基于GIS的礦產(chǎn)預(yù)測(cè)地質(zhì)解譯空間信息集成

葉水盛，喬金海，葉育鑫，郭利軍，蔡紅軍

1.吉林大學(xué)綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)研究所，長(zhǎng)春 130061 2.國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094 3.吉林大學(xué)符號(hào)計(jì)算與知識(shí)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130012 4.吉林大學(xué)國(guó)家地球物理探測(cè)儀器工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)春 130061 5.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，呼和浩特 010020

基于GIS的礦產(chǎn)預(yù)測(cè)地質(zhì)解譯空間信息集成

葉水盛1，喬金海2，葉育鑫3，4，郭利軍5，蔡紅軍5

1.吉林大學(xué)綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)研究所，長(zhǎng)春 130061 2.國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094 3.吉林大學(xué)符號(hào)計(jì)算與知識(shí)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130012 4.吉林大學(xué)國(guó)家地球物理探測(cè)儀器工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)春 130061 5.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，呼和浩特 010020

利用我國(guó)海量地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)字地質(zhì)圖和礦產(chǎn)圖，通過(guò)基于GIS的地質(zhì)解譯空間集成地質(zhì)信息，將其用于綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)。以地質(zhì)解譯系統(tǒng)對(duì)內(nèi)蒙大興安嶺南段1∶20萬(wàn)成礦預(yù)測(cè)的應(yīng)用為案例，闡述地質(zhì)信息的空間提取與集成過(guò)程：首先在建立地質(zhì)字典庫(kù)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)空間信息共享的基礎(chǔ)上，通過(guò)礦化密集區(qū)對(duì)地質(zhì)模型的分類(lèi)圖層進(jìn)行空間分析，建立地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)；然后，基于典型礦床圈定模型單元，通過(guò)模型單元與地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)的空間分析，建立地質(zhì)找礦模型；最后，基于地質(zhì)單元對(duì)地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)的二次空間集成，完成預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息提取與集成。將本方法應(yīng)用在銀礦案例的綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)靶區(qū)評(píng)價(jià)上，得到可供進(jìn)一步查證的新增靶區(qū)比已知靶區(qū)增加了近5倍。

礦產(chǎn)預(yù)測(cè)；地質(zhì)解譯；地質(zhì)空間信息集成；地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)；地理信息系統(tǒng)

0 前言

我國(guó)已將建國(guó)60年來(lái)積累的海量地質(zhì)資料建立起非常巨大的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)完成和正在建設(shè)的全國(guó)性數(shù)據(jù)資源有12大類(lèi)50余種數(shù)據(jù)庫(kù)，包括1∶500萬(wàn)－1∶5萬(wàn)數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)，1∶20萬(wàn)、1∶5萬(wàn)和小比例尺礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)等，其中包括了大量圖形數(shù)據(jù)和多圖層屬性數(shù)據(jù)。為了滿(mǎn)足我國(guó)快速增長(zhǎng)的礦產(chǎn)資源需求，急需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用上述海量地質(zhì)信息，服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)理論與方法現(xiàn)已成為礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)通行的理論與方法［1］。綜合信息找礦模型以礦產(chǎn)資源體為單元，應(yīng)用它們的集合建立統(tǒng)計(jì)性模型。礦產(chǎn)資源體有不同的等級(jí)（如礦田、礦床、礦體等），不同等級(jí)的找礦模型是統(tǒng)計(jì)性模型而不是確定性模型。綜合信息找礦模型以地質(zhì)信息為基礎(chǔ)，研究地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和遙感信息，并研究它們之間信息的轉(zhuǎn)換規(guī)律，應(yīng)用間接信息找尋隱伏礦產(chǎn)資源體和盲礦產(chǎn)資源體，達(dá)到找礦的目的［2］。

綜合信息找礦模型中地質(zhì)找礦模型的建立，尤其是通過(guò)基于GIS的地質(zhì)解譯進(jìn)行空間地質(zhì)信息的自動(dòng)提取和集成，建立地質(zhì)找礦模型，完成預(yù)測(cè)模型的空間信息提取與轉(zhuǎn)換，迄今仍是一件較困難的事。筆者圍繞這一問(wèn)題展開(kāi)了一系列的論述。

1 基于GIS的礦產(chǎn)預(yù)測(cè)地質(zhì)信息解譯原理

1.1 綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的地質(zhì)解譯

礦產(chǎn)圖與地質(zhì)圖是綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)分析，地質(zhì)圖和礦產(chǎn)圖是不同性質(zhì)、不同時(shí)期、不同等級(jí)地質(zhì)體和礦產(chǎn)資源體的組合。各種物、化探圖系和遙感影像是地質(zhì)體、礦產(chǎn)資源體不同側(cè)面的顯示。

