GIS在成礦預(yù)測中的應(yīng)用

1、GIS在成礦預(yù)測中的應(yīng)用在成礦預(yù)測中的應(yīng)用 一、一、 GIS應(yīng)用于成礦預(yù)測的一般數(shù)據(jù)流程應(yīng)用于成礦預(yù)測的一般數(shù)據(jù)流程 GISGIS應(yīng)用于成礦預(yù)測，除了需要滿足一般應(yīng)用于成礦預(yù)測，除了需要滿足一般GISGIS應(yīng)用的數(shù)據(jù)流程要求外，又需要滿足本學(xué)科應(yīng)用的數(shù)據(jù)流程要求外，又需要滿足本學(xué)科特有的數(shù)據(jù)要求，其數(shù)據(jù)流程為特有的數(shù)據(jù)要求，其數(shù)據(jù)流程為：（1）地礦信息獲取和空間數(shù)據(jù)庫的建立）地礦信息獲取和空間數(shù)據(jù)庫的建立（2）預(yù)測信息的提?。╊A(yù)測信息的提取-變量變量 （3）成礦預(yù)測模型的建立）成礦預(yù)測模型的建立 （4）空間分析）空間分析 （2、3、4相互交叉驗(yàn)證）相互交叉驗(yàn)證） （5 5）解釋最終結(jié)果）解釋最

2、終結(jié)果 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理模型建立模型建立空間分析空間分析數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出地礦信息獲取和空間數(shù)據(jù)庫的建立 利用利用GIS提供的數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)將地學(xué)資料分類輸提供的數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)將地學(xué)資料分類輸入。金屬礦產(chǎn)預(yù)測的多源地礦信息源一般包括：入。金屬礦產(chǎn)預(yù)測的多源地礦信息源一般包括： 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖，研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖， 研究區(qū)地球物理數(shù)據(jù)或物探異常圖，研究區(qū)地球物理數(shù)據(jù)或物探異常圖， 研究區(qū)地球化學(xué)數(shù)據(jù)或化探異常圖，研究區(qū)地球化學(xué)數(shù)據(jù)或化探異常圖， 研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)或遙感圖像及遙感解譯圖等。研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)或遙感圖像及遙感解譯圖等。 輸入的方法可采用數(shù)字化儀、掃描儀和鍵盤輸入。輸入的方法可采用

3、數(shù)字化儀、掃描儀和鍵盤輸入。對輸入的各類數(shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)注其屬性及數(shù)據(jù)間的拓?fù)鋵斎氲母黝悢?shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)注其屬性及數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系，并將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的某一種坐標(biāo)投關(guān)系，并將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的某一種坐標(biāo)投影系統(tǒng)和有利于空間分析的數(shù)據(jù)格式（矢量或柵影系統(tǒng)和有利于空間分析的數(shù)據(jù)格式（矢量或柵格格式），進(jìn)行誤差校正。從而建立起可供查詢、格格式），進(jìn)行誤差校正。從而建立起可供查詢、檢索及進(jìn)行各種分析的空間數(shù)據(jù)庫。檢索及進(jìn)行各種分析的空間數(shù)據(jù)庫。 預(yù)測信息的提取 根據(jù)所研究礦產(chǎn)模型的需要，從原始數(shù)據(jù)庫中提取有用的證據(jù)單元，或重新組合成基本的證據(jù)層。 例如： 利用物、化探資料產(chǎn)生地球物理和地球化學(xué)異常圖； 提供有

4、利于成礦的線元或面元形成單獨(dú)或組合的證據(jù)圖層； 對礦點(diǎn)、礦床的產(chǎn)出位置進(jìn)行提取得到礦點(diǎn)、礦床分布圖等。 預(yù)測模型的建立 “證據(jù)權(quán)”模型 多元統(tǒng)計(jì)模型 專家系統(tǒng)模型 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 空間分析 以重新組合的證據(jù)層為基本單元，利用GIS強(qiáng)大的圖形分析功能，按照專家系統(tǒng)提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，對各個(gè)圖形進(jìn)行操作分析。通過GIS的圖形顯示功能觀察中間結(jié)果，對比、分析、評價(jià)、修改初始模型和圖形分析方法，產(chǎn)生新的中間圖層，直到滿足礦產(chǎn)資源預(yù)測的要求為止。 解釋最終結(jié)果 對多層地學(xué)證據(jù)進(jìn)行疊加，產(chǎn)生研究區(qū)礦產(chǎn)預(yù)測圖。即產(chǎn)生預(yù)測的最終成果。利用GIS 產(chǎn)生的礦產(chǎn)預(yù)測圖是以不同色級標(biāo)示的一幅礦產(chǎn)資源空間可能產(chǎn)出的概率圖。

