地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (8): 847 -863. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.061

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C-A多重分形模型在复杂地球化学叠加场分解中的应用研究——以湖南沃溪金矿区为例
陈海龙1(), 张威1, 欧阳志强1(), 陈平波1, 彭南海2, 李浩3, 肖松春1, 张利军1   
  1. 1. 湖南省遥感地质调查监测所，湖南 长沙 410015
    2. 有色金属矿产地质调查中心南方地质调查所，湖南 长沙 410000
    3. 湖南辰州矿业有限责任公司，湖南 沅陵 419607
  • 收稿日期:2025-07-02 修回日期:2025-07-25 出版日期:2025-08-10
  • 通讯作者: 欧阳志强
  • 基金资助:
    湖南省自然资源厅科技计划项目(2023-0145DZ); 湖南省地质院科研项目(HNGSTP202559)

Application of C-A Multifractal Model in Complex Geochemical Superposition Dield Decomposition—A Case Study of the Woxi Au Mining Area in Hunan Province

Hailong CEHN1(), Wei ZHANG1, Zhiqiang OUYANG1(), Pingbo CHEN1, Nanhai PENG2, Hao LI3, Songchun XIAO1, Lijun ZHANG1   

  1. 1. Hunan Remote Sensing Geological Survey and Monitoring Institute, Changsha 410015, China
    2. Southern Geological Survey of China Non-ferrous Metals Resource Geological Survey, Changsha 410000, China
    3. Hunan Chen Zhou Mining Co. , Ltd. , Yuanling Hunan 419607, China
  • Received:2025-07-02 Revised:2025-07-25 Online:2025-08-10 Published:2025-10-20
  • Contact: Zhiqiang OUYANG
  • Supported by:
    the Science and Technology Plan Project of the Hunan Provincial Department of Natural Resources(2023-0145DZ); The Project of the Hunan Provincial Geological Institute(HNGSTP202559)
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矿床的形成普遍伴随有不同地质事件的叠加或改造，成矿物质来源于不同（浅源与深源）的成矿地质事件，其成矿地质意义和相对应的地球化学场的找矿意义不同，多期叠加成矿，地球化学场通常表现为多源复杂叠加场，实现对“多源复杂叠加场”的有效分解，建立地球化学场与其成矿地质事件的耦合，能大幅提高勘查地球化学评价的精度。基于此，运用含量—面积（C-A）多重分形模型对湖南沃溪金矿区土壤介质中的烃汞综合气体测量数据进行了深入分析，通过对不同标度区的数据进行深度挖掘以揭示其关联性，结合研究区金矿的成矿规律，进而探讨了不同类型“叠加场”的成矿机理，开展了深部找矿潜力评价。研究结果表明：①湖南沃溪金矿区土壤地球化学异常多重分形特征模式存在2种类型：由2条直线段拟合而成的分形模式，称之为模型Ⅰ；由3条直线段拟合而成的分形模式，称之为模型Ⅱ，这种多重分形模型显示出研究区存在2期叠加成矿的可能。②通过对模型Ⅰ和模型Ⅱ中不同标度区成矿元素（Au）—有机烃（CH4和C2H6等）—汞（Hg）等化学元素之间关联性的深度挖掘，发现二者均存在两种不同成矿作用形成的地球学叠加异常：“同生叠加异常”代表区域成矿作用，浅源流体（变质流体和大气降水等）仅带来含矿地层中成矿物质参与Au的成矿，该类异常因受成矿物质来源限制，可能会形成金矿点或小型金矿床，深部找大矿的潜力相对较小；“深源叠加异常”代表受板块碰撞—离散或板内地幔热柱上涌及深大断裂搅动，地幔流体由深部向上运移，经多层次流体混合演化带来大量深部成矿物质对“同生叠加异常”再次叠加成矿，深部找矿潜力较大。研究成果与大量的工程验证高度契合，说明基于C-A多重分形模型深度挖掘的地球化学多源复杂叠加场分解，取得了更好的应用效果，为地球化学深部找矿潜力评价提供了新的研究思路和方法。

