基于gis的錦州基于MRAS證據(jù)權(quán)重法的遼西錦州阜新金礦化帶金礦潛力評價

基于gis的錦州基于MRAS證據(jù)權(quán)重法的遼西錦州阜新金礦化帶金礦潛力評價

錦州-阜新金礦帶位于遼寧省西部。該大地構(gòu)造區(qū)屬于華北地塊北緣東段的燕山褶皺帶、西關(guān)褶皺帶和北隆起帶。該成礦帶金礦床均產(chǎn)于廣泛出露的太古宙變質(zhì)巖建造,截止目前已發(fā)現(xiàn)金礦產(chǎn)地40處,礦床類型主要包括韌性剪切帶型金礦、構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦與石英脈型金礦。礦產(chǎn)地規(guī)模多屬礦點,但也不乏排山樓等大型金礦床,顯示出巨大的找礦潛力。自從20世紀80年代發(fā)現(xiàn)排山樓金礦以來,該區(qū)域得到越來越多地質(zhì)工作者的關(guān)注。吳春林等分析排山樓金礦的控礦條件及物化探特征;羅鎮(zhèn)寬等分別測定排山樓金礦的成礦年齡;孟憲剛等認為醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖對排山樓金礦的形成起到關(guān)鍵控礦作用;王貴春研究大板金礦的地質(zhì)特征;張立軍等認為可以在實際工作中利用高精度磁法來圈定大板金礦礦體;楊曉波等利用大板金礦物探解譯分析結(jié)果對大板金礦周邊區(qū)域進行預(yù)測區(qū)圈定;王長青等對排山樓金礦南帶的找礦方向進行探討,著重研究兩家子金礦的成礦特點;柳立群等對排山樓金礦北側(cè)大櫻桃溝金礦的地質(zhì)特征及成因展開研究。上述研究成果對指導(dǎo)區(qū)內(nèi)金礦資源潛力評價奠定一定基礎(chǔ),但只是針對單一金礦床的研究,并沒有對區(qū)內(nèi)金礦進行整體資源潛力評價。針對目前礦產(chǎn)資源緊缺、找礦難度增大的現(xiàn)狀,有必要采用新的有效預(yù)測方法開展更深入的礦產(chǎn)資源潛力評價工作,以便為區(qū)內(nèi)進一步找礦工作提供新的突破方向。礦產(chǎn)資源評價系統(tǒng)(MRAS)是由中國地質(zhì)科學(xué)院成礦遠景區(qū)劃室開發(fā)的一套礦產(chǎn)資源評價軟件。該軟件主要可以滿足2個方面的需求:(1)解決地學(xué)深層次成礦信息的提取和分析,即提供深入研究各種多元找礦信息的方法;(2)解決多元信息的綜合問題,即研究各種成礦信息在成礦作用過程中貢獻大小的模型。作為一套成熟的礦產(chǎn)資源評價軟件,在國內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,如用于全國的金礦、銅礦、斑巖型銅礦和赤峰地區(qū)的金礦、東天山地區(qū)的銅鎳礦研究等。目前,本文所依托的項目即全國礦產(chǎn)資源潛力評價中,MRAS作為礦產(chǎn)預(yù)測的技術(shù)支撐軟件,更是發(fā)揮巨大的作用。本文主要依據(jù)遼寧省礦產(chǎn)資源潛力評價項目收集到的地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探等資料,建立錦州-阜新金礦化帶空間數(shù)據(jù)庫,結(jié)合最新成礦理論研究成果重新建立研究區(qū)金礦區(qū)域找礦模型,采用礦產(chǎn)資源MRAS評價系統(tǒng)中的礦產(chǎn)資源評價模塊-證據(jù)權(quán)重模型,對研究區(qū)進行基于GIS下的證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源潛力評價工作,重新圈定找礦靶區(qū)。