陳建平，陳珍平，史 蕊，王麗梅

(1.中國地質大學(北京)國土資源與高新技術研究中心，北京 100083;2.北京市國土資源信息開發(fā)研究重點實驗室，北京 100083)

基于GIS技術的陜西潼關縣金礦資源預測與評價

陳建平1，2，陳珍平1，2，史 蕊1，2，王麗梅1，2

(1.中國地質大學(北京)國土資源與高新技術研究中心，北京 100083;2.北京市國土資源信息開發(fā)研究重點實驗室，北京 100083)

潼關縣是我國礦產資源大縣，縣域南部的秦嶺地區(qū)成礦條件優(yōu)越，具有較好的金礦找礦前景。在詳細分析和系統(tǒng)總結前人成果的基礎上，以最新的金礦成礦理論為指導，運用GIS技術，對與金礦成礦相關的地層信息、侵入巖信息、構造信息、遙感信息、化探信息、高程信息等進行分析與提取，然后總結歸納出金礦成礦預測模型。在該模型指導下運用證據權重法對潼關地區(qū)金礦進行預測，并采用網格單元法與地質體單元法相結合的方法，最終圈定了9處成礦遠景區(qū)。

GIS;多元信息;證據權重法;金礦;成礦預測;陜西潼關

0 引言

隨著金礦資源的逐年開采，資源消耗極大，后續(xù)資源開始緊張，因此，迫切需要發(fā)現(xiàn)新的礦產地，實現(xiàn)金礦資源的可持續(xù)發(fā)展利用。筆者在研究金礦成礦規(guī)律的過程中，充分應用地質、化探、遙感等綜合異常資料，建立找礦模式(葉天竺等，2007)，并根據加拿大數(shù)學地質學家提出的證據權重法(F P Agterberg et al，1993)，對金礦成礦遠景區(qū)進行圈定，為潼關地區(qū)金礦資源的進一步勘探和開發(fā)提供科學依據(陳建平等，2008)。

1 區(qū)域地質概況及成礦模式

陜西省潼關縣地處我國關中平原東端，居秦、晉、豫3省交界處，全縣總面積526km2?？h域南部的秦嶺地區(qū)成礦條件優(yōu)越，既有豐富的礦源層和多期巖漿活動，又有發(fā)育的導礦、儲礦斷裂，具備良好的金礦找礦前景。

潼關縣境內太古代、元古代、新生代地層均有出露，北部主要以新生代地層為主，南部以太古代和元古代地層為主，其中，太古界太華巖群在潼關南部區(qū)域分布較廣，是該區(qū)內出露最古老的構造巖石地層單位，同時也是該區(qū)主要的賦礦地層，潼關縣屬華北區(qū)豫西分區(qū)金堆城小區(qū)。研究區(qū)侵入巖分布廣泛，侵入活動頻繁，尤以太古代變質侵入巖、中生代花崗巖為主。太古代花崗質片麻巖不僅是賦礦地層，而且是成礦物質的提供地。潼關縣境內大地構造位置屬于華北地臺西南緣，豫西斷隆之太華臺拱，區(qū)域構造為太華復背斜。

本區(qū)金礦具有多源多價元素，在變質核雜巖中上部脆韌性構造轉換帶附近，深源還原環(huán)境向上循環(huán)的動力變質含礦流體與地表氧化環(huán)境中下滲的大氧降水混溶，使成礦物化條件改變，在有利的構造部位聚集成礦。早期剪切構造帶控制成礦帶的分布，晚期次級脆—韌脆性剪切帶控制礦化體的賦存及產出。成因類型為中—低溫熱液型成礦，礦石類型為石英脈型和構造蝕變巖型(黎世美等，1996)。

2 多元信息分析與成礦信息提取

區(qū)域成礦條件的研究即是通過對地、物、化、遙數(shù)據的處理與分析，從中提煉出構造、巖漿巖和地層信息以及成礦作用的信息，進而結合區(qū)域地質調查的成果，推斷區(qū)域內有利于礦床產出的成礦條件組合的分布規(guī)律，為區(qū)域找礦工作指明方向(董慶吉，2009)。

2.1 地層信息提取

在世界范圍內，金礦總儲量的70%及超大型礦床幾乎均產于太古宙變質巖地層中。潼關地區(qū)太古界基底變質巖作為主要的金礦含礦地層是眾所公認的。相關研究資料表明，本區(qū)已檢查、勘查金礦床、礦(化)點的95%產出于太古界變質巖地層中。將收集到的金礦床、礦點與地層圖層進行相交分析，發(fā)現(xiàn)已有礦點落入的地層為一套地層：太古界太華群。由此可以看出，該區(qū)金礦成礦嚴格受控于一套地層。所以選取太古界太華群巖群作為金礦預測的一個證據因子。

