基于MapGIS综合找矿信息香炉山钨矿田钨矿资源预测

刘 勇, 周贤旭

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队,江西九江 332000)

基于MapGIS综合找矿信息香炉山钨矿田钨矿资源预测

刘 勇, 周贤旭

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队,江西九江 332000)

以香炉山钨矿田的地质、物探、化探、矿产等综合信息图为基础,以运用MapGIS处理的地、物、化、矿产信息为主线,综合分析成矿地质背景和成矿规律。运用特征分析数理统计方法,划分出成矿可能地段、找矿可行地段及找矿有利地段。以成矿条件有利程度、找矿信息的强弱、预测依据可靠程度及各类信息的提取、关联、转换、合成,按找矿优度及找矿序率,划分预测靶区。在圈定的四个找矿有利地段内,香炉山—张天罗、大岩下已发现了具有中—大型的白钨矿床,而在坡塘、上坳岭地区地质工作程度较低,目前尚未实现找矿突破,因此在今后的地质找矿工作中应引起高度重视,可望在该区实现地质找矿工作的新突破。

MapGIS;成矿预测;香炉山钨矿田

香炉山白钨矿田地处九岭—鄣公山隆起带之九宫山隆起的钨、锡多金属成矿带的西端,有江西省超大型矽卡岩 (角岩)型白钨矿床 (香炉山钨矿)。随着新一轮矿产资源普查工作的开展,矿田内又陆续发现形坪、张天罗、大岩下等矿床,规模已达中—大型以上,证明本区还具有良好的找矿远景,因此进行本地区钨多金属矿资源前景进行分析预测,对指导下一步勘查工作具有一定的现实意义。应用综合找矿信息量成矿预测方法,基于MapGIS平台的支持下,对该矿田的钨矿矿产资源进行定位预测。

1 区域地质背景

矿田地处九宫山隆起的西段(图 1),属扬子古板块的江南地块东南缘组成部分 (杨明桂,2004)。区域出露地层有中元古代、新元古代、古生代和中生代地层;区域构造表现为:基底褶皱主要以由中元古代浅变质岩系组成的、以近东西向紧密同斜褶皱与近南北向褶皱叠加干涉式为特征,盖层构造以近东西向复式褶皱和滑脱构造系统为主体构造型式;区域岩浆岩主要有晋宁早期“S”型花岗岩、燕山期“I”型和“S”型花岗岩。

2 矿田地质概况

矿田出露地层主要由震旦系下统莲沱组 (Z1l)含砾长石石英砂岩、南沱组 (Z1n)冰碛砾岩与含屑砂质泥岩,上统陡山沱组(Z2d)含炭含硅泥岩、灯影组 (Z2dn)含炭含泥硅质岩夹硅泥质灰岩,寒武系下统王音铺组 (∈1w)含磷含钒炭质页岩、观音堂组(∈1g)含炭泥岩,寒武系中统杨柳岗组 (∈2y)含钙泥岩夹泥质灰岩,寒武系上统华严寺组 (∈3h)条纹条带灰岩等组成(图 2)。

矿田构造表现以香炉山—太阳山为中心的宽缓型倾伏背斜构造,呈北东向横贯矿田区,向西倾伏,倾伏角 10～25°,两翼岩层倾角 10～35°。南翼略陡,核部产状近乎水平,倾角小于 10°。震旦系构成核部,翼部由寒武系构成。由于花岗岩体侵占核部,上述地层岩石均遭热变质,转变为角岩或角岩化岩石,控制着矿田和矿床地质形态。其次在北东向构造基础上叠加了一系列北北东—近南北向次级背斜、向斜构造,主要有张天罗背斜、横山向斜、郑家背斜、坡塘背斜、大坳岭向斜、郑家源背斜等(周贤旭,2006)。

