考中，提高了调查效率。但在找矿角度而言，水体异常探测是一种间接探测手段，只能反应热液活动存在的可能性。即使是由热液活动引起的浊度异常，由于热液羽的扩散现象，其对热液区位置的指示具有一定的局限，更无法指示二次富集成矿现象。合同区的找矿需求，需要我们探索更直接的、面向硫化物矿化区的找矿方法。

如瞬变电磁、自然电位等地球物理方法得到了发展，但因为在海上进行找矿工作不具备陆地上的便利性，地球物理方法应用在海洋上往往需要花费高昂的成本，并且一些陆地上成熟的方法无法照搬使用，需要针对海底的特殊环境提出新的改进。费用较低的矿物学及地球化学找矿方法在海底有着其独特的优越性，尤其是现有科学研究工作也需要抓斗设备获取样品，提高现有设备的利用率而节省的成本是此方法的一大优势。但目前面临的主要问题是无法做到向陆地一样的规则网取样，由于成本原因海洋沉积物取样站位设置较少，这种情况下合理高效的取样站位规划具有重要意义，这就对站位设置方法提出了新的要求，尤其是在地形复杂的洋中脊区域没有相应的理论做出指导，在洋中脊区域利用地球化学及重砂矿物方法圈定矿区面临着新的挑战。从检索的公开资料分析，目前无成熟的技术方法在海底硫化物勘探中指导的沉积物取样站位设置，并结合重砂矿物和地球化学方法进行综合勘探。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于海底的硫化物找矿方法，以对海底找矿工作作出新的探索，解决现有技术中的上述问题。在现有技术条件下，它具有较大的探测范围，且具有高效、便捷的优势。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于地形分析的海底硫化物找矿方法，包括如下步骤：

步骤1：选择成矿远景区；

步骤2：搜集成矿远景区地形数据，绘制海底地形图；

步骤3：对海底地形图进行栅格洼地填充后，使用GIS流向与流量分析工具模拟海底沉积物运移通道，生成海底沉积物运移通道图；对海底沉积物运移通道进行等级划分，矢量化后识别各等级运移通道分支之间的连接点，使用GIS分水岭工具进行沉积盆域划分，生成海底沉积盆域图；将成矿远景区海底地形图深度值乘负一，得到海底反转地形，对反转地形运用海底沉积盆域图绘制方法，得到海底地块分布图；结合成矿远景区底流方向，规划设计取样站位；

所述海底沉积物运移通道图是指根据沉积物从高处往低处运移的原理，对地形进行分析而识别出的海底沟谷分布，是海底沉积物汇集并运移的通道；

所述海底沉积盆域图是指对海底沉积物运移通道进行等级划分后，各条运移通道分支所对应的沉积物汇集的源区，是由山脊线分割成的一系列盆地；

所述海底地块分布图的概念与海底沉积盆域图相反，是一系列由海底沟谷分隔成的高地形，是将海底地形图整体反转后，再运用海底盆域图绘制方法得到的海底高地形分布；

步骤4：在步骤3中的取样站位点进行地质取样，获取沉积物样品；

步骤5：对步骤4获取的沉积物样品进行重砂矿物鉴定及主微量元素分析，依据海底热液成因背景选取矿物指标及元素指标，绘制海底重矿物分散晕图及地球化学晕图；

步骤6：对海底重矿物分散晕图和地球化学晕图进行叠加分析，结合地形分析圈定成矿有利区。

进一步地，步骤3中所述海底沉积物运移通道图的绘制方法具体为：对成矿远景区海底地形图进行分析处理，基于GIS方法对地形栅格进行洼地填充，并提取流向和流量，根据流量阈值生成海底沉积物运移通道图，该图指示海底沉积物汇集方向，是规划沉积物取样站位的重要依据。

进一步地，步骤3中所述海底沉积盆域图的绘制方法具体为：对海底沉积物运移通道图进行通道等级划分，矢量化后使用折点转点工具识别各条通道分支的连接点位置，使用分水岭工具进行沉积盆域划分，生成成矿远景区海底沉积盆域图，该图指示各条海底沉积物运移通道的沉积物汇集源区，是由山脊线分割成的一系列盆地，对取样站位规划和成矿有利区的圈定具有重要意义。

进一步地，步骤3中所述海底地块分布图的绘制方法具体为：将成矿远景区海底地形图的深度值整体乘负一，得到成矿远景区的海底反转地形，对反转地形运用海底沉积盆域图绘制方法得到海底地块分布图，该图的概念与海底沉积盆域图相反，是一系列由海底沟谷分隔成的高地形分布，指导取样站位规划和成矿有利区的圈定。