利用MRAS平臺提供的自動計算熵值的功能(陳建平等，2008)，計算出研究區(qū)地層組合熵值圖(圖1)，從圖1可以看出，礦點大多落入地層組合熵低值區(qū)。組合熵值越高，表明地層種越多和出露面積越大，但研究區(qū)金礦成礦受控于太古界太華群這一單一地層，所以礦點并沒有落入高值區(qū)，而是落入低值區(qū)。從而，組合熵低值是該區(qū)有利的找礦因子。

圖1 潼關地區(qū)地層組合熵等值線與礦點疊加圖

2.2 構造信息提取

區(qū)域大斷裂控制了金礦田的位置，次級斷裂、背斜的隆起或傾伏狀控制了石英脈密集區(qū)及其展布，斷裂帶(含金構造帶)則控制了礦脈(床)和礦體，因此分別來分析斷裂構造和含金構造帶對礦點的影響域。通過對礦點與大斷裂距離的統(tǒng)計，可以看出在距離大斷裂0.5km的范圍內，包括的礦點比例達到總礦點的45%以上，可以認為本區(qū)大斷裂對礦點的最佳影響域為0.5km。對礦點與含金構造帶距離進行統(tǒng)計可以看出，在0.25km范圍內的礦點比例達到70%以上，因此認為含金構造帶對礦點的最佳影響域為0.25km。通過統(tǒng)計不同方位的斷裂緩沖區(qū)和含金構造帶緩沖區(qū)內包含礦點個數(shù)，可以看出金礦床主要受北西西向斷裂控制，北西西向和北東東向的含金構造帶緩沖區(qū)包含的礦點數(shù)較多。因此，分別提取北西西向斷裂500m的緩沖區(qū)以及北西西向和北東東向含金構造帶250m緩沖區(qū)作為金礦預測的證據因子。

對構造斷裂進行定量信息提取可以發(fā)現(xiàn)，38.1%的金礦點集中分布在等密度起始值［10，15］的范圍內，43%的金礦點集中分布在構造中心對稱度高值區(qū)0.5km范圍內，金礦點集中分布在構造優(yōu)益度的區(qū)間范圍為［2，4］、［6，10］，49%的金礦點落入了構造交點數(shù)高值區(qū)0.5km范圍內，因此將等密度區(qū)間［10，15］、優(yōu)益度區(qū)間［2，4］和［6，10］、中心對稱度高值區(qū)以及交點數(shù)500m緩沖區(qū)作為找礦因子。

2.3 侵入巖信息提取

研究區(qū)的金礦與侵入巖有著密切的關系，礦床的分布或在巖體內，或者分布在巖體周邊一定范圍內，統(tǒng)計研究區(qū)金礦點與侵入巖的分布關系，發(fā)現(xiàn)含礦點比例最高的是大月坪片麻巖，其次為武家坪片麻巖。將金礦點與侵入巖種類數(shù)圖層進行相交分析，可以看出：礦點在侵入巖種類數(shù)起始值區(qū)間［1.875，2.5］的范圍內所占比例最大。盡管巖體并不在礦體附近出露，但巖體和脈巖之間是含礦熱液到達的地方，是含礦熱液遷移、沉淀、富集的有利場所，是金礦體賦存的地方。統(tǒng)計礦點距脈巖的距離，在距離脈巖0.6km的范圍內，集中了69%的礦點，這個范圍是金礦賦存的有利場所，所以給脈巖做0.6km的緩沖區(qū)作為金礦預測的一個證據因子。

2.4 地球化學致礦信息提取

地球化學異常分析對找礦作用顯著。分別對單元素 Au、Ag、Cu、Pb、Sb、Sn、Zn、W 以及元素組合Au-Fe-SiO2、Au-Ag-Cu-Pb-Bi-W、Au-Bi、Au-Cu采用正態(tài)及對數(shù)正態(tài)的逐步截尾法進行異常提取。其基本過程如下：(1)求原始數(shù)據n個樣本的均值ˉx，均方差s，并對其做正態(tài)或對數(shù)正態(tài)分布檢驗。如不服從標準分布，則將觀測值大于均值加3倍均方差的數(shù)據刪除。(2)再次計算均值與方差，檢驗保留數(shù)據的標準分布。如仍不服從標準分布，再將預測值中大于均值加3倍均方差的數(shù)據刪除。(3)重復上述步驟，直至保留數(shù)據服從標準分布，采用平均值加2倍方差標準來確定異常下限值。得到的單元素及元素組合異常圖可以作為找礦因子。