5、根據(jù)其概率的不同可以圈定各級遠(yuǎn)景區(qū)。 同時(shí)可以通過組織專家分析成果應(yīng)用的有效性，并可以修改或重新構(gòu)成基本證據(jù)的模型參數(shù)，產(chǎn)生新的礦產(chǎn)資源預(yù)測圖件 。礦產(chǎn)資源GIS評價(jià)系統(tǒng)基于GIS的礦產(chǎn)資源評價(jià)工作目前國內(nèi)已有一些單位和個(gè)人進(jìn)行了探討和實(shí)踐： 金屬礦產(chǎn)資源評價(jià)分析系統(tǒng)金屬礦產(chǎn)資源評價(jià)分析系統(tǒng)（MORPAS）（趙鵬大、胡光道等） 礦產(chǎn)資源綜合信息礦產(chǎn)資源預(yù)測評價(jià)系統(tǒng)礦產(chǎn)資源綜合信息礦產(chǎn)資源預(yù)測評價(jià)系統(tǒng)（王世稱等） 礦產(chǎn)資源綜合評價(jià)系統(tǒng)礦產(chǎn)資源綜合評價(jià)系統(tǒng)（MRAS） （肖可炎等）二、證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測的應(yīng)用二、證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測的應(yīng)用 證據(jù)權(quán)法證據(jù)權(quán)法證據(jù)權(quán)法是一種利用確定礦產(chǎn)形成的后驗(yàn)概率來圈

6、證據(jù)權(quán)法是一種利用確定礦產(chǎn)形成的后驗(yàn)概率來圈定研究區(qū)有利成礦部位的數(shù)學(xué)模型，由加拿大數(shù)定研究區(qū)有利成礦部位的數(shù)學(xué)模型，由加拿大數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)家學(xué)地質(zhì)學(xué)家Agterberg提出。它最初是基于二值提出。它最初是基于二值圖像的。圖像的。該模型以貝葉斯條件概率為基礎(chǔ)，通過一定的數(shù)學(xué)該模型以貝葉斯條件概率為基礎(chǔ)，通過一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法確定與成礦作用關(guān)系密切的證據(jù)層的權(quán)計(jì)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(jìn)而計(jì)算空間任一位置礦產(chǎn)發(fā)育的概率值重值，進(jìn)而計(jì)算空間任一位置礦產(chǎn)發(fā)育的概率值來圈定不同級別的預(yù)測靶區(qū)。來圈定不同級別的預(yù)測靶區(qū)。 其優(yōu)勢之處在于預(yù)其優(yōu)勢之處在于預(yù)測過程中以礦產(chǎn)產(chǎn)出的空間位置為基

7、礎(chǔ)，并在空測過程中以礦產(chǎn)產(chǎn)出的空間位置為基礎(chǔ)，并在空間位置最有效、最直接的表達(dá)形式間位置最有效、最直接的表達(dá)形式圖形上進(jìn)行圖形上進(jìn)行操作。操作。證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測的步驟證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測的步驟 （1）建立研究區(qū)礦床（點(diǎn)）和與成礦作用有關(guān)的證據(jù)因子專題數(shù)據(jù)庫； （2）提取礦點(diǎn)圖層，劃分網(wǎng)格單元； （3）搜索含礦網(wǎng)格單元，生成含礦網(wǎng)格圖層 （4）對于每一個(gè)證據(jù)因子專題數(shù)據(jù)庫，提取與成礦關(guān)系密切的控礦因素，生成新的圖層，即證據(jù)層； （5）分別將各證據(jù)層圖層與含礦網(wǎng)格圖層進(jìn)行疊加，進(jìn)行先驗(yàn)概率、權(quán)重（W+，W-）及相關(guān)系數(shù)（C）的計(jì)算； （6）根據(jù)先驗(yàn)概率、權(quán)重及相關(guān)系數(shù)篩選合理的證據(jù)層，也即參與后驗(yàn)