目前地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖都是二維的，應(yīng)用綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)理論與方法體系，可以建立綜合信息找礦模型，通過(guò)綜合信息找礦模型研究礦產(chǎn)資源體的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和遙感信息，形成三維化礦產(chǎn)資源體集合，按礦種進(jìn)行礦產(chǎn)資源體預(yù)測(cè)。即：按礦種編制綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)圖系，按不同礦種和不同類(lèi)型礦床組成礦床密集區(qū)集合，按不同礦種研究礦床密集區(qū)和異常密集區(qū)信息之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律，推斷不同礦種隱伏礦產(chǎn)資源體集合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同礦種礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)［1］。

1.2 基于GIS的綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)地質(zhì)解譯

地質(zhì)解譯過(guò)程就是綜合信息成礦預(yù)測(cè)圖的編制過(guò)程。筆者遵循綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的地質(zhì)解譯原理與方法，總結(jié)傳統(tǒng)的地質(zhì)解譯地質(zhì)圖及礦產(chǎn)圖的建模過(guò)程和工作流程［3－4］，在設(shè)計(jì)綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的總體框架下［5－6］，設(shè)計(jì)并成功研發(fā)出由新建字典庫(kù)、原始圖處理、空間分析3個(gè)主要功能模塊組成的地質(zhì)解譯系統(tǒng)［7］（圖1）。系統(tǒng)中設(shè)5個(gè)獨(dú)立子功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理與服務(wù)：系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置包括指定工作路徑、解譯用圖及結(jié)果圖庫(kù)的存放目錄；文件管理是指對(duì)任一GIS點(diǎn)、線、面文件的存?。粓D庫(kù)管理是將地質(zhì)解譯全過(guò)程的圖庫(kù)自動(dòng)分類(lèi)建庫(kù)；屬性庫(kù)管理是瀏覽、條件檢索圖形的屬性庫(kù)；幫助是指地質(zhì)解譯系統(tǒng)的具體操作使用說(shuō)明。

研發(fā)的地質(zhì)解譯系統(tǒng)功能齊全，能在計(jì)算機(jī)上完成地質(zhì)解譯全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)基于GIS礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的地質(zhì)信息提取。

圖1 地質(zhì)解譯模塊功能設(shè)計(jì)Fig.1 Functional design of geological interpretation model

2 建立地質(zhì)字典庫(kù)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)空間信息共享

2.1 數(shù)字化地質(zhì)圖

地質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于地質(zhì)圖、礦產(chǎn)圖等，其數(shù)據(jù)類(lèi)型分為圖形數(shù)據(jù)和與圖形相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)［8］。眾所周知，我國(guó)不同時(shí)期、不同省區(qū)、不同比例尺建立的數(shù)字化地質(zhì)圖的屬性庫(kù)結(jié)構(gòu)各異?；贕IS的地質(zhì)解譯首先需要將各種不同地質(zhì)圖的屬性庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和重建，建立地質(zhì)解譯系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的共享信息，然后才能開(kāi)展地質(zhì)解譯的空間成礦信息提取。

2.2 建立系統(tǒng)共享地質(zhì)空間信息的字典庫(kù)

建立地質(zhì)解譯系統(tǒng)的字典庫(kù)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換不同數(shù)字化地質(zhì)圖中的不同庫(kù)結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)通用的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)解譯系統(tǒng)下的地質(zhì)空間信息共享。

筆者設(shè)計(jì)了地質(zhì)解譯字典庫(kù)，該模塊對(duì)不同的數(shù)字化地質(zhì)圖采用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一管理，如圖2所示，通過(guò)系統(tǒng)的“新建字典庫(kù)”功能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)地質(zhì)圖向系統(tǒng)用的標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)圖的轉(zhuǎn)換。地質(zhì)字典庫(kù)為地質(zhì)建模和空間地質(zhì)信息的自動(dòng)、快速集成提供共享的標(biāo)準(zhǔn)信息源。

3 建立地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)

綜合信息找礦模型是以礦產(chǎn)資源體為單元，應(yīng)用它們的集合建立的統(tǒng)計(jì)性模型。不同等級(jí)的地質(zhì)找礦模型必須研究不同等級(jí)的地質(zhì)體，建立不同等級(jí)的空間信息地質(zhì)找礦模型［9］。筆者主要論述1∶ 20萬(wàn)礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中地質(zhì)信息的提取研究，建立礦田級(jí)的空間信息地質(zhì)找礦模型。

