基于gis的尼木礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)研究

基于gis的尼木礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)研究

0岡底斯銅礦集區(qū)西藏尼木地區(qū)位于岡底斯成礦帶。這是中國近年來發(fā)現(xiàn)的一個(gè)重要的多金屬帶。發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)包括銅、鐵、鉛、鋅、金等礦床。特別是銅礦資源的完整性。在大型和大型銅礦床（史宏泉等，2009；李光等，2004；鄭有業(yè)等，2002）中發(fā)現(xiàn)。尼木礦集區(qū)是岡底斯銅礦帶重要的銅礦區(qū)之一(圖1),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了廳宮、沖江、崗講、白容等一系列礦床、礦點(diǎn)。以尼木礦集區(qū)為研究范圍,結(jié)合已有地質(zhì)資料,分別提取地質(zhì)、化探、遙感多種成礦信息,根據(jù)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)理論和方法,采用基于GIS的證據(jù)權(quán)法,在MORPAS軟件中對(duì)該區(qū)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行綜合預(yù)測(cè),圈定找礦靶區(qū),為該區(qū)的找礦工作提供理論指導(dǎo)和幫助。1礦有利度值的計(jì)算證據(jù)權(quán)法是一種離散的多元統(tǒng)計(jì)方法(陳永清等,2007a,2007b),20世紀(jì)80年代末引入GIS支持下的礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)中(Bonham-Carteretal,1990)。該方法以貝葉斯條件概率為基礎(chǔ),將不同的地學(xué)信息視為不同的證據(jù)因子,通過一定的數(shù)學(xué)方法,計(jì)算出不同證據(jù)因子對(duì)成礦貢獻(xiàn)的權(quán)重大小,在分析和總結(jié)找礦模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)而對(duì)各證據(jù)因子進(jìn)行加權(quán)求和,得出成礦有利度值,實(shí)現(xiàn)對(duì)成礦遠(yuǎn)景區(qū)的定位預(yù)測(cè)。將面積為S的研究區(qū)劃分為同樣大小的N個(gè)單元,其中含礦單元有N(D)個(gè),每個(gè)單元的大小m=S/N,則隨機(jī)選取一個(gè)單元格有礦的概率,即先驗(yàn)概率為:概率O(D)表達(dá)為:對(duì)于任意證據(jù)因子Bi,其含礦單元數(shù)為N(Bi)個(gè),則其證據(jù)權(quán)重定義為:Wi+和Wi-分別為證據(jù)因子存在單元和證據(jù)因子不存在單元的權(quán)重值,而原始數(shù)據(jù)缺失的區(qū)域權(quán)重為0。定義度量礦床(點(diǎn))與證據(jù)因子Bi空間組合關(guān)系的相關(guān)系數(shù)Ci為:Ci值用來度量證據(jù)因子Bi與礦床(點(diǎn))之間相關(guān)性的大小,其值越大,表明該證據(jù)因子對(duì)找礦指示作用越強(qiáng),反之越差。證據(jù)因子Bi存在的情況下,礦床(點(diǎn))的后驗(yàn)概率用P(D|Bi)表示,則概率O(D|Bi)定義為:證據(jù)權(quán)重法要求各證據(jù)因子之間相對(duì)于礦床(點(diǎn))分布滿足條件獨(dú)立(肖克炎等,1999)。對(duì)于n個(gè)證據(jù)因子,若它們之間都滿足關(guān)于礦點(diǎn)條件獨(dú)立,則有:式(7)中,i=(1,2,3,…n);k為正,表示證據(jù)因子存在,k為負(fù),表示證據(jù)因子不存在,并且:后驗(yàn)概率代表了單元格內(nèi)找礦的有利度(陳永清等,2007a,2007b),其值越大成礦概率越大。預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果是1個(gè)成礦后驗(yàn)概率圖,在確定整個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)的臨界值之后,其概率圖中后驗(yàn)概率大于臨界值的地區(qū),即為找礦遠(yuǎn)景區(qū)。