8、概率計(jì)算的證據(jù)層，并對研究區(qū)內(nèi)各單元進(jìn)行后驗(yàn)概率計(jì)算； （7）根據(jù)后驗(yàn)概率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行各級預(yù)測靶區(qū)的計(jì)算證據(jù)權(quán)模型計(jì)算過程證據(jù)權(quán)模型計(jì)算過程 （1）計(jì)算礦床（點(diǎn)）在不同情況下的先驗(yàn)概）計(jì)算礦床（點(diǎn)）在不同情況下的先驗(yàn)概率；率； （2）計(jì)算礦床（點(diǎn)）在不同情況下的先驗(yàn)奇）計(jì)算礦床（點(diǎn)）在不同情況下的先驗(yàn)奇比；比； （3）計(jì)算各證據(jù)層的權(quán)重值及其與目標(biāo)層的）計(jì)算各證據(jù)層的權(quán)重值及其與目標(biāo)層的相關(guān)系數(shù)；相關(guān)系數(shù)； （4）計(jì)算研究區(qū)不同空間位置的后驗(yàn)奇比；）計(jì)算研究區(qū)不同空間位置的后驗(yàn)奇比； （5）計(jì)算研究區(qū)不同空間位置的后驗(yàn)概率；）計(jì)算研究區(qū)不同空間位置的后驗(yàn)概率；證據(jù)權(quán)法計(jì)算過程一證據(jù)權(quán)法計(jì)算過程

9、一 首先選定一個(gè)預(yù)測評價(jià)區(qū)域，對其進(jìn)行網(wǎng)格單元?jiǎng)澐郑?計(jì)算研究區(qū)內(nèi)是礦床（點(diǎn)）發(fā)育的先驗(yàn)概率：P先驗(yàn)先驗(yàn)=M/T 當(dāng)j證據(jù)層存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件概率 P（d | j）=Mj/Tj； 當(dāng)j證據(jù)層不存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件概率 P（d | j ）=Mj/Tj； 其中：M為研究區(qū)含有礦床（點(diǎn)）的網(wǎng)格單元總數(shù)， T為研究區(qū)網(wǎng)格單元總數(shù)； Mj為證據(jù)層j和礦床（點(diǎn)）同時(shí)出現(xiàn)的單元數(shù)， Tj為證據(jù)層j出現(xiàn)的單元數(shù)； Mj=M-Mj Tj=T-Tj 證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟一證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟一 a. 巖漿巖；b. 斷裂；d. 礦床（點(diǎn)） M=3 ， T=25 ； Ma=2，Ta =8； Ma =1，Ta =

10、17； Mb=2，Tb =7； Mb =1，Tb =18；P先驗(yàn)先驗(yàn)=M/T=3/25；P（d | a）=Ma/Ta = 2/8；P（d | a）=Ma/Ta = 1/17；P（d | b）=Ma/Ta = 2/7；P（d |b）=Mb/Tb = 1/18。證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟二證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟二 計(jì)算出研究區(qū)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的先驗(yàn)奇比計(jì)算出研究區(qū)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的先驗(yàn)奇比O先驗(yàn)先驗(yàn)： O先驗(yàn)先驗(yàn)=P先驗(yàn)先驗(yàn)/（1-P先驗(yàn)先驗(yàn)）= 3/22 當(dāng)當(dāng)j證據(jù)層存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件奇比證據(jù)層存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件奇比O（d | j）：）： O（d | j）=P（d | j）/（1-P（d | j）

11、當(dāng)當(dāng)j證據(jù)層不存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件奇比證據(jù)層不存在時(shí)礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的條件奇比O（d | j ）：）： O（d | j ）= P（d | j ）/（1-P（d | j ） 計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果： O （d | a）=1/3； O （d | a）=1/16； O （d | b）=2/5； O （d | b）=1/17。證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟三證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟三 計(jì)算各證據(jù)層的權(quán)值計(jì)算各證據(jù)層的權(quán)值 當(dāng)當(dāng)j證據(jù)層存在時(shí)證據(jù)層存在時(shí), W+=LnO（d | j）/O先驗(yàn)先驗(yàn) ； 當(dāng)當(dāng)j證據(jù)層不存在時(shí)證據(jù)層不存在時(shí), W-= LnO（d | j ）/O先驗(yàn)先驗(yàn)； Wj+ ，當(dāng)證據(jù)層，當(dāng)證據(jù)層j存在時(shí)；存在