矿田断裂构造主要有北北西、北东向两组及层间破碎带。相关研究表明,北北东—北东向断裂倾向北西西,局部反倾,倾角 45～88°,走向长 30～90 m,宽 0～20 m。构造面平直、弯曲并存,局部见角砾岩,属压扭性,此组断裂常被后期脉岩 (辉绿岩、细晶岩岩脉)充填,有些细晶岩边缘尚见与之有成生联系的小钨矿体和铅锌银矿体;北北西向断裂倾向北东,局部反倾,倾角 47～84°。走向长 60～70 m,断裂带宽 0～15 m,断面缓波状,常见压碎岩、透镜体,属张扭性。

层间破碎带主要发育在接触带外侧,且多被矿体取代。远离接触带矿体的层间破碎带保存较好,岩石破碎,发育破劈理、透镜体,有较强的硅化、绿泥石化、矿化。层间破碎带对矿床成生的贡献,较上述两组断裂更大,是矿区主要的控矿构造。

矿田岩浆岩为燕山晚期黑云母二长花岗岩和伴生脉岩。岩体侵位于香炉山—太阳山背斜核部,与背斜形态基本一致,伴生的脉岩有细晶岩、辉绿岩,分布在香炉山—太阳山背斜的南北二翼,北北东—北东向成群产出,倾向南东为主,倾角 >70°,长数百米,宽 2～25 m。

3 定量成矿预测

3.1 找矿前景分析

(1)成矿地质条件。矿田内地层出露齐全、岩性各异,各级构造发育,岩浆活动频繁,成矿地质条件十分优越。

地层出露有中元古界双桥山群,上元古界震旦系,下古生界寒武系、奥陶系及志留系等。其中双桥山群浅变质岩系含W,Cu较高,下震旦统岩组Pb,Zn较高,下寒武统王音铺组炭质页岩中 Cu,Sn,Mo,V较高,为本地区主要的赋矿岩系。

背斜构造及其次级北东向断裂构造不仅控制着地层的展布,而且控制着岩浆的侵位,是成矿热液运移的重要通道,为本区主要的控岩控矿构造,特别是对矿床的定位具有重要的意义。接触带及层间破碎带等对矿体的形态、产状、规模等具有明显的控制作用,为本区主要的储矿构造。

岩浆活动强烈,尤其以燕山期中酸性岩浆活动最为显著。它不仅本身富含大量成矿热液,而且其夹带的巨大热能常常使成矿元素活化运移、沉淀成矿。区内绝大多数矿床 (矿体)形成于岩体中或在其周围产出。

(2)工作程度高、资料丰富。矿田工作程度高,资料广,找矿信息多。区内做过大量矿产勘查工作,形成了大量地质资料,汇集了大量找矿信息,为本次预测研究工作奠定了基础,但是以往工作相对来说,主要是针对点上,“矿床点地质工作和研究”程度较深,而“面上工作”相对较弱;参与工作的系统和单位众多,由于各种原因,资料信息相互交流和沟通不够,因此,制约了找矿工作的突破。

(3)矿化信息。矿田内大—中型矿床分布密度大,物化探异常发育,特别是土壤地球化学异常及航磁异常点多面广,强度高、或浓集中心明显,热变质作用、围岩蚀变和矿化普遍发育。

综上可见,本区成矿地质条件好,找矿信息丰富,找矿前景广阔,只要通过新的找矿思路,运用新的找矿理论,充分收集以往各项资料,进行资料二次开发,采用有效的勘查手段,在该区再找到一些大型钨多金属矿床是有可能的。

3.2 预测的依据及方法

以矿田的地质、物探、化探、矿产等综合信息图为基础,以MapGIS处理的地、物、化、矿产信息为主线,从已知到未知,综合分析成矿地质背景和成矿规律,运用特征分析数理统计方法,划分出成矿可能地段、找矿可行地段及找矿有利地段 (赵鹏大,2002);再根据找矿可行地段成矿地质条件和成矿规律以及已知矿床特征,已知找矿线索预测找矿有利地段。并以成矿条件有利程度、找矿信息的强弱、预测依据可靠程度及各类信息的提取、关联、转换、合成,按找矿优度及找矿序率、资源潜力大小等因素,划分预测靶区。

