基于GIS證據(jù)權法的焦家金成礦帶綜合信息成礦預測

劉漢棟，王巧云，李秀章，陳建平，祝培剛，朱繼托，劉 麗

（1．山東省地質調查院，山東 濟南250013；2．中國地質大學 （北京）國土資源與高新技術研究中心，北京100083；3．北京市國土資源信息開發(fā)研究重點實驗室，北京100083）

成礦預測是應用地質理論和科學方法，綜合地質、地球物理、地球化學等基礎資料獲得找礦信息，總結成礦條件和礦體賦存規(guī)律，建立礦床模型，圈定不同級別成礦遠景區(qū)［1］。隨著科學技術的發(fā)展，成礦預測評價由定性向定量、由二維向三維發(fā)展，20世紀80年代以來，地理信息系統(tǒng)（GIS）技術被成功引入成礦預測中，應用GIS技術，提高了礦產資源預測的效率，縮短了資源評價周期，并能定量圈定各級有利成礦區(qū)段［2－6］。證據(jù)權模型是一種立足于數(shù)據(jù)的空間位置關系，結合GIS技術對各種有利成礦因素（證據(jù)層）進行有效綜合的數(shù)學預測評價模型［7］。目前國內不同專家、學者對一些主要成礦區(qū)帶、礦床進行了基于證據(jù)權法的礦產資源預測工作，取得了良好的找礦成果［4－5，7－17］。

本文在研究焦家成礦帶地質背景和成礦規(guī)律的基礎上，利用GIS技術進行成礦有利信息分析與提取，建立評價證據(jù)指標模型，使用證據(jù)權法對金礦進行了成礦預測，指出該區(qū)具有進一步的找礦潛力。

1 研究區(qū)地質背景

研究區(qū)位于膠東半島西北部，西靠沂沭斷裂帶，南接膠萊拗陷，北鄰龍口斷陷盆地和渤海拗陷，東接牟平－即墨構造混雜巖帶［18］。古老的前寒武紀變形變質巖系、多期多成因的巖漿活動和以NE－NNE向斷裂為主的構造格架，構成了本區(qū)金礦的區(qū)域成礦地質背景（圖1）。

圖1 膠東西北部地區(qū)地質礦產簡圖

區(qū)域主要控礦構造為招平斷裂、焦家斷裂和三山島斷裂，斷裂總體呈NE走向，與三條主干斷裂平行展布的一組近NE向次級斷裂發(fā)育，少量NW向和近EW向斷裂。三山島斷裂傾向SE，焦家斷裂傾向NW，招平斷裂傾向SE，三山島斷裂和焦家斷裂之間及招平斷裂東側的斷裂上盤主要地質體為早前寒武紀變質雜巖，由新太古代TTG花崗質片麻巖、變輝長巖（斜長角閃巖）和少量呈殘留包體出現(xiàn)的膠東巖群及中太古代唐家莊巖群組成；焦家斷裂和招平斷裂之間的斷裂下盤主要分布侏羅紀玲瓏花崗巖，侵入有白堊紀郭家?guī)X花崗閃長巖、偉德山花崗巖、嶗山花崗巖和相關的脈巖（煌斑巖、輝綠玢巖、閃長玢巖、花崗質脈巖等）。主干斷裂切割了玲瓏花崗巖體［19］。

焦家主干斷裂及次級低序次斷裂（望兒山斷裂、河西斷裂等）構成控礦構造系統(tǒng)，焦家斷裂總體走向30°，傾向北西，大致沿新太古代變質巖系與侏羅紀玲瓏花崗巖的接觸帶分布，但有的地段穿切玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗巖，破碎蝕變帶寬80～200m不等［20］。

在焦家金成礦帶上，先后發(fā)現(xiàn)焦家、新城、河西、馬塘、望兒山、上莊等大型金礦床，近幾年先后在成礦帶的深部發(fā)現(xiàn)寺莊深部、馬塘深部、焦家深部等大型－超大型金礦床，礦床成因類型主要為破碎帶蝕變巖型，少量石英脈型。

2 成礦有利信息提取

本次研究收集編制了多元地質數(shù)據(jù)庫，包括地質、地球物理、地球化學、礦產勘查數(shù)據(jù)等。根據(jù)成礦條件，基于GIS技術分析了研究區(qū)的成礦地質背景和已查明的十余個金礦床的實測數(shù)據(jù)，從建立的數(shù)據(jù)庫中提取了6個成礦有利證據(jù)層。