圖2 新建字典庫(kù)功能Fig.2 Functions of the built dictionary database

3.1 地質(zhì)模型分類(lèi)圖層的建立

對(duì)地質(zhì)解譯而言，地層及巖體的劃分是綜合解譯工作的地質(zhì)先驗(yàn)前提，需要根據(jù)預(yù)測(cè)目的簡(jiǎn)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)圖為地質(zhì)模型分類(lèi)圖層。圖1中的“成礦模型”功能模塊，即為地質(zhì)圖層分類(lèi)而設(shè)的。地質(zhì)圖層的分類(lèi)方法可以有多種：可按不同預(yù)測(cè)目標(biāo)分別建立不同礦種的成礦地質(zhì)分類(lèi)圖層；也可按地質(zhì)圖圖例進(jìn)行分類(lèi)，如地層、巖體、巖脈等的簡(jiǎn)單分類(lèi)。本文采用后一種分類(lèi)。文中案例是開(kāi)展中比例尺金、銅、鉛、鋅、銀多金屬礦預(yù)測(cè)，根據(jù)內(nèi)生礦產(chǎn)的地層、巖漿巖、構(gòu)造控礦因素分析，將案例中的內(nèi)蒙古大興安嶺南段1∶20萬(wàn)的系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)圖，按建立的成礦模型分別集成建立地層分類(lèi)庫(kù)、巖體分類(lèi)庫(kù)，目的是為地質(zhì)解譯建立基礎(chǔ)圖庫(kù)。

圖層分類(lèi)是由分類(lèi)模型的代碼與系統(tǒng)的地質(zhì)圖標(biāo)準(zhǔn)代碼的匹配檢索來(lái)實(shí)現(xiàn)的：即通過(guò)分類(lèi)模型匹配的屬性記錄代碼找到相應(yīng)的圖形記錄，經(jīng)過(guò)一系列空間分析的判別、合并等功能，分別保存同種類(lèi)型巖性的圖元。圖1中的“原始圖處理”功能模塊完成地質(zhì)圖的地層、巖體分類(lèi)過(guò)程。

3.1.1 建立地層分類(lèi)庫(kù)

從地質(zhì)演化的角度分析不同時(shí)代地質(zhì)體的控礦特征，在地質(zhì)解譯系統(tǒng)下，將內(nèi)蒙古大興安嶺南段1∶20萬(wàn)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)圖進(jìn)行地層劃分。按照成礦模型劃分地質(zhì)體基本類(lèi)型，全區(qū)地層共劃分為10類(lèi)：老變質(zhì)巖早元古代寶音圖群；石炭系下統(tǒng)、中統(tǒng)；二疊系上統(tǒng)、下統(tǒng)；三疊系上統(tǒng)；侏羅系下統(tǒng)、中統(tǒng)、上統(tǒng)；白堊系下統(tǒng)。

3.1.2 建立巖體分類(lèi)庫(kù)

按時(shí)代與巖性分類(lèi)建立巖體分類(lèi)庫(kù)。全區(qū)巖漿巖共劃分為12類(lèi)：石炭紀(jì)中性；二疊紀(jì)酸性、中性、基性、超基性；三疊紀(jì)酸性；侏羅系酸性、中性、基性；白堊紀(jì)酸性、中性、基性。

3.2 建立礦化密集區(qū)

礦產(chǎn)資源體是指那些含有礦床（點(diǎn)）及礦化信息的地質(zhì)體。這些礦產(chǎn)資源體集合的空間分布特征反映了它的成礦規(guī)律。地質(zhì)找礦模型的地質(zhì)找礦標(biāo)志包括來(lái)自預(yù)測(cè)區(qū)礦產(chǎn)圖庫(kù)中已知典型礦床（體）的成礦特征，重砂、化探異常等的礦化信息特征［10－11］，與地層、巖漿巖、構(gòu)造等地質(zhì)體的成礦相關(guān)性分析結(jié)果（圖3）。對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)礦化信息空間分布規(guī)律和特征的研究，不僅是建立地質(zhì)找礦模型的需要，也是模型單元、預(yù)測(cè)單元選定和劃分的重要條件。因此空間集成預(yù)測(cè)區(qū)礦化信息就成為建立地質(zhì)找礦模型首選工作。

3.3 建立地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)