3.3 单元格划分

单元格是开展面积性矿床统计预测的基本单位,为了保证取样的随机性和在同条件下进行对比,本次预测根据预测比例尺、预测对象的分布情况、构造方向及控矿地质条件的复杂程度,将单元格厘定为 1 cm×1.5 cm,即实际面积为 250 m×375 m。整个预测区内共划分为 896个单元格。单元格的长轴方向为东西向,与预测区的主构造或矿化体的走向基本一致,短轴与预测区的主构造或矿化体的总体倾向基本一致。

3.4 控制模型区的选取

根据已知的矿化强度(探矿工程中矿体的WO3平均品位与工程见矿总厚度的乘积)等值线图,将整个预测区中矿化强度≥0.08 m%的全部含矿单元格(即已知见矿单元格)组成预测研究的模型控制区,其余的单元格组成研究预测区 (未知矿化区)。

3.5 成矿预测标志及标志状态的确定

根据香炉山角岩型白钨矿床综合找矿概念地质模型,确定了 6种致矿地质异常作为本次预测研究工作信息量的地质标志,它们是地层岩性标志、构造标志、岩体标志、热变质作用标志、物探标志及化探标志等,共 20种状态。

(1)地层岩性标志。指含炭、硅、泥质岩类岩石地层,主要包括了与成矿关系较为密切的寒武系王音铺组、观音堂组、杨柳岗组及震旦系陡山沱组、灯影组等地层。即地层岩性标志包括了上述 5种地层岩性状态。

(2)构造标志。矿田内构造较为发育,但从前面的分析结果显示,区内地表与钨矿关系较为密切的主要为褶皱、北东向断裂及岩体与围岩的接触带三种,因此本次预测研究仅提取该三类(组)构造作为致矿地质异常的构造标志状态。

(3)岩体标志。矿田内岩浆岩较发育,但通过本区的成矿环境、成矿机制及矿床 (体)的分布规律,认为区内的细粒黑云母花岗岩与矿产的形成关系密切,因此预测时对岩体标志的提取只选择了细粒黑云母花岗岩的分布特征状态作为致矿地质异常的岩体标志。

(4)热变质作用标志。岩石地层均遭热变质作用,使原岩转化为各种角岩及角岩化岩石,并具面(体)形变质分带。其中以透辉石 -黑云母变质带(Di-Bi)的找矿标志尤其重要,次为透闪石 -绢云母变质带(Ho-Did),因此本次预测只考虑前者对成(找)矿指示作用,即只把透辉石 -黑云母变质带(Di-Bi)地质标志状态作为致矿地质异常的蚀变标志。

(5)物探标志。矿田航磁磁异常分为三个区,即Ⅰ区 -紊乱磁场区、Ⅱ区 -规则异常区、Ⅲ区 -平稳磁场区。平稳磁场区(Ⅲ区)与紊乱磁场区(Ⅰ区)交接部位对应于岩体与围岩的接触带,按照本区主要的控矿构造,可知上述磁场的交接处可作为成矿预测的标志。据此,本次预测研究提取出平稳磁场区(Ⅲ区)与紊乱磁场区(Ⅰ区)之间的磁异常 0值等值线,分析计算出其与钨矿化的关系密切程度。

(6)化探标志。矿田发育有 19个形态各异、方向不一的 Cu,Pb,Zn,Ag,As,Bi,W,Sn,Mo等元素土壤地球化学组合异常,本次预测时采用了土壤地球化学异常的 Cu,Pb,Zn,Ag,As,Bi,W,Sn,Mo元素异常(不同定量状态)的标志状态分析计算出其与钨矿化的关系密切程度。

3.6 综合找矿信息量计算与结果分析

3.6.1 数据准备与建库

(1)数据准备。数据库的空间范围为 X:323 900 0～324 600 0、Y:385 320 00～385 440 00,建库比例尺为 1∶2.5万。地质底图为香炉山地区1∶2.5万地质图;物探、化探资料数据来源于 1970年代中期至 1980年代末期区域物探、化探资料。各矿床、矿(化)点资料来源于相应矿区或工区的各类地质报告。另外部分资料来源于本项目的野外调研和勘查成果。