2．1 構造信息

從構造緩沖區(qū)、構造展布特征、構造交匯特征、構造中心對稱度等對構造特進行成礦有利信息的提取與分析。

構造緩沖區(qū)：焦家主干斷裂破碎帶發(fā)育，是金礦體產出的主要位置，結合研究區(qū)實際情況，選取斷裂面兩側200m為緩沖區(qū)，經統(tǒng)計，87．07%的礦塊落在緩沖區(qū)內，斷裂緩沖區(qū)是一個非常重要的預測要素。

構造展布特征：主要包括斷裂等密度、斷裂頻數(shù)、主干斷裂分析等，這些變量從不同的角度反映線性構造的特征，從中發(fā)掘與成礦有關的信息，提取成礦信息是成礦預測的要求。構造等密度反映線性構造發(fā)育程度，是斷裂長度的加和；構造頻數(shù)是單元中斷裂構造產出的條數(shù)，是斷裂條數(shù)的加和，反映了區(qū)域線形構造的復雜程度，體現(xiàn)了區(qū)域構造格架的主體特征；主干斷裂是指傾向上延深大，平面上延伸長的斷裂構造。采用斷裂等密度與斷裂頻數(shù)之比來定量化分析主干斷裂發(fā)育區(qū)。其比值大表現(xiàn)為主干斷裂的特征。以焦家金礦帶為背景，北東向斷裂（焦家斷裂、望兒山斷裂和河西斷裂）為焦家金礦帶內的主干斷裂。圖2為研究區(qū)內斷裂的構造長度、頻數(shù)玫瑰花圖。經統(tǒng)計選取主干斷裂值（0．00917，0．01167）的范圍作為成礦有利區(qū)間（圖3）。

圖2 研究區(qū)構造長度、頻數(shù)玫瑰花圖

圖3 主干斷裂（長度／頻度）分布直方圖

構造交匯特征：斷裂交匯部位是成礦有利位置，構造交點數(shù)代表著單元面積內交點數(shù)多少的一個定量指標，經統(tǒng)計選取構造交匯點值為（0．005，1．250）的范圍作為成礦有利區(qū)間。

構造中心對稱度：代表了構造對稱的特征。經統(tǒng)計，選取（0．001，0．020）為成礦有利因子，研究區(qū)北部有利區(qū)間塊體周圍區(qū)域較好的成礦事實預示著南部相似部位具有很好的找礦前景。

2．2 蝕變巖信息

研究區(qū)金礦體均賦存于斷裂構造所控制的蝕變巖內，蝕變巖的發(fā)育空間、形態(tài)、產狀與斷裂帶基本一致。本文通過統(tǒng)計已知礦體分布于不同蝕變巖的比例來確定不同蝕變巖對成礦的貢獻大小。經統(tǒng)計，研究區(qū)內礦體41．38%落在絹英巖化花崗質碎裂巖內，26．88%在黃鐵絹英巖化碎裂巖內，16．06%在絹英巖化花崗巖內，5．08%落在變輝長質碎裂巖帶內（圖4）?？梢姡佊r化花崗質碎裂巖和黃鐵絹英巖化碎裂巖是礦體產出的主要蝕變巖。蝕變巖的分布圖層可作為成礦有利證據(jù)層。

圖4 不同蝕變巖中含礦單元圖

2．3 成礦有利巖體

研究區(qū)內侵入巖主要為古元古代馬連莊序列變輝長巖、中生代侏羅紀玲瓏序列花崗巖和白堊紀郭家?guī)X序列花崗閃長巖。經統(tǒng)計，研究區(qū)內62．26%的金礦體落在玲瓏序列內，31．59%礦體落在馬連莊序列，6．14%在郭家?guī)X序列（圖5），顯示玲瓏序列和馬連莊序列中含礦性較好。

2．4 等間距控礦信息

構造帶和構造形跡空間展布的韻律定向性和間距的倍數(shù)性是構造距離的兩個特點［21］。區(qū)內控礦構造的等距性和礦液流動方向及疊加程度導致了礦床呈等距性展布，對指導盲區(qū)找礦具有指示性作用［22］。

