基于GIS证据权重法的白银厂矿区及小外围的成矿预测

李　培，廖时理

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国土资源经济研究院，北京 101149；3.国家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012)



基于GIS证据权重法的白银厂矿区及小外围的成矿预测

李培1，2，廖时理3

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国土资源经济研究院，北京 101149；3.国家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012)

摘要：文章利用Morpas软件对甘肃省白银厂矿区内的地、物、化等多源信息进行统计分析，提取了成矿有利信息，认为成矿有利地层为石英角斑凝灰岩系，成矿有利构造为火山机构及背斜构造，成矿有利岩体为石英钠长斑岩岩体。采用证据权重法对研究区圈定了成矿预测和找矿远景区，并指出了找矿方向。

关键词：白银厂矿区；综合信息成矿预测；证据权重法；甘肃省

0引言

对老矿山积累的勘查资料进行二次开发，再利用GIS技术进行综合信息成矿预测是老矿山增储的重要技术手段。甘肃省白银厂矿田是我国规模最大、最典型的火山成因块状硫化物矿产地，经过几十年的开采已步入危机矿山之列，加强白银厂矿田深部及其外围找矿对促进当地经济发展具有重要的意义。白银地区的勘查工作获取了大量的研究基础数据，对已有资料的二次开发可能是今后在该区获得勘查突破的重要途径。本文通过综合信息预测方法——证据权重法对该区及小外围进行成矿远景预测，以期为该区未来的勘查工程部署提供借鉴。

1证据权重法简介

证据权重法是加拿大数学地质学家Agterberg提出的一种利用GIS技术进行矿产资源评价预测的地学统计方法[1]。它采用一种统计分析模式，通过对与矿产形成相关的地学信息的叠加复合分析来进行矿产远景区的预测，每一种地学信息都被视为成矿远景区预测的一个证据因子，而每一个证据因子对成矿预测的贡献是由这个因子的权重值来确定的[2-4]。其基础是将地质评价模型转换为“网格模型”，针对每一网格上信息数据进行权值计算，评价方法自始至终都是依靠图层数据驱动，由计算机自动完成。结合GIS技术对各种有利成矿因素(证据层)进行有效综合的数学预测评价。只要输入的图层合理，选择条件适当，计算结果就客观可信。

证据权重法的数学原理是[5-7]：假设将研究区划分为T个等大小的网格(以保证一个网格中至多出现一个已知矿点为基础)，提取以上信息，将上述提取的每个变量看作独立的证据因子(以下称证据因子)，利用证据权重法计算各个证据因子存在和不存在时的权重值W+与W-；对于n个证据因子，若他们都关于矿点条件独立，研究区任一网格单元k为矿点的可能性，用后验概率P代表每单元内找矿的有利度，根据后验概率提出找矿远景区。控矿地质因素与矿床产出的关联性强弱用正负权的差值大小C来度量，C值大表示该地质标志的找矿指示性好，C值小表示该找矿标志的找矿指示性差，若C=0，表示该找矿标志对有矿与无矿无指示意义。

图1　白银矿田地质概图(据甘肃有色地质三队资料修编)Fig.1　Geological sketch of Baiyin ore field1.志留系下统变质砂岩、凝灰质、千枚岩；2.奥陶系中基-中酸性火山岩夹硅质大理岩；3.细碧质凝灰岩夹细碧岩、大理岩、千枚岩层；4.细碧凝灰岩及角斑岩；5.碎屑-泥质沉积岩；6.酸-中基性火山岩；7.中酸-基性火山岩；8.石英角斑凝灰岩；9.石英角斑熔岩；10.石英角斑凝灰岩；11.房子沟组酸-基性火山杂岩；12.次石英角斑岩；13.石英角斑集块岩；14.辉绿岩；15.矿体；16.实测及推测断层；17.地质界线；18.不整合接触界线；19.复背斜构造；20.与火山喷发有关的铜铅锌矿床

2成矿地质背景

白银地区大地构造位置位于北祁连造山带的东延部分，该带为重要的块状硫化物铜金属成矿带。区域地层除上寒武统、中上志留统以及上白垩统缺失外，从寒武系至第四系均有出露[8]。区域构造复杂，构造大体呈NWW向与NNE向交叉的方格状构造格局；区内地层由于受到EW向构造、古河西系构造、白银厂旋扭构造及陇西旋卷构造等共同作用导致岩石明显变形。白银地区处于北祁连早古生代火山岩带的中部裂谷带，侵入岩从超基性到酸性均有发育，出露侵入岩主要为岩基、岩脉。北祁连地区复杂的构造-岩浆活动演化与成矿系统完整对应[9-13]，区内成矿地质条件良好，已发现矿床(点)达160余处，找矿前景良好。白银矿田面积约40 km2，出露地层以构造火山岩带酸性火山杂岩为主，其间夹有硅质岩、大理岩及砂岩等，沉积岩出露于矿区外围的折腰山西部。矿田内重要矿床有折腰山、火焰山铜矿和四个圈、小铁山、铜厂沟3个多金属矿床(图1)，矿田深部挖潜及外围增储均有一定前景。

3找矿有利证据层提取

基于GIS的综合信息成矿预测是在研究地质背景和成矿规律的基础上，对已有的地、物、化、遥等多重信息进行综合处理，进而提取各类与成矿有关的信息。结合已有资料和成矿规律研究程度，在研究中分别提取了地质异常信息、地球物理(重力)信息和地球化学信息。

图2　矿床数与断裂、背斜轴部、石英钠长斑岩的距离统计图Fig.2　Statistics of ore deposit number and distances from faults, anticline axis, quartz-albite porphyry at which the deposit occura.与断裂的距离；b.与背斜轴部的距离；c.与石英钠长斑岩的距离

