基于GIS技術(shù)下找礦信息量法的成礦預(yù)測(cè)

竇海鵬，張曉幸

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊050021）

基于GIS技術(shù)下找礦信息量法的成礦預(yù)測(cè)

竇海鵬*1，張曉幸2

（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊050021）

在“綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè)理論”的指導(dǎo)下，利用GIS空間分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)多元地學(xué)信息有機(jī)綜合和分析，多思路地進(jìn)行成礦有利地段圈定的方法，越來越成為當(dāng)代重要的找礦手段。在總結(jié)成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上，以研究區(qū)成礦地質(zhì)背景為出發(fā)點(diǎn)，基于GIS平臺(tái)，對(duì)研究區(qū)已采集的地質(zhì)、物探、化探的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并采用找礦信息量法對(duì)礦區(qū)進(jìn)行綜合成礦預(yù)測(cè)，對(duì)有利成礦區(qū)進(jìn)行圈定，對(duì)研究區(qū)下一步勘查工作部署具有指導(dǎo)意義。

GIS；信息量法；成礦預(yù)測(cè)

近年來，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而不斷增加，成礦預(yù)測(cè)變得更加重要。多年的地質(zhì)工作，積累豐富的地質(zhì)資料，并且成礦預(yù)測(cè)的理論、方法也不斷的更新和完善。直到20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使得地理信息系統(tǒng)（GIS）不斷成熟，均為多元信息綜合成礦預(yù)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。因此，在本區(qū)利用GIS技術(shù)開展成礦預(yù)測(cè)工作，并結(jié)合信息量法，對(duì)于研究區(qū)找礦突破具有重要意義。

1 研究區(qū)資料收集

1.1 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)位于甘肅省酒泉市西南方向，約四十余公里處，屬甘肅省張掖市肅南縣祁豐鄉(xiāng)管轄。地處祁連山腹地，山體呈北西—南東向展布，山勢(shì)陡峻。屬于昆侖祁秦地槽系大地構(gòu)造亞一級(jí)單元，位于祁連地槽西段北部地帶。地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其總的構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽魑飨颉嗔逊浅０l(fā)育，具有明顯的繼承性，且以北西西向逆沖斷層為主，山前地區(qū)有大量北北東或北北西向的橫斷層。主要出露地層主要有前震旦系、奧陶系及第四系。地層走向基本與區(qū)域構(gòu)造線方向一致（圖1）。以早奧陶世（O）的安山巖最為發(fā)育，前震旦系上部（AnZ2）的千枚巖次之，與礦化有關(guān)的蝕變?yōu)楣杌?、絹云母化和高嶺土化，在地表有礬化、鐵染等，與其伴生的為黃鐵礦化和黃銅礦化，且研究區(qū)重要的成礦作用是與火山活動(dòng)有關(guān)的銅多金屬礦成礦作用，并發(fā)現(xiàn)小型的Cu礦體。

1.2 數(shù)據(jù)采集

高質(zhì)量的數(shù)據(jù)的采集是建立空間數(shù)據(jù)庫的基本保證，基于研究區(qū)地形起伏較大，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地區(qū)網(wǎng)格化，做成較大比例尺的20m×20m的網(wǎng)格，較為系統(tǒng)地對(duì)每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行地質(zhì)、化探、地面高精度磁測(cè)、激電中梯等工作，并確保每個(gè)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)全面性、可靠性。

2 空間數(shù)據(jù)庫的建立

空間數(shù)據(jù)庫的建立是GIS空間分析技術(shù)關(guān)鍵步驟，這一步將直接影響到后面的空間分析直至整個(gè)成礦預(yù)測(cè)的效果，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫的建立是成礦預(yù)測(cè)成功的基本保證[2]。

（1）應(yīng)該對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如：投影變換、格式轉(zhuǎn)換等，并將其轉(zhuǎn)化為GIS所能識(shí)別的文件。

（2）每一類數(shù)據(jù)根據(jù)屬性特征可分為若干圖層。圖層主要是根據(jù)成礦預(yù)測(cè)的需要來劃分的，且適應(yīng)GIS技術(shù)特點(diǎn)為基本原則。

