西昆侖塔什庫爾干沉積變質(zhì)型鐵礦基于GIS的多元信息成礦預測

王江霞，張連昌，郝延海，何立東，石玉君，鄭夢天，李智泉

(1.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；2.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083； 3.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘探開發(fā)局第二地質(zhì)大隊，新疆昌吉 844099)

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西昆侖塔什庫爾干沉積變質(zhì)型鐵礦基于GIS的多元信息成礦預測

王江霞1.2，張連昌1，郝延海3，何立東3，石玉君3，鄭夢天1，李智泉1.2

(1.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；2.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083； 3.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘探開發(fā)局第二地質(zhì)大隊，新疆昌吉 844099)

本文在全面總結(jié)以往地質(zhì)和勘探報告等資料的基礎上，重點對賦存于下元古界布倫闊勒群地層中的沉積變質(zhì)型鐵礦進行研究，從成礦地質(zhì)背景分析入手，以區(qū)域成礦學理論和典型礦床剖析為指導，總結(jié)成礦規(guī)律，在GIS軟件平臺上對多元化信息進行成礦有利分析，運用證據(jù)權(quán)重法結(jié)合網(wǎng)格單元法的礦產(chǎn)預測方法，對西昆侖塔什庫爾干地區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦資源進行成礦預測研究。對沉積變質(zhì)型鐵床圈定了A類遠景區(qū)3處，B類靶區(qū)5處,C類遠景區(qū)2處。

沉積變質(zhì)型鐵礦 塔什庫爾干 多元信息 成礦預測

Wang Jiang-xia，Zhang Lian-chang，Hao Yan-hai，He Li-dong，Shi Yu-jun，Zheng Meng-tian，Li Zhi-quan.GIS-based multivariate information metallogenic prediction of the Taxkorgan sedimentary metamorphic iron deposit in Xinjiang[J].Geology and Exploration, 2015, 51(1):0036-0044.

0 引言

新疆塔什庫爾干地區(qū)地處西昆侖腹地，地勢高峻，地形切割強烈，區(qū)域上出露礦產(chǎn)以鐵為主，其次為銅、鉛鋅多金屬礦。鐵礦主要產(chǎn)于古元古界布倫闊勒巖群中，含礦巖系為硅鐵建造，鐵礦化規(guī)模大，礦化連續(xù)性好，品位高(周兵，2012)。研究區(qū)是西昆侖重要的鐵礦層位，迄今為止已有不少地勘單位和科研機構(gòu)在研究區(qū)開展過地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查與科研工作，積累了豐富的資料，對于區(qū)內(nèi)鐵礦床成礦特征的認識和找礦工作的開展起到了一定的推動及指導作用。

前人雖然提到區(qū)內(nèi)鐵礦成因主體為沉積變質(zhì)型，后期經(jīng)巖漿熱液改造，但目前對不同成礦作用的主次關(guān)系缺少明確的認識；同時存在礦床類型不明、控礦因素和礦體賦存規(guī)律不清等問題；在成礦環(huán)境、成礦規(guī)律及該類型礦床的成礦模式等方面仍缺乏系統(tǒng)深入研究；礦產(chǎn)勘查預測方面，區(qū)內(nèi)鐵礦找礦準則和找礦標志研究不夠深入，對區(qū)內(nèi)鐵礦找礦前景的認識有待加強；由于受自然地理條件限制，總體研究程度仍偏低，開展礦產(chǎn)資源潛力評價工作也有一定的困難。因此本次研究基于GIS技術(shù)，通過多元信息集成，對該區(qū)進行礦產(chǎn)資源綜合預測評價，發(fā)掘該地區(qū)找礦遠景區(qū)，為以后勘查工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

工作區(qū)主體為西昆侖南帶，地理坐標為東經(jīng)75°30～76°00′，北緯37°10′～37°30′。工作區(qū)行政區(qū)劃屬新疆塔什庫爾干縣所轄，位于塔什庫爾干縣城南東的達布達鄉(xiāng)、馬爾洋鄉(xiāng)，面積約1868 km2。

