楊偉衛(wèi),胡清樂(lè),金尚剛,魏克濤,姚艷橋

(鄂東南地質(zhì)大隊(duì),湖北黃石435100)

20世紀(jì)以來(lái),社會(huì)與經(jīng)濟(jì)持續(xù)性發(fā)展對(duì)固體礦產(chǎn)資源的需求持續(xù)增長(zhǎng),極大地促進(jìn)了礦業(yè)地質(zhì)勘查工作的發(fā)展,急需要加快找礦的步伐,但對(duì)于早期的礦產(chǎn)預(yù)測(cè),往往是根據(jù)簡(jiǎn)單的地表露頭地質(zhì)標(biāo)志,進(jìn)行礦產(chǎn)預(yù)測(cè)。自法國(guó)學(xué)者朗內(nèi)提出“成礦規(guī)律”一詞以來(lái),隨著理論找礦的高潮出現(xiàn),成礦預(yù)測(cè)在二十世紀(jì)五、六十年代得到了蓬勃的發(fā)展。如畢得賓創(chuàng)建的“構(gòu)造-建造”成礦預(yù)測(cè)分析法被前蘇聯(lián)地質(zhì)工作者奉為經(jīng)典;斯米爾諾夫?qū)ΦV床分帶性規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)了外貝加爾東錫礦帶;我國(guó)地質(zhì)學(xué)家李四光根據(jù)地質(zhì)力學(xué)理論,對(duì)我國(guó)東部石油分布規(guī)律的認(rèn)識(shí),對(duì)大慶油田的發(fā)現(xiàn)起了主要作用[1-2]。20世紀(jì)70年代以來(lái),隨著航天、航空、遙感技術(shù)、地球物理、地球化學(xué)等找礦技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用,隨著科學(xué)找礦的興起,礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)進(jìn)入一個(gè)嶄新階段。與此同時(shí),以計(jì)算機(jī)為手段的礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)的方法體系也應(yīng)運(yùn)而生。礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)是以計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)為工具,分析研究礦產(chǎn)勘查過(guò)程中獲得的各種資料的成礦信息,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,建立多源地學(xué)信息與礦產(chǎn)資源潛力的關(guān)系模型,達(dá)到對(duì)未知區(qū)的定位、定量評(píng)價(jià)[3]。主要是研究區(qū)域礦床與多元地質(zhì)找礦信息的關(guān)系,通過(guò)定量分析方法,建立起區(qū)域成礦有利度和資源潛力值與多參數(shù)地質(zhì)信息的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行區(qū)域評(píng)價(jià)。它強(qiáng)調(diào)對(duì)各種找礦信息的充分挖掘與綜合,因此,科學(xué)找礦的各種勘探手段所獲取的成礦信息得到了最大程度的利用。

1 軟件介紹

正是找礦的困難和急迫性,再加之信息化技術(shù)的推廣,成礦理論的成熟,2000年中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所開(kāi)發(fā)了MRAS(mineral resource assessment System)礦產(chǎn)資源定量 GIS評(píng)價(jià)軟件輔助工具 。礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)系統(tǒng) (MRAS)是基于GIS的礦產(chǎn)資源勘查評(píng)價(jià)的輔助工具系統(tǒng)。本系統(tǒng)可用于 GIS支持下的礦產(chǎn)資源勘查與評(píng)價(jià)中的多元地學(xué)數(shù)據(jù)管理,GIS支持下的多元地學(xué)特征信息提取,GIS支持下的區(qū)域成礦分析,GIS支持下的區(qū)域成礦遠(yuǎn)景靶區(qū)預(yù)測(cè)及資源量預(yù)測(cè),等等。GIS礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)的全過(guò)程由礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的如下七個(gè)子系統(tǒng)來(lái)完成:①地質(zhì)信息提取子系統(tǒng);②區(qū)域化探成礦信息提取子系統(tǒng);③區(qū)域重磁信息提取子系統(tǒng);④數(shù)據(jù)整理子系統(tǒng);⑤礦床模型交互搜索子系統(tǒng);⑥證據(jù)權(quán)重找礦信息量子系統(tǒng);⑦礦產(chǎn)資源綜合潛力定量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。此次金礦評(píng)價(jià)過(guò)程中,將涉及到以上 7個(gè)全部系統(tǒng)[4-5]。

