李浩杰, 常曉珂

(1.蘭州大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅省有色地質(zhì)調(diào)查院,甘肅 蘭州 730000； 3.蘭州理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)

基于GIS平臺的多源數(shù)據(jù)成礦預(yù)測
——以敦煌白山地區(qū)為例

李浩杰1,2, 常曉珂3

(1.蘭州大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅省有色地質(zhì)調(diào)查院,甘肅 蘭州 730000； 3.蘭州理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)

利用GIS空間分析技術(shù),在地質(zhì)、物探、化探、遙感數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上,將不同來源的數(shù)據(jù)信息采用遙感圖像融合、疊加各種致礦要素,在GIS系統(tǒng)中綜合信息成礦預(yù)測理論,采用證據(jù)權(quán)模型進(jìn)行綜合分析與解釋,從而提高成礦預(yù)測的精度,圈定成礦預(yù)測區(qū),助力找礦突破。

GIS；多源數(shù)據(jù)；疊加分析；成礦預(yù)測

多源數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)都是地質(zhì)體不同物理特性、化學(xué)特性、光譜特性的直接或間接反映,是成礦預(yù)測所需要的控礦因素。遙感、物探、化探勘查技術(shù)都是一種間接找礦方法,單一數(shù)據(jù)源的多解性,使得勘查結(jié)果具有不確定性,由此所提供的信息也往往是片面的,因此需要對眾多復(fù)雜而又相互關(guān)聯(lián)的地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析,從而達(dá)到找礦的目的[1]。對多源數(shù)據(jù)的綜合分析可借助于GIS的空間分析功能,對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊置,尋找有利于成礦的區(qū)域。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)為1∶5萬白山幅等四幅,位于敦煌市西北。白山幅、白山南幅地層屬北疆—興安地層大區(qū),紅柳園地層分區(qū),印尼喀拉地層小區(qū),位于大地構(gòu)造位置南天山褶皺帶東端與塔里木板塊的東端疊加復(fù)合區(qū)內(nèi)；小獨山幅、雙岔溝口幅地層屬塔里木—南疆地層大區(qū),中天山—北山地層分區(qū),紅柳園地層小區(qū),位于北山陸緣活動帶古生代柳園—俞井子裂谷帶西段[2]。區(qū)內(nèi)出露地層主要有侏羅系中統(tǒng)水西溝群(J2s)、二疊紀(jì)方山口組(Pf)和雙堡塘組(Psp)、石炭紀(jì)干泉組(Cg)和下石炭紅柳園組(Ch)、中泥盆三個井組(Dsg)、前長城系敦煌巖群(ArPtD)等。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈,侵入巖分布廣泛,從基性到酸性巖均有出露:巖體主要為三疊紀(jì)花崗巖(γP)和閃長巖(δP)等,石炭紀(jì)黑云母花崗巖(γC)和閃長巖等(圖1)。區(qū)域構(gòu)造活動的發(fā)展演化,是區(qū)域變質(zhì)的主要原因,為區(qū)域變質(zhì)提供了應(yīng)力和熱源,巖石受溫度、壓力及熱液流體的影響而發(fā)生變質(zhì)。

圖1 研究區(qū)1∶5萬地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 1∶50 000 diagram of geological structure in study area1.第四系;2.侏羅系中統(tǒng)水西溝群;3.石炭紀(jì)干泉組;4.下石炭紅柳園組;5.中泥盆三個井組;6.前長城系敦煌巖群;7.三疊紀(jì)黑云母花崗巖;8.石炭紀(jì)黑云母花崗巖;9.三疊紀(jì)花崗巖;10.三疊紀(jì)閃長巖;11.蘆草灘鐵礦點;12.斷層。

圍巖蝕變是成礦直接的控制因素之一,圍巖主要有凝灰質(zhì)砂巖、絹云千枚巖、糜棱巖和輝綠巖等。區(qū)域巖漿活動顯著,出露有大量的熱變質(zhì)巖,其巖石區(qū)域變質(zhì)為低綠片巖相。石英脈型鎢礦床主要沿區(qū)域性淤泥河大斷裂與鹽灘南大斷裂東部復(fù)合部位,典型礦床為小獨山石英脈型白鎢礦,賦存于南蝕變帶的三個礦化帶中；金礦點則分布于鹽灘南大斷裂東端西側(cè),代表礦點為19號金礦點,該地段巖石蝕變(綠泥石化、絹云母化、硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化)強(qiáng)烈,石英脈、方解石脈發(fā)育；鐵礦點處于酸性花崗巖與泥盆紀(jì)碳酸鹽接觸部位,金灘子弧形構(gòu)造西側(cè)附近,典型礦床為蘆草灘接觸變質(zhì)型鐵礦點,產(chǎn)于華力西中期二長花崗巖與砂板巖之接觸帶,巖石破碎,見有硅化、角巖化、綠泥石化、綠簾石化[3]。