图3　矿产当量与断裂、背斜轴部、石英钠长斑岩的距离统计图Fig.3　Statistics of mineral resources equivalent and distances from faults, anticline axis, quartz-albite porphyry at which the equivalent is a.与断裂的距离；b.与背斜轴部的距离；c.与石英钠长斑岩的距离

3.1地质异常信息提取

3.2地球物理信息提取

对研究区1∶2.5万布格重力数据进行处理，绘制上延300 m等值线图，对区内矿床(矿点)位置和浅源异常等值线图分析发现，重力浅源异常低值区产有区内大部分的矿产(表1)。在-0.5～-0.1，-0.1～-0.3，0.3～0.7内分别集中了区内25.71%，20%，28.57%的矿床和52.59%，22.96%，17.78%的矿产当量。在-0.5～-0.1，-0.1～-0.3内分布的主要是大型矿床，在0.3～0.7内分布的主要是小型矿床；因此，提取这3个区间的重力浅源异常区作为找矿有利的证据图层。

3.3地球化学信息提取

对研究区1∶2.5万土壤原生晕地球化学数据进行处理，对主要成矿元素Cu，Pb，Zn，Ag及其伴生元素进行单元素及元素组合等值线异常图对比分析(以Au元素异常为例，图4)，结果显示，Cu，Pb，Zn，Ag，Au的单元素异常与已有矿点吻合较好，部分地区甚至可直接指示矿化；Ag-As-Sb叠加异常与地层元素背景值对应，低值区与矿床所在位置对应较好；Cr-Ni-Mn-Co元素组合异常低值区和高值区与矿区及外围有一定对应关系。因此，提取Cu，Pb，Zn，Ag，Au单元素异常及Ag-As-Sb，Cr-Ni-Mn-Co元素组合异常作为证据因子。

表1　白银厂矿区及小外围矿床与重力浅源异常值统计

图4　白银厂矿区及小外围1∶2.5万原生晕Au元素异常图Fig.4　Primary Au halo anomly map of Baiyinchang ore district and neighboring areas at scale 1∶25 000

4综合信息成矿预测

图5　白银厂矿区及小外围找矿远景预测区Fig.5　Prognosis map of potential mineral resource areas of Baiyinchang district and neighboring areas

通过对研究区成矿规律和成矿有利信息图层的分析提取，基于Morpas平台开展本研究区的综合信息成矿预测工作。首先对本区以0.25 km×0.25 km的网格进行单元划分，计算先验概率，其次，对提取出的证据图层进行变量赋值，赋值原则是当网格单元内存在某有利因子时即赋值为1，否则为0。找矿有利证据因子与矿床产出状态之间的关联性强弱由正负权的差值大小C来度量，C值越大则说明该证据因子对找矿指示意义越大。对上述各证据因子分别计算成矿预测的权值并进行独立性检验，得出各证据图层对找矿的指示作用大小，结合独立性检验结果显示，在研究区最重要的找矿标志为石英角斑凝灰岩系、火山机构和石英钠长斑岩岩体，次为Au，Zn，Cu，Ag的单元素化探异常，再后为背斜构造，其他证据因子找矿指示意义较弱。最后在Morpas软件平台上对每个预测单元进行后验概率值计算，以0.3为阈值做等值线图，在白银厂矿区及小外围圈定2个一级找矿远景区、3个二级远景区(图5)。一级A1区是矿产增储最有利地段，对已知矿体深部和外围摸查是找矿的主要方向；一级A2区内主要加强小铁山和四个圈矿床隐伏矿体勘查验证。二级找矿远景区中B1区具备一定的找寻中型或小型铜矿的条件；B3区具备找寻热液型铜多金属矿床的条件；B2区虽有一定找矿有利条件，但物探方法受限于埋深大的碳质板岩盖层，找矿难度较大。

5结语

本次工作将Morpas中提供的证据权技术应用于白银厂及小外围成矿预测。该方法较适用于在“5P”成矿预测体系中的成矿可能、找矿可行、找矿有利阶段的中、小比例尺定量评价与预测工作，其优势是对图层的直接操作，可将直接、有效显示预测空间。本文根据3个找矿有利证据层的提取和后验概率的计算结果，圈定了两级找矿远景区，预测结果对更大比例尺的找矿工作具有一定的参考意义。

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Weight of evidence-Based metallogenic prediction in Baiyinchang district and surrounding area

LI Pei1, 2，LIAO Shili3

(1.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.ChineseAcademyofLandandResources,Beijing101149,China;3.TheSecondInstituteofOceangraphy,SOA,Hangzhou310012,China)

Abstract：According to metallogenic geological analysis of Baiyinchang district in Gansu province, statistical analysis and metallogenic favorable information extraction of geological, geophysical and geochemical data were carried out on the platform of Morpas. The metallogenic favorable evidences layers are quartz-keratophyric tuffs series, volcanic edifice, anticlines and quartz albitophyre. By the weight of evidence we delineated the prospecting areas.

Key Words：Baiyinchang district; metallogenic prediction of multisource information; weight of evidence method; Gansu province

收稿日期：2014-12-31；责任编辑：赵庆

基金项目：中国地质调查局“老矿山深部和外围找矿”专项(编号：12120113086000)和甘肃省国土资源厅风险勘探基金专项“甘肃省白银厂找矿研究”(编号：2009026074)资助。

作者简介：李培(1984—)，女，博士，研究方向为矿产资源规划、资源定量评价及预测。E-mail：lipei.cug@126.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 004

中图分类号：P612；P618.41

文献标识码：A