进一步地，步骤3中所述取样站位选取方法具体遵循如下原则：

(1)取样站位设计应尽量分布在更多的沉积盆域；

(2)取样站位沿海底沉积物迁移通道两侧附近布设；

(3)站位设置应沿海底地块边界，并沿底流上游方向一侧；

进一步地，步骤5中所述海底重矿物分散晕图绘制方法具体为：对各取样站位沉积物样品进行重砂矿物鉴定及数量统计，再选择有效指示海底热液活动的矿物指标进行统计，所述矿物指标包括重砂总量、黄铜矿颗数、黄铁矿颗数、闪锌矿颗数、硬石膏颗数、重晶石颗数及帘石类矿物颗数，依据统计结果对不同矿物指标分别进行插值处理，绘制一系列的海底重矿物分散晕图。

进一步地，步骤5中所述地球化学晕图绘制方法具体为：对各取样站位沉积物样品进行主微量元素分析，依据分析结果选择有效指示热液活动的元素指标进行插值，绘制一系列的地球化学晕图；所述元素指标包括w(Al+Fe+Mn)/w(Al),w(Fe)/w(Al),w(Fe)/w(Mn)，w(Cu)/w(Mn),w(Zn)/w(Mn).其中，w(Al)为Al元素的质量百分比，w(Fe)为Fe元素的质量百分比，w(Mn)为Mn元素的质量百分比w(Cu)为Cu元素的质量百分比,w(Zn)为Zn元素的质量百分比，w(Al+Fe+Mn)为Al元素、Fe元素和Mn元素的质量百分比之和。

进一步地，步骤6中所述海底重矿物分散晕图和地球化学晕图叠加分析方法具体为：对各地球化学晕图和各海底重矿物分散晕图进行叠加，识别叠加结果最高值位置，结合地形分析圈定成矿有利区。

进一步地，步骤6中所述成矿有利区圈定应考虑如下几点：

(1)叠加分析结果最高值位置对应成矿有利区；

(2)成矿有利区的圈定应考虑地形分析结果，其有可能在沉积盆域内延伸；

(3)成矿有利区不一定对应热液区，可能是由沉积物二次富集形成；

(4)叠加分析结果最高值位置若位于海底沉积物运移通道处，则指示沉积物二次富集的成矿有利区；叠加分析结果最高值位置若位于海底沉积物运移通道外部，海底高地形发育处，则指示海底热液区存在；

(5)热液区往往形成局部高地形，可参考海底地块图进行分析。

如上所述，本发明提供的基于地形分析的海底硫化物找矿方法，具有以下

有益效果：

(1)针对海底取样站位设置遇到的问题，本发明提出海底地形分析指导取样站位规划，使得取样站位布局更加合理高效；

(2)本发明中成矿有利区的圈定参考了地形分析绘制的海底沉积盆域图和海底地块分布图，具有更高的合理性和可信度；

(3)针对传统水体异常调查方法，本发明方法直接面向成矿元素及重砂矿物，对海底硫化物勘探更具有针对性、准确性、可靠性；

(4)可充分利用前人工作积累的大量调查数据；

(5)相对常规地球物理及物理海洋方法，本发明方法采样前的取样站位设计及采样后的测试、分析工作主要工作都在实验室完成，海上作业时间较短，节省了费用与人力成本；

(6)传统水体异常调查方法对于非活动热液区探测具有局限性，本发明方法通过海底重矿物分散晕图和地球化学晕图的叠加分析，对非活动热液区隐伏硫化物及二次富集成矿具有更好的探测效果。

附图说明

图1是本发明进行实施过程流程图。

图2是本发明进行实施过程中的海底沉积物运移期望图。

图3是本发明进行实施过程中的海底沉积盆域图。

图4是本发明进行实施过程中的海底地块分布图。

图5是本发明进行实施过程中的海底重矿物分散晕图。

图6是本发明进行实施过程中的地球化学晕图。

具体实施方式

下面结合附图并通过特定的具体实例详细介绍所本发明的实施方式，本领域技术人员可根据说明书内容轻易理解本发明的实施步骤以及功效和优势。本发明亦可应用于海底其他类型的找矿工作中，技术人员可依据不同应用场景，在不背离本发明精神的前提下对各项细节做处调整，例如各项数据的获取方式、地形数据的精度等。需要做出说明的是，任何本领域技术人员在权利要求范围内作出的细节调整均属于本发明的保护范畴。

请参阅图1的流程示意，本发明提供一种基于地形分析的海底硫化物找矿方法，包括如下步骤：

步骤1：选择成矿远景区；

步骤2：搜集成矿远景区地形数据，并编制海底地形图；

步骤3：对海底地形进行处理分析，使用GIS方法进行栅格洼地填充，用流向与流量分析工具模拟海底沉积物运移通道，生成海底沉积物运移通道图；对海底沉积物运移通道进行等级划分，矢量化后识别各等级运移通道分支之间的连接点，使用GIS分水岭工具进行沉积盆域划分，生成海底沉积盆域图；将成矿远景区海底地形图深度值乘负一，得到海底反转地形，对反转地形运用海底沉积盆域图绘制方法，即得到海底地块分布图；结合该区域底流方向，规划设计取样站位；

