基于GIS證據(jù)權(quán)重法的白銀廠礦區(qū)及小外圍的成礦預(yù)測(cè)

李　培，廖時(shí)理

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)土資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京 101149；3.國(guó)家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012)

?

基于GIS證據(jù)權(quán)重法的白銀廠礦區(qū)及小外圍的成礦預(yù)測(cè)

李培1，2，廖時(shí)理3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)土資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京 101149；3.國(guó)家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012)

摘要：文章利用Morpas軟件對(duì)甘肅省白銀廠礦區(qū)內(nèi)的地、物、化等多源信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取了成礦有利信息，認(rèn)為成礦有利地層為石英角斑凝灰?guī)r系，成礦有利構(gòu)造為火山機(jī)構(gòu)及背斜構(gòu)造，成礦有利巖體為石英鈉長(zhǎng)斑巖巖體。采用證據(jù)權(quán)重法對(duì)研究區(qū)圈定了成礦預(yù)測(cè)和找礦遠(yuǎn)景區(qū)，并指出了找礦方向。

關(guān)鍵詞：白銀廠礦區(qū)；綜合信息成礦預(yù)測(cè)；證據(jù)權(quán)重法；甘肅省

0引言

對(duì)老礦山積累的勘查資料進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，再利用GIS技術(shù)進(jìn)行綜合信息成礦預(yù)測(cè)是老礦山增儲(chǔ)的重要技術(shù)手段。甘肅省白銀廠礦田是我國(guó)規(guī)模最大、最典型的火山成因塊狀硫化物礦產(chǎn)地，經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采已步入危機(jī)礦山之列，加強(qiáng)白銀廠礦田深部及其外圍找礦對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。白銀地區(qū)的勘查工作獲取了大量的研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)已有資料的二次開(kāi)發(fā)可能是今后在該區(qū)獲得勘查突破的重要途徑。本文通過(guò)綜合信息預(yù)測(cè)方法——證據(jù)權(quán)重法對(duì)該區(qū)及小外圍進(jìn)行成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)，以期為該區(qū)未來(lái)的勘查工程部署提供借鑒。

1證據(jù)權(quán)重法簡(jiǎn)介

證據(jù)權(quán)重法是加拿大數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)家Agterberg提出的一種利用GIS技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法[1]。它采用一種統(tǒng)計(jì)分析模式，通過(guò)對(duì)與礦產(chǎn)形成相關(guān)的地學(xué)信息的疊加復(fù)合分析來(lái)進(jìn)行礦產(chǎn)遠(yuǎn)景區(qū)的預(yù)測(cè)，每一種地學(xué)信息都被視為成礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)的一個(gè)證據(jù)因子，而每一個(gè)證據(jù)因子對(duì)成礦預(yù)測(cè)的貢獻(xiàn)是由這個(gè)因子的權(quán)重值來(lái)確定的[2-4]。其基礎(chǔ)是將地質(zhì)評(píng)價(jià)模型轉(zhuǎn)換為“網(wǎng)格模型”，針對(duì)每一網(wǎng)格上信息數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)值計(jì)算，評(píng)價(jià)方法自始至終都是依靠圖層數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)各種有利成礦因素(證據(jù)層)進(jìn)行有效綜合的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。只要輸入的圖層合理，選擇條件適當(dāng)，計(jì)算結(jié)果就客觀可信。

證據(jù)權(quán)重法的數(shù)學(xué)原理是[5-7]：假設(shè)將研究區(qū)劃分為T個(gè)等大小的網(wǎng)格(以保證一個(gè)網(wǎng)格中至多出現(xiàn)一個(gè)已知礦點(diǎn)為基礎(chǔ))，提取以上信息，將上述提取的每個(gè)變量看作獨(dú)立的證據(jù)因子(以下稱證據(jù)因子)，利用證據(jù)權(quán)重法計(jì)算各個(gè)證據(jù)因子存在和不存在時(shí)的權(quán)重值W+與W-；對(duì)于n個(gè)證據(jù)因子，若他們都關(guān)于礦點(diǎn)條件獨(dú)立，研究區(qū)任一網(wǎng)格單元k為礦點(diǎn)的可能性，用后驗(yàn)概率P代表每單元內(nèi)找礦的有利度，根據(jù)后驗(yàn)概率提出找礦遠(yuǎn)景區(qū)。控礦地質(zhì)因素與礦床產(chǎn)出的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)弱用正負(fù)權(quán)的差值大小C來(lái)度量，C值大表示該地質(zhì)標(biāo)志的找礦指示性好，C值小表示該找礦標(biāo)志的找礦指示性差，若C=0，表示該找礦標(biāo)志對(duì)有礦與無(wú)礦無(wú)指示意義。