1太古考慮及巖漿構(gòu)造環(huán)境區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要地質(zhì)單元有:太古宙變質(zhì)巖系—變質(zhì)表殼巖及變質(zhì)深成巖;中元代長城紀碎屑巖建造及碳酸鹽巖建造,中元古代薊縣紀—新元古代青白口紀碎屑巖建造及碳酸鹽巖建造;古生代寒武紀—奧陶紀碳酸鹽巖夾碎屑巖建造;石炭紀—二疊紀含煤碎屑巖、碎屑巖夾泥質(zhì)碳酸鹽巖建造;中生代三疊紀碎屑巖建造,侏羅紀碎屑巖建造、含煤碎屑巖建造、基性-中性火山巖建造,白堊紀火山巖-碎屑巖建造、含煤碎屑巖建造、紅色碎屑巖建造;新生代為河流溝谷松散沉積物堆積。太古宙變質(zhì)巖系為區(qū)內(nèi)主要賦礦地質(zhì)單元,地化特征表現(xiàn)為Au,Ag,Cu和Zn等元素的高背景值,尤其是Au豐度較高(圖1)。侵入巖在北鎮(zhèn)隆起單元廣泛出露,主要有新元古代前造山基性—超基性巖;二疊紀同造山花崗閃長巖、二長花崗巖,后造山鉀長花崗巖;中生代同造山閃長巖、花崗巖閃長斑巖、二長花崗巖。其中,燕山期二長花崗巖呈“巖基”狀大面積侵入太古宙變質(zhì)巖系中,形成醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖。大巴—瓦子峪—后三角大型NE向韌性剪切帶斜切本區(qū),大致呈“S”型展布。在排山樓—稍戶營子附近發(fā)育多條近EW向韌性剪切帶,與大巴—瓦子峪—后三角韌性剪切帶相交。本區(qū)韌性剪切帶與金成礦關(guān)系密切,已發(fā)現(xiàn)與韌性剪切成礦作用有關(guān)的蝕變巖型金礦、構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦均分布于韌性剪切帶附近。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,以NE—NNE向為主,NW向次之。NE—NNE向斷裂主要形成于燕山期,為太平洋板塊俯沖歐亞板塊的產(chǎn)物。NW向斷裂則主要為NE-NNE向斷裂的次生斷裂。沿斷裂帶構(gòu)造巖發(fā)育,斷裂帶具延伸長、切割深、多期次活動的特點,有明顯的控巖、控礦作用,區(qū)內(nèi)大多數(shù)石英脈型金礦產(chǎn)于NE—NNE向斷裂與NW向斷裂交匯處。2控礦構(gòu)造標(biāo)志錦州—阜新金礦化帶目前已發(fā)現(xiàn)巖金礦產(chǎn)地40處,其中:大型礦床1處(排山樓),中型礦床1處(雙山子),小型礦床10處(大板、兩家子等),礦(化)點28處。該成礦帶自南向北有極為相似的成礦地質(zhì)背景,大部分已知礦床的礦化蝕變特征相似,成因類型呈遞變趨勢。一般認為,韌性剪切蝕變巖型金礦主要為海西期西伯利亞板塊擠壓華北陸塊時深部韌性剪切作用的產(chǎn)物,后期由于疊加燕山期巖漿熱液成礦作用及不同地體抬升不同的原因,形成構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦、石英脈型金礦與之并存的現(xiàn)狀。根據(jù)近些年的科研工作和收集到的各類資料,研究區(qū)金礦特征如表1所示。圖2所示為錦西—阜新金礦化帶金礦區(qū)域找礦模型?？偨Y(jié)規(guī)律如下:(1)研究區(qū)內(nèi)的所有金礦床(點)均賦存于新太古代變質(zhì)深成巖中,因此,這套地質(zhì)單元是重要找礦標(biāo)志(圖2(a))。