2多元機(jī)構(gòu)礦權(quán)綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測(cè),需要從地質(zhì)、物探、化探、遙感等數(shù)據(jù)中提取有用信息,對(duì)多元找礦信息不斷發(fā)現(xiàn)、提取、關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換(肖克炎等,2009)。對(duì)于初步提取的致礦有利信息,需要進(jìn)一步進(jìn)行證據(jù)因子的選擇,篩選最有利的因子,進(jìn)而進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。2.1地質(zhì)信息提取2.1.1早白堊統(tǒng)比馬組k1b、古新統(tǒng)典業(yè)務(wù)集體、始新統(tǒng)時(shí)代eg對(duì)研究區(qū)內(nèi)銅多金屬礦床(點(diǎn))的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本區(qū)內(nèi)銅多金屬礦床(點(diǎn))的產(chǎn)出地層主要有:早白堊統(tǒng)比馬組(K1b)、古新統(tǒng)典中組(E1d)、始新統(tǒng)年波組(E2n)。計(jì)算含礦地層不同證據(jù)圖層的控礦權(quán)值和相關(guān)系數(shù),由表1可以看出,年波組和典中組的相關(guān)系數(shù)都為負(fù),為找礦不利因素,故只有比馬組地層為找礦有利因素,選比馬組地層為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。2.1.2含礦巖體類型將礦點(diǎn)與侵入巖單元進(jìn)行疊加分析,得到銅多金屬礦床(點(diǎn))主要存在于始新世侵入巖體之中,以續(xù)邁巖體的中粒斑狀角閃黑云二長花崗巖為主要含礦巖體,倫主崗單元的花崗閃長巖、山崗單元的鉀長花崗巖、孔洞郎單元的斑狀黑云二長花崗巖、俄崗單元的黑云角閃石英二長閃長巖以及早白堊世拔路單元的黑云角閃閃長巖,也有少量礦床(點(diǎn))產(chǎn)出。計(jì)算不同含礦巖體的控礦權(quán)值和相關(guān)系數(shù),由表2可以看出,只有續(xù)邁巖體、倫主崗巖體和山崗巖體具有正的相關(guān)系數(shù),說明礦床(點(diǎn))的產(chǎn)出與這3種巖體有關(guān)。由于斑巖型銅礦床往往存在于巖體與圍巖的內(nèi)外接觸帶部位,因此,對(duì)與礦體關(guān)系最密切的續(xù)邁巖體的邊界進(jìn)行緩沖區(qū)分析。由表3可以看出,相關(guān)系數(shù)C的值均為正值,隨著至侵入巖體邊界的距離變大,C值先變大后變小,當(dāng)距離為4km時(shí)取得最大值。因此,選距離續(xù)邁巖體邊界為4km時(shí)的緩沖區(qū)作為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。2.2線性構(gòu)造緩沖分析本次工作是根據(jù)美國陸地衛(wèi)星Landsat7的ETM+影像數(shù)據(jù),提取研究區(qū)及外圍與成礦有關(guān)的遙感信息。在經(jīng)過遙感影像數(shù)據(jù)預(yù)處理及解譯標(biāo)志建立的基礎(chǔ)上,對(duì)該區(qū)進(jìn)行了線環(huán)構(gòu)造解譯。由圖2可以看出,區(qū)域線性構(gòu)造與環(huán)形構(gòu)造的分布有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,線性構(gòu)造密集的區(qū)域也是環(huán)形構(gòu)造集中的地方(劉嚴(yán)松,2011,邵佳麗等,2011),環(huán)形構(gòu)造的總體分布與區(qū)域上優(yōu)勢(shì)的NE向線性構(gòu)造一致。線性構(gòu)造與環(huán)形構(gòu)造多表現(xiàn)為相交或相切的關(guān)系,局部區(qū)域,幾組線性構(gòu)造的交叉于環(huán)形構(gòu)造內(nèi)部,或者環(huán)形構(gòu)造被幾組不同方向的線性構(gòu)造所圍限。在變量提取過程中,首先對(duì)線性構(gòu)造作不同距離的緩沖區(qū)分析,得到各緩沖區(qū)的權(quán)重與相關(guān)系數(shù)。由表4可以看出,相關(guān)系數(shù)C值均為正,隨著至線性構(gòu)造距離的增大,W+整體上有從大變小的趨勢(shì)。當(dāng)距離為500m時(shí),W+和C值均較大。因此,選擇線性構(gòu)造緩沖區(qū)500m為成礦預(yù)測(cè)的有利因子。不同方向的斷層對(duì)礦產(chǎn)形成的影響作用有所不同。