基于ArcGIS的大比例尺找礦靶區(qū)的優(yōu)選技術(shù)*

李 楊 趙新生 陳 川

(1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院;2.新疆中亞造山帶大陸動(dòng)力學(xué)與成礦預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

隨著我國多年的礦產(chǎn)開發(fā)，如今，依靠單一的地質(zhì)調(diào)查很難進(jìn)行找礦工作，找礦模式必須采用多元信息集成的方式才能有效進(jìn)行［1］。礦產(chǎn)勘查中，通常將中小比例尺成礦預(yù)測所圈定的找礦有利地段稱為“找礦遠(yuǎn)景區(qū)”，而將大比例尺的稱為“找礦靶區(qū)”。在進(jìn)行調(diào)查區(qū)詳查或者在某礦區(qū)進(jìn)行資源量二次詳查的時(shí)候，預(yù)測區(qū)面積通常很小，有時(shí)只有幾平方千米。本研究以新疆托克遜縣好運(yùn)溝銅礦普查區(qū)為例，結(jié)合使用ArcGIS Desktop 9.3平臺中集成的相關(guān)軟件，如 ArcMap、移動(dòng) GIS軟件 ArcPad等［2］，探討如何在大比例尺下進(jìn)行快速有效的找礦靶區(qū)優(yōu)選評價(jià)。

1 預(yù)測區(qū)地質(zhì)背景

好運(yùn)溝礦區(qū)處于南天山薩阿爾明山的早古生代被動(dòng)陸緣造山帶東段。構(gòu)造帶是在前寒武紀(jì)基底上于寒武—奧陶紀(jì)發(fā)展成的非巖漿型被動(dòng)陸緣，沉積了較厚的陸源碎屑巖建造。泥盆紀(jì)初轉(zhuǎn)入?yún)R聚，有花崗巖鏈生成，匯聚泥盆紀(jì)沉積為陸源碎屑巖和中酸性火山巖建造。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，加里東期花崗巖位于元古界中天山星星峽群組內(nèi)，呈巖株或巖枝狀產(chǎn)出。主要巖性為閃長巖、白色片麻狀花崗巖及紅色鉀質(zhì)花崗巖。華力西期侵入體主要巖性為灰白色斜長花崗巖、淺紅色粗粒斑狀花崗巖及淺紅色二云母花崗巖等。巖體與地層接觸帶上常發(fā)育圍巖矽卡巖化及鈹、鎢等礦化作用。硅質(zhì)巖寬幾米至百余米，沿走向厚度變化大，呈蛇形延伸，產(chǎn)狀嚴(yán)格受庫米什東背斜構(gòu)造及NE向斷裂控制。地表露頭以強(qiáng)褐鐵礦化、黃鉀鐵礬化為特征，硫磺、絹云母化、鉻云母化普遍，沿層理氧化淋濾空洞發(fā)育，具蜂窩狀孔穴構(gòu)造［3］。

該區(qū)域的礦產(chǎn)主要分布于3條北西西走向的卡塔尤魯斷裂、阿其克庫都克斷裂和拱拜子斷裂兩側(cè)。好運(yùn)溝礦區(qū)東臨彩花溝銅礦，西接彩虹銅礦，東北角還有忠寶鎢礦，這3個(gè)礦區(qū)前人做過大量工作，為后期的解釋對比工作提供了便利條件。

2 化探巖石測量工作

2.1 野外工作方法

采用1∶10 000化探巖石測量進(jìn)行全區(qū)化探掃面，網(wǎng)度100 m×20 m。首先需要在ArcMap下布置化探采樣點(diǎn)，設(shè)置線號、點(diǎn)號［4］;再選擇ArcMap下的ArcPad工具，點(diǎn)擊“Get Data For ArcPad”按鈕將上一步布置好的化探采樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成ArcPad軟件可以識別的格式;之后導(dǎo)入到安裝好ArcPad軟件、帶有GPS定位的PDA中。本研究所使用的GPS型號是麥哲倫Mobile Mapper CX，帶有二次差分模式，單點(diǎn)定位精度為1 m以內(nèi)，完全達(dá)到此次測量工作的精度要求［5］。本次工作初期，使用該軟件進(jìn)行了工區(qū)的道路追索，結(jié)合ArcMap的使用，在路線布置和野外施工中大大降低了地形對工作的影響。

該工區(qū)面積約54.2 km2，除去第四系覆蓋、基巖風(fēng)化較嚴(yán)重以及地勢較差等因素的影響，實(shí)際采取巖石樣品數(shù)量12 930個(gè)。將樣品送入化驗(yàn)室專門進(jìn)行化學(xué)分析鑒定耗時(shí)長、成本高，所以樣品分析采用本實(shí)驗(yàn)室的Innov－X5000型X射線熒光快速分析儀進(jìn)行分析，此次化探工作的重點(diǎn)是為了查清Cu及其指示元素在工作區(qū)的地球化學(xué)異常分布規(guī)律，所以儀器的精度可以滿足要求。儀器檢測完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，存儲文件類型為dbf，可用Excel軟件打開。該儀器存儲的文件為只讀屬性，不能修改，保證了原始數(shù)據(jù)的可靠性，可將內(nèi)容復(fù)制到新建Excel表中進(jìn)行編輯［6］。