在建立測(cè)區(qū)地質(zhì)模型分類(lèi)圖層的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)區(qū)建立的礦化密集區(qū)進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)分析，建立地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)。

利用地質(zhì)解譯系統(tǒng)的空間分析模塊（圖1），進(jìn)行區(qū)對(duì)點(diǎn)疊加空間分析，分別以地層分類(lèi)庫(kù)、巖體分類(lèi)庫(kù)中的各類(lèi)地層、巖體為疊加圖層，以金、銅、鉛、鋅、銀多金屬礦化密集區(qū)為被疊加圖層，進(jìn)行空間相交分析，建立反映地質(zhì)找礦模型內(nèi)容的地層控礦庫(kù)和巖體控礦庫(kù)，即為地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)。

圖3 礦產(chǎn)圖庫(kù)內(nèi)容（白音諾爾大型鉛鋅銀礦）Fig.3 Content of mineral map database（large lead－zincsilver mine of Baiyinruoer）

3.3.1 建立地層成（控）礦庫(kù)

由前可知，區(qū)內(nèi)出露不同時(shí)代的地層。由于不同地層本身存在相應(yīng)的主成礦元素一致的元素高豐度背景或存在化學(xué)活潑的巖性層，在后期構(gòu)造巖漿作用過(guò)程中一方面同化、溶濾了其中的成礦金屬組分，另一方面巖漿侵入造成的巖熱流體與大氣降水對(duì)流循環(huán)，從圍巖中浸出部分多金屬組分或產(chǎn)生接觸交代作用，因而形成區(qū)內(nèi)廣泛分布的接觸交代型和熱液型甚至斑巖型礦床［12］。按地層分類(lèi)庫(kù)中不同時(shí)期、不同巖性的各類(lèi)地層與各預(yù)測(cè)礦種礦化密集區(qū)的空間相關(guān)分析，從地層分類(lèi)庫(kù)中空間集成并建立地層成（控）礦庫(kù)。地層的成（控）礦地質(zhì)解譯分3個(gè)不同層次，從地層分類(lèi)庫(kù)中空間關(guān)聯(lián)集成不同時(shí)代地層對(duì)不同礦種的成（控）礦特征：

①僅地層中含礦（化）點(diǎn)的巖性（模型標(biāo)志集合）的地質(zhì)體集合，后綴MX；

②地層中與含礦化巖性完全相同的所有地質(zhì)體集合（各地質(zhì)體圖代碼完全相同）后綴HK；

③地層中與含礦化巖性類(lèi)型相同的所有地質(zhì)體集合（各地質(zhì)體庫(kù)代碼完全相同）后綴KK。

各礦種地層成（控）礦庫(kù)中的空間信息庫(kù)和圖庫(kù)的內(nèi)容列表1。

除老變質(zhì)巖分布區(qū)缺金資料外，由表1統(tǒng)計(jì)可知系列成礦與時(shí)間序列有關(guān)，地層從老到新，即從元古宇→石炭系→二疊系→三疊系→侏羅系→白堊系大致形成了金、銅、鉛、鋅、銀礦化組合。

表1 內(nèi)蒙古大興安嶺南段地層成（控）礦庫(kù)Table 1 Formation metallogenic（ore－controlling）database of Daxinganling in the south of Inner Mongolia

3.3.2 建立巖體成（控）礦庫(kù)

本區(qū)廣泛分布種類(lèi)繁多的巖漿巖類(lèi)與現(xiàn)存的已知礦產(chǎn)有直接和間接的成因聯(lián)系，主要作用體現(xiàn)在兩方面：其一是巖漿巖中有大量的成礦物質(zhì)，它是成礦物質(zhì)重要的載體，尤其是金屬物質(zhì)，這些成礦物質(zhì)在地質(zhì)作用下，分別或組合富集，就可以形成單礦種或復(fù)合礦種的礦體，即巖漿巖直接控礦。其二是巖漿活動(dòng)能釋放出大量的熱能，對(duì)深層地下水起加熱和集聚作用，與巖漿自身的含礦熱液混合，在其循環(huán)過(guò)程中可以萃取圍巖中的礦物質(zhì)，使其參加到成礦作用過(guò)程中去。根據(jù)本區(qū)成（控）礦標(biāo)志的空間信息分布特征，以出露巖體為單位分3個(gè)（MX、HK、KK）不同層次集成巖漿巖的所有成（控）礦信息，建立巖體成（控）礦庫(kù)。即按巖體分類(lèi)庫(kù)中不同時(shí)期、不同巖性的成（控）礦作用，從巖體分類(lèi)庫(kù)中以各預(yù)測(cè)礦種為庫(kù)類(lèi)，分別集成各時(shí)代的酸性、中性、基性、超基性巖體空間成（控）礦信息，建立巖體控礦的空間信息庫(kù)和圖庫(kù)。巖體成礦庫(kù)中與本次預(yù)測(cè)有關(guān)的成（控）礦巖性見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)蒙古大興安嶺南段巖體成（控）礦庫(kù)Table 2 Rock mass metallogenic（ore－controlling）database of Daxinganling in the south of Inner Mongolia