关键词: 地球化学异常, 同生叠加异常, 深源叠加异常, 多重分形模型, 应用效果, 金矿

The formation of mineral deposits is generally accompanied by the superposition or transformation of different geological events, and involving varying sources (shallow and deep) of ore-forming materials. The geological significance of these ore-forming events and their corresponding geochemical fields have various implications for mineral exploration. Multistage superimposed mineralization typically manifests as a complex superimposed field comprising multiple sources in geochemical contexts. Effectively decomposing the ‘multi-source complex superimposed field’ and establishing the coupling between the geochemical field and its corresponding ore-forming geological events can greatly enhance the accuracy of geochemical evaluation in exploration. Based on this concept, this study utilized the C-A multifractal model to analyze hydrocarbon-mercury comprehensive gas measurement data from soil medium in the Woxi gold mining area of Hunan. By extensively exploring the correlations of data at different scales and combining the mineralization patterns of gold deposits in the study area, the study further investigated the mineralization mechanisms of various types of “superimposed fields” and conducted an assessment of deep-seated mineral exploration potential. The results indicate that: ① The study area exhibits two characteristic multifractal patterns of soil geochemical anomalies, formed by fitting either two (termed Model Ⅰ) or three (termed Model II) straight-line segments, respectively. This multifractal model suggests the possibility of two periods of overlapping mineralization in the study area. ② Examination of correlations between mineralization elements (Au), organic hydrocarbons (CH4, C2H6, etc.), and other chemical elements in the different scaling regions of Models I and II revealed that both showed two distinct superimposed geochemical anomalies, formed by different mineralization processes. The “syngenetic superimposed anomaly” represents regional mineralization, in which shallow-source fluids (metamorphic fluids, atmospheric precipitation, etc.) only bring mineralized materials from ore-forming strata to participate in Au mineralization. This type of anomaly, limited by the source of mineralization materials, may form gold points or small gold deposits, with correspondingly low potential for discovering large deposits. The “deep-source superimposed anomaly”, on the other hand, is influenced by plate collisions, dispersion, or the upwelling of mantle heat columns and the disturbance of deep large fractures. These processed facilitate the migration of mantle fluids from depth, and their evolution through multi-level fluid mixing, which brings a substantial amount of deep ore-forming materials to further superimpose mineralization on the “syngenetic superimposed anomaly”, thus presenting considerable potential for deep mineral discovery. The results align closely with extensive engineering validation, indicating that the decomposition of complex geochemically superimposed fields based on the C-A multifractal model has achieved better application results, providing new research ideas and methods for evaluating the potential of deep mineral exploration in geochemistry.

Key words: Geochemical anomalies, Simultaneous superposition anomaly, Deep source superposition anomaly, Multifractal model, Application effect, Gold mine

中图分类号: 

