基于GIS的证据权重法在小兴安岭北段金成矿预测中的应用
张恩, 李名松, 汪冰, 牛海威, 卢辉雄, 李存金
核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050002

作者简介: 张恩(1985-),男,2008年毕业于东华理工大学资源勘查工程专业,学士学位,工程师,本科,主要从事矿产勘查、成矿预测方面的工作。E-mail:zhangen600@126.com

摘要

小兴安岭北部逊克—嘉荫—萝北一带金成矿地质条件优越,由于地表覆盖较厚,近年来一直未有突破性进展。为加速该区金矿找矿进程,在对小兴安岭北段地质、物探、化探、遥感等金成矿信息深入分析的基础上,依托GIS平台空间分析功能,对区内成控矿要素进行定量化,提取了断裂buffer、燕山早期岩体buffer、燕山晚期岩体buffer、航磁异常、遥感蚀变异常、化探异常等在内的14个证据图层;利用证据权重法对研究区金矿进行预测,圈定了三级成矿远景区,其中Ⅰ级成矿远景区9个,Ⅱ级成矿远景区9个,Ⅲ级成矿远景区14个,所预测成矿远景区覆盖了大多数金矿床(点),预测结果为该区进一步找矿指明了方向。

关键词: GIS; 证据权重法; 金矿; 成矿预测; 小兴安岭北段
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)04-0756-06
The application of GIS evidence weight method to the gold metallogenic prognosis in the northern part of the Xiao Hinggan Mountains
ZHANG En, LI Ming-Song, WANG Bing, NIU Hai-Wei, LU Hui-Xiong, LI Cun-Jin
Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002,China
Abstract

The condition of gold geological mineralization in the Xunke-Jiayin-Luobei area of northern Xiao Hinggan Mountains is very favorable.Because of the heavy surface coverage,geological work in the area has made no breakthrough in recent years.To accelerate the process of gold ore prospecting, the authors,based on probing into the relationship of geological,geophysical and geochemical information to lead-gold mineralization in northern Xiao Hinggan Mountains,extracted and constructed 14 evidence layers,such as fracture buffer,Early Yanshanian intrusive rocks buffer,Late Yanshanian intrusive rocks buffer,alteration remote sensing anomaly,geochemical anomaly and magnetic anomaly through a spatial analysis of the GIS system.Gold potential was calculated by the evidence weight model.According to the prediction,nine classⅠprospective areas,nine classⅡprospective areas and fourteen class Ⅲ prospective areas were delineated finally.The prospective areas have almost covered all known gold deposits.The results achieved by the authors have some indication significance for further ore-prospecting work in this area.

Keyword: GIS; evidence weighting method; gold deposit; metallogentic prediction; northern Xiao Hinggan Mountains

成矿预测是一个集地质、物探、化探、遥感等多种海量找矿信息进行分析及评价的过程[1], 以往成矿预测工作多依据多种地学成矿信息的叠加复合程度来定性圈定成矿远景区, 效率较低, 精度较差。近年来, 随着地理信息系统(GIS)技术的快速发展及日趋成熟, 使得矿产预测由定性逐渐发展为定量, 找矿效率及精度大幅度提高[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]

小兴安岭北段逊克— 嘉荫— 萝北一带为我国重要的金矿集区, 近年来发现了东安、高松山、富强、团结构、平顶山等大、中型金矿及多处矿(化)点, 具有较好的成矿潜力[12, 13, 14, 15]。由于小兴安岭地区多为森林覆盖, 工作程度低、勘查难度大[16, 17], 且以往成矿预测工作均为定性评价, 未能客观、准确地反映该区成矿远景面貌, 制约着该区找矿进程。

依托“ 黑龙江小兴安岭成矿带1∶ 5万航空物探调查” 项目, 在探查深部地质构造的基础上, 结合地质、化探、遥感等资料, 利用MORPAS软件空间分析等技术提取成矿有利信息, 运用证据权重法开展定量成矿预测, 圈定成矿远景区, 以期推动该区金矿找矿进展。

1 地质矿产背景

研究区处于中国东部滨太平洋陆缘岩浆弧之小兴安岭— 张广才岭弧盆系与佳木斯地块结合部。区内东部主要出露古元古界东风山群、中元古界黑龙江岩群, 北部发育大面积中— 新生界火山— 沉积岩系, 古生界零星分布于中西部。加里东期— 燕山期岩体均有出露, 以中— 酸性为主, 金成矿与燕山期岩体关系最为密切。区内构造主要为NE、近SN及NW向, EW向构造发育较少, 近SN向牡丹江岩石圈断裂贯穿全区, 控制着研究区金矿的展布。

区内产出6个大、中型岩金矿床及27个岩金矿(化)点, 据前人研究[12]表明, 区内金矿多属浅成低温热液型, 形成于早侏罗世— 早白垩世滨太平洋大陆活动带拉张环境, 金成矿控矿因素主要为区域性断裂、火山机构、燕山期岩体及潜火山岩、基底富矿地层、热液蚀变等。