(2)大巴—瓦子峪—后三角大型NE向韌性剪切帶及EW向韌性剪切帶是重要的控礦構(gòu)造,已發(fā)現(xiàn)與韌性剪切成礦作用有關(guān)的蝕變巖型金礦、構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦均分布于韌性剪切帶中或附近,可視為重要的找礦標(biāo)志(圖2(b))。(3)NE—NNE向斷裂與NW向斷裂交匯處為重要的控礦部位,區(qū)內(nèi)大多數(shù)石英脈型金礦產(chǎn)于此處,為含金熱液重要的導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造,可視為重要的找礦標(biāo)志;與之對應(yīng)的遙感、重力、航磁解譯出的NE—NNE向線性構(gòu)造也是重要的找礦標(biāo)志(圖2(c)~(d))。(4)研究區(qū)太古宙變質(zhì)巖系由于含有磁鐵礦及大量順磁性礦物,所以具有較高磁性。發(fā)育于太古宙變質(zhì)巖系中的韌性剪切帶,在韌性剪切過程中受伸張、收縮等機械應(yīng)力作用,使巖石的剩磁發(fā)生變化,表現(xiàn)為磁性相對降低。因而追索高磁梯度帶中的相對低磁帶(磁感應(yīng)強度?T為50~100nT)可以大致圈定含金韌性剪切帶,進而鎖定金礦體分布范圍。因此,區(qū)域1/5萬航磁?T等值線50nT至150nT之間的區(qū)間范圍可作為重要的找礦標(biāo)志(圖2(e))。(5)1/20萬水系沉積物中Au,Ag,Cu和Zn化探異常具濃集中心、元素組合好及主要沿斷裂構(gòu)造破碎帶分布的特征,其面積大、峰值高、質(zhì)量濃度分帶明顯部位往往對應(yīng)已發(fā)現(xiàn)金礦床(點),2者套合較高。區(qū)內(nèi)大量金礦床研究結(jié)果也表明,金礦石中的元素組合主要可以分為3類:第一類由Au,Ag,Hg和Bi構(gòu)成,代表金、銀礦化;第二類由Cu,Pb和Zn構(gòu)成,代表黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等硫化物礦化和石英脈的存在。從2類指示元素中依據(jù)突出代表性元素及平均分配原則選取Au,Ag,Cu和Zn4種元素作為研究區(qū)化探找礦元素組合。其下限質(zhì)量分數(shù)分別為:Au1.3×10-9,Ag128×10-9,Cu27.3×10-6,Zn57.5×10-6(圖2(f)~(i))。(6)1/20萬金重砂異常常見且往往與相關(guān)的水系沉積物異常相伴出現(xiàn),是區(qū)內(nèi)找礦的較好地段。將礦物的含量進行標(biāo)準化處理轉(zhuǎn)換為顆數(shù),用累積頻率方式分級,選擇最低顆粒值1以上的范圍作為異常(圖2(j))。(7)已發(fā)現(xiàn)金礦點是最直接的找礦標(biāo)志,已發(fā)現(xiàn)金礦點外圍及深部往往是找礦攻堅的重點部位,因此對于指導(dǎo)未知找礦具有明顯指示意義。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育,尤以燕山期花崗巖突出。地表相間出露的巖漿巖在深部往往連為一體,它們對石英脈型金礦的形成及金的進一步富集起到關(guān)鍵作用,但由于全區(qū)均有其分布,不具備指示作用,因此,不作為找礦標(biāo)志。以上地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探、重砂、遙感等方面找礦標(biāo)志共同構(gòu)成了錦州—阜新金礦化帶金礦區(qū)域找礦模型,作為模型中的預(yù)測要素(圖2)。