由表2統(tǒng)計(jì)可知：Cu與各期的巖漿活動(dòng)都有關(guān)，與各類(lèi)巖性也都有關(guān)，Zn次之；Pb、Ag、Au主要與中酸性巖關(guān)系密切。

4 找礦模型的地質(zhì)空間信息提取

礦產(chǎn)資源體由大、中、小型礦床組成，成為一個(gè)有機(jī)的整體。綜合信息找礦模型是以礦產(chǎn)資源體為單元，應(yīng)用它們的集合建立統(tǒng)計(jì)性模型［1］。

利用已建立的礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（礦產(chǎn)圖）結(jié)合數(shù)字化地質(zhì)圖，研究典型礦床的成礦規(guī)律、控礦因素和找礦標(biāo)志，建立以礦產(chǎn)資源體為單元的模型單元；在上述地質(zhì)解譯的地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦床客觀存在的地質(zhì)找礦標(biāo)志提取，建立找礦標(biāo)志組合的地質(zhì)找礦模型，即為綜合信息找礦模型的地質(zhì)找礦模型空間信息庫(kù)。

4.1 以模型單元建立地質(zhì)找礦模型

在已建立的地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)基礎(chǔ)上，分別建立金、銀、銅、鉛、鋅各預(yù)測(cè)礦種的地質(zhì)找礦模型，建立以礦產(chǎn)資源體為模型單元的礦床（點(diǎn)）密集區(qū)的空間信息庫(kù)和圖庫(kù)。

本文基于GIS建立地質(zhì)找礦模型，就是以地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)疊加模型單元的空間成礦分析，然后與物探、化探、遙感等解譯圖系關(guān)聯(lián)，分析出露及半隱伏礦的物化探異常分布特征，通過(guò)相似類(lèi)比確定半隱伏－隱伏礦的地質(zhì)找礦標(biāo)志，進(jìn)一步歸納總結(jié)典型礦床的地質(zhì)體特征，確定礦產(chǎn)資源體的地質(zhì)找礦標(biāo)志組合，建立基于模型單元的礦田級(jí)綜合信息地質(zhì)找礦模型。

4.2 找礦模型的地質(zhì)空間信息提取

不同礦種建立地質(zhì)找礦模型空間信息庫(kù)的建模過(guò)程、解譯方法和空間信息集成技術(shù)基本類(lèi)似。本文以建立銀地質(zhì)找礦模型空間信息庫(kù)為例來(lái)敘述地質(zhì)解譯的找礦模型建立過(guò)程。

4.2.1 基于典型礦床圈定模型單元

從傳統(tǒng)意義上講，找礦模型的建立是在已知典型礦床的研究分析基礎(chǔ)之上。GIS的引入與應(yīng)用為建立地質(zhì)找礦模型提供了極為便利的手段，它可利用己建立的礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（礦產(chǎn)圖）結(jié)合數(shù)字化地質(zhì)圖，進(jìn)行成礦地質(zhì)空間信息的分析集成，建立地質(zhì)找礦模型。本文在基于GIS的礦產(chǎn)預(yù)測(cè)應(yīng)用研究中，以一個(gè)或數(shù)個(gè)典型礦床組成的礦田作為模型單元圈定的成礦必要條件，依據(jù)礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的礦床屬性庫(kù)的成礦地質(zhì)標(biāo)志（圖3），結(jié)合地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)、以及地球物理、地球化學(xué)的找礦標(biāo)志，決定模型單元的定義域及其邊界條件，建立模型單元（圖4）。

通過(guò)礦產(chǎn)圖銀礦床（點(diǎn)）屬性庫(kù)（圖3）的空間集成，分析典型礦床及礦化點(diǎn)的成（控）礦因素，列出有關(guān)銀典型礦床成礦特征（表3）；并以地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)為地質(zhì)先驗(yàn)底圖，用礦產(chǎn)圖銀多金屬礦床（點(diǎn)）空間定位模型單元，結(jié)合物化探異常確定模型單元的定義域及其邊界條件。