2.5 遙感成礦信息提取

研究區(qū)內黃鐵礦化與金礦化關系最密切，硅化、絹云母化與金礦化關系也較密切。通常含金構造帶內有強黃鐵礦化、硅化及絹云母化蝕變組合時，附近往往有金礦體賦存?？梢娢g變是間接找礦標志。為了不影響蝕變信息的提取，首先需要將遙感圖像上的植被、水體進行掩膜。由于植被在ETM4強反射，而在ETM3呈現(xiàn)吸收的特點，所以植被用ETM4/ETM3，選取合適的閾值進行掩膜，效果較好。水體用TM7/TM1，選取合適的閾值進行掩膜，該方法還能同時掩膜掉陰影。去除植被和水體擾信息后，用ETM3/ETM1來提取鐵染信息(陳建平等，2009)。并用均值與2倍標準差之和(μ+2σ)作為異常下限，來提取的鐵染蝕變信息(圖2)。采用ETM5/ETM7提取羥基蝕變信息，用均值與2倍標準差之和(μ+2σ)作為異常下限，得到羥基蝕變信息(圖3)。

圖2 鐵染蝕變信息與礦點疊加分布圖

2.6 成礦高程信息提取

圖3 羥基蝕變信息與礦點疊加分布圖

將礦點與高程圖層進行疊加統(tǒng)計分析，在1 200m～1 600m的高程范圍內，分布的礦點的比例達到了43.23%。由此可知，高程對礦點的最佳影響范圍為1 200m～1 600m。選擇該范圍內的高程作為金礦預測的一個證據因子。

3 基于證據權模型的金礦成礦預測

采用證據權重法對前面提取的成礦有利信息進行綜合，M Scott(2001)對其具體計算過程進行了詳細介紹，目的是通過對一些與礦產形成相關的信息的疊加復合分析來進行礦產遠景區(qū)的預測。因為本次工作區(qū)域，成礦條件優(yōu)越，已發(fā)現(xiàn)礦床數(shù)量較多，成礦理論和成礦規(guī)律研究相對深入。以指明和發(fā)現(xiàn)新的成礦靶區(qū)為目的，本次采用網格單元法和地質體單元法對比結合的方法進行研究區(qū)金礦資源的預測(范永香等，2005)。

3.1 基于網格單元法的金礦資源預測

網格單元法是把研究區(qū)按著一定的間隔劃分成面積相等、形狀相同的若干個單元。對于地質條件均一的小范圍大比例尺礦產資源預測可以采用一定的網格法進行。本次預測工作對研究區(qū)按400m×400m進行網格單元劃分，然后計算證據權重(表1)。

表1 基于網格單元法的金礦預測證據層權值參數(shù)

由表1可以得出以下認識：(1)含金構造帶250m緩沖區(qū)其權值在2.9以上，說明金礦體均產生于含金構造帶中，并受其控制。(2)斷裂優(yōu)益度高值區(qū)600m緩沖區(qū)、中心對稱度高值區(qū)、等密度區(qū)間［10，15］及交點數(shù)高值區(qū)，這些證據層的權值均在1.7以上，驗證了研究區(qū)構造控礦的特征。(3)Au元素化學異常對金礦來說是一種比較直觀的找礦標志。(4)L8—L14證據因子C值在1.0以上，與成礦關系緊密。

最后根據潼關地區(qū)金礦找礦模型，計算各個預測單元的成礦有利度(后驗概率值)，按照后驗概率大小，分為不同等級，作出后驗概率等值線圖(圖4)，圈出后驗概率大于0.6的高值區(qū)，作為找礦靶區(qū)，是今后找礦勘探部署的有利區(qū)域。

3.2 基于地質體單元的金礦資源預測

地質體單元法，是指應用對預測礦種具有明顯控制作用的地質條件和找礦意義明確的標志圈定地質統(tǒng)計單元的方法。根據本區(qū)的實際特點做以下的統(tǒng)計地質單元劃分原則：(1)地質體單元劃分應在金礦找礦模型指導下進行。(2)成礦模式和礦產分布規(guī)律是研究單元確定條件基本內容。(3)地質體單元劃分以各種綜合標志位劃分條件。重視各種信息在劃分地質體單元中的作用。在深入研究潼關地區(qū)區(qū)域成礦條件的基礎上，依據上面所確定的單元劃分原則，確定劃分統(tǒng)計單元的如下信息組合。(1)太古代太華群組。(2)太古代侵入巖。(3)Au元素高背景區(qū)。(4)研究區(qū)內斷裂發(fā)育地段，即構造交匯部位。以上述劃定的地質體統(tǒng)計單元為依據，計算各個證據層的權重值(表2)。