本次礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)工作,采用的核心技術(shù)是固體礦產(chǎn)礦床模型綜合地質(zhì)信息預(yù)測(cè)技術(shù)。具體工作流程為:以預(yù)測(cè)工作區(qū)區(qū)域成礦地質(zhì)特征專(zhuān)題研究成果為依據(jù)而編制完成的地質(zhì)構(gòu)造專(zhuān)題 (底)圖為基礎(chǔ)。全面收集工作區(qū)全部礦產(chǎn)勘查資料:首先精細(xì)表達(dá)模型區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)資料,針對(duì)模型區(qū)全部預(yù)測(cè)要素內(nèi)容,收集工作區(qū)內(nèi)大比例尺地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探等資料,補(bǔ)充細(xì)化原有底圖地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)容。編制預(yù)測(cè)工作區(qū)成礦要素 (規(guī)律)圖:在補(bǔ)充細(xì)化專(zhuān)題 (底)圖地質(zhì)礦產(chǎn)內(nèi)容基礎(chǔ)上,研究區(qū)域成礦地質(zhì)特征、成礦構(gòu)造帶特征、礦產(chǎn)特征、區(qū)域成礦作用特征及其相互關(guān)系、時(shí)空演化規(guī)律。結(jié)合MRAS軟件進(jìn)行綜合要素的疊分析,得到研究區(qū)的資源估算量,再結(jié)合德?tīng)柗品ㄟM(jìn)行資源估算評(píng)價(jià),最后得到研究區(qū)的資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)[6](圖1)。

2 研究區(qū)概況

2.1 成礦地質(zhì)背景特征

預(yù)測(cè)區(qū)主要位于下?lián)P子陸塊 (Ⅱ級(jí))鄂東南褶沖帶 (Ⅲ級(jí))之Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元——大冶臺(tái)地裂谷帶內(nèi)。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全,從元古界至新生界除缺失中、下泥盆統(tǒng)及上侏羅統(tǒng)外,其余均有出露,其中震旦系-下三疊統(tǒng)海相碳酸鹽巖廣泛分布,主要出露的地層有二疊系的棲霞組和茅口組,三疊系的大冶組。南部為近東西向的線性褶皺和壓性斷裂組成的一系列擠壓構(gòu)造,為相對(duì)隆起區(qū),北部構(gòu)造線北西西向,為一系列不連續(xù)的褶皺構(gòu)造組成,為相對(duì)凹陷區(qū)?？傮w上,大冶臺(tái)地裂谷帶是在印支褶皺的基礎(chǔ)上,經(jīng)燕山、喜山運(yùn)動(dòng),進(jìn)一步演化成南隆北凹的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)頻繁,從侵入巖到噴出巖分布廣泛,劃分為兩期六次侵入活動(dòng)。燕山期是區(qū)內(nèi)最主要巖漿侵入活動(dòng)期,形成了靈鄉(xiāng)、殷祖、陽(yáng)新、鐵山、金山店和鄂城等六大巖體及一系列淺成—超淺成小斑巖體,巖性以中酸性石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖-花崗閃長(zhǎng)斑巖為主。

圖1 預(yù)測(cè)工作區(qū)成礦規(guī)律研究流程圖

本次預(yù)測(cè)區(qū)金礦的主要發(fā)育在燕山期石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖以及小的斑巖體和石炭世-二疊世-三疊世 (C-P-T)地層接觸部位,表現(xiàn)為熱液交代矽卡巖型的金礦模型,“雞冠咀式”矽卡巖型金礦預(yù)測(cè)工作區(qū)內(nèi),包括5個(gè)礦床:銅綠山銅鐵礦、雞冠咀銅金礦、桃花咀銅鐵礦、鳳頭金礦和千家灣金銅礦

3 鄂東南陽(yáng)新地區(qū)金礦礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)

該地區(qū)的成礦類(lèi)型以及特點(diǎn)非常明顯和典型,與巖漿作用有關(guān)的金礦床,其成礦是巖漿活動(dòng)特定階段的產(chǎn)物,尾隨巖漿侵入之后,隨著燕山晚期成巖的多期多階段活動(dòng),成礦作用也是多期次的,根據(jù)本區(qū)各個(gè)礦床的成礦母巖的期次劃分,本區(qū)金的成礦可以分為三期,即燕山早期二個(gè)成礦期,燕山晚期一個(gè)成礦期。