區(qū)域地層出露較為齊全，主要為元古界-下古生界的淺-中深變質(zhì)巖，以綠片巖相為主，局部可達高綠片巖相-高角閃巖相，巖性以各類片巖、片麻巖、大理巖為主。與鐵礦成礦有關(guān)的為古元古界布倫闊勒群(Pt1B)，是區(qū)域上沉積變質(zhì)型鐵礦的主要賦礦層位，鐵礦床主要分布于其底部(王海軍，2013)。

古元古界布倫闊勒群(Pt1B)巖性以黑云斜長片麻巖、黑云石英片巖為主，夾石英巖及少量大理巖、斜長角閃片巖等，巖石多混合巖化，長英質(zhì)脈和花崗質(zhì)巖脈發(fā)育。布倫闊勒群產(chǎn)出的多個鐵礦床(點)構(gòu)成了調(diào)查區(qū)重要的鐵礦成礦帶。

區(qū)內(nèi)鐵礦成礦作用的發(fā)生與構(gòu)造演化密不可分，從礦帶、礦床到礦體均受到不同級別和不同類型的構(gòu)造所控制。研究區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造為火山-沉積盆地、斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。其中，火山-沉積盆地控制了整個鐵礦帶內(nèi)鐵礦床的成礦作用和鐵礦帶的展布(陳曹軍，2012)。褶皺構(gòu)造主要出現(xiàn)在斷裂帶的旁側(cè)，形成小型褶曲，扭曲變形較強烈，局部對礦體的連續(xù)性有一定的破壞，而在背形轉(zhuǎn)折端或向形轉(zhuǎn)折端部位易于礦體富集，是成礦有利部位。

塔什庫爾干地區(qū)火山沉積盆地內(nèi)的海底火山作用為成礦提供了豐富的物質(zhì)來源，是區(qū)內(nèi)鐵礦床形成的前提。區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育基性、中酸性侵入體，后期的巖漿侵入活動主要是對早期沉積形成的磁鐵礦層進行改造受改造的鐵礦層仍可見原生的沉積組構(gòu)。在區(qū)內(nèi)以元古代和加里東期變質(zhì)作用表現(xiàn)最為強烈。元古代變質(zhì)作用對沉積變質(zhì)型鐵礦的富集成礦起到了重要作用。

2 區(qū)域成礦預測模型

據(jù)研究區(qū)地質(zhì)背景及成礦事實分析，成礦與其地質(zhì)構(gòu)造背景有關(guān)的構(gòu)造、巖漿活動、沉積作用密切相關(guān)。從已發(fā)現(xiàn)的礦床(點)來看，已知礦床(點)的分布與地球物理和化學異常有在空間上緊密相關(guān)?？偨Y(jié)歸納出該區(qū)找礦模型見表1。

3 基于GIS的成礦多元信息綜合分析

多元信息的成礦預測是結(jié)合與成礦有關(guān)的多元信息結(jié)合數(shù)學統(tǒng)計方法，在GIS平臺上用空間分析技術(shù)來綜合評價并圈定成礦有利區(qū)(鄒林，2003)。結(jié)合實際的地質(zhì)成礦規(guī)律，通過在GIS軟件平臺上進行疊置分析，利用證據(jù)權(quán)重方法和網(wǎng)格劃分法對成礦潛力區(qū)賦值并建立等值線圖，優(yōu)選出成礦有利度大的統(tǒng)計單元，圈定出成礦預測區(qū)域。

本次研究數(shù)據(jù)主要來源于各個研究區(qū)的數(shù)據(jù)搜集和處理。地質(zhì)資料數(shù)據(jù)收集了1∶25萬新疆塔吉克自治縣以及1∶10萬的馬爾洋和皮下尼牙提幅地質(zhì)圖。物化探資料數(shù)據(jù)收集了研究區(qū)1∶10萬航磁及化探組合異常和1∶25萬布格重力和剩余重力等值線圖件，為研究區(qū)成礦預測做好數(shù)據(jù)準備。

3.1 地質(zhì)信息提取

地質(zhì)找礦信息包括有地層、構(gòu)造、巖體等對成礦有利的信息。

(1) 有利地層條件

對地層條件進行分析的重點是提取賦礦地層。除了依據(jù)實際地質(zhì)工作中總結(jié)出的經(jīng)驗外，還可以通過二維統(tǒng)計對各地層含礦性進行分析。用地層實體進行限定，與礦床點進行疊加分析，作為礦床預測中的巖性變量和先驗條件。經(jīng)過分別統(tǒng)計每層含礦單元的數(shù)量和計算面積得到各地層的含礦性，并可以與實際地質(zhì)經(jīng)驗進行相互印證，提取出最終預測所需的地層變量。