在本測(cè)區(qū)內(nèi)分布銀多金屬礦床4處，其中與銀密集區(qū)有關(guān)的大型礦床2處，小型礦床2處，此外，與銀有關(guān)的礦（化）點(diǎn)7處（圖4）。根據(jù)多金屬礦床與銀有關(guān)的伴（共）生關(guān)系（表3）以及銀礦化點(diǎn)等綜合信息，圈定模型單元與擴(kuò)展模型單元9個(gè)，分別是26、31、46、47、60、76、83、84、86（圖4）。

4.2.2 地質(zhì)信息找礦模型的建立

基于GIS的地質(zhì)找礦模型是在礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)礦產(chǎn)圖庫(kù)的已知典型礦床（體）的地質(zhì)成礦特征（圖3），以及物化探、重砂等信息顯示的特征［13］，建立模型單元；利用模型單元對(duì)地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)進(jìn)行空間信息的提取和集成，建立成（控）礦地層、巖體的地質(zhì)模型找礦標(biāo)志。如集成的銀找礦地質(zhì)模型的主要地質(zhì)找礦標(biāo)志：

1）元古宇錫林郭勒雜巖（Pt1xl），

2）石炭系格根敖包組（Cpg），

3）下二疊統(tǒng)（哲斯組P1zs，大石寨組P1d，壽山溝組P1ss…），

4）侏羅系（新民組J2x，滿(mǎn)克頭鄂博組J3mk，瑪尼吐組J3mn，白音高老組J3b），

5）二疊紀(jì)侵入巖（Pηγ，Pδ），

6）侏羅紀(jì)侵入巖（Jγ，Jγπ，Jγβ，Jηπ），

7）白堊紀(jì)侵入巖（Kγβ，Kξγ，Kλ）。綜合分析銀礦化信息與地質(zhì)找礦標(biāo)志的空間相關(guān)分布，從元古宙、古生代到中生代與銀的產(chǎn)出都有聯(lián)系，但最主要的控礦地層是下二疊統(tǒng)的哲斯組（P1zs），上侏羅統(tǒng)的滿(mǎn)克頭鄂博組（J3mk）、瑪尼吐組（J3mn）和白音高老組（J3b）；主要控礦巖體是二疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖（Pηγ）、閃長(zhǎng)巖（Pδ），侏羅紀(jì)酸性巖（Jγ，Jγπ，Jγβ），白堊紀(jì)黑云母花崗巖（Kγβ）及鉀長(zhǎng)花崗巖（Kξγ）等。

表3 銀典型礦床成礦特征Table 3 Metallogenic table of typical silver deposits

圖4 銀模型單元分布Fig.4 Unite distributions of silver models

5 預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息提取

預(yù)測(cè)模型主要是指統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型和礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型［1］。由于來(lái)自實(shí)際觀測(cè)的地質(zhì)數(shù)據(jù)具有不統(tǒng)一的獨(dú)特性，比較有效的方法是通過(guò)地質(zhì)體和礦產(chǎn)資源體的單元?jiǎng)澐?，將?shù)據(jù)規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理［1］。筆者基于GIS實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)信息的提取，建立綜合信息的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)模型，達(dá)到對(duì)找礦靶區(qū)的定位、定量預(yù)測(cè)的應(yīng)用。

5.1 以地質(zhì)單元建立預(yù)測(cè)模型

5.1.1 統(tǒng)一的地質(zhì)單元——模型單元與預(yù)測(cè)單元

本文單元的劃分是強(qiáng)調(diào)在完整地認(rèn)識(shí)地質(zhì)體和礦產(chǎn)資源體的基礎(chǔ)上，以統(tǒng)一劃分的地質(zhì)體和礦產(chǎn)資源體作為單元，即以含礦床（點(diǎn)）為模型單元，以成礦異常為預(yù)測(cè)單元，兩者在區(qū)域上的控礦特征具有廣泛可對(duì)比性的礦田級(jí)地質(zhì)單元。在第4節(jié)已按內(nèi)生礦床的多金屬成礦特點(diǎn)，用礦床（點(diǎn)）定位、地質(zhì)結(jié)合物化探異常確定單元邊界的方法建立了測(cè)區(qū)的模型單元，應(yīng)用GIS技術(shù)以人機(jī)交互的方式，以其類(lèi)似條件圈定金、銀、銅、鉛、鋅各礦種的預(yù)測(cè)單元。圖5為銀礦預(yù)測(cè)圈定的82個(gè)地質(zhì)單元的空間分布。