2 遙感蝕變信息與構(gòu)造信息分析

2.1 遙感蝕變信息特征

研究區(qū)位于中國西北極干旱無人地區(qū),植被極不發(fā)育,地表無水體,且所選圖像成像時間為冬季無降雪。進(jìn)行掩膜處理后對比發(fā)現(xiàn),此次異常提取,幾乎無干擾信息,提取的遙感蝕變信息較為可靠。

2.1.1 遙感異常種類

由ETMl、3、4、5四個波段進(jìn)行的特征定向主成分分析獲得鐵化(鐵染)蝕變遙感異常；ETMl、4、5、7四個波段進(jìn)行的特征定向主成分分析獲得泥化(羥基)蝕變遙感異常。

2.1.2 遙感異常分級

遙感異常按灰度值分為三級,即高值級,鐵染異常用紅色表示,泥化異常用粉色表示；中值級,鐵化異常用綠色表示,泥化異常用黃色表示；低值級,鐵化異常用藍(lán)色表示,泥化異常用青色表示。

2.1.3 遙感異常找礦模式

本區(qū)幾個已知礦點及其周邊均出現(xiàn)不同程度的“礦化型異?！?這類異常一般值級較高,分布較連續(xù),并具有一定規(guī)模,而且鐵化和泥化遙感異常有一定的重合性。這類異常是反映礦化區(qū)的鐵化蝕變、泥化蝕變暈的富集地段,是找礦的重要指示標(biāo)志。

2.2 構(gòu)造信息特征

2.2.1 線性構(gòu)造數(shù)據(jù)統(tǒng)計

以研究區(qū)1∶5萬遙感影像線性體解譯圖作為線性體統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)資料,以正北為0°,東為90°,南為180°,角度間隔45°分組,通過對解譯出的44條線性體的長度和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計并作為基本數(shù)據(jù),得到線性構(gòu)造長度分布直方圖(圖2)。長度分布直方圖的形態(tài)接近啞鈴狀分布,說明線性構(gòu)造的分布是長度<10 km的小微型構(gòu)造較為發(fā)育,長度在20～25 km的中型構(gòu)造相對發(fā)育,與地質(zhì)資料統(tǒng)計結(jié)果一致,其解譯結(jié)果可信度較高。將方位進(jìn)行統(tǒng)計,得到線性構(gòu)造方位分布直方圖(圖3)。由方位分布直方圖得知,區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造的優(yōu)勢方位為45°～90°和90°～135°,其中27°～45°(北北東向)也比較發(fā)育,整體上近東西向和北東向為優(yōu)勢方位。整體分布情況見研究區(qū)1∶5萬遙感地質(zhì)構(gòu)造簡圖 (圖4)。

圖2 線性構(gòu)造長度分布直方圖Fig.2 Histogram of length distribution of linear structure

圖3 線性構(gòu)造方位分布直方圖Fig.3 Histogram of orientation distribution of linear structure

2.2.2 線性構(gòu)造密度分析

使用ARCGIS軟件密度分析模塊得到研究區(qū)線性構(gòu)造密度圖(圖5),線性構(gòu)造密度的高值區(qū)和頻度的高值區(qū)基本吻合。它反映了線性體在空間上密度分布的數(shù)字特征和結(jié)構(gòu)特征。等密度圖上兩向延長的高密度區(qū)或具有一定延伸方向的梯度帶多為區(qū)域構(gòu)造帶的反映,對比分析結(jié)果表明:在圖幅中部自西向東發(fā)育了一個線性體密集區(qū),與目視解譯的東西向構(gòu)造完全重合。

圖4 研究區(qū)1∶5萬遙感地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.4 1∶50 000 diagram of remote sensing geological interpretation in study area1.遙感影像;2.線性構(gòu)造;3.環(huán)形構(gòu)造。

圖5 研究區(qū)局部線性構(gòu)造密度圖Fig.5 Density diagram of local linear structure in study area1.極高密度區(qū);2.高密度區(qū);3.中密度區(qū);4.低密度區(qū);5.不發(fā)育區(qū);6.線性構(gòu)造。