2 金矿区域找矿模型

结合区内金成矿地质特征(表1)及前人资料[12, 13, 14, 15]综合分析, 金矿区域找矿模型建立如下。

表1 小兴安岭北段金矿区域找矿模型

(1)含矿地层:区内金矿主要位于基底变质岩及下白垩统陆相中基性火山岩中。元古宇为区内初始矿源层, 可为成矿提供部分矿源; 早白垩世火山活动与金成矿关系密切, 下白垩统板子房组、甘河组、宁远村组火山岩及前寒武纪地层均为有利的赋矿围岩[10]

(2)控矿岩体:燕山期中酸性岩体及潜火山岩与金成矿关系最为密切, 金矿多赋存于燕山期岩体及其外接触带附近。

(3)控矿构造:金矿化主要受区域性断裂及火山机构控制, 其多为导矿构造, NNE、NE、NW、EW向次级断裂为良好的赋矿构造。

(4)航磁有利区:航磁Δ T等值线零值区域附近为区内金矿(点)富集区。

(5)遥感蚀变异常:金矿(点)多伴生硅化、黄铁矿、褐铁矿化等热液蚀变, 为遥感探测金矿提供了有利的物理依据, 区内金矿(点)多处于遥感铁染异常区内。

(6)化探异常:Au元素地球化学异常是探寻金矿最直接有效的地学信息, 是成矿预测最为有利的证据因子[9]

3 证据权重法简介

证据权重法是将每一种地学信息视为一个证据因子, 以贝叶斯条件概率为基础, 计算每个证据因子的权重值, 用以圈定、划分不同级别的成矿远景区, 计算过程如下。

(1)先验概率(P先验):在对研究区网格单元进行划分的基础上, 依据已知矿床(点)空间展布特征, 计算每一类证据图层单位面积内成矿的概率

P先验=N(D)/N(T),

其中:N(D)为含矿网格单元总数, N(T)为网格单元总数。

(2)证据权重:假设将研究区划分为T个面积相等的单元, 其含矿单元数为D, 任一证据因子权重值为

W+=lnP(B/D)P(B/D-), W-=lnP(B-/D)P(B-/D-),

式中:W+、W-分别为证据因子存在区及不存在区的权重值, 原始数据缺失区的权重值为0; B为因子存在区的单元数; B-为因子不存在区的单元数; D-为不含矿单元的个数。

证据因子和矿床(点)的相关程度表示为

C=W+-W-

(3)后验概率(P后验):综合地、物、化、遥等各个证据图层的权重值进行叠加复合计算, 其数值与成矿概率为正相关。

P后验=O后验/(1+O后验),

式中:O后验=exp{lnO先验+ j=1nwjk}(j=1, 2, …, n), O先验=P先验/(1-P先验), wjk为证据层j的权重。

4 证据图层选择及提取
4.1 数据库建立

本次预测数据包括1∶ 25万地质矿产图、1∶ 5万航磁、遥感数据及1∶ 20万化探数据, 所有数据均矢量化, 并投影变换至同一坐标系下, 建成空间数据库, 本次预测所用软件主要为MORPAS与MAPGIS。

4.2 成矿信息提取

控矿地层:通过MORPAS空间分析功能, 将地层与矿点叠加, 区内控矿地层主要包括两部分:一部分是前寒武纪地层, 包括古元古界东风山岩群、中元古界黑龙江群, 其Au元素丰度高, 矿源条件有利, 15处矿床(点)位于其中, 占矿床(点)总数的39.39%; 另一部分为白垩纪火山岩, 包括下白垩统板子房组、甘河组、宁远村组, 为一套中基— 中酸性火山岩, 其Au元素丰度亦较高, 为成矿提供了部分矿源, 5处大中型矿床位于其中(图1)。

控矿岩体:区内岩浆岩极为发育(图1), 区内金成矿与燕山期岩体及潜火山岩关系最为密切, 当Buffer半径为1.5 km时, 通过对燕山早期、燕山晚期岩体分别以0.5、1、1.5、2 km为半径求缓冲区, 对应C值分别为0.246、0.048, 其中有11处矿床(点)位于燕山早期岩体Buffer中, 7处矿床(点)位于燕山晚期岩体Buffer中。

图1 小兴安岭北部金矿源层与矿床分布

控矿构造:研究区多为森林覆盖, 地表构造信息较为缺乏, 本次预测将航磁、遥感解译断裂与地质矿产图中构造叠合在一起, 并对重叠部分进行合理删除。构造信息对成矿预测的作用从两方面提取:一是对线性信息进行密度、对称度、交点数、条数等方面的计算, 探查各个信息与成矿的相关性, 由MORPAS软件计算; 二是通过计算断裂不同半径缓冲区的含矿性, 探查与成矿关系最优的缓冲半径。区域性断裂主要为导矿构造, 控制着矿床(点)的展布; NNE、NE、NW、EW向次级断裂为容矿构造, 控制着金矿床的定位。经对区域性断裂及NNE、NE、NW、EW向次级断裂不同半径的Buffer与矿床(点)进行叠加统计、分析, 当其Buffer半径分别为4、2 km时, 将区域性断裂Buffer与次级断裂Buffer合并为一个证据图层, 其C值(0.941)最大, 且有28个矿床(点)位于其中, 占矿床(点)总数的84.85%(图2)。