3數(shù)據(jù)庫的建立及預(yù)測遠景區(qū)劃分根據(jù)本次遼寧省礦產(chǎn)資源潛力評價項目收集到的地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探等資料及相關(guān)圖件,初步建立研究區(qū)1/5萬空間地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫、化探數(shù)據(jù)庫、遙感數(shù)據(jù)庫、重力和航磁數(shù)據(jù)庫、礦產(chǎn)地數(shù)據(jù)庫等綜合數(shù)據(jù)庫,并采用證據(jù)權(quán)重模型應(yīng)用,依據(jù)其實施流程,對研究區(qū)進行基于GIS下的證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源評價工作,最后重新劃分預(yù)測遠景區(qū)。3.1產(chǎn)資源評價模塊下的證據(jù)權(quán)重模型軟件平臺采用的是礦產(chǎn)資源MRAS評價系統(tǒng)礦產(chǎn)資源評價模塊下的證據(jù)權(quán)重模型。研究區(qū)范圍是整個錦州-阜新金礦化帶,面積為890km2,單元格面積設(shè)置為2km×2km。3.2數(shù)據(jù)庫的建立將能收集到的錦州—阜新金礦化帶的有關(guān)地質(zhì)圖、礦產(chǎn)地圖、重力和航磁解譯圖、Au-Ag-Cu-Zn4種元素異常圖、金重砂異常圖、構(gòu)造綱要圖、遙感解譯圖等數(shù)字化,并補充屬性資料等,采用國產(chǎn)GIS軟件Mapgis6.7進行管理,初步建立研究區(qū)1/5萬空間數(shù)據(jù)庫。3.3各研究變量之間的關(guān)系根據(jù)前述錦州—阜新金礦化帶金礦區(qū)域找礦模型總結(jié)出的找礦標(biāo)志,提取和構(gòu)置以下綜合信息作為預(yù)測變量。(1)地層:包括出露地表的太古宙變質(zhì)巖及有可能隱伏的變質(zhì)巖(利用航磁、重力資料推斷得到),該預(yù)測變量在網(wǎng)格單元內(nèi)出現(xiàn)對于金礦預(yù)測有重要意義。(2)韌性剪切帶:韌性剪切帶對研究區(qū)內(nèi)與韌性剪切作用相關(guān)形成的蝕變巖型金礦有明顯控制作用,且金礦大多發(fā)育于韌性剪切主應(yīng)力帶3~4km影響范圍內(nèi),本次研究選取3.25km作為緩沖半徑對韌性剪切構(gòu)造作BUFFER區(qū)分析,構(gòu)置韌性剪切帶影響寬度變量。(3)斷裂構(gòu)造:包括實測斷裂及推斷線形構(gòu)造(利用重力、航磁、遙感資料推斷得到)。由于研究區(qū)內(nèi)石英脈型金礦主要產(chǎn)于斷裂構(gòu)造上下盤的次級裂隙內(nèi),因而需要對相應(yīng)斷裂構(gòu)造作BUFFER區(qū)分析,通過不同緩沖半徑與已發(fā)現(xiàn)金礦床(點)之間的相關(guān)性研究,確定500m為最佳緩沖半徑,從而構(gòu)置斷裂構(gòu)造影響寬度變量。(4)航磁:區(qū)域1/5萬航磁?T等值線50nT至150nT之間的范圍很好地指示了韌性剪切帶的分布,往往間接圈定與韌性剪切作用有關(guān)的金礦的分布范圍,因而,構(gòu)置航磁?T等值線50nT至150nT區(qū)間范圍預(yù)測變量。(5)化探變量:1/20萬水系沉積物中Au,Ag,Cu和Zn化探異?？勺鳛轭A(yù)測變量進行提取,其分布范圍間接指示了金礦可能存在的地段。(6)重砂變量:1/20萬金重砂異常作為預(yù)測變量進行提取。