步骤3中提到的海底地形分析方法具体为：

(1)海底沉积物运移通道图绘制方法：对成矿远景区海底地形图进行分析处理，基于GIS方法对地形栅格进行洼地填充，并提取流向和流量，模拟推测大尺度海底沉积物运移通道，设定流量阈值为500，即生成海底沉积物运移通道图，该图是根据沉积物从高处往低处运移的原理，对地形进行分析而识别出的海底沟谷分布，是海底沉积物汇集并运移的通道，指示海底沉积物汇集方向，是规划沉积物取样站位的重要依据。

(2)海底沉积盆域图分析方法：对海底沉积物运移通道图进行通道等级划分，矢量化后使用折点转点工具识别各条通道分支的连接点位置，使用分水岭工具进行沉积盆域划分，生成成矿远景区海底沉积盆域图，该图指示各条海底沉积物运移通道的沉积物汇集源区，对取样站位规划和成矿有利区的圈定具有重要意义。

(3)海底地块图分析方法：将成矿远景区海底地形图的深度值整体乘负一，得到成矿远景区的海底反转地形，对反转地形进行沉积盆域分析即得到海底地块分布图，该图为海底高地形分布，阻隔该区域底流和沉积物运移，指导取样站位规划和成矿有利区的圈定。

(4)综合分析海底沉积物运移通道图、海底沉积盆域图、海底地块分布图，并结合海底锚系观测获取的区域背景底流方向，选取最优取样站位布局。

步骤3中所述取样站位选取方法具体遵循如下原则：

(1)取样站位设计应尽量分布在更多的沉积盆域；

(2)取样站位沿海底沉积物运移通道两侧附近布设；

(3)取样站位设置应沿海底地块边界，并沿底流上游方向一侧。

在本实施实例中，海底沉积物运移通道图、海底沉积盆域图、海底地块分布图分别如图2、图3、图4所示。

步骤4：在步骤3中的取样站位处进行电视抓斗取样，获取沉积物样品；

步骤5：对步骤4获取的沉积物样品进行重砂矿物鉴定及主微量元素分析，依据海底热液成因背景选取矿物指标及元素指标，绘制海底重矿物分散晕图及地球化学晕图；

步骤5中所述海底重矿物分散晕图及地球化学晕图绘制方法具体为：

(1)对各取样站位沉积物样品进行重砂矿物鉴定及数量统计，再选择有效指示海底热液活动的矿物指标进行统计，所述矿物指标包括重砂总量、黄铜矿颗数、黄铁矿颗数、闪锌矿颗数、硬石膏颗数、重晶石颗数及帘石类矿物颗数，依据统计结果对不同矿物指标分别进行插值处理，绘制一系列的海底重矿物分散晕图；

(2)对各取样站位沉积物样品进行主微量元素分析，依据分析结果选择有效指示热液活动的元素指标进行插值，绘制一系列的地球化学晕图；所述元素指标包括w(Al+Fe+Mn)/w(Al),w(Fe)/w(Al),w(Fe)/w(Mn)，w(Cu)/w(Mn),w(Zn)/w(Mn).其中，w(Al)为Al元素的质量百分比，w(Fe)为Fe元素的质量百分比，w(Mn)为Mn元素的质量百分比w(Cu)为Cu元素的质量百分比,w(Zn)为Zn元素的质量百分比，w(Al+Fe+Mn)为Al元素、Fe元素和Mn元素的质量百分比之和。

在本实施实例中，海底重矿物分散晕图、地球化学晕图分别如图5、图6所示。

步骤6：结合重砂方法和地球化学方法，对海底重矿物分散晕图和地球化学晕图进行叠加，参考步骤3中地形分析结果，综合分析并圈定矿区，；

步骤6中所述海底重矿物分散晕图和地球化学晕图综合分析方法具体为：对各地球化学晕图和各海底重矿物分散晕图进行叠加，识别叠加结果最高值位置，结合地形分析圈定成矿有利区。

步骤6中所述成矿有利区圈定应考虑如下几点：

(1)叠加分析结果最高值位置对应成矿有利区；

(2)成矿有利区的圈定应考虑地形分析结果，其有可能在沉积盆域内延伸；

(3)成矿有利区不一定对应热液区，可能是由沉积物二次富集形成；

(4)叠加分析结果最高值位置若位于海底沉积物运移通道处，则指示沉积物二次富集的成矿有利区；叠加分析结果最高值位置若位于海底沉积物运移通道外部，海底高地形发育处，则指示海底热液区存在；

(5)热液区往往形成局部高地形，可参考海底地块图进行分析。

上述实施例仅仅用于说明本发明的技术方案，技术人员可依据不同应用场景，在不背离本发明精神的前提下对各项细节做处调整。本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。