圖4 基于網格單元法的后驗概率等值線圖

由表2可知，L1—L8證據因子C值在2.0以上，與成礦關系緊密。然后作出基于地質體單元法的后驗概率等值線圖(圖5)，可以看出，與基于網格單元法的預測結果相比，高值區(qū)分布位置基本相一致。但高值區(qū)較分散，呈一個個小型環(huán)狀分布，沒有像圖4中高值區(qū)分布密集，基本連成一大片。而且在研究區(qū)的中北部瓦罐廟和閆家溝口附近出現(xiàn)幾個環(huán)狀高值區(qū)，這是基于網格單元法的預測結果中沒有的。最后圈出后驗概率大于0.4的高值區(qū)，作為找礦靶區(qū)，是今后找礦勘探部署的有利區(qū)域。

結合基于網格單元法和地質體單元法圈定的找礦靶區(qū)，在研究區(qū)圈定9個成礦遠景區(qū)(圖6)。北岔口—蒿岔和桐峪—對溝岔口這2個成礦遠景區(qū)成礦條件非常優(yōu)越，已開采金礦脈較多，而且這2個區(qū)域的后驗概率高值區(qū)面積較大，驗證了預測結果的合理性。翎峪成礦遠景區(qū)、甘斜洼—王排溝成礦遠景區(qū)等區(qū)域的成礦條件也比較優(yōu)越，但這些區(qū)域內已發(fā)現(xiàn)的成礦事實較少，所以這些遠景區(qū)成礦潛力較大，是以后勘查的重點區(qū)域。

表2 基于地質體單元的金礦預測證據層權值參數(shù)

圖5 基于地質體單元法的后驗概率等值線圖

圖6 研究區(qū)成礦遠景區(qū)分布圖

4 結語

通過對潼關縣進行基于GIS技術的多元成礦信息提取與二維預測，取得了如下認識。

(1)在GIS平臺下進行多元成礦信息綜合預測，能夠取得較好的預測效果，對礦產資源勘探工作具有指導意義，此法具有推廣應用價值。

(2)運用證據權重法預測的過程中，結合網格單元法與地質體單元法，圈定了9個成礦遠景區(qū)。預測結果表明，在老礦山的邊部仍然具有很好的找礦前景。在桐峪金礦區(qū)的西南部、西潼峪的西側、掃帚溝附近，均顯示出較好的成礦潛力。

(3)地球物理信息可以反映隱伏地質體特征，在對金礦資源的預測中，因為沒有收集到研究區(qū)的地球物理數(shù)據，所以此次預測缺乏對隱伏礦的預測。在以后的研究中應引入地球物理數(shù)據，增強對隱伏礦的預測能力。

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Mineral resources prediction and assessment of gold deposit based on GIS technology in Tongguan County，Shaanxi

CHEN Jian-ping1，2，CHEN Zhen-ping1，2，SHI Rui1，2，WANG Li-mei1，2

(1.Institute of Land Resources and High Technology，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2.Key Laboratory of Beijing Land Resources Information Development，Beijing 100083，China)

Tongguan is a big mineral resource county in China，the Qinling area which is located in the south of Tongguan County has superior mineralization condition and good prospecting potential of gold deposit.The authors analyzed and extracted the information such as stratum information，the intrusive rock information，the structure information，the remote sensing information，geochemical information，the elevation information and so on，which was related to the gold ore mineralization in combination with the analysis and summary of the previous research results，under the guidance of the up-to-date gold ore-forming rules，using GIS technology，the authors summarized the prediction model of the gold deposit mineralization，which could guide the prediction of the gold deposit in Tongguan area using evidence weight method.Finally，the authors delineated nine metallogenetic prospective areas combining grid cell law with the geologic body unit law.

GIS;Synthetic information;Weight of evidence;Gold mine;Mineral resources prediction;Tongguan，Shaanxi

TP391.41

A

1674-3636(2011)03-0268-07

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.03.268

2011-03-24;編輯：侯鵬飛

陜西省潼關縣“數(shù)字國土”及金礦資源潛力評價

陳建平(1959—)，男，教授，博士，博士生導師，主要從事礦產資源預測與評價研究，E-mail：3s@cugb.edu.cn