图2 小兴安岭北部断层buffer分析

图3 小兴安岭北部遥感铁染异常蚀变信息

遥感蚀变异常:区内金成矿伴生黄铁矿、褐铁矿、硅化等围岩蚀变, 将Landsat7 ETM+数据提取的铁染蚀变异常与金矿床(点)进行叠加分析(图3), 25处金矿床(点)位于铁染异常中, 占矿床(点)总数的75.76%, 表明铁染异常为金矿围岩蚀变的有效反应, 其对该区金成矿具一定的示矿性, 被选用参与预测。

航磁异常:通过对航磁Δ T等值分级图层(差值50 nT)与矿点进行叠加, 区内航磁数据覆盖有26个矿床(点), 由矿床(点)分布范围分析, 其多分布在(-200~250 nT)值域范围内, 但主体集中于(-150~0 nT)区域(表2), 矿床(点)覆盖率为69.23%, 表明航磁Δ T(-150~0 nT)范围为该区金矿找矿有利区间, 故将航磁Δ T(-150~0 nT)区间选为证据图层。

表2 小兴安岭北部航磁找矿有利度分析

化探异常:通过MORPAS软件对Au化探异常图层与矿点文件叠加, 24处金矿床(点)均位于Au元素异常中, 占矿床(点)总数的72.73%, 显示其与金成矿关系密切, 故将其选为证据图层。

5 证据图层构置

据本区金矿化规律及矿床(点)分布特征, 本次预测采用3 km× 3 km的网格, 将研究区划分为3 053个网格单元, 其先验概率为0.010 809。通过应用GIS证据权重法, 计算各证据因子的权重值, 最终选择地质变量、航磁异常、遥感异常及化探异常4类, 共计14个证据图层(表3)。由表3可知, 前寒武纪地层、构造交汇、遥感铁染异常、Au化探异常与金成矿关系最为密切。

表3 小兴安岭北部成矿远景区与已知矿床关系
6 预测结果及评价

由证据权重法数学原理可知, 后验概率大于先验概率(0.010 809)的区域即为成矿有利区, 根据后验概率值及证据权重异常图, 以后验概率0.11~0.3范围圈定Ⅲ 级成矿远景区14个; 0.3~0.5范围圈定Ⅱ 级成矿远景区9个; 0.5~1.0范围圈定Ⅰ 级成矿远景区9个, 所得结果见图4, 表4

图4 小兴安岭北部金成矿远景预测区

表4 小兴安岭北部成矿远景区与已知矿床关系

由预测结果分析表明:① 本次预测的成矿远景区覆盖了区内30处岩金矿床(点), 占矿床(点)总数的90.91%, 且多数大中型矿床处于一、二级成矿远景区内, 表明本次预测结果较为可靠; ② 东克林北、翁翠林场西、汤旺河、红星西、五营东、卧龙河北东、头道岭北等7处成矿远景区内尚未发现岩金矿床(点), 其成矿信息较为丰富, 其中翁翠林场西、五营东、红星西三处成矿远景区内及周边发现了不同规模的砂金矿床(点), 表明具一定的成矿潜力, 应在进一步勘探中引起重视; ③ 预测远景区主要沿近南北向牡丹江断裂展布, 定位于次级构造、富Au基底、燕山期岩体复合部位, 与区域金成矿地质特征相吻合。

在进一步工作中, 应重点探查区域性断裂两侧及已知矿床外围一、二级成矿远景区域, 以开展大比例物化探测量及工程揭露等工作为宜, 以取得老矿床(点)的增产、增量; 同时应注意加强对牡丹江断裂西侧及中生代火山盆地空白成矿远景区的探查, 开展中、大比例尺调查评价工作, 以获得新的突破。

7 结论

(1)本次应用证据权重法在小兴安岭森林植被覆盖区进行金矿预测, 共圈定一级成矿远景区14个, 二级成矿远景区9个, 三级成矿远景区9个, 所预测成矿远景区覆盖了区内90.91%的矿床(点), 且多数大中型矿床处于一、二级成矿远景区内, 同时翁翠林场西、五营东、红星西三处远景区及周边见有砂金矿床(点), 成矿潜力较大, 表明本次预测结果较为合理、可靠, 对该区进一步开展金矿勘查工作具有指导意义。

(2)应用GIS证据权重法对海量多源地学信息进行提取及优选, 以定量化结果圈定成矿远景区, 较以往定性成矿预测具有高效、准确、直观的特点。

The authors have declared that no competing interests exist.

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