图1 江南造山带及沃溪矿区地质构造简图 （a）江南造山带（据参考文献［19］修改）；（b）沃溪矿区地质构造简图（据参考文献［20］修改）
Fig. 1 The Jiangnan orogenic belt and geological structure schematic of the Woxi mining area （a） The Jiangnan Orogenic Belt （modified after reference ［19］）； （b） Geological structure schematic of the Woxi mine area （modified after reference ［20］）
图2 烃汞测量工程布置图
Fig. 2 Diagram of the hydrocarbon mercury measurement engineering layout
表1 湖南沃溪金矿鱼儿山矿段不同地质体烃类组分含量特征
Table 1 Content characteristics of hydrocarbon component in different geobodies of mine district in the Yuershan section of Woxi Gold Mine， Hunan Province
矿区 特征值（样品数） Au/（ng/g） 甲烷/（μL/kg） 乙烷/（μL/kg） 丙烷/（μL/kg） 异丁烷/（μL/kg） 正丁烷/（μL/kg） 异戊烷/（μL/kg） 正戊烷/（μL/kg） 乙烯/（μL/kg） 丙烯/（μL/kg） Hg/（ng/g）
沃溪金矿体 区域背景（25） 8.91 161.20 34.42 20.62 1.46 6.51 1.20 1.80 28.80 21.33 2.20
矿区背景（43） 17.20 817.30 150.30 69.06 4.70 21.05 3.70 5.60 125.11 82.01 3.90
矿体（46） 3 000.00 5 877.00 865.20 272.10 17.08 79.04 12.03 22.04 747.01 504.02 36.02
强蚀变岩（46） 1 246.00 4 331.00 626.10 199.30 13.06 62.06 10.04 17.06 576.02 411.01 36.03
弱蚀变岩（46） 284.20 1 010.00 163.20 59.04 4.07 18.07 3.07 5.01 138.10 91.02 89.01
含钙板岩（46） 28.32 501.24 81.83 31.52 2.08 9.21 1.50 3.03 64.61 40.90 6.50
沃溪外围 矿化体（32） 30.82 180.90 26.42 13.34 0.98 4.48 0.90 1.38 29.52 21.60 0.83
强蚀变（32） 51.06 175.50 28.63 17.92 1.30 6.01 1.18 1.92 30.31 21.90 4.73
弱蚀变（32） 1.39 60.13 8.01 4.62 0.38 1.54 0.31 0.53 9.11 6.06 0.89
含钙板岩（32） 2.38 77.43 10.23 6.19 0.52 2.21 0.47 0.74 12.30 9.46 0.52
表2 湖南沃溪金矿鱼儿山矿段各指标相关系数统计表
Table 2 Statistical table of correlation coefficients of various indicators in the Yuershan section of Woxi Gold Mine， Hunan Province
指标 Au 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙烯 丙烯 Hg
Au 1.00
甲烷 0.63 1.00
乙烷 0.64 0.99 1.00
丙烷 0.56 0.98 0.99 1.00
异丁烷 0.55 0.98 0.98 0.99 1.00
正丁烷 0.57 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00
异戊烷 0.54 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00
正戊烷 0.57 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00
乙烯 0.68 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.97 0.98 1.00
丙烯 0.72 0.98 0.98 0.97 0.97 0.97 0.96 0.97 0.99 1.00
Hg 0.70 0.29 0.34 0.26 0.25 0.28 0.25 0.30 0.37 0.41 1.00
表3 湖南沃溪金矿外围矿化体各指标相关系数统计表
Table 3 Statistical table of correlation coefficients of various indicators in the peripheral mineralization body of Woxi Gold Mine， Hunan Province
指标 Au 甲烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙烯 丙烯 Hg
Au 1.00
甲烷 0.01 1.00
乙烷 0.01 0.99 1.00
丙烷 0.03 0.93 0.95 1.00
异丁烷 0.07 0.88 0.91 0.99 1.00
正丁烷 0.05 0.91 0.94 1.00 1.00 1.00
异戊烷 0.07 0.86 0.89 0.99 1.00 0.99 1.00
正戊烷 0.04 0.90 0.93 0.99 1.00 1.00 0.99 1.00
乙烯 0.00 0.99 1.00 0.95 0.91 0.94 0.89 0.93 1.00
丙烯 0.01 0.99 0.99 0.96 0.93 0.95 0.91 0.94 1.00 1.00
Hg 0.66 0.01 0.02 0.04 0.04 0.04 0.03 0.05 0.00 0.01 1.00
图3 不同元素（组分）地球化学二段多重分形及模型Ⅰ图