為了直觀地顯示礦化蝕變信息與構(gòu)造的空間關(guān)系,利用MAPGIS軟件把線性構(gòu)造信息與鐵染蝕變信息疊加 (圖6)。圖像顯示鐵染蝕變信息與構(gòu)造信息有著密切的空間相關(guān)性,鐵染蝕變信息主要受北東向和東西向構(gòu)造的控制,且多分布于斷層?xùn)|南側(cè)。將環(huán)形構(gòu)造分布圖與蝕變信息疊加分析,可見環(huán)形構(gòu)造的空間位置與羥基蝕變信息高度吻合(圖7)。由此可見由于火山和侵入作用形成的環(huán)形構(gòu)造地區(qū)熱液蝕變現(xiàn)象較為發(fā)育,是羥基蝕變類型礦床形成的有利區(qū)域。

3 化探綜合異常與蝕變信息疊加

依據(jù)1979年1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查化探資料顯示,研究區(qū)內(nèi)Fe、W元素具有比較好的成礦潛力,在線環(huán)構(gòu)造的復(fù)合和巖體圍巖接觸部位容易富集成礦。在本研究中,采用地球化學(xué)Fe、W元素異常等值線與蝕變信息提取圖像疊加的數(shù)據(jù)處理方式,作為找礦預(yù)測資料的互為補(bǔ)充與驗證,限于篇幅只將Fe元素化探異常與鐵化異常疊加(圖8)?？梢?Fe元素地球化學(xué)異常區(qū)域與蝕變信息提取異常局部地區(qū)吻合,所提取的蝕變信息可以作為找礦預(yù)測標(biāo)志。

圖6 線性構(gòu)造密度與鐵染蝕變信息位置關(guān)系局部圖Fig.6 Local map of position relation between linear structure density and alteration information1.線性構(gòu)造極高密度區(qū);2.線性構(gòu)造高密度區(qū);3.線性構(gòu)造中密度區(qū);4.線性構(gòu)造低密度區(qū);5.鐵染高級異常;6.鐵染中級異常;7.鐵染低級異常;8.線性構(gòu)造。

圖7 環(huán)形性構(gòu)造與泥化蝕變信息位置關(guān)系局部圖Fig.7 Local map of position relation between ring structure and pelitization alteration information1.泥化高級異常;2.泥化中級異常;3.泥化低級異常;4.環(huán)形構(gòu)造。

圖8 Fe元素化探異常與鐵化異常疊加局部圖Fig.8 Local map of geochemical anomaly of Fe and iron abnormality1.鐵染高級異常;2.鐵染中級異常;3.鐵染低級異常;4.Fe異常等值線。

4 物探異常與蝕變信息疊加

物探數(shù)據(jù)為1∶5萬高精度磁法測量,經(jīng)分析整理后可以看出,弱磁 顯。推測研究區(qū)內(nèi)主要近東西向構(gòu)造和以北東—南西向斷裂構(gòu)造為主。對本區(qū)成礦有重要控制作用,反映深部地質(zhì)作用。分解后的局部磁異常,總體反映出北東—南西向局部磁異常分布。根據(jù)異常產(chǎn)出部位及異常形態(tài)劃分出異常,限于篇幅選取1號一類異常為例(圖9),1號一類異常:位于測區(qū)中部,呈北西—南東向展布,異常長約5 km,北西為負(fù)磁,南東為正磁異常帶。正磁異常幅值高達(dá)540 nT,面積約3 km2。該區(qū)主要出露巖性為二疊紀(jì)黑云母花崗巖,但相對周邊相同巖性地區(qū),異常幅值較高,是成礦預(yù)測的重要依據(jù)。

圖9 1∶5萬磁法異常與蝕變信息疊加局部圖Fig.9 Local map of superposition of 1∶50 000 magnetic method abnormality and alteration information1.泥化高級異常;2.泥化中級異常;3.泥化低級異常;4.鐵染高級異常;5.鐵染中級異常;6.鐵染低級異常;7.磁法異常等值線。

5 預(yù)測區(qū)的圈定

依據(jù)綜合信息成礦預(yù)測理論,分析礦床形成、分布規(guī)律和控礦因素的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感地質(zhì)等一系列方法所獲得的有關(guān)信息,對礦產(chǎn)資源體所作的預(yù)測工作[4],使用基于GIS平臺的Morpas軟件,采用證據(jù)權(quán)模型來進(jìn)行本次預(yù)測。證據(jù)權(quán)模型:以貝葉斯條件概率為基礎(chǔ),通過一定的數(shù)學(xué)計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)而計算空間任意位置礦產(chǎn)發(fā)育的概率值,以圈定預(yù)測區(qū)[5]。