2.2 化探異常下限的確定

確定化探異常分級首先要確定工作區(qū)的化探異常下限。確定化探異常的方法有傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)法、穩(wěn)健估計(jì)法、85%累計(jì)頻率法和多重分形法等［7］。每個(gè)方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際中要通過對比研究、綜合實(shí)驗(yàn)分析來判斷哪種方法最適合本工區(qū)。雖然每種方法各有不同，但實(shí)際上都是為了尋找海量數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，人為的數(shù)據(jù)篩選很大程度都是依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，而有時(shí)會忽略一些有利區(qū)域，所以本次直接采用軟件對工區(qū)化探異常元素進(jìn)行分級。

整理測量結(jié)果表格，使元素分析結(jié)果、對應(yīng)元素取樣位置的線號和點(diǎn)號以及千米網(wǎng)坐標(biāo)一一對應(yīng)。首先需要剔除元素分析結(jié)果中的未檢出數(shù)據(jù)，即保留有效數(shù)據(jù)，之后分析數(shù)據(jù)中的極高值。例如，Cu元素分析結(jié)果數(shù)據(jù)絕大多數(shù)均在700×10－6以下，但出現(xiàn)了1 326×10－6、1 738×10－6、2 517×10－6等結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場異常查證的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這幾處區(qū)域基巖表面均有少量孔雀石化現(xiàn)象。在進(jìn)行記錄的同時(shí)選擇將這幾個(gè)點(diǎn)刪除，以避免這種離散點(diǎn)對計(jì)算機(jī)分級造成影響。全部數(shù)據(jù)處理可用Excel軟件輕松實(shí)現(xiàn)，最終保留Cu、Pb、Zn有效數(shù)據(jù)分別為9 902、10 031、9 585個(gè)。打開ArcMap工具欄中的“Tools”下拉菜單，選擇“Add XY Data”，可以根據(jù)提示將整理好的化探數(shù)據(jù)Excel表格通過千米網(wǎng)坐標(biāo)以要素的形式加入到ArcMap中，注意坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇要和加入數(shù)據(jù)的千米網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)一致。然后進(jìn)行分級:以Cu元素為例，右鍵點(diǎn)擊Cu元素要素，點(diǎn)擊下拉菜單中的“Properties”，選擇彈出窗口中的“Symbology”選項(xiàng)卡，左側(cè)選擇按照數(shù)量(Quantities)分級，點(diǎn)擊“Classify”按鈕出現(xiàn)數(shù)據(jù)分級工具(Classification)窗口。其中可以查看數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)，比如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等;可以選擇選擇數(shù)據(jù)的分級方式、分級數(shù)量;也可以手動(dòng)排除不需要的數(shù)據(jù)。從工具窗口可以直觀地看出數(shù)據(jù)符合自然分布規(guī)律，系統(tǒng)默認(rèn)分級規(guī)則也為自然分級，這里不妨直接將分級級數(shù)設(shè)為2，產(chǎn)生的結(jié)果即可以當(dāng)做該元素的異常下限。按照這種分級方式確定出Cu、Pb、Zn 3種元素的異常下限分別為93×10－6、115×10－6、103×10－6。之后可以在“Exclusion”選項(xiàng)中將處于異常下限以下的數(shù)據(jù)排除，再進(jìn)行一次分級，將結(jié)果作為該元素的異常分級。

2.3 物探靶區(qū)的圈定

化探數(shù)據(jù)處理方法通常是繪制異常元素等值線，由于化探數(shù)據(jù)不同于物探數(shù)據(jù)，其數(shù)值變化比較劇烈，所以一般先將數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，平滑數(shù)據(jù)使計(jì)算機(jī)能夠較好地進(jìn)行插值生成地球化學(xué)等值線異常圖。但是無論是網(wǎng)格化還是插值處理，其中涉及到的處理方法選擇勢必會帶來人為因素對數(shù)據(jù)的破壞，插值圖件很多時(shí)候也會放大異常，降低異常圈定的準(zhǔn)確度。于是，在進(jìn)行化探異常靶區(qū)圈定的時(shí)候通常直接采用符號圖，將化探采樣點(diǎn)分析結(jié)果以點(diǎn)的形式投到軟件中進(jìn)行對比分析。這種處理方法大大增加了靶區(qū)圈定的準(zhǔn)確度。