(2)建库内容。将地质找矿模型用 GIS空间数据库表达出来。建库的内容包括:①基础地质图层:建立各地质要素的点线面图层并赋以相应的属性;②物探异常图层:航磁异常图;③化探异常图层:Cu,Au,Ag,Pb,Zn,Sn单元素异常图。

3.6.2 综合找矿信息量的计算与结果分析

(1)原理和方法。信息量计算法也属于BAYES统计分析方法。其实质是用综合找矿信息量的大小来评价地质因素、标志与研究对象的关系密切程度。其基本原理和方法如下:

式中 I为A标志 j状态提供事件B(有矿)发生的信息量;P(B/A)为A标志 j状态存在条件下事件B实现的概率;P(B)为事件B发生的概率。

根据概率乘法定理,上式可变为:

具体计算时,总体概率用样本频率来估计:式中Nj为具有标志值Aj的含矿单元数;N为研究区中含矿单元总数;Sj为具有标志值Aj的单元数;S为研究区单元总数。

然后计算每个单元中各标志找矿信息量的总和,其结果反映各单元找矿远景的大小。其计算机实现步骤是:首先,选择参与运算的变量集与研究对象,计算各地质因素、找矿标志所提供的找矿信息量,定量地评价各地质因素和标志对指导找矿的作用;其次,计算每个单元中各标志信息量的总和,其大小反映了该单元相对的找矿意义,用以预测和评价找矿远景区。

(2)综合找矿信息量计算结果与分析。通过对已准备的地质、物探、化探数据,在MapGIS空间分析平台上的矿化区文件与地质标志状态区文件、研究区文件与地质标志状态区文件及单元格区文件前二种相交分析的结果区文件相交再相交分析,得出在矿化区内各地质标志状态的区文件、各研究区内各地质标志状态的区文件 (易文萍,2006),然后应用MapGIS平台分别统计分析出矿化区内和研究区各标志分布的单元格数。计算统计时,进行逻辑二态变量取值,用“1”表示地质标志存在,用“0”表示地质标志不存在①中国有色金属工业总公司北京矿产地质研究所.1987.大比例尺矿床统计预测工作手册.。最后计算出各地质因素、找矿标志所提供的找矿信息量(表 1)。

表 1 香炉山地区钨矿综合找矿信息量计算表Tab.1 The generalp rospecting informati on index of Tangstem ore in Xiangln mountain

从上表可知,除南沱组与华严寺组地层岩性标志的信息量为负值,其余均为正值,说明成矿有利信息量的大小可以反映出不同地质标志状态对角岩白钨矿化的关系密切程度或控制作用大小,它们依次是物探磁异常 0等值线的 75 m缓冲区(0.593 4)>透辉石—黑云母变质带 (0.538 3) >细粒黑云母二长花岗岩 (0.484 0)>构造(0.405 3)>地层岩性(0.355 8)。

上述关系表明,若利用物探磁异常 0等值线的75 m缓冲区作为标志,指示角岩型白钨矿化的富集或异常地段是有效的;其次热变质作用形成的透辉石—黑云母变质带,表明矿化富集地段以透辉石—黑云母变质带分布范围关系密切;再次为细粒黑云母二长花岗岩,这与本区角岩型钨矿的成矿物质来源于岩浆的结论相吻合;其它依次为构造 >地层岩性。

从构造分析的角度出发,找矿信息量也反映地表构造对角岩型白钨矿床矿化的控制十分重要,尤其是北东向断裂构造及香炉山背斜及其次级褶皱的褶皱轴。

在上述含碳、硅、泥质岩类的黑色岩系中,各层位信息量的大小依次为杨柳岗组 (0.498 6)>陡山沱组 (0.461 3)>灯影组 (0.254 4)>王音铺组 -观音堂组 (0.209 0),这一结果与预测区内的钨矿(化)体主要分布于杨柳岗组、陡山沱组地层中实际情况相吻合。说明上述地层的分布指示角岩型白钨矿化的富集或异常地段是有一定效果。