鄂東南地區(qū)C-P-T地層控制了整個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)銅金多金屬礦床,對(duì)成礦作用有顯著貢獻(xiàn)。提供地質(zhì)情況大致為:

石炭系:Au、Ag、Cu、Pb、Zn、S(Mo、W)

二疊系:Au、Ag、Cu、Pb、Zn、S

三疊系中下統(tǒng):Au、Ag、Cu、Pb、Zn、S、Fe

3.1 基礎(chǔ)資料的收集和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

對(duì)鄂東南陽(yáng)新地區(qū)地質(zhì)勘查所積累的與礦產(chǎn)有關(guān)的資料 (地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探、遙感等)數(shù)字化信息進(jìn)行綜合分析、數(shù)據(jù)處理,建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模型時(shí),數(shù)據(jù)在 GIS上的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)均是以點(diǎn)、線、面幾種形式表現(xiàn)的,不能直接用來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)和解釋[5]。因此,要對(duì)地質(zhì)變量進(jìn)行分類(lèi)提取,提取出和成礦有關(guān)信息和屬性。基于MRAS平臺(tái)的礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)的地質(zhì)變量提取有點(diǎn)、線和面實(shí)體存在與否、屬性值、點(diǎn)實(shí)體分布密度、線分布密度、深大斷裂帶到統(tǒng)計(jì)單元的距離等功能。通過(guò)軟件M RAS和人工結(jié)合的方式,對(duì)已經(jīng)提取的地質(zhì)變量有的還需進(jìn)行變換,生成新變量,這其中用到的方法包括標(biāo)準(zhǔn)化、正規(guī)化、指數(shù)、對(duì)數(shù)、乘積等[6-8]。

3.2 預(yù)測(cè)單元的圈定

不同預(yù)測(cè)工作區(qū)所采用的確定方法不不經(jīng)相同,本次在地質(zhì)邊界較好確定的情況下,采用了地質(zhì)體法和專(zhuān)家法 (德?tīng)柗品?。在圈定過(guò)程中,主要使用MRAS中的要素疊加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)陽(yáng)新地區(qū)侵入巖型金礦成礦地質(zhì)特征,分析該區(qū)成礦預(yù)測(cè)區(qū)的要素特征,選擇該區(qū)進(jìn)行成礦遠(yuǎn)景區(qū)的圈定工作的要素,分別為區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、區(qū)域成礦特征、區(qū)域航磁特征和區(qū)域重力特征。

在M RAS操作平臺(tái)上,使用建模器圈定靶區(qū),結(jié)合物、化、遙、自然重砂分析,圈定羅河式鐵礦預(yù)測(cè)靶區(qū)和龍橋式鐵礦預(yù)測(cè)靶區(qū)。

3.3 預(yù)測(cè)要素變量的構(gòu)置

變量構(gòu)造與優(yōu)先是將地質(zhì)預(yù)測(cè)信息進(jìn)行定量化的基礎(chǔ),目的是竄則出能夠反映有利性 (有序上升變量)和進(jìn)行資源量估算的變量。地質(zhì)變量構(gòu)置的基本原則:①綜合信息找礦模型是構(gòu)置變量的指導(dǎo)。②要在統(tǒng)計(jì)、對(duì)比分析中構(gòu)置變量;③注意變量的等級(jí)性;④注意變量的典型性、代表性。根據(jù)陽(yáng)新地區(qū)侵入巖和圍巖的關(guān)系以及金礦的成礦規(guī)律、控礦特征,以及在區(qū)域上通過(guò)橫縱對(duì)比,初步選擇作為預(yù)測(cè)區(qū)優(yōu)選的要素組合的變量,初步對(duì)該區(qū)侵入巖型金礦預(yù)測(cè)要素進(jìn)行構(gòu)置,其要素屬性有點(diǎn)元 (金礦床、點(diǎn)等)、線元(基底斷裂等)及面元。另外,為了更好的反映該區(qū)的航磁、重力異常特征及其對(duì)鐵礦的控制作用,又利用航磁、重力數(shù)據(jù)購(gòu)置了三個(gè)組合變量。然后在MARS技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,分別對(duì)雞冠咀-銅綠山、千家灣金銅礦、鳳頭金礦礦產(chǎn)預(yù)測(cè)變場(chǎng)進(jìn)行初步優(yōu)選研究。