① 賦礦地層：經(jīng)成礦規(guī)律分析及地質(zhì)報告綜合研究，第四系水系和全新世沖積物較多，成礦可能性極小，經(jīng)地層與沉積變質(zhì)型礦床疊加分布，發(fā)現(xiàn)已知的礦點幾乎全部都落在布倫闊勒群(Pt1B)中，還有一小部分落在下志留系溫泉溝群(S1W)。

表1 研究區(qū)找礦預測模型

② 地層組合熵：地層組合熵反映了地層構(gòu)造的復雜度。一般說來，地質(zhì)構(gòu)造特征越復雜，不確定程度越高，熵值越高(趙鵬大，2002)在地層組合熵的熵值次高值(35,56〗區(qū)間分布著60%礦點，是成礦的有利區(qū)間。(圖1)。

(2) 控礦構(gòu)造分析

① 主干斷裂分析：區(qū)域主干斷裂是指垂向上延深大、平面上延伸長的斷裂構(gòu)造。采用斷裂等密度與斷裂頻數(shù)之比(等密度/頻數(shù))來定量化分析主干斷裂發(fā)育區(qū)。其比值大的部分即單位面積內(nèi)斷裂長而條數(shù)少，表現(xiàn)了區(qū)域主干斷裂的特征(董慶吉等，2010)。選出已知礦塊相對較多的主干斷裂分析的值域區(qū)間(0.313，1.875〗作為這一屬性的成礦有利區(qū)間。

② 斷裂優(yōu)益度分析：斷裂優(yōu)益度是斷裂異常的一種反應。斷裂優(yōu)益度圖是根據(jù)統(tǒng)計學原理所得出的構(gòu)造特征函數(shù)而繪制的，礦床(點)一般都是接近優(yōu)益度中心。經(jīng)疊加分析，發(fā)現(xiàn)66.67%的礦點落在(1.00，2.00〗區(qū)間，因為有利容礦構(gòu)造部位常常是多組斷裂交匯處或斷裂密集部位。

③ 斷裂緩沖：區(qū)域性的斷裂構(gòu)造控制著巖漿的侵入和主要地質(zhì)單元的展布，(董慶吉，2010)，需要根據(jù)實際情況對斷裂做一定范圍內(nèi)的緩沖區(qū)處理，用以反映構(gòu)造影響區(qū)域特征。通過該類型礦床成礦規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)礦體均分布在斷裂的旁側(cè)，構(gòu)造發(fā)育相對較強區(qū)是礦體就位的有利區(qū)。從礦點與斷裂距離統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，本區(qū)構(gòu)造最佳影響區(qū)域為斷裂600m緩沖區(qū)。

(3) 成礦有利巖性(體)

對成礦有利巖體提取主要包括：在含鐵巖系地層中，提取火山活動形成的巖石主要有原巖為中基性火山巖的斜長角閃片巖、綠泥石片巖；還有變質(zhì)程度較淺的具有氣孔、杏仁狀構(gòu)造的變質(zhì)玄武巖，常與凝灰質(zhì)變質(zhì)砂巖、薄層條帶狀硅質(zhì)巖等密切伴生；另外還包括一套中、淺變質(zhì)巖系，巖性類型主要為片巖類、角閃質(zhì)巖類、長英質(zhì)變質(zhì)巖類、變砂巖類、板巖類及大理巖類。

圖1 地層組合熵有利區(qū)間疊加礦點Fig.1 Superimposed ore occurrences among favorable areas based on strata combined entropy 1-礦點; 2-地名; 3-地層組合熵有利區(qū)間1-ore occurrence; 2-place name; 3-favorable area with strata combined entropy

3.2 地球物理找礦信息提取

由于塔什庫爾干的地質(zhì)報告綜合研究將地球物理與地球化學工作做得較為詳細，因此本次研究將在原有重力、航磁數(shù)據(jù)處理之后進行綜合分析，得到綜合有利成礦信息，并作為預測因子選取出來。