將研究區(qū)線性構(gòu)造按NNE、NEE、SEE、SSE4個(gè)方向分類,可得到不同方向的線性構(gòu)造對(duì)成礦影響的程度。經(jīng)過分析,得到各方向的證據(jù)權(quán)重和相關(guān)系數(shù)(表5)。分析表5可知,SSE向的線性構(gòu)造的W+值最大,可視為對(duì)成礦最有利的構(gòu)造方位,因此選SSE向線性構(gòu)造作為證據(jù)因子。單位面積內(nèi)斷層的條數(shù),對(duì)于成礦也有重要的影響。對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同網(wǎng)格中線性構(gòu)造的條數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算不同數(shù)量線性構(gòu)造的證據(jù)權(quán)重和相關(guān)系數(shù)(表6)。由表6可以看出,當(dāng)單位面積內(nèi)線性構(gòu)造的條數(shù)為1條、3條和4條時(shí)具有正的相關(guān)系數(shù),且當(dāng)3條和4條時(shí)的W+值較大。因此,取3~4條線性構(gòu)造作為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。將礦點(diǎn)和環(huán)形構(gòu)造進(jìn)行空間疊加,得出大多數(shù)礦床(點(diǎn))分布在距離環(huán)形構(gòu)造2km的范圍內(nèi)。對(duì)前文解譯的環(huán)形構(gòu)造進(jìn)行緩沖區(qū)分析。由表7可以看出,當(dāng)距離為2km時(shí),相關(guān)系數(shù)突然變大,但由于W-值不能過小,不選擇2km的緩沖區(qū)作為證據(jù)因子,隨著距離的增大,W+從大變小。因此,選擇距離環(huán)形構(gòu)造250m的緩沖區(qū)作為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。由于斑巖銅礦往往產(chǎn)生在斷裂構(gòu)造的交匯部位,故對(duì)遙感解譯線環(huán)構(gòu)造的交點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得出線環(huán)構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)的權(quán)重和相關(guān)系數(shù)。由表8可以看出:當(dāng)交點(diǎn)數(shù)為5時(shí),相關(guān)系數(shù)的值遠(yuǎn)大于其他值,但交點(diǎn)數(shù)為5的單元數(shù)量極少,只在少數(shù)礦床周邊出現(xiàn),不具有代表性;當(dāng)交點(diǎn)數(shù)為2時(shí),具有較大的相關(guān)系數(shù),故選線環(huán)構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)2和5相加,作為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。2.3cu、ag、mo、zn、f7集成系數(shù)的提取對(duì)研究區(qū)1∶20萬水系沉積物化探數(shù)據(jù)中Ag、As、Au、Be、Bi、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Sb、V、W、Zn14種元素的含量進(jìn)行因子分析。結(jié)合研究區(qū)化探數(shù)據(jù)分析結(jié)果,選取元素(變量)為主因子的標(biāo)準(zhǔn)為:特征值大于0.5,且累計(jì)方差貢獻(xiàn)大于80%。當(dāng)選取前8個(gè)因子時(shí),其累計(jì)方差已占到總方差的82.436%。從因子分析載荷矩陣中(表9)可以看出:(1)研究區(qū)內(nèi)的地球化學(xué)元素經(jīng)歷了Ag、Bi、Cu、Mo、Pb、W富集(F1),Ni、V富集(F2),As、Hg、Sb富集(F3),Zn富集(F4),Au富集(F6),Hg富集(F7)的過程。結(jié)合因子分析結(jié)果與研究區(qū)的地質(zhì)特征,推斷以上結(jié)果反映了區(qū)內(nèi)可能經(jīng)歷了長時(shí)間和多期次的地質(zhì)演化過程。(2)Cu的富集伴隨著Ag、Mo的富集,表明這些元素可能具有同樣的物質(zhì)來源,這個(gè)結(jié)果與聚類分析是一致的。(3)Au元素具有較強(qiáng)的獨(dú)立性,與其他元素之間的共生關(guān)系較差。這表明在研究區(qū)內(nèi)可能經(jīng)歷了長時(shí)間和多期次的地質(zhì)演化過程后,Au元素才有了較強(qiáng)的富集(F6)。