SUPERVISOR
Stefano Albanese (استاد مشاور) Benedetto De Vivo (استاد مشاور) احمدرضا مختاري (استاد راهنما)
STUDENT
Taher Najafian
طاهر نجفيان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Modifying dilution correction equations of geochemical anomalies and improving the background estimation of lithological units in stream sediments
Stream sediment sampling is a well-known technique used to discover the geochemical anomalies. Various methods have been used in interpretation of stream sediment data in which geochemical landscapes are proposed to be modeled as either continuous or discrete fields. The sample catchment basin approach (SCBA) is one of the mostly-used discrete field techniques which its theoretical development date back to 1970s and 1980s. In SCBA, two main processes including correcting the geochemical background due to lithology and dilution correction are applied to avoid the creation of false anomalies and missing true anomalies and to more effectively delineation of anomalous catchment basins based on mathematical equation. The present study, knowing the shortcomings of exploratory geochemical studies, tries to take steps to improve and develop methods of geochemical interpretation of stream sediment data. To do these tasks, two areas are selected including portions of the1:100,000 Varzaghan and Kohpayeh geological maps. In general, certain chemical contents of stream sediments have positive relationships with areas of lithologic units in a catchment basin and have negative relationships with total area of a catchment basin, and these relationships have been used to model background concentrations and dilution effect, respectively. It should be noted that the area factor applied in all Equations is a horizontal (2D) projection of the area whereas in reality chemical composition of stream sediments is influenced by surfaces of lithologic units, which vary in three-dimensional (3D) space, as do the surfaces of sample catchment basins. To correct dilution effect from geochemical anomalies, the calculation of the three-dimensional area of catchments and rock units and its comparison with the results obtained from the calculations based on the two-dimensional area of the same basins in Varzeqan region was studied. The study area has 490 samples of stream sediments. According to mineral occurrence of copper mineralization and economic value, in this study, copper was selected as a reference element to the desired range. After calculating the three-dimensional area of all rock units in each basin as well as the True Sample Catchment Basins, the residual values of geochemical dilution correction based on the new relation presented by Mokhtari and Grossinejad (2015) based on SDR for n ( n = 0 , n = -0.25 and n = -0.5 ) were calculated and the geochemical anomalies were separated from the background using fractal concentration-area. The effectiveness of new equations in anomaly delineation was demonstrated by Normalized Density (ND) concept and the results showed how the parameters improved dilution correction of geochemical anomalies. The spatial position and actually, the distance and proximity of a lithological unit to the sampling site of the sediment discharge can play a role in amount of sediment delivery in that basin. On the other hand, under the same conditions in a stream basin consisting of two different lithological units, sediments related to that lithological unit in vicinity of the sample of the stream sediment may travel over shorter distance to reach the sampling point. Thi point is so useful in estimation of being anomalous or non-anomalous basin.. If there is mineralized source in much further lithological units, the resulting sediments should be traorted over longer distance and there would be a possibility of its dilution and reduction of its signal size during exploration by using stream sediment method. This distance is considered as the stream distance betwee lithological unit (j ) in catchment basin ( i ) and sample location of stream sediment ( Lji ). The weighted mean equation was solved in order to estimate the geochemical background concentration of the elements in two cases, considering the independent area variable ( Xij ) and the parallel area parameter divided by the length of the canal ( Zij = Xij / Lij ). To compare the results, two different approaches were considered. First, comparing the geochemical contexts obtained from the new and existing equations in each sample with its corresponding sample in the actual data set for each element. Second, comparing the geochemical background scatter distribution of all data obtained from the new and existing relationships for each element with the actual data. The results obtained from both methods showed that the length of the canal plays an important role in the downstream dilution of sediments from the mineralized areas and for all elements, Zij was closer to the value observed at the outlet of the basin.