上述综合找矿信息量所反映的结果,与成矿地质异常分析结果基本相符,说明利用各种地质标志对本区角岩型白钨矿床的矿化异常的信息量,能够较好地反映出该区各种致矿地质异常对钨矿化富集的影响关系。所以,可以利用成矿有利信息量定量研究有关角岩型白钨多金属元素的富集与成矿预测问题。

4 网格单元综合找矿信息量及等值线的圈定

(1)网格单元综合找矿总信息量计算公式。网格单元总信息量按下列公式进行计算,公式为:

式中 ∑I为第 i个单元总信息量,i=1,2,3,…,n;IAj→B为第 i个单元 A标志 j状态提供的成矿有利信息量;k为第 i个单元所出现的标志状态数量,k=1,2,3,…,p。

所计算的单元总信息量,是各单元内各种对角岩型白钨矿矿化成矿有利地质因素的高度综合反映,可以直接用于圈定靶区和评价远景。

(2)单元格总信息量等值线的圈定及成果分析。根据单元总信息量的计算结果,本次预测时,利用MapGIS空间分析系统,进行了单元总信息量等值线的圈定,结果显示在香炉山、张天罗、大岩下、郑家、上坳岭等地的等值线值较高,与已知的矿化集中地段相符,进一步说明其大小可直接用于圈定靶区和评价远景。

5 找矿靶区圈定

5.1 临界值的确定

根据网格单元总信息量(∑I)的频率分布曲线图拐点分别确定找矿靶区,包括找矿可行地段和找矿有利地段圈定的临界值。如图 3,频率分布曲线明显地反映出 1.00,1.85,5.45和 7.45四个拐点。在此把大于 1.00范围看做是有成矿可能的高背景区,在高背景区内,选取 1.85和 5.45分别作为圈定找矿可行地段和找矿有利地段的临界值。

5.2 靶区圈定结果

图 3 香炉山矿田找矿总信息量频率分布曲线图Fig.3 The curve line show ing pro specting information frequency distribution of orefield in Xianglu mountain

根据上面确定的临界值,利用MapGIS平台,对网格单元找矿总信息量进行了第二次等值线的圈连 (图 4)。共圈定角岩型白钨矿找矿可行地段 3个,编号Ⅰ—Ⅲ,其中以Ⅰ找矿可行地段分布的面积最大,并且只在其中圈定找矿有利地段 4个,编号为A,B,C,D,其它二个找矿可行地段内未能圈定找矿有利地段,说明其找矿信息量欠缺。Ⅰ找矿可行地段内圈定的 4个找矿有利地段的平面分布总体上呈北东向分布,与本区主要的控矿构造岩浆带基本一致,且基本涵盖了目前已知的矿化 (或矿床分布的区段),说明该方法是有效的。

5.3 找矿靶区定量评价

通过成矿地质条件分析、成矿系列和典型矿床的研究、矿床分布和成矿规律研究,提取找矿信息标志,建立综合找矿地质概念模型,梳理出多种找矿信息的变量。通过加权赋值,运用计算机编制出找矿信息图。将各种方法计算信息量应用累计频率曲线图,确定了划分成矿可能地段、找矿可行地段及找矿有利地段,圈定找矿靶区。

5.3.1 找矿优度和找矿序率计算

按下列公式计算出上述三种数理统计方法圈定的找矿有利地段的找矿优度及找矿序率,并进行找矿有利地段的定量评价。

(1)找矿优度计算公式

图4 综合信息找矿法成矿预测找矿靶区示意图Fig.4 The skecth m ap show ing p rospecting target area through general informati on predicting m ethods

式中 Poi为第 i个找矿靶区的找矿优度;¯Ii为第 i个找矿靶区内单元总信息量(或成矿有利度)的平均值;Si为第 i个找矿靶区的面积;n为预测区内找矿靶区的个数 (郑玉清等,2004)。

(2)找矿序率计算公式。为了给出找矿靶区的直观估计,把通过下列公式计算出每一个靶区的找矿序率。该序率值为一个 (0,1)之间的具有高度综合性的排序评级指标,根据其大小,可以直接用于找矿靶区的排序和评级。计算公式如下:

式中 Pi为第 i个找矿靶区的找矿序率;Poi为第 i个找矿靶区的找矿优度;Pomin,Pomax分别为最小、最大找矿靶区的找矿优度;0.8,0.1分别为数值限定的系数和常数。

(3)找矿优度及找矿序率计算结果。根据找矿优度、找矿序率计算公式分别计算出上述三种数理统计预测方法确定的找矿有利地段 (找矿靶区)的找矿优度和找矿序率,计算结果详见表 2。

5.3.2 找矿靶区综合评价

从找矿有利地段分析着手并结合各综合信息靶区图,可以看出,从香炉山—张天罗、上坳岭的找矿优度及找矿序率较大,其次为大岩下、坡塘等地。香炉山已是特大型白钨矿床,张天罗及大岩下近年来已有突破,相继找到了中—大型的钨矿床 (正在勘探)。而上坳岭、坡塘等地(太阳山岩体的西北接触带的外接触带上)地质工作程度较低,没有深部工程控制,目前尚未实现找矿突破。通过本次预测,四处找矿有利地段有着相似的成矿地质条件,上坳岭、坡塘等地有良好的找矿前景,在今后的地质找矿工作中应引起高度重视,可望在该区实现地质找矿工作的新突破。

6 结语

利用综合找矿信息量成矿预测方法,并基于MapGIS平台进行大比例尺成矿预测是在充分收集以往地质、物探、化探、矿产等综合资料的基础上,运用MapGIS处理的地、物、化、矿产信息为主线,从已知到未知,综合分析成矿地质背景和成矿规律,运用特征分析数理统计方法,划分出成矿可能地段、找矿可行地段及找矿有利地段,并以成矿条件有利程度、找矿信息的强弱、预测依据可靠程度及各类信息的提取、关联、转换、合成,按找矿优度及找矿序率,划分预测靶区。方法简单易行,本次预测所圈定的三个找矿可行地段及四个找矿有利地段,显示出一定的找矿潜力。并根据找矿优度及找矿序率的大小,排列出四个找矿有利地段的找矿潜力优劣程度,其中与香炉山、张天罗、大岩下已有矿床相吻合,说明该方法进行成矿预测是有效的。上坳岭、坡塘等地将有待于今后去验证,实现找矿突破,发现中—大型的钨多金属矿。

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易文萍.2006.MapGIS在地质成图中的应用—多种数据源套合成图[J].东华理工学院学报,(S1):207.

赵鹏大.2002.“三联式”资源定量预测与评价 [J].地球科学,27(5):482-488.

郑玉清,王建琼.2004.滇东地区铂无模型定量成矿预测与评价[J].地质与勘探,40(3):20-29.

周贤旭.2006.香炉山地区找矿前景初步分析[J].东华理工学院学报,(S1):204.

Tungsten Ore Resources Prediction of XiangluMountain based on MapGIS I ntegrated withMulti-prospecti ng I nformation

L I U Yong, ZHOU Xian-xu
(Northwest Jiangxi Province Geological Team,Bureau of Exploration and development of Geology andMineral Resources of Jiangxi Province,Jiujiang,JX 332000,China)

The geological background and regularity are comprehensively analyzed based on the infor mation of Xianglu Tungsten such as geology,geophysics,geochemistry and minerals throughMapGIS.Some possible mineralization sites aremarked using statisticsmethod.The target areas are decided combiningwith mineralization characteristics,prospecting information and other knowledge derived.Some large-medium Tungsten ores are discovered in XiangluMountain-Zhangtianluo and Dayanxia within four possible areas.However,research work is poor in Potang and Shangaoling.In the future,manyworks need to further be done in the study area.

MapGIS;metallogenic prediction;Tungsten ore of XiangluMountain

P618.67

A

1674-3504(2010)03-262-08

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.03.08

2010-03-10

刘 勇(1970—),男,地质矿产工程师,从事地质矿产勘查与研究工作。