Fig. 3 Geochemical multi-element （component） two-stage analysis and model I diagram
图4 不同元素（组分）地球化学三段多重分形及模型Ⅱ图
Fig. 4 Geochemical multi-element （component） third-stage multifractal analysis and model II diagram
图5 元素（组分）地球化学及工程验证图
Fig. 5 Element （component） geochemical and engineering validation diagram
表4 不同异常带C-A多重分形模型对应关系
Table 4 The correspondence relationship of different abnormal bands C-A multi-fractal model
异常带编号 烃类 Au Hg
I 模型Ⅱ 模型Ⅱ 模型Ⅰ
Ⅱ 模型Ⅰ 模型Ⅰ 模型Ⅰ
Ⅲ 模型Ⅱ 模型Ⅱ 模型Ⅰ
Ⅳ 模型Ⅱ 模型Ⅱ 模型Ⅱ
表5 Ⅰ号异常带土壤各指标相关系数统计表
Table 5 Statistical table of correlation coefficients for various indicators of soil in area Ⅰ
指标 As Mo Sb W Au Bi 甲烷 乙烷 丙烷 正丁 异丁 异戊 正戊 乙烯 丙烯 Hg
As 1.00
Mo 0.51 1.00
Sb 0.89 0.39 1.00
W 0.73 0.25 0.73 1.00
Au 0.81 0.18 0.76 0.66 1.00
Bi 0.79 0.39 0.65 0.67 0.74 1.00
甲烷 -0.06 -0.11 -0.03 0.12 0.08 -0.01 1.00
乙烷 -0.06 -0.11 -0.02 0.12 0.09 -0.01 0.99 1.00
丙烷 -0.06 -0.11 -0.03 0.12 0.08 -0.01 1.00 1.00 1.00
正丁 -0.06 -0.11 -0.02 0.12 0.08 -0.01 0.99 1.00 1.00 1.00
异丁 -0.07 -0.11 -0.03 0.11 0.08 -0.02 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00
异戊 -0.06 -0.11 -0.03 0.11 0.08 -0.02 0.99 0.98 0.99 0.99 1.00 1.00
正戊 -0.07 -0.11 -0.03 0.12 0.08 -0.02 0.96 0.96 0.97 0.99 0.99 0.95 1.00
乙烯 0.03 0.23 -0.02 0.00 -0.05 -0.01 -0.10 -0.18 -0.14 -0.10 -0.12 -0.12 -0.05 1.000
丙烯 0.18 0.06 0.10 0.19 0.13 0.22 -0.09 -0.07 -0.08 -0.08 -0.11 -0.12 -0.060 0.58 1.00
Hg 0.78 0.20 0.66 0.62 0.88 0.84 -0.02 -0.02 -0.02 -0.02 -0.03 -0.03 -0.031 -0.06 0.21 1.00
表6 Ⅱ号异常带土壤各指标相关系数统计表
Table 6 Statistical table of correlation coefficients for various indicators of soil in area Ⅱ
指标 As Mo Sb W Au Bi 甲烷 乙烷 丙烷 正丁 异丁 异戊 正戊 乙烯 丙烯 Hg
As 1.00
Mo 0.19 1.00
Sb 0.70 0.19 1.00
W 0.24 0.02 0.43 1.00
Au 0.37 0.03 0.61 0.87 1.00
Bi 0.37 0.12 0.44 0.07 0.16 1.00
甲烷 0.23 0.22 0.14 0.18 0.25 0.15 1.00
乙烷 0.09 0.15 0.10 0.21 0.26 0.03 0.78 1.00
丙烷 0.14 0.15 0.20 0.11 0.17 0.12 0.39 0.80 1.00
正丁 0.21 0.14 0.31 0.12 0.21 0.16 0.35 0.75 0.94 1.00
异丁 0.21 0.18 0.37 0.29 0.38 0.30 0.55 0.80 0.83 0.82 1.00
异戊 0.43 0.28 0.42 0.07 0.12 0.20 0.34 0.47 0.60 0.67 0.63 1.00
正戊 0.55 0.27 0.58 0.03 0.14 0.33 0.27 0.32 0.49 0.60 0.48 0.84 1.00
乙烯 0.38 0.09 0.48 0.10 0.06 0.35 0.03 0.09 0.23 0.27 0.23 0.35 0.56 1.00
丙烯 0.42 0.20 0.40 0.06 0.02 0.20 0.08 0.12 0.39 0.38 0.42 0.57 0.59 0.73 1.00
Hg 0.53 0.10 0.63 0.37 0.36 0.36 0.06 0.11 0.34 0.36 0.34 0.34 0.51 0.63 0.54 1.00
表7 Ⅲ号异常带土壤各指标相关系数统计表
Table 7 Statistical table of correlation coefficients for various indicators of soil in area Ⅲ
指标 As Mo Sb W Au Bi 甲烷 乙烷 丙烷 正丁 异丁 异戊 正戊 乙烯 丙烯 Hg
As 1.00
Mo 0.15 1.00
Sb 0.16 0.14 1.00
W 0.99 0.11 0.08 1.00
Au 0.99 0.07 0.15 0.99 1.00
Bi 0.25 0.13 0.40 0.21 0.21 1.00
甲烷 0.05 0.27 0.24 0.07 0.03 0.27 1.00
乙烷 0.09 0.34 0.27 0.10 0.07 0.26 0.98 1.00
丙烷 0.13 0.33 0.31 0.15 0.11 0.13 0.93 0.96 1.00
正丁 0.10 0.33 0.34 0.13 0.09 0.01 0.84 0.87 0.94 1.00