主要流程:建立研究區(qū)礦床(點)和成礦作用有關(guān)的證據(jù)因子專題數(shù)據(jù)庫,對預(yù)測總工程進(jìn)行網(wǎng)格單元劃分,確定合適的網(wǎng)格寬度。進(jìn)行點、線、面元分析和組合熵計算等[6]。在確定整個預(yù)測區(qū)內(nèi)的臨界值之后,其概率圖中后驗概率大于臨界值的地區(qū),即為成礦預(yù)測區(qū)。結(jié)合實際情況,圈定6個預(yù)測區(qū) (圖10),限于篇幅選取兩個預(yù)測區(qū)做情況說明(表1)。

圖10 1∶5萬成礦預(yù)測區(qū)分布圖Fig.10 Distribution map of 1∶50 000 metallogenetic prognosis area1.證據(jù)權(quán)重;2.預(yù)測區(qū);3.已知礦點。

將已圈定的預(yù)測區(qū)信息與已知礦點位置進(jìn)行疊加,發(fā)現(xiàn)3個已知礦點均處于預(yù)測區(qū)范圍內(nèi),由此表明此次礦產(chǎn)預(yù)測具有較好地找礦指導(dǎo)意義。經(jīng)與化探綜合預(yù)測結(jié)果對比:①化探綜合預(yù)測方法圈定研究區(qū)內(nèi)2個已知礦點,多源數(shù)據(jù)預(yù)測圈定3個已知的全部礦點。②化探綜合預(yù)測方法圈定預(yù)測區(qū)面積是多源數(shù)據(jù)預(yù)測圈定的2.2倍。這表明,多源數(shù)據(jù)比單一數(shù)據(jù)的預(yù)測方法更加科學(xué)合理。

表1 預(yù)測區(qū)情況

6 結(jié)語

基于GIS平臺的多源信息綜合成礦預(yù)測,是利用MAPGIS、ARCGIS等軟件強(qiáng)大的兼容性將地質(zhì)、遙感、地球化學(xué)等多源數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換到MAPGIS平臺進(jìn)行快速綜合分析研究,各種控礦因素進(jìn)行統(tǒng)計分析和疊加分析,達(dá)到預(yù)測成礦遠(yuǎn)景區(qū)的目的。方法簡單實用,可推廣性強(qiáng),易于掌握,可在礦產(chǎn)勘查中廣泛使用,更好地指導(dǎo)找礦工作。

[1] 劉治國,池順都,周順平,等．成礦預(yù)測中應(yīng)用GIS的主要步驟[J]．地質(zhì)找礦論叢,2002,17(2):140-144.

[2] 甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局．甘肅省巖石地層[M]．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1997．

[3] 甘肅省有色地質(zhì)調(diào)查院．甘肅省敦煌市白山―雙岔溝口地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查設(shè)計書[R].蘭州:甘肅省有色地質(zhì)調(diào)查院,2013.

[4] 王世稱．綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測理論與方法體系新進(jìn)展[J]．地質(zhì)通報,2010,29(10):1399-1403.

[5] 劉星,胡光道．應(yīng)用MORPAS系統(tǒng)證據(jù)權(quán)重法進(jìn)行多源信息成礦預(yù)測[J]．地質(zhì)與勘探,2003,39(4):65-68.

[6] 丁永月．西藏尼木銅礦區(qū)域綜合致礦異常信息提取與成礦預(yù)測[D]．武漢:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),2013.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Metallogenic Prediction of Multi-source Data Based on GIS Platform

LI Haojie1,2， CHANG Xiaoke3

(1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,LanzhouUniversity,Lanzhou,Gansu730000; 2.GansuNonferrousGeologicalSurveyInstitute,Lanzhou,Gansu730000; 3.SchoolofEconomicsandManagement,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou,Gansu730000)

Using GIS spatial analysis technology,on the basis of geological,geophysical,geochemical and remote sensing data processing,the data from different sources of information using remote sensing image fusion,all kinds of mineral elements in the GIS system the comprehensive information metallogenic prediction theory using the weights of evidence model,comprehensive analysis and interpretation,so as to improve the mineralization prediction precision,the delineation of ore prospecting area power prospecting breakthrough.

GIS; multi-source data; overlay analysis; metallogenic prediction

2015-03-30;改回日期:2015-04-16

中國地質(zhì)調(diào)查局計劃項目，甘肅省敦煌市白山—雙岔溝口地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項目(12120113046800)。

李浩杰(1986-),男,助理工程師,在讀碩士,地質(zhì)工程專業(yè),從事遙感地質(zhì)工作。E-mail:lihaojiehao@qq.com

P208; TP75

A

1671-1211(2015)04-0510-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504029

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1333.012.html 數(shù)字出版日期:2015-06-19 13:33