圖1　白銀礦田地質(zhì)概圖(據(jù)甘肅有色地質(zhì)三隊(duì)資料修編)Fig.1　Geological sketch of Baiyin ore field1.志留系下統(tǒng)變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)、千枚巖；2.奧陶系中基-中酸性火山巖夾硅質(zhì)大理巖；3.細(xì)碧質(zhì)凝灰?guī)r夾細(xì)碧巖、大理巖、千枚巖層；4.細(xì)碧凝灰?guī)r及角斑巖；5.碎屑-泥質(zhì)沉積巖；6.酸-中基性火山巖；7.中酸-基性火山巖；8.石英角斑凝灰?guī)r；9.石英角斑熔巖；10.石英角斑凝灰?guī)r；11.房子溝組酸-基性火山雜巖；12.次石英角斑巖；13.石英角斑集塊巖；14.輝綠巖；15.礦體；16.實(shí)測(cè)及推測(cè)斷層；17.地質(zhì)界線；18.不整合接觸界線；19.復(fù)背斜構(gòu)造；20.與火山噴發(fā)有關(guān)的銅鉛鋅礦床

2成礦地質(zhì)背景

白銀地區(qū)大地構(gòu)造位置位于北祁連造山帶的東延部分，該帶為重要的塊狀硫化物銅金屬成礦帶。區(qū)域地層除上寒武統(tǒng)、中上志留統(tǒng)以及上白堊統(tǒng)缺失外，從寒武系至第四系均有出露[8]。區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造大體呈NWW向與NNE向交叉的方格狀構(gòu)造格局；區(qū)內(nèi)地層由于受到EW向構(gòu)造、古河西系構(gòu)造、白銀廠旋扭構(gòu)造及隴西旋卷構(gòu)造等共同作用導(dǎo)致巖石明顯變形。白銀地區(qū)處于北祁連早古生代火山巖帶的中部裂谷帶，侵入巖從超基性到酸性均有發(fā)育，出露侵入巖主要為巖基、巖脈。北祁連地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)演化與成礦系統(tǒng)完整對(duì)應(yīng)[9-13]，區(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件良好，已發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn))達(dá)160余處，找礦前景良好。白銀礦田面積約40 km2，出露地層以構(gòu)造火山巖帶酸性火山雜巖為主，其間夾有硅質(zhì)巖、大理巖及砂巖等，沉積巖出露于礦區(qū)外圍的折腰山西部。礦田內(nèi)重要礦床有折腰山、火焰山銅礦和四個(gè)圈、小鐵山、銅廠溝3個(gè)多金屬礦床(圖1)，礦田深部挖潛及外圍增儲(chǔ)均有一定前景。

3找礦有利證據(jù)層提取

基于GIS的綜合信息成礦預(yù)測(cè)是在研究地質(zhì)背景和成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)已有的地、物、化、遙等多重信息進(jìn)行綜合處理，進(jìn)而提取各類與成礦有關(guān)的信息。結(jié)合已有資料和成礦規(guī)律研究程度，在研究中分別提取了地質(zhì)異常信息、地球物理(重力)信息和地球化學(xué)信息。

圖2　礦床數(shù)與斷裂、背斜軸部、石英鈉長(zhǎng)斑巖的距離統(tǒng)計(jì)圖Fig.2　Statistics of ore deposit number and distances from faults, anticline axis, quartz-albite porphyry at which the deposit occura.與斷裂的距離；b.與背斜軸部的距離；c.與石英鈉長(zhǎng)斑巖的距離

圖3　礦產(chǎn)當(dāng)量與斷裂、背斜軸部、石英鈉長(zhǎng)斑巖的距離統(tǒng)計(jì)圖Fig.3　Statistics of mineral resources equivalent and distances from faults, anticline axis, quartz-albite porphyry at which the equivalent is a.與斷裂的距離；b.與背斜軸部的距離；c.與石英鈉長(zhǎng)斑巖的距離