同產于焦家主干斷裂中的新城、東季、焦家、馬塘、寺莊等金礦床，雖然它們的規(guī)模大小不一，但其礦床成因類型、蝕變巖、礦體形態(tài)及產狀、礦體側伏及礦化分帶規(guī)律都是相同的。盧作祥等［23］在對本區(qū)研究后，得出了同一控礦構造帶內的礦床（點）具有等距性分布的規(guī)律。近年來的研究及新城、望兒山、焦家、馬塘、寺莊等金礦床第二富集帶礦體的發(fā)現(xiàn)表明，這種等距性不只是在走向上，也存在于傾向上。經統(tǒng)計，研究區(qū)內93．91%的金礦床落在等間距控礦模型中（圖6）。

圖5 不同巖體中含礦單元圖

圖6 焦家金礦帶主要礦床分布圖

2．5 地球物理成礦信息

將研究區(qū)可控源大地音頻電磁測量資料與區(qū)內已知礦體進行疊加統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)59．7%的金礦體落在視電阻率值為1000～20000Ω·m的區(qū)間，顯示視電阻率值1000～20000Ω·m的區(qū)間為金礦床有利地球物理異常信息。

2．6 地球化學成礦信息

化探信息是一種直接的找礦信息，是找礦預測中的直接變量［24］。利用研究區(qū)鉆孔中Au元素分析數(shù)據(jù)和原生暈化探數(shù)據(jù)分析單元塊的元素異常分布，使用距離反比加權對未知單元塊進行Au元素含量插值處理。依據(jù)鉆孔原生暈化探數(shù)據(jù)信息，建立 Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn等微量元素異常模型，依據(jù)元素縱向分帶規(guī)律確定As、Hg、Sb為礦體頭部異常元素；Ag、Au、Zn、Pb、Cu為近礦異常元素；Bi、Mo為礦體尾部異常元素。經統(tǒng)計，鉆孔數(shù)據(jù)覆蓋范圍內金礦床78．49%落在Au元素異常內，37．77%的金礦床落在元素組合異常內。

3 基于證據(jù)權模型的多元綜合信息成礦預測

3．1 預測模型的建立

依據(jù)成礦地質條件和找礦標志，基于GIS技術的找礦模型和成礦有利信息處理的基礎上，對研究區(qū)金礦成礦的控礦因素進行了綜合分析，總結出與研究區(qū)成礦有關的預測變量有14個，包括賦礦巖體（玲瓏序列、馬連莊序列）、蝕變帶（黃鐵絹英巖化碎裂巖、絹英巖化花崗質碎裂巖、變輝長質碎裂巖），構造（斷裂緩沖區(qū)、構造交點數(shù)、構造中心對稱度、主干斷裂）、Au品位及元素組合異常、等間距控礦、視電阻率異常，研究區(qū)定量預測模型見表1。

3．2 成礦證據(jù)因子分析

本次研究采用證據(jù)權法對有利成礦信息和定量預測模型進行綜合分析。證據(jù)權法是加拿大數(shù)學地質學家Agterberg提出的一種地學統(tǒng)計方法，是通過對一些與礦產形成相關的地學信息的疊加復合分析來進行礦產遠景區(qū)的預測。其中的每一種地學信息都被視為成礦遠景區(qū)預測的一個證據(jù)因子，而每一個證據(jù)因子對成礦預測的貢獻是由這個因子的權重值來確定的［17］。

依據(jù)成礦規(guī)律，根據(jù)對地質、地球物理和地球化學成礦信息的分析，對研究區(qū)的各控礦因素做了綜合評定，提取出14個有利證據(jù)項：Au元素異常、元素組合異常、變輝長雜巖質碎裂巖、黃鐵絹英巖化碎裂巖、等間距控礦、斷裂緩沖區(qū)、絹英巖化花崗質碎裂巖、斷裂、主干斷裂、玲瓏序列、斷裂中心對稱度、馬連莊序列、視電阻率異常、構造交匯點。針對以上14項，利用MRAS軟件進行了證據(jù)權法計算。各證據(jù)因子的權重值見表2。

對表2數(shù)據(jù)分析，得出以下4點認識：①研究區(qū)Au元素異常和 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg化探元素組合異常與成礦關系密切，其C值皆大于5；②蝕變碎裂巖與金礦關系密切，變輝長質碎裂巖、黃鐵絹英巖化碎裂巖、絹英巖化花崗質碎裂巖其C值皆大于3；③斷裂構造作為賦礦部位，與成礦關系密切，等間距控礦、斷裂緩沖區(qū)的C值大于4，主干斷裂的C值大于3，斷裂中心對稱度C大于2；④賦礦圍巖與成礦有一定的關系，其C值大于2。