5.1.2 預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息提取

以預(yù)測(cè)單元和模型單元的合成地質(zhì)單元分布圖（圖5）為預(yù)測(cè)模型空間信息集成底圖，以地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)為找礦地質(zhì)信息提取對(duì)象，采用GIS空間分析的區(qū)區(qū)疊加分析功能，集成建立以地質(zhì)單元為圖元實(shí)體的地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)，即不同礦種預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息庫(kù)（圖6）。

5.2 預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)變量轉(zhuǎn)換

以模型單元的礦產(chǎn)資源數(shù)字特征和地質(zhì)變量的觀測(cè)值為基礎(chǔ)，分別建立礦產(chǎn)資源定位和定量預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型，用于對(duì)預(yù)測(cè)單元的成礦可能性和潛在資源量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)。

基于GIS建立的地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)最大的特點(diǎn)是，對(duì)地質(zhì)單元內(nèi)每一地質(zhì)實(shí)體都能以圖文并茂的形式，詳盡地用地質(zhì)符號(hào)與精確的數(shù)字表達(dá)其屬性特征，即以圖元和屬性建庫(kù)。通過(guò)地質(zhì)空間信息與地質(zhì)變量的轉(zhuǎn)換，它能滿(mǎn)足不同預(yù)測(cè)模型所要求的多種不同變量類(lèi)型，還可通過(guò)進(jìn)一步對(duì)地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘，提供更深層次的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)變量。

圖5 銀模型單元與預(yù)測(cè)單元分布圖Fig.5 The distributed map of silver model and prognosis units

根據(jù)預(yù)測(cè)模型的統(tǒng)計(jì)條件，進(jìn)行地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)中每一項(xiàng)屬性特征的橫向?qū)Ρ取Ｈ绻麑傩蕴卣髟谀Ｐ蛦卧惺瞧毡榇嬖诘?，可提取作為控制礦產(chǎn)資源分布位置及成礦可能性的資源定位預(yù)測(cè)變量。通過(guò)地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)中每項(xiàng)屬性特征的縱向?qū)Ρ龋喝绻麑傩蕴卣髋c模型單元資源量變化有顯著關(guān)聯(lián)性，可提取作為控制資源量大小變化的定量預(yù)測(cè)變量。筆者在已建立的地質(zhì)找礦空間信息庫(kù)基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的預(yù)測(cè)目標(biāo)，分別構(gòu)置用于金、銅、鉛、鋅、銀多金屬礦預(yù)測(cè)的原始變量。變量的賦值采用2種方法：一種是定性的二態(tài)賦值方法，在單元內(nèi)存在為“1”，不存在或信息不清均為“0”（表4）；另一種是定量的地質(zhì)體實(shí)際度量賦值，如單元包含與成（控）礦有關(guān)的出露巖體的面積度量值等。

圖6 地質(zhì)單元（銀）預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息庫(kù)Fig.6 Geological spatial information database of（silver）prognosis model of geological units

表4 地質(zhì)單元（銀）預(yù)測(cè)模型地質(zhì)空間信息提取轉(zhuǎn)換變量Table 4 Variable table of extraction and conversion of spatial information of（silver）prognosis model of geological unit

6 應(yīng)用實(shí)例

在上述預(yù)測(cè)模型的地質(zhì)空間信息提取基礎(chǔ)上，同時(shí)利用綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)物探空間信息、化探空間信息、遙感空間信息進(jìn)行了提取，并集成綜合信息的定位預(yù)測(cè)與定量預(yù)測(cè)模型，在內(nèi)蒙古大興安嶺南段進(jìn)行了1∶20萬(wàn)金、銅、鉛、鋅、銀多金屬礦的綜合預(yù)測(cè)靶區(qū)評(píng)價(jià)。首次在該區(qū)圈出金靶區(qū)25個(gè)，評(píng)價(jià)出新增大中型礦床靶區(qū)銅14個(gè)、鉛12個(gè)、鋅13個(gè)、銀14個(gè)。