(1) 重力異常區(qū)間提?。翰几裰亓Ξ惓ＹY料是重力勘探的基礎資料，可用來推斷巖體構(gòu)造情況。布格重力異常由區(qū)域重力異常和剩余重力異常組成(王樂洋，2007)。將重力布格異常圖與已知礦化點疊加分析，發(fā)現(xiàn)落在布格異常值為(-450,-410]區(qū)間內(nèi)的礦點內(nèi)占 58.82 %。剩余重力異常主要反映局部地質(zhì)構(gòu)造成礦體剩余質(zhì)量的影響，是研究局部地質(zhì)構(gòu)造和勘探礦產(chǎn)的重要資料(陳永清，2007)。落在剩余異常值(37,48]和(767,944]區(qū)間的礦點占70.5%，該區(qū)間可作為剩余重力異常成礦有利區(qū)間。

(2) 航磁有利信息提取：研究區(qū)位于贊坎—蘇巴什航磁異常區(qū),該異常區(qū)呈NW-SE向帶狀展布,主要由4個強磁異常區(qū)和中部的提孜那甫弱磁異常區(qū)組成。其中,南部磁異常區(qū)包括3個強磁異常區(qū),其范圍與展布方向與塔阿西-塔吐魯溝火山-沉積盆地一致,將其與礦點疊加分析，航磁化極的含礦區(qū)間為(-80,280]得到航磁異常成礦有利區(qū)間，其中礦點有13個，占總礦點數(shù)的76.47%(圖2)。

3.3 地球化學找礦信息提取

礦床是某些化學元素高度富集的地質(zhì)體，地球化學信息是最直接的找礦信息(王江霞等，2014)化探信息異常中，選取與沉積變質(zhì)型鐵礦有關(guān)的鐵、錳、釩、鈦、鈷元素組合異常的分布等值線為沉積變質(zhì)型鐵礦的控礦因子，將氧化鐵元素異常圖與礦點疊加統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),58.82%的礦點落在(4.85,6.77]區(qū)間內(nèi)(圖3)。

圖2 航磁化極異常成礦有利區(qū)間分布圖Fig.2 Distribution of favorable areas for mineralization based on reduction to the pole aeromagnetic anomalies 1-礦點; 2-地名; 3-航磁化極異常1-ore occurrence; 2-place name; 3-reduction to the pole aeromagnetic anomalies

圖3 元素組合異常有利區(qū)間圖Fig.3 Favorable areas for mineralization based on anomalies of combined elements 1-礦點; 2-地名; 3-元素組合異常1-ore occurrence; 2-place name; 3-anomalies of combined chemical elements

4 基于證據(jù)權(quán)法的鐵礦資源定位預測

本次資源預測統(tǒng)計方法采用證據(jù)權(quán)重法。該方法是一種基于二值圖像的統(tǒng)計方法，由加拿大數(shù)學地質(zhì)學家Agterberg提出(Agterberg，1989)。以貝葉斯條件概率為基礎，運用一定的數(shù)學計算方法確定與成礦作用關(guān)系密切的證據(jù)層的權(quán)重值，進而計算空間任意位置礦產(chǎn)發(fā)育的概率值，以圈定不同級別的預測區(qū)。首先，在GIS平臺MRAS中對成礦有利因子的多元信息數(shù)據(jù)庫組成的信息工程進行網(wǎng)格單元劃分，確定合適的網(wǎng)格寬度50m×50m。

然后分別計算各證據(jù)層的證據(jù)權(quán)值(表2)，并以此來對研究區(qū)內(nèi)的各個網(wǎng)格單元進行成礦后驗概率計算(陳建平等，2010)。運用證據(jù)權(quán)重法預測模型計算得到的后驗概率等值線圖見圖4。

將勘查靶區(qū)劃分為A、B、C三種類型：

A類：成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦化顯示良好，資料依據(jù)較為充分，反映出找礦前景好并有一定的成礦事實，有望找到中大型礦床的靶區(qū)。