（3）錄入數(shù)據(jù)的同時(shí)還要建立屬性文件，建立空間拓?fù)潢P(guān)系。

3 成礦預(yù)測(cè)方法的選擇

成礦預(yù)測(cè)的根本就是能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)未知礦床基本類型、品位以及規(guī)模，并能夠迅速定位其空間位置。直到20世紀(jì)80年代，隨著GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的快速發(fā)展，以其強(qiáng)大的管理和分析空間數(shù)據(jù)的功能，與成礦預(yù)測(cè)理論得到了有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科的綜合研究，特別是基于GIS的地學(xué)數(shù)據(jù)庫建立，使得找礦預(yù)測(cè)工作較為便利。整個(gè)成礦預(yù)測(cè)工作的核心就是基于空間數(shù)據(jù)庫，較為合理地選擇預(yù)測(cè)方法，由于研究區(qū)地勢(shì)險(xiǎn)峻，前人勘察程度相對(duì)較低，本次多源數(shù)據(jù)采集較為全面且采集精度較高，故選擇找礦信息量法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。

圖1 研究區(qū)1∶2000地質(zhì)草圖

3.1 信息量法原理

找礦標(biāo)志對(duì)研究對(duì)象的作用是用信息量的大小來評(píng)價(jià)地質(zhì)因素、標(biāo)志與研究對(duì)象的關(guān)系密切程度。某種標(biāo)志的找礦信息量用條件概率計(jì)算，即∶

式中：IA(B)——A標(biāo)志有B礦的信息量；

P(A/B)——已知有B礦存在條件下出現(xiàn)標(biāo)志A的概率；

P(A)——在研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)標(biāo)志A的概率。

由于總體概率估計(jì)上的困難，具體運(yùn)算時(shí)，用樣本頻率值來估計(jì)總體概率值。此時(shí)：

式中：Nj——研究區(qū)內(nèi)具有標(biāo)志A的含礦單元數(shù)；

N——研究區(qū)內(nèi)的含礦單元總數(shù)；

Sj——研究區(qū)內(nèi)具有標(biāo)志A的單元數(shù)；

S——研究區(qū)內(nèi)的單元總數(shù)。

若IA(B)=0，表示標(biāo)志A不提供任何找礦信息，即標(biāo)志A存在與否對(duì)找礦無影響；若IA(B)為負(fù)值，表示在標(biāo)志A存在條件下對(duì)找礦更為不利；若IA(B)為正值，表示標(biāo)志A能提供找礦信息，且越大提供找礦信息越多。

3.2 單元的劃分

預(yù)測(cè)比例尺為1∶2000，考慮到研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦體的位置和預(yù)測(cè)礦體的精準(zhǔn)程度，最終確定網(wǎng)格為20m× 20m，將研究區(qū)劃分為1824個(gè)單元，已知有礦單元為107個(gè)。

3.3 確定找礦標(biāo)志和單元信息量

基于空間數(shù)據(jù)庫的建立，選取包括地質(zhì)、物探、化探等方面的信息標(biāo)志為11個(gè)，作為統(tǒng)計(jì)分析變量，各標(biāo)志在單元內(nèi)存在取值為1，不存在取值為0。統(tǒng)計(jì)各標(biāo)志在單元內(nèi)的分布，計(jì)算各標(biāo)志的信息量，見表1。

表1 研究區(qū)Cu多金屬礦找礦標(biāo)志信息量統(tǒng)計(jì)表

3.4 有利成礦標(biāo)志優(yōu)選

據(jù)表1，計(jì)算結(jié)果將所有標(biāo)志按信息量由大到小進(jìn)行排序，按下式計(jì)算有用信息的累計(jì)臨界值，即：

式中：K——給定有用信息水平，經(jīng)驗(yàn)取值為0.75；

n——正值的信息數(shù)。

然后將各標(biāo)志信息量由大到小進(jìn)行累加，累計(jì)到ΔI+值，則累計(jì)的若干個(gè)找礦標(biāo)志即為有利找礦標(biāo)志。如表2所示。