礦區(qū)東部地區(qū)Cu、Pb、Zn化探元素異常結(jié)果見圖1。為了使異常更加直觀，3種元素的分級方式一致。該區(qū)地層南傾，傾角約60°，其中曲線為此區(qū)域發(fā)育的一條絹英巖巖脈，地層走向與該巖脈基本一致。巖脈兩側(cè)出露大量黃鉀鐵礬蝕變帶，同時(shí)可以看出Cu、Zn元素異常較集中分布在巖脈附近及南側(cè)，Pb元素異常在該區(qū)較少。因此結(jié)合地表找礦信息，圈定此區(qū)域(矩形框)為化探異常靶區(qū)，將該區(qū)域作為下一步物探工作的重點(diǎn)區(qū)域。

圖1 Cu、Pb、Zn元素化探異常分級結(jié)果

3 物探測量工作

該區(qū)域多金屬礦與硫化物關(guān)系密切，在激發(fā)極化法物探測量中礦化體與圍巖有較大的電性差異，礦化體表現(xiàn)為低阻高極化或高阻高極化的異常特征，故這一區(qū)域?qū)ふ叶嘟饘俚V化體所采用的物探手段是激發(fā)極化法［8］。本次激電工作電極距為1 800 m，網(wǎng)度為50m×20m。同樣采用ArcMap軟件進(jìn)行工作布置，結(jié)合ArcPad工具進(jìn)行野外施工。

本次激電工作測量結(jié)果見圖2、圖3。該工區(qū)的正常背景值約為1.4%，本次測量工作的異常背景值為2.21%，異常極化率的極大值為4.64%，剔除異常背景值的剩余值為2.43%，有用異常剩余效應(yīng)得到充分體現(xiàn)［9］。異常下限確定的方法同樣可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)在該區(qū)域工作的經(jīng)驗(yàn)確定異常下限為2.0%，剔除低于2.0%的值后對剩余值進(jìn)行自然分級?？梢钥闯觯惓＜性谀繕?biāo)區(qū)域偏北的部分，西邊異常強(qiáng)度較大，往東逐漸變?nèi)酰惓隙诉吘壟c絹英巖帶吻合度較好，異常值出現(xiàn)的部位地表廣泛發(fā)育黃鉀鐵帆蝕變。結(jié)合激電測量極化率以及視電阻率結(jié)果，遵循“低阻高極化”原則分別圈定出3塊較有利的物探異常靶區(qū)(圖2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū))。根據(jù)此區(qū)域以往的工作經(jīng)驗(yàn)［10］，激電工作測量結(jié)果中的礦質(zhì)異常極化率通常為1.8% ～3.2%，工區(qū)炭質(zhì)片巖較發(fā)育，同樣會引起高極化效應(yīng)，成規(guī)模的炭質(zhì)片巖的極化率通常比礦質(zhì)異常要高，Ⅲ區(qū)前人有過鉆探工作，推測下鉆依據(jù)也為激電異常，由于巖芯保存不善，無法確定其地下情況，但在殘留的巖芯中發(fā)現(xiàn)了少量的炭質(zhì)片巖巖芯，因此基本可以確定Ⅲ區(qū)地下存在炭質(zhì)干擾。因此本次在I區(qū)、Ⅱ區(qū)不同巖性巖石表面進(jìn)行了物性測定工作，以期達(dá)到排除地表炭質(zhì)巖性對異常值干擾的目的。測量結(jié)果最高極化率值為1.4%，基本可以排除此區(qū)域地表的炭質(zhì)巖性干擾。

圖2 化探異常靶區(qū)激電中梯測量極化率點(diǎn)位

圖3 化探異常靶區(qū)激電中梯測量視電阻率點(diǎn)位

4 結(jié)論

通過本次工作查清了好運(yùn)溝銅礦普查區(qū)全區(qū)的巖石地球化學(xué)元素異常分布情況;在此基礎(chǔ)上對比地質(zhì)情況圈定了有利的物探靶區(qū)進(jìn)行工作，基本弄清了物探靶區(qū)不同巖性的物性差異以及物探異常分布情況;最后通過對現(xiàn)有已知礦床(工區(qū)東邊的彩華溝硫銅礦、西邊的彩虹銅礦)的對比分析，在靶區(qū)布置了3個(gè)鉆孔位置，極大縮小了整個(gè)礦區(qū)具有潛力的區(qū)域。此套方法的有效性已在東邊彩花溝銅礦區(qū)、新疆富蘊(yùn)地區(qū)的工作中得到驗(yàn)證。

這種利用快速分析儀的化探方法，所得到的元素異常值能夠確定研究區(qū)域元素異常分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，為后期物探工作提供指導(dǎo)。結(jié)合該區(qū)的地質(zhì)條件，進(jìn)行激電中梯測量，激電異常與地表絹英巖巖脈、黃鉀鐵帆蝕變帶吻合度較好，基本查清了不同巖性的物性差異，為后續(xù)更為精細(xì)的地質(zhì)勘探工作提供了地球物理依據(jù)。

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