B類：成礦地質(zhì)條件良好，礦化顯示較好。有一定資料依據(jù)，有較好找礦前景和資源潛力，有望找到以中小型為主礦床的靶區(qū)。

C類：具有一定成礦地質(zhì)條件，有礦化顯示，但資料依據(jù)不充分，主要用于提供異常查證或礦產(chǎn)檢查的靶區(qū)。

據(jù)勘查靶區(qū)劃分規(guī)定，在后驗概率的等值線起始值的較高值(>0.641)地區(qū)圈出以下3個A類成礦遠景區(qū)5個B類靶區(qū)2個C類靶區(qū)(圖5)。

表2 研究區(qū)沉積變質(zhì)型鐵礦主要證據(jù)層權(quán)值參數(shù)表

圖4 塔什庫爾干沉積變質(zhì)型鐵礦預測后驗概率圖Fig.4 Posterior probability of the Sedimento-metamorphic iron ore deposits in Taxkorgan 1-礦點;2-地名;3-道路;4-水系;5-后驗概率等值線起始值1-ore occurrence; 2-geographic name; 3-road; 4-river; 5-posterior probability starting value

圖5 塔什庫爾干沉積變質(zhì)型鐵礦預測靶區(qū)圈定Fig.5 Delineation of target areas for the sedimento-metamorphic iron ore deposits in Taxkorgan 1-礦點;2-地名;3-A類耙區(qū);4-B類耙區(qū);5-C類耙區(qū);6-后驗概率等值線起始值1-ore occurrence; 2-geographic name; 3-Class A vision area; 4-Class A vision area; 5-Class B vision area; 6-unusual combination of chemical elements

5 結(jié)論

(1) 在全面總結(jié)地質(zhì)、物化探、航磁、遙感等資料的基礎上，以區(qū)域成礦學和成礦系統(tǒng)理論為指導，從塔什庫爾干地區(qū)成礦地質(zhì)背景分析入手，重點對賦存于下元古界布倫闊勒群地層中的贊坎、莫喀爾、葉里克、塔轄爾、莫拉赫、其克爾克等典型沉積變質(zhì)型鐵礦進行研究，對礦床的成因類型進行了深入的剖析，歸納出該類型礦床的成礦規(guī)律及區(qū)域地質(zhì)找礦模型。

(2) 結(jié)合GIS技術(shù)，系統(tǒng)進行了研究區(qū)的地層、構(gòu)造、巖體、地球化學、地球物理異常的分析，并提取成礦有利信息；采用證據(jù)權(quán)重法及網(wǎng)格單元法，根據(jù)勘查學中對靶區(qū)的劃分，圈定了A類遠景區(qū)3處；B類靶區(qū)5處,C類遠景區(qū)2處。

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GIS-Based Multivariate Information Metallogenic Prediction of the Taxkorgan Sedimentary Metamorphic Iron Deposit in Xinjiang

WANG Jiang-xia1,2，ZHANG Lian-chang1，HAO Yan-hai3，HE Li-dong3，SHI Yu-jun3，ZHENG Meng-tian1，LI Zhi-quan1,2

(1.KeyLaboratoryofMineralResourcesInstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences,Beijing100029; 2.SchoolofEarthScienceandResource,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083; 3.No.2GeologicalTeamofXinjiangBureauofGeologyandMineralResourcesKashgar,Xinjiang844099)

Based on a comprehensive summary of previous geological and prospecting reports, this paper focuses on the study of sedimentary metamorphic iron ore in the Bulunkuole Group of the lower Proterozoic Erathem in Xinjiang. It begins with the analysis of the geological background of mineralization and summarizes the metallogenic regularities. On the platform of GIS software, it makes an analysis of diversified information related to mineralization and uses the metallogenic prediction methods of weights of evidence combined with the finite element method to conduct prediction of the metallogenic sedimentary metamorphic iron ore resources in the Taxkorgan area of the West Kunlun. The results include 3 places of A-class, 5 places of B-class, and 2 places of C-class targets, which would play some rule in mineral exploration of this region in the future.

Taxkorgan, metamorphic ore type, multivariate information, metallogenic prediction

2014-11-19；

2015-01-06；[責任編輯]郝情情。

新疆地礦局科研項目(XGMB2012011)和國家自然科學基金項目(41372100)資助。

王江霞(1987年-)，女，碩士，研究方向礦產(chǎn)資源定量預測與評價。E-mail:jiangxia.0709@163.com。

P628+.1

A

0495-5331(2015)01-0036-09