4成礦概率分析證據(jù)權(quán)重法預(yù)測模型即是根據(jù)已知礦床點與綜合信息預(yù)測變量之間的條件概率來確定每種變量的權(quán)重值,然后推廣到全區(qū),實現(xiàn)多源信息對評價礦種、類型的預(yù)測。表2和表3所示為基于MRAS證據(jù)權(quán)重法的具體表示。以錦州—阜新金礦化帶已知的40個金礦床(點)為模型單元,提取并構(gòu)置14個預(yù)測變量(證據(jù)圖層),計算各預(yù)測變量與成礦的相關(guān)程度和預(yù)測評價證據(jù)權(quán)重值,并以此來對研究區(qū)內(nèi)各個單元進行成礦概率計算。表2反映礦床點出現(xiàn)、沒有出現(xiàn)與各預(yù)測變量出現(xiàn)、沒有出現(xiàn)的相應(yīng)概率。表3所示的W+為各預(yù)測變量存在的權(quán)重值,W-為各預(yù)測變量缺失的權(quán)重:C反映各預(yù)測變量與礦床點產(chǎn)出狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)性,通過正負權(quán)的差值來度量,即C=W+-W-。C大表示該預(yù)測變量的找礦指示性好,C小表示指示性差。若C為0,表示該預(yù)測變量對有礦與無礦無指示意義;C>0表示該預(yù)測變量的出現(xiàn)有利于成礦;C<0表示該預(yù)測變量的出現(xiàn)不利于成礦。對上述證據(jù)因子作顯著水平為0.05下的條件獨立性檢驗,只有航磁推斷斷裂BUF與航磁推斷太古宙變質(zhì)巖2個證據(jù)因子之間不獨立,考慮到航磁推斷斷裂BUF因子先驗概率及C均較小,指示性較差,不考慮此因子。最終優(yōu)選出13個預(yù)測變量作為證據(jù)因子。5確定靶區(qū)級別圖3所示為研究區(qū)利用該證據(jù)權(quán)重模型,計算得到的包括已知礦床點在內(nèi)的后驗概率網(wǎng)格圖,其每個單元的后驗概率(P)代表單元內(nèi)找礦的有利度。圖4所示為后驗概率(P)累積頻率分布圖,根據(jù)D,E和F3個拐點所對應(yīng)后驗概率,可將后驗概率分為4個區(qū)間,取后驗概率值大的前3個區(qū)間作為找礦預(yù)測遠景區(qū)。把P≥0.803526的單元作為A級找礦遠景區(qū),0.607065≤P<0.803526的單元作為B級預(yù)測遠景區(qū),0.310604≤P<0.607065的單元作為C級預(yù)測遠景區(qū)。根據(jù)找礦預(yù)測遠景區(qū)分布特征,將其自NE向SW劃分為19個找礦靶區(qū)(表4),找礦靶區(qū)級別劃分通過靶區(qū)內(nèi)找礦預(yù)測遠景區(qū)后驗概率平均值來確定,最終圈定A級找礦靶區(qū)3處,B級找礦靶區(qū)6處,C級找礦靶區(qū)10處。T07-敖包溝找礦靶區(qū)內(nèi)A級找礦遠景區(qū)分布較多,成礦可能性較大,但目前僅有1處小型金礦分布,有進一步工作價值;T11—上排山樓—十家子找礦靶區(qū)內(nèi)分布有排山樓金礦,其靶區(qū)后驗概率平均值也最大,體現(xiàn)本次預(yù)測研究的合理性;需要特別強調(diào)的是T14—瓦子峪找礦靶區(qū),其處于瓦子峪—后三角區(qū)域韌性剪切帶發(fā)育部位,成礦條件良好,目前實際工作中也發(fā)現(xiàn)深部存在金礦化現(xiàn)象,且本區(qū)尚無已發(fā)現(xiàn)金礦床(點)分布,有望在本區(qū)發(fā)現(xiàn)韌性剪切蝕變巖型金礦。T19—王滿溝找礦靶區(qū)在石英脈型金礦開采殆盡之際,發(fā)現(xiàn)下部有可能存在韌性剪切型金礦化蝕變,遼寧省目前正展開相關(guān)工作。實際上,