12、時(shí)； 其中其中Wjk= Wj- ，當(dāng)證據(jù)層，當(dāng)證據(jù)層j不存在時(shí)；不存在時(shí)； 0，當(dāng)證據(jù)層，當(dāng)證據(jù)層j情況不明時(shí)。情況不明時(shí)。 證據(jù)層與礦床（點(diǎn)）的相關(guān)程度：證據(jù)層與礦床（點(diǎn)）的相關(guān)程度： C= W+- W- 計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果： Wa+ = 0.8938； Wa- =-0.7802； Ca=1.674； Wb+ = 1.0761； Wb- =-0.8408； Cb=1.9169。證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟四證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟四研究區(qū)某個(gè)單元礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的后驗(yàn)奇比可以表研究區(qū)某個(gè)單元礦床（點(diǎn)）出現(xiàn)的后驗(yàn)奇比可以表示為：示為：對于單元1、4、7、8，其后驗(yàn)奇比為：單元1：O后驗(yàn)= expLn（3/22）+（

13、 Wa- + Wb- ）= 0.0270；單元4：O后驗(yàn)=0.1833；單元7：O后驗(yàn)=0.1438；單元8：O后驗(yàn)=0.9778；證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟五證據(jù)權(quán)法計(jì)算步驟五研究區(qū)任一單元礦產(chǎn)產(chǎn)出的后驗(yàn)概率：研究區(qū)任一單元礦產(chǎn)產(chǎn)出的后驗(yàn)概率： P后驗(yàn)后驗(yàn)=O后驗(yàn)后驗(yàn) /（1+O后驗(yàn)后驗(yàn)） 計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果： 單元單元1：P后驗(yàn)后驗(yàn)=0.027/（1+0.027）=0.0263； 單元單元4：P后驗(yàn)后驗(yàn)=0.1833/（1+0.1833）=0.1549； 單元單元7：P后驗(yàn)后驗(yàn)=0.1438/（1+0.1438）=0.1257； 單元單元8：P后驗(yàn)后驗(yàn)=0.9778/（1+0.9778）=0.494

14、4；證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測中證據(jù)權(quán)法在成礦預(yù)測中應(yīng)用的范圍和條件應(yīng)用的范圍和條件 應(yīng)用于中小比例尺成礦預(yù)測（成礦遠(yuǎn)景區(qū)、找礦靶區(qū)的圈定） 研究區(qū)必須有一定量的已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的礦床（點(diǎn)）三三 實(shí)例實(shí)例-川西北地區(qū)證據(jù)權(quán)法的應(yīng)用川西北地區(qū)證據(jù)權(quán)法的應(yīng)用第一步，數(shù)據(jù)庫建立第一步，數(shù)據(jù)庫建立 預(yù)測的礦種為金礦，類型為微細(xì)浸染型。用于對研究預(yù)測的礦種為金礦，類型為微細(xì)浸染型。用于對研究區(qū)進(jìn)行成礦分析、建立預(yù)測模型和預(yù)測該區(qū)金礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行成礦分析、建立預(yù)測模型和預(yù)測該區(qū)金礦遠(yuǎn)景區(qū)所利用的數(shù)據(jù)，包括：區(qū)所利用的數(shù)據(jù)，包括： （1）地質(zhì)數(shù)據(jù)庫）地質(zhì)數(shù)據(jù)庫 建立川西北建立川西北1:50萬地質(zhì)數(shù)據(jù)庫（包括地萬地質(zhì)數(shù)據(jù)庫（