表2 研究區(qū)Cu多金屬礦有利找礦標(biāo)志統(tǒng)計(jì)表

3.5 含礦遠(yuǎn)景單元的確定

針對(duì)表2得出的有利找礦標(biāo)志信息量分別計(jì)算每個(gè)小單元的找礦信息量。并根據(jù)研究區(qū)成礦地質(zhì)條件和已知礦化單元找礦信息量情況，采取主觀概率法選擇信息量臨界值為0.32，將大于或等于臨界值的單元選為成礦有望單元，小于臨界值稱為成礦無望單元。以此為依據(jù)，研究區(qū)內(nèi)共確定827個(gè)成礦有望單元，其中包括99個(gè)已知有礦單元，其余為成礦無望單元。

3.6 效果驗(yàn)證

研究區(qū)內(nèi)成礦有望單元827個(gè)中有99個(gè)已知有礦單元，全區(qū)共計(jì)107個(gè)已知有礦單元，可知成礦有望單元見礦的可靠概率為99/107=0.925。

3.7 礦預(yù)測(cè)

以單元信息量值繪制等值線圖（圖2），并根據(jù)信息量情況初步圈定3個(gè)找礦靶區(qū)，且這3個(gè)靶區(qū)分別圍繞已發(fā)現(xiàn)的礦體附近。為了驗(yàn)證信息量法的可靠性，分別對(duì)各個(gè)靶區(qū)的成礦地質(zhì)條件綜合分析得出：

靶區(qū)A：位于研究區(qū)的西北端，地表蝕變、礦化線索強(qiáng)烈，主要控礦構(gòu)造為研究區(qū)內(nèi)F2斷裂，且視極化率異常明顯，磁場(chǎng)強(qiáng)度表現(xiàn)為較高正磁異常。

靶區(qū)B：位于研究區(qū)東南角，地表發(fā)現(xiàn)原生礦，礦化、蝕變強(qiáng)烈，Cu、Fe具有較高的豐度值，極化率異常強(qiáng)烈。在前人的鉆探驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)Cu礦體。

靶區(qū)C：位于研究區(qū)最南端，地表發(fā)現(xiàn)大量的孔雀石化、褐鐵礦化，并具有少量的黃鉀鐵礬蝕變帶。在前人研究工作中，曾布2個(gè)鉆均發(fā)現(xiàn)Cu礦體，礦體走向大致北西向，且視極化率異常、高磁場(chǎng)強(qiáng)度。

4 小結(jié)與展望

（1）本文基于GIS手段，基于ArcGIS軟件平臺(tái)，建立空間數(shù)據(jù)庫，選用信息量法，并結(jié)合研究區(qū)成礦地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，有效圈定找礦靶區(qū)，為研究區(qū)下一步的工作部署提出了指導(dǎo)意義。同時(shí)，也提出了新時(shí)期地質(zhì)找礦的新方法。

（2）在運(yùn)用信息量提取方法過程中，有效找礦標(biāo)志越多，對(duì)成礦預(yù)測(cè)工作越準(zhǔn)確，但由于研究區(qū)地形起伏較大，研究程度較低等原因，致使在找礦標(biāo)志的選擇上存在很大的困難。

（3）隨著找礦方向向深部隱伏礦體轉(zhuǎn)移，對(duì)于復(fù)雜地形地區(qū)來說，將研究區(qū)網(wǎng)格化，在網(wǎng)格內(nèi)采集數(shù)據(jù)，既確保了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也降低了數(shù)據(jù)采集的難度性。

圖2 研究區(qū)信息量等值線圖

[1]牛廣華，毛德寶.GIS在阿爾金成礦帶銅礦成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)通報(bào)，2006.

[2]許仕琪，周可法，張曉帆，陳川.GIS空間分析在成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].新疆地質(zhì)，2008.

[3]趙鵬大，胡旺亮，李紫金.礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，1983.

[4]何海洲，楊志強(qiáng).找礦信息量法在廣西大廠礦田新一輪成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2007.

[5]肖克炎，張曉華，陳鄭輝，等.成礦預(yù)測(cè)中證據(jù)權(quán)重法與信息量法及其比較[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，1999，21(3):223-226.

P208.2

A

1004-5716(2015)11-0093-04

2014-11-04

竇海鵬（1989-），男（漢族），河北承德人，新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：地球探測(cè)與信息技術(shù)。