例如：對(duì)銀礦（圖6）82個(gè)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)單元的預(yù)測(cè)模型綜合信息變量（表4），利用特征分析的乘積矩陣主分量法進(jìn)行定位預(yù)測(cè)，計(jì)算控礦變量權(quán)系數(shù)與模型單元及預(yù)測(cè)單元的聯(lián)系度，并根據(jù)單元聯(lián)系度大小排序，靶區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果被分為三級(jí)：一級(jí)靶區(qū)12個(gè)，為86、31、84、60、76、35、64、78、85、32、1、15號(hào)單元；二級(jí)靶區(qū)14個(gè)，為5、10、17、80、81、22、20、26、30、36、34、44、28、33號(hào)單元；其他56個(gè)單元被劃分為三級(jí)靶區(qū)。利用定位預(yù)測(cè)的26個(gè)一、二級(jí)靶區(qū)進(jìn)行資源量預(yù)測(cè)，建立銀聚類(lèi)分析的預(yù)測(cè)模型［14］，按聚類(lèi)結(jié)果及譜系圖分析得出銀資源量規(guī)模預(yù)測(cè)結(jié)果：大型靶區(qū)為46（已知單元）、31（已知中型、預(yù)測(cè)為大型）、86、76（已知單元）、80、78、64、35、15、84共10個(gè)；中型為32、36、85、33、60、5、1共7個(gè)；小型為28、30、20、26、34、44、81、22、17共9個(gè)。

綜上，評(píng)價(jià)出可供進(jìn)一步查證的新增大、中型銀礦靶區(qū)14個(gè)，比已知靶區(qū)增加了近5倍。

7 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化地質(zhì)圖與礦產(chǎn)圖是地質(zhì)空間信息提取的直接找礦信息，地質(zhì)礦產(chǎn)圖結(jié)合化探及組合異常圖可反映地層、巖體的成（控）礦性，結(jié)合物探圖可提取隱伏礦的間接地質(zhì)找礦信息。

在以地質(zhì)體為單元的多金屬成礦預(yù)測(cè)中，以地質(zhì)礦產(chǎn)圖空間定位與定性地質(zhì)單元的空間分布，參考化探主成礦元素、組合異常以及物探異?？梢源_定地質(zhì)單元的定義域及邊界。

以地質(zhì)單元為底圖，以地質(zhì)成礦空間信息庫(kù)和圖庫(kù)為地質(zhì)找礦信息的集成對(duì)象，空間分析集成建立地質(zhì)找礦模型和預(yù)測(cè)模型，不但為基于GIS的地質(zhì)信息空間提取集成提出一條新途徑，也為開(kāi)發(fā)利用我國(guó)已建立的海量空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了一次有益的嘗試。

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Integrate of Geological Interpretation Spatial Information of Mineral Resource Prediction Based on GIS

Ye Shui－sheng1，Qiao Jin－h(huán)ai2，Ye Yu－xin3，4，Guo Li－jun5，Cai Hong－jun5
1.Institute of Mineral Resources Prognosis of Comprehensive Information，Jilin University，Changchun 130061，China 2.State Nuclear Electric Power Planning Design ＆Research Institute，Beijing 100094，China 3.Key Laboratory of Symbolic Computation and Knowledge Engineering of Ministry of Education，Jilin University，Changchun 130012，China 4.National Engineering Research Center of Geophysics Exploration Instruments，Jilin University，Changchun 130061，China 5.Inner Mongolia Bureau of Geology and Mineral Exploration，Hohhot 010020，China

According to our massive digital geological map and mineral map in geological standardsbased database，geological information is integrated in space by GIS－based geological interpretation.It’s utilized to implement comprehensive information mineral forecast.In this paper，ageological interpretation system is applied to 1∶20 0000mineralization prediction about Daxinganling，in the southern of Inner Mongolia.In this work，the spatial geological information extraction and integration process can be illuminated.The geological spatial information is shared by establishing geologicaldictionary.First，geological ore－forming space information base and gallery space are established through making spatial analysis of classification layers of the geological model in the mineralization dense area.Then，the geological prospecting model is established through making spatial analysis about geological model unit and ore－forming spatial information database and gallery space.At last，extraction and integration of the geospatial information of prediction model are completed through the second space integration of the geological model unit to the geological ore－forming spatial information database and gallery space.The amount of new target areas which should be confirmed further is increased 5times by using this approach to evaluate target areas of comprehensive information mineral forecast of a case of Ag mineral.

mineral resource prediction；geological interpretation；spatial integration of geological information；geological prospecting spatial information database；geographic information systems

book=2012,ebook=470

P628.4

A

1671－5888（2012） 04－1214－09

2011－12－05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41172294）

葉水盛（1953－），男，教授，主要從事綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)與GIS開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究，Tel：0431－88502410，E－mail：ye＿jl.edu＠163.com

葉育鑫（1981－），男，講師，主要從事地學(xué)信息集成技術(shù)研究，E－mail：yeyx＠jlu.edu.cn。