15、包括地層、構(gòu)造、巖漿巖數(shù)據(jù)）。層、構(gòu)造、巖漿巖數(shù)據(jù)）。 （2）地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫）地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫 水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫，水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫，1:20萬萬1：50萬，萬， （3）礦床（點(diǎn)）數(shù)據(jù)庫）礦床（點(diǎn)）數(shù)據(jù)庫 （4）遙感數(shù)據(jù)庫）遙感數(shù)據(jù)庫 川西北地區(qū)遙感數(shù)據(jù)庫。川西北地區(qū)遙感數(shù)據(jù)庫。 （5）地球物理數(shù)據(jù)庫）地球物理數(shù)據(jù)庫 川西北地區(qū)重力及磁力地球物理數(shù)川西北地區(qū)重力及磁力地球物理數(shù)據(jù)庫。據(jù)庫。 對各個(gè)數(shù)據(jù)庫都轉(zhuǎn)換為對各個(gè)數(shù)據(jù)庫都轉(zhuǎn)換為1：50萬的比例尺存儲(chǔ)在萬的比例尺存儲(chǔ)在GIS地地圖庫中，并通過投影變換統(tǒng)一使用高斯坐標(biāo)系。圖庫中，并通過投影變換統(tǒng)一使用高斯坐標(biāo)系。提取川西北地區(qū)金礦床

16、（點(diǎn)）圖層，并劃分合適的網(wǎng)格單元；搜索含礦網(wǎng)格單元，生成含礦網(wǎng)格圖層。第二步第二步 單元?jiǎng)澐郑瑔卧獎(jiǎng)澐?，含礦網(wǎng)格圖層生成 根據(jù)對川西北地區(qū)控礦因素的分析認(rèn)為，決定本地區(qū)金成礦的主要控礦因素有以下幾個(gè)： 有利地層巖性組合發(fā)育； 中基中酸性巖漿巖脈群發(fā)育； 線性構(gòu)造帶發(fā)育； 有利地球化學(xué)異常； 有利地球物理異常； 遙感線性構(gòu)造交點(diǎn)異常 第三步第三步 證據(jù)層選擇證據(jù)層選擇第三步第三步 證據(jù)層選擇證據(jù)層選擇結(jié)合研究區(qū)工作程度和資料擁有情況，根據(jù)該區(qū)主要控礦因素的分析，提取了10種異常作為有利致礦信息：地層巖性組合證據(jù)層（地層巖性組合證據(jù)層（L1）；）；小型巖漿巖脈證據(jù)層（小型巖漿巖脈證據(jù)層（L2）；）

17、；線性斷裂構(gòu)造證據(jù)層（線性斷裂構(gòu)造證據(jù)層（L3） ；Au地球化學(xué)異常證據(jù)層（地球化學(xué)異常證據(jù)層（L4）；）；As地球化學(xué)異常證據(jù)層（地球化學(xué)異常證據(jù)層（L5） ；Sb地球化學(xué)異常證據(jù)層（地球化學(xué)異常證據(jù)層（L6）；）；Ag地球化學(xué)異常證據(jù)層（地球化學(xué)異常證據(jù)層（L7） ；遙感解譯線性構(gòu)造交點(diǎn)（遙感解譯線性構(gòu)造交點(diǎn)（L8） ；重力不同高度上延異常證據(jù)層（重力不同高度上延異常證據(jù)層（L9） ；磁力不同高度上延異常證據(jù)層（磁力不同高度上延異常證據(jù)層（L10） ；表表1 川西北地區(qū)各證據(jù)層權(quán)值參數(shù)表川西北地區(qū)各證據(jù)層權(quán)值參數(shù)表第四步第四步 證據(jù)權(quán)模型參數(shù)計(jì)算證據(jù)權(quán)模型參數(shù)計(jì)算 根據(jù)以上分析結(jié)果顯示，本區(qū)各致礦證據(jù)層變量對金礦化指示作用的大小依次為：L5、L8、L3、L4、L2、L6、L7、L9、L1、L10。進(jìn)一步對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可以得出以下幾個(gè)基本認(rèn)識： 本區(qū)三疊紀(jì)和志留-奧陶紀(jì)地層雖然含礦率比較高，但是其與金礦化的關(guān)系并不十分密切； 中基-中酸性巖漿巖脈在本區(qū)雖然所占面積不大，但其與金礦化的關(guān)系比較密切； 構(gòu)造破碎帶與遙感解譯的線性構(gòu)造交點(diǎn)與金礦化的關(guān)系都比較密切，其相關(guān)值分別為1.7051和1.7163；Au、As、Sb、Ag四個(gè)地球化學(xué)異常證據(jù)層中，Au異常和As異常與金礦化的關(guān)系比較密切，其次