3.1地質(zhì)異常信息提取

3.2地球物理信息提取

對(duì)研究區(qū)1∶2.5萬(wàn)布格重力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制上延300 m等值線圖，對(duì)區(qū)內(nèi)礦床(礦點(diǎn))位置和淺源異常等值線圖分析發(fā)現(xiàn)，重力淺源異常低值區(qū)產(chǎn)有區(qū)內(nèi)大部分的礦產(chǎn)(表1)。在-0.5～-0.1，-0.1～-0.3，0.3～0.7內(nèi)分別集中了區(qū)內(nèi)25.71%，20%，28.57%的礦床和52.59%，22.96%，17.78%的礦產(chǎn)當(dāng)量。在-0.5～-0.1，-0.1～-0.3內(nèi)分布的主要是大型礦床，在0.3～0.7內(nèi)分布的主要是小型礦床；因此，提取這3個(gè)區(qū)間的重力淺源異常區(qū)作為找礦有利的證據(jù)圖層。

3.3地球化學(xué)信息提取

對(duì)研究區(qū)1∶2.5萬(wàn)土壤原生暈地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)主要成礦元素Cu，Pb，Zn，Ag及其伴生元素進(jìn)行單元素及元素組合等值線異常圖對(duì)比分析(以Au元素異常為例，圖4)，結(jié)果顯示，Cu，Pb，Zn，Ag，Au的單元素異常與已有礦點(diǎn)吻合較好，部分地區(qū)甚至可直接指示礦化；Ag-As-Sb疊加異常與地層元素背景值對(duì)應(yīng)，低值區(qū)與礦床所在位置對(duì)應(yīng)較好；Cr-Ni-Mn-Co元素組合異常低值區(qū)和高值區(qū)與礦區(qū)及外圍有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，提取Cu，Pb，Zn，Ag，Au單元素異常及Ag-As-Sb，Cr-Ni-Mn-Co元素組合異常作為證據(jù)因子。

表1　白銀廠礦區(qū)及小外圍礦床與重力淺源異常值統(tǒng)計(jì)

圖4　白銀廠礦區(qū)及小外圍1∶2.5萬(wàn)原生暈Au元素異常圖Fig.4　Primary Au halo anomly map of Baiyinchang ore district and neighboring areas at scale 1∶25 000

4綜合信息成礦預(yù)測(cè)

圖5　白銀廠礦區(qū)及小外圍找礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)區(qū)Fig.5　Prognosis map of potential mineral resource areas of Baiyinchang district and neighboring areas

通過(guò)對(duì)研究區(qū)成礦規(guī)律和成礦有利信息圖層的分析提取，基于Morpas平臺(tái)開(kāi)展本研究區(qū)的綜合信息成礦預(yù)測(cè)工作。首先對(duì)本區(qū)以0.25 km×0.25 km的網(wǎng)格進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑?jì)算先驗(yàn)概率，其次，對(duì)提取出的證據(jù)圖層進(jìn)行變量賦值，賦值原則是當(dāng)網(wǎng)格單元內(nèi)存在某有利因子時(shí)即賦值為1，否則為0。找礦有利證據(jù)因子與礦床產(chǎn)出狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)弱由正負(fù)權(quán)的差值大小C來(lái)度量，C值越大則說(shuō)明該證據(jù)因子對(duì)找礦指示意義越大。對(duì)上述各證據(jù)因子分別計(jì)算成礦預(yù)測(cè)的權(quán)值并進(jìn)行獨(dú)立性檢驗(yàn)，得出各證據(jù)圖層對(duì)找礦的指示作用大小，結(jié)合獨(dú)立性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，在研究區(qū)最重要的找礦標(biāo)志為石英角斑凝灰?guī)r系、火山機(jī)構(gòu)和石英鈉長(zhǎng)斑巖巖體，次為Au，Zn，Cu，Ag的單元素化探異常，再后為背斜構(gòu)造，其他證據(jù)因子找礦指示意義較弱。最后在Morpas軟件平臺(tái)上對(duì)每個(gè)預(yù)測(cè)單元進(jìn)行后驗(yàn)概率值計(jì)算，以0.3為閾值做等值線圖，在白銀廠礦區(qū)及小外圍圈定2個(gè)一級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)、3個(gè)二級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)(圖5)。一級(jí)A1區(qū)是礦產(chǎn)增儲(chǔ)最有利地段，對(duì)已知礦體深部和外圍摸查是找礦的主要方向；一級(jí)A2區(qū)內(nèi)主要加強(qiáng)小鐵山和四個(gè)圈礦床隱伏礦體勘查驗(yàn)證。二級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)中B1區(qū)具備一定的找尋中型或小型銅礦的條件；B3區(qū)具備找尋熱液型銅多金屬礦床的條件；B2區(qū)雖有一定找礦有利條件，但物探方法受限于埋深大的碳質(zhì)板巖蓋層，找礦難度較大。

5結(jié)語(yǔ)