(4)As、Hg、Sb具有較強(qiáng)的相關(guān)性,同時(shí)與Cu具有明顯的負(fù)相關(guān)性。通過以上分析可以得到下述結(jié)論:Cu、Ag、Mo的相關(guān)性很強(qiáng),表明其物質(zhì)來源可能具有同一性,Mo和Ag元素可以作為該地區(qū)尋找Cu礦床的指示元素;Au元素與其他元素相關(guān)性較差,具有較強(qiáng)的獨(dú)立性,與Cu元素的富集過程是分離的;該區(qū)可能經(jīng)歷了長期、多次的地質(zhì)改造作用過程(張科等,2004)。根據(jù)研究區(qū)礦床類型和種類可知,該區(qū)除Cu以外,Mo、Au、Ag、Pb、Zn5種元素也有一定的成礦前景。由因子分析可知,以上6種元素之間存在著不同程度的相關(guān)性,其中Pb、Mo、Ag3種元素之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性,Au元素與其他元素相關(guān)性差。由于證據(jù)因子的選擇需要滿足相對(duì)于礦床(點(diǎn))的相對(duì)獨(dú)立性,若選取所有元素作為證據(jù)因子,則會(huì)造成信息的重疊,因此不能直接選取所有元素作為證據(jù)因子使用。以均值加2倍方差為異常下限,將各元素化探異常圖轉(zhuǎn)化為二值圖像,并與Pb、Mo、Ag3種元素相乘。結(jié)合表10可以看出,除Zn的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值外,其他均為正值。因此,選Cu、Au、Ag×Mo×Pb為成礦預(yù)測(cè)證據(jù)因子。3成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)分級(jí)綜合以上分析,選取成礦有利地層、有利巖體、斷層方向及緩沖區(qū)等10個(gè)變量,根據(jù)獨(dú)立性檢驗(yàn),各變量之間相對(duì)于礦床(點(diǎn))有較好的相對(duì)獨(dú)立性,因此將這些變量作為成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子。不同因子及證據(jù)權(quán)重具體見表11。根據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)的范圍及比例尺精度要求(陳永清等,2007a,2007b;曹瑜等,2003;李新中等,1998),確定在1∶20萬比例尺下,以3km×3km為基本的預(yù)測(cè)單元,將研究區(qū)劃分為858個(gè)網(wǎng)格單元,其中含礦單元個(gè)數(shù)為26,先驗(yàn)概率為0.029。經(jīng)統(tǒng)計(jì),后驗(yàn)概率大于先驗(yàn)概率的單元格占單元格總數(shù)的20%左右,而銅及多金屬礦多數(shù)位于后驗(yàn)概率大于先驗(yàn)概率的位置。當(dāng)后驗(yàn)概率值大于0.12時(shí),包含了75%的礦點(diǎn)。因此,選后驗(yàn)概率為0.12作為成礦預(yù)測(cè)的閾值,進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)靶區(qū)圈定。遠(yuǎn)景區(qū)分級(jí)原則如下。A類遠(yuǎn)景區(qū):為有工業(yè)礦體存在地區(qū),成礦條件十分有利,預(yù)測(cè)依據(jù)充分,資源潛力大,后驗(yàn)概率高。B類遠(yuǎn)景區(qū):已發(fā)現(xiàn)有礦(化)點(diǎn)存在,地質(zhì)、構(gòu)造環(huán)境有利,化探、遙感異常明顯,資源潛力較好,后驗(yàn)概率較高。C類遠(yuǎn)景區(qū):有元素異常分布,所處地質(zhì)環(huán)境有利,資源潛力一般,后驗(yàn)概率低。根據(jù)以上分類原則,研究區(qū)共圈定出各類靶區(qū)16處(圖3),其中,A類靶區(qū)1處,B類靶區(qū)5處,C類靶區(qū)10處(表12)。4基于gis的礦、礦、充填信息的定量預(yù)測(cè)主要通過對(duì)西藏尼木地區(qū)地質(zhì)、化探、遙感各方面的致礦信息進(jìn)行提取和分析,采用基于GIS的礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)方法對(duì)該區(qū)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。(1)基于GIS的礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)過程,對(duì)多元致