對14個證據(jù)項進行條件獨立性檢驗，在顯著性水平為0．05的情況下，上述14個因素基本上滿足條件獨立性。

表1 焦家金成礦帶預測模型

表2 焦家金礦帶各證據(jù)因子權重值

4 預測區(qū)的圈定及驗證

依據(jù)證據(jù)權重分析，計算出各單元含礦預測的后驗概率，結合實際地質情況和礦體分布規(guī)律，在已有礦區(qū)、礦體范圍外圈定找礦靶區(qū)。研究區(qū)內圈定6個找礦預測區(qū)（圖7）。

1）后坡預測區(qū)：位于焦家斷裂、望兒山斷裂深部延伸部位，淺部為曲家超大型金礦床和焦家深部超大型金礦床，二個礦床主礦體深部尚未封閉。預測模型主要落在玲瓏巖體、黃鐵絹英巖化碎裂巖以及斷裂的200m緩沖區(qū)內，預測模型的礦體產狀與焦家主干斷裂一致，為成礦有利部位。

圖7 焦家金成礦帶成礦預測圖

2）任家預測區(qū)：位于焦家斷裂深部產狀變緩部位，紗嶺超大型金礦床的深部，預測模型主要落在馬連莊巖體和玲瓏巖體的接觸帶附近，焦家主干斷裂的200m緩沖區(qū)、黃鐵絹英巖化碎裂巖帶和絹英巖化花崗質碎裂巖帶內，預測模型的礦體產狀與焦家主干斷裂斷裂一致，成礦條件有利。

3）臥龍預測區(qū)：位于焦家主干斷裂深部，淺部為前陳中型金礦床，預測模型主要落在斷裂的200m緩沖區(qū)和黃鐵絹英巖化碎裂巖內，位于玲瓏巖體與馬連莊巖體的接觸帶附近，預測模型的礦體產狀與焦家主干斷裂一致，有較好的成礦地質條件。

4）綦家預測區(qū)：位于焦家斷裂南延部位，預測區(qū)及附近尚未發(fā)現(xiàn)金礦床（點），預測立方塊主要落在斷裂的200m緩沖區(qū)內，位于玲瓏巖體與馬連莊巖體接觸帶附近，有視電阻率異常存在，成礦條件較好。

5）龍埠預測區(qū)：位于望兒山斷裂帶的深部，其南側淺部為望兒山中型金礦床，預測模型主要落在斷裂的200m緩沖區(qū)和絹英巖化花崗質碎裂巖、玲瓏巖體內，預測模型的礦體產狀與望兒山斷裂大體一致。

6）城子預測區(qū)：位于望兒山斷裂南延部位，其北部為望兒山金礦床和城北小型金礦床，預測模型主要落在斷裂的200m緩沖區(qū)、玲瓏巖體內，預測模型的礦體產狀與望兒山斷裂大體一致。

在圈定的后坡預測區(qū)內施工1個驗證鉆孔，在1328．50～1355．30m見到品位大于0．5×10－6的礦化體，視厚度26．80m，圈定礦體3個，主礦體位于孔深1344．61～1349．11m 處，視厚度4．50m，平均品位2．63×10－6，驗證結果與預測基本一致。

5 結 論

1）利用GIS技術對研究區(qū)開展多源地質找礦信息綜合集成分析，提取斷裂構造、巖漿巖、物化探異常等與成礦的關系，結合區(qū)域成礦地質條件和礦體分布規(guī)律，總結出研究區(qū)內有利于金礦產出的成礦條件組合，提出了研究區(qū)控礦要素為巖漿巖、構造、蝕變帶、物探異常、化探異常和等間距控礦等。

2）結合研究區(qū)地質特征、區(qū)域成礦規(guī)律和成礦地質條件，應用基于GIS的證據(jù)權法進行多源成礦信息綜合預測評價，提出了6個金礦找礦預測區(qū)，為研究區(qū)勘查工作部署提供了依據(jù)。

3）對預測區(qū)擇優(yōu)進行鉆探驗證，在焦家主干斷裂的深部發(fā)現(xiàn)了主礦體，驗證了預測結果。

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