本次工作將Morpas中提供的證據(jù)權(quán)技術(shù)應(yīng)用于白銀廠及小外圍成礦預(yù)測(cè)。該方法較適用于在“5P”成礦預(yù)測(cè)體系中的成礦可能、找礦可行、找礦有利階段的中、小比例尺定量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)工作，其優(yōu)勢(shì)是對(duì)圖層的直接操作，可將直接、有效顯示預(yù)測(cè)空間。本文根據(jù)3個(gè)找礦有利證據(jù)層的提取和后驗(yàn)概率的計(jì)算結(jié)果，圈定了兩級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)，預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)更大比例尺的找礦工作具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李景朝，劉少華，嚴(yán)光生. 大型超大型金屬礦床綜合信息成礦預(yù)測(cè)方法研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2002，17(4)：736-744.

[2]肖克炎. 應(yīng)用綜合信息法研究成礦規(guī)律及成礦預(yù)測(cè)的新進(jìn)展

[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，1994，9(2)：18-23.

[3]矯東風(fēng)，呂新彪，胡光道，等. 基于MORPAS平臺(tái)的甘南PbZn礦床遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)[J]. 地質(zhì)與勘探，2005，41(3)：65-70.

[4]陳永清，夏慶霖，黃靜寧，等. “證據(jù)權(quán)”法在西南“三江”南段礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)地質(zhì)，2007，34(1)：132-141.

[5]陳永清，汪新慶，陳建國(guó)，等. 基于GIS的礦產(chǎn)資源綜合定量評(píng)價(jià)[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2007，26(2)：141-149.

[6]王軍，陳振樓，許世遠(yuǎn)，等. 基于GIS的地質(zhì)異?？臻g結(jié)構(gòu)分析方法[J]. 地球?qū)W報(bào)，2003，24(4)：367-370.

[7]白萬(wàn)成，邢俊兵，臧忠淑. 基于GIS的黃金地質(zhì)信息系統(tǒng)[J]. 地質(zhì)論評(píng)，2000，46(z1)：204-207.

[8]廖桂香. 甘肅白銀廠礦山及其外圍銅多金屬礦床密集區(qū)綜合信息成礦預(yù)測(cè)[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué), 2007.

[9]任紀(jì)舜，王作勛，陳炳蔚，等. 新一代中國(guó)大地構(gòu)造圖[J]. 中國(guó)區(qū)域地質(zhì)，1997,16(3)：225-230.

[10]夏林圻，夏祖春，徐學(xué)義. 北祁連山早古生代洋脊-洋島和弧后盆地火山作用[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，1998(4)：301-312.

[11]李文淵. 祁連山主要礦床組合及其成礦動(dòng)力學(xué)分析[J]. 地球?qū)W報(bào)，2004,25(3)：313-320.

[12]彭秀紅. 白銀廠礦田構(gòu)造-巖漿-成礦動(dòng)態(tài)演化模式[D]. 成都：成都理工大學(xué)，2007.

[13]羅大鋒，李星，李志平. 甘肅白銀銅鉛鋅多金屬礦區(qū)多種方法找礦預(yù)測(cè)[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)，2014(10):70-74.

Weight of evidence-Based metallogenic prediction in Baiyinchang district and surrounding area

LI Pei1, 2，LIAO Shili3

(1.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.ChineseAcademyofLandandResources,Beijing101149,China;3.TheSecondInstituteofOceangraphy,SOA,Hangzhou310012,China)

Abstract：According to metallogenic geological analysis of Baiyinchang district in Gansu province, statistical analysis and metallogenic favorable information extraction of geological, geophysical and geochemical data were carried out on the platform of Morpas. The metallogenic favorable evidences layers are quartz-keratophyric tuffs series, volcanic edifice, anticlines and quartz albitophyre. By the weight of evidence we delineated the prospecting areas.

Key Words：Baiyinchang district; metallogenic prediction of multisource information; weight of evidence method; Gansu province

收稿日期：2014-12-31；責(zé)任編輯：趙慶

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“老礦山深部和外圍找礦”專項(xiàng)(編號(hào)：12120113086000)和甘肅省國(guó)土資源廳風(fēng)險(xiǎn)勘探基金專項(xiàng)“甘肅省白銀廠找礦研究”(編號(hào)：2009026074)資助。

作者簡(jiǎn)介：李培(1984—)，女，博士，研究方向?yàn)榈V產(chǎn)資源規(guī)劃、資源定量評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)。E-mail：lipei.cug@126.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 004

中圖分類號(hào)：P612；P618.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A