روش تجزيه و تحليل رسوبات آبراهه اي بر اساس روش حوضه آبريز نمونه، يکي از روشهاي موثر در اکتشاف ذخاير فلزي بوده و مدت هاست که ژئوشيمي رسوبات آبراههاي توجه زمين شناسان را به منظور مکان يابي نواحي کاني زايي شده با اميد اکتشاف نهشته هاي قابل معدن کاري در مراحل بعدي به خود معطوف کرده است. در تحليل ژئوشيميايي دادههاي رسوبات آبراههاي مجموعه از عوامل زمين شناختي، ژئومورفولوژيکي، هيدرولوژيکي و رسوب شناسي در محتوي ژئوشيميايي رسوبات آبراهه اي نقش تعيينکننده دارند. در حوزهي اکتشافات ژئوشيميايي در محيطهاي سوپرژن، مفاهيم بسياري همچون زمينه ژئوشيميايي واحدهاي سنگي در يک حوضه و نيز زمينه ژئوشيميايي کل حوضه، رقيقشدگي آنوماليهاي ژئوشيميايي، فرسايش، موقعيت واحدهاي سنگي نسبت به نقاط نمونه برداري و مساحت واقعي حوضه با توجه به شيب و توپوگرافي حوضه، در روابط به درستي تبيين نشدهاند. تحقيق پيش رو با آگاهي از نواقص و کاستيهاي موجود در مطالعات ژئوشيمي اکتشافي سعي دارد در راستاي بهبود و توسعهي روشهاي تفسير ژئوشيميايي دادههاي رسوبات آبراهه اي گام بردارد. بر اين مبنا دو مطالعه موردي شامل مناطقي از برگه هاي زمين شناسي 1:100000 ورزقان و کوهپايه انتخاب گرديدند. درمناطق مربوط به برگه ورزقان از داده هاي ژئوشيميايي رسوبات آبراهه اي برداشت شده توسط سازمان زمين شناسي و اکتشافات معدني کشور استفاده شده است و در منطقه فشارک (بخشي از برگه زمين شناسي کوهپايه)، کليه مراحل شامل طراحي و نمونه برداري از رسوبات آبراهه اي و واحد هاي سنگي، آناليز و تست هاي آزمايشگاهي در راستاي اهداف اين رساله مي باشد. در رساله پيش رو، محاسبه مساحت سه بعدي حوضه هاي آبريز و واحد هاي سنگي و مقايسه آن با نتايج بدست آمده از محاسبات بر اساس مساحت دو بعدي همان حوضه ها در منطقه ورزقان مورد بررسي قرار گرفت. محدوده مورد مطالعه داراي تعداد 490 نمونه رسوبات آبراهه اي مي باشد. با توجه به وجود انديس ها و مناطق کاني زايي و ارزش اقتصادي مس، در اين تحقيق عنصر مس به عنوان عنصر مرجع جهت مطالعه محدوده مورد نظر انتخاب گرديد.پس از محاسبه مساحت سه بعدي تمامي واحد هاي سنگي موجود در هر حوضه و همچنين حوضه هاي واقعي نمونه، مقادير باقيمانده هاي تصحيح رقيق شدگي ژئوشيميايي بر اساس رابطه جديد ارائه شده توسط مختاري و گروسي نژاد (2015) مبتني بر SDR براي n هاي مختلف ( n=0 ، n=-0.25 و n=-0.5 ) محاسبه شد و با استفاده از فرکتال غلظت-مساحت نسبت به جدايي آنومالي هاي ژئوشيميايي موجود از زمينه اقدام شد. براي مقايسه نتايج بدست آمده، با رسم نمودار هاي نرخ پيشبيني-مساحت و محاسبه چگالي نرمال شده، مشخص گرديد با استفاده از مساحت سه بعدي بجاي دو بعدي، نتايج 25% ، 24% و 23% براي n هاي مختلف بهبود يافته اند. همچنين براي سه مقدار مختلف n ، بيشترين مقدار ND براي n=-0.5 بدست آمد که اين نتايج با مطالعات گروسي نژاد و همکاران (2017) تطابق دارد. يکي ديگر از مسائل مطرح شده در اين رساله، استفاده از حوضه آبراهه واقعي نمونه ها بجاي استفاده از حوضه هاي محدود بين دو نقطه نمونه برداري بود که همزمان با اثر محاسبه مساحت سه بعدي در يک منطقه هدف (منطقه ورزقان در شمال باختر ايران) و همچنين بهبود تخمين مقدار زمينه ژئوشيميايي در منطقه فشارک، موردمطالعه قرار گرفت. در اين پژوهش اقدام به در نظر گرفتن نقش طول آبراهه در تخمين مقدار زمينه ژئوشيمي سنگ هاي بالادست در حوضه هاي آبريز آن ها شد. بدين منظور شاخص طول آبراهه اي ( Lij ) براي هر واحد سنگي موجود در حوضه مورد نظر محاسبه گرديد که نشاندهنده طول مسيري است که رسوبات هر واحد سنگي براي رسيدن به خروجي حوضه طي مي کنند. معادله ميانگين وزن دار غلظت هاي تک عنصري به منظور تخمين غلظت زمينه ژئوشيميايي عناصر در دو حالت با در نظرگرفتن متغير مستقل مساحت ( Xij ) و پارامترتوأمان مساحت تقسيم بر طول آبراهه اي ( Zij=Xij/Lij ) حل شد. به منظور پياده سازي کامل روش تحليل حوضه آبريز نمونه اي يک منطقه هدف (اطراف روستاي فشارک، اصفهان) انتخاب شد. تعداد 69 نمونههاي رسوبات آبراهه اي انتخاب و نمونه هاي رسوب (جزء80 - مش) با روش ICP-OES براي 33 عنصر اصلي و فرعي توسط شرکت زرآزما مورد آناليز قرار گرفته اند. براي مقايسه نتايج، دو رويکرد مختلف در نظر گرفته شد. اول مقايسه زمينه ژئوشيميايي بدست آمده از روابط جديد و موجود در هر نمونه با نمونه متناظر آن در مجموعه داده واقعي براي هر عنصر و دوم، مقايسه توزيع پراکندگي زمينه ژئوشيميايي تمامي داده هاي بدست آمده از روابط جديد و موجود براي هر عنصر با داده هاي واقعي. از نتايج بدست آمده از هر دو روش مشخص گرديد که طول آبراهه نقش مهمي در رقيقشدگي پايين دست رسوبات ناشي از نواحي کاني سازي شده دارد و در مورد تمامي عناصر، مقدار تخميني با در نظر گرفتن سهم جديد ( Zij ) به مقدار مشاهده شده در خروجي حوضه نزديکتر بوده است.