异丁 0.14 0.32 0.32 0.17 0.12 0.02 0.84 0.89 0.98 0.96 1.00
异戊 0.13 0.09 0.25 0.17 0.13 0.14 0.45 0.51 0.66 0.72 0.75 1.00
正戊 0.07 0.06 0.26 0.12 0.09 0.27 0.28 0.35 0.55 0.63 0.70 0.81 1.00
乙烯 0.13 0.10 0.22 0.16 0.13 0.25 0.31 0.36 0.57 0.63 0.69 0.66 0.84 1.00
丙烯 0.13 0.23 0.27 0.15 0.11 0.10 0.86 0.87 0.94 0.92 0.93 0.67 0.60 0.69 1.00
Hg 0.228 0.04 0.63 0.17 0.20 0.62 0.04 0.003 0.11 0.23 0.19 0.18 0.39 0.40 0.17 1.00
表8 Ⅳ号异常带土壤各指标相关系数统计表
Table 8 Statistical table of correlation coefficients for various indicators of soil in area Ⅳ
指标 As Mo Sb W Au Bi 甲烷 乙烷 丙烷 正丁 异丁 异戊 正戊 乙烯 丙烯 Hg
As 1.00
Mo 0.67 1.00
Sb 0.84 0.27 1.00
W 0.64 0.16 0.63 1.00
Au 0.86 0.75 0.60 0.69 1.00
Bi 0.56 0.01 0.75 0.35 0.31 1.00
甲烷 0.51 0.21 0.58 0.39 0.33 0.53 1.00
乙烷 0.52 0.23 0.58 0.39 0.35 0.54 0.99 1.00
丙烷 0.51 0.17 0.60 0.40 0.32 0.57 0.97 0.99 1.00
正丁 0.36 0.01 0.50 0.35 0.18 0.55 0.88 0.91 0.94 1.00
异丁 0.51 0.13 0.62 0.43 0.31 0.56 0.92 0.95 0.99 0.94 1.00
异戊 0.33 0.01 0.50 0.25 0.12 0.51 0.77 0.81 0.89 0.91 0.93 1.00
正戊 0.50 0.11 0.60 0.53 0.38 0.44 0.65 0.67 0.72 0.69 0.77 0.74 1.00
乙烯 0.59 0.13 0.67 0.70 0.49 0.51 0.71 0.73 0.76 0.74 0.80 0.70 0.90 1.00
丙烯 0.43 0.06 0.64 0.46 0.22 0.64 0.93 0.93 0.94 0.91 0.93 0.83 0.75 0.81 1.00
Hg 0.59 0.29 0.53 0.14 0.43 0.72 0.30 0.33 0.35 0.28 0.32 0.28 0.21 0.22 0.30 1.00
图6 R型聚类分析谱系图
Fig. 6 R-type clustering analysis spectrum diagram
表9 因子分析—正交旋转载荷矩阵结果
Table 9 The results of factor analysis-orthogonal rotation load matrix
指标 同生叠加异常 深源叠加异常
F1 F2 F3 F1 F2 F3
As 0.97 0.07 -0.06 0.01 0.62 0.37
Mo 0.78 0.17 -0.17 0.09 0.13 0.09
Sb 0.93 0.01 0.05 0.06 0.67 0.57
W 0.89 0.11 0.04 0.12 0.01 0.92
Au 0.85 -0.01 -0.15 0.16 0.07 0.94
Bi 0.88 0.24 0.14 0.01 0.45 0.19
甲烷 0.17 0.95 -0.03 0.59 0.14 0.20
乙烷 0.10 0.98 0.01 0.93 0.14 0.16
丙烷 0.07 0.96 0.16 0.92 0.23 0.01
异丁 0.15 0.93 0.14 0.89 0.30 0.04
正丁 0.06 0.90 0.34 0.87 0.23 0.23
异戊 0.07 0.15 0.04 0.61 0.52 0.05
正戊 -0.07 0.22 0.93 0.42 0.72 0.01
乙烯 -0.01 0.24 0.91 0.04 0.88 0.13
丙烯 0.16 0.86 0.25 0.27 0.79 0.15
Hg 0.87 0.21 0.05 0.15 0.75 0.38
主因子方差贡献 5.58 5.48 1.99 4.29 4.03 5.53
图7 Ⅱ号异常带-T8线深源叠加异常工程验证［24］
Fig. 7 Anomaly band No. II-T8 line deep source stacking anomaly engineering verification［24］
图8 Ⅲ号异常带-T4线同生叠加异常工程验证［24］
Fig. 8 Anomaly band No. III-T4 Line coexistent overlay anomaly engineering verification［24］
表10 工程验证及金矿（化）体地球化学特征
Table 10 Engineering validation and geochemical characteristics of gold deposits
验证区 异常类别 参与统计的工程数（样品数） 金矿（化）体地球化学特征
Au/（g/t） 厚度/m C1/（μL/kg） C2/（μL/kg） C3/（μL/kg） 相关性 聚类分析 因子分析
Ⅱ号和Ⅳ号异常带 深源叠加异常 5个中段、8个见矿孔（85个） 1.23~5.21 2.00~8.58 5 638.00 1 243 142.11 0.45~0.65 显示出Au-W、Au-Sb两期叠加成矿元素（组分）组合特征 显示以Au-W、Au-Sb两期叠加元素（组分）组合因子
Ⅰ号和Ⅲ号异常带 同生叠加异常 5个不见矿孔（42个） 0.12~0.63 5.00~5.56 287.00 56 10.31 0.03~0.11 显示出Au-W单一成矿期元素（组分）组合特征 显示以Au-W单一成矿期元素（组分）组合因子
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