3.4 預(yù)測(cè)區(qū)的優(yōu)選

預(yù)測(cè)區(qū)的優(yōu)選是根據(jù)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)原始數(shù)據(jù)矩陣用統(tǒng)計(jì)方法確定每一個(gè)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)單元的成礦有利程度,再根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)單元的成礦有利程度去定統(tǒng)計(jì)單元所屬的礦產(chǎn)資源靶區(qū)級(jí)別,從而達(dá)到預(yù)測(cè)區(qū)優(yōu)選的目的。

研究區(qū)根據(jù)典型礦床研究的結(jié)果,建立了3個(gè)模型區(qū)和7個(gè)預(yù)測(cè)區(qū) (其中3個(gè)屬模型區(qū)和預(yù)測(cè)區(qū)相同),預(yù)測(cè)區(qū)可以以模型區(qū)樣本為基礎(chǔ),建立成礦可能性與預(yù)測(cè)要素變量的函數(shù)關(guān)系,再計(jì)算預(yù)測(cè)區(qū)的成礦有利性。預(yù)測(cè)區(qū)的優(yōu)選步驟是:①構(gòu)造預(yù)測(cè)模區(qū)模型;②計(jì)算因素權(quán)重,計(jì)算因素權(quán)重有兩種方法,分別為主分量法和平方和法;③預(yù)測(cè)區(qū)的優(yōu)選。首先計(jì)算成礦概率,然后進(jìn)行靶區(qū)級(jí)別劃分,最后形成預(yù)測(cè)結(jié)果。將優(yōu)選后的預(yù)測(cè)區(qū)圖層與地質(zhì)、物探、化探和遙感等資料進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)一步篩選最小預(yù)測(cè)區(qū)。本次預(yù)測(cè)的最小預(yù)測(cè)區(qū)含礦地質(zhì)體面積圈定是根據(jù)地質(zhì)、物化探資料采用M RAS軟件和德?tīng)柗欠ǖ燃夹g(shù)手段綜合考慮確定圈定范圍,人工和機(jī)器共同圈定。

最小預(yù)測(cè)區(qū)的圈定依據(jù)中酸性巖漿侵入體與下三疊統(tǒng)及二疊系碳酸鹽巖地層的接觸帶、蝕變帶及矽卡巖發(fā)育等成礦有利地段,航磁、地磁異常強(qiáng)度較高部位,且異常解釋、反演計(jì)算等推斷的地段,以及成礦地質(zhì)有利部位與磁異常疊合的范圍。最小預(yù)測(cè)區(qū)的圈定采用不規(guī)則地質(zhì)體法,以中酸性巖體與碳酸鹽巖地層接觸帶、磁異常分布及礦床、礦點(diǎn)分布范圍進(jìn)行圈定。其中,如果最小預(yù)測(cè)區(qū)的含礦地質(zhì)體面積參數(shù)由于距離其他礦床比較遠(yuǎn),不適合采用就近原則,如果采用幾個(gè)模型區(qū)的平均值,又會(huì)將面積參數(shù)計(jì)算寬大,故采用相近的含礦地質(zhì)體面積參數(shù)。

此次根據(jù)成礦有利度、成礦概率,結(jié)合是體的地質(zhì)情況對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)進(jìn)行分類(lèi),因涉及到保密問(wèn)題,未列坐標(biāo),其依據(jù)見(jiàn)圖2。

3.5 資源量的定量估算

最小預(yù)測(cè)區(qū)預(yù)測(cè)資源量的估算主要采用地質(zhì)體積法。本預(yù)測(cè)區(qū)礦床模型采用含礦地質(zhì)體地質(zhì)參數(shù)體積法,在最小預(yù)測(cè)區(qū)中運(yùn)用模型區(qū)的含礦地質(zhì)體含礦系數(shù)、含礦地質(zhì)體面積參數(shù)及最小預(yù)測(cè)區(qū)面積來(lái)估算資源量。由于最小預(yù)測(cè)區(qū)的面積基本反映含礦地質(zhì)體在預(yù)測(cè)深度內(nèi)的水平投影面積,也就是說(shuō)含礦地質(zhì)體很難確切圈定邊界,故本次應(yīng)用含礦地質(zhì)體預(yù)測(cè)資源量的計(jì)算公式為:

圖2 利用綜合信息地質(zhì)單元法定的靶區(qū)

式中,Z體:最小預(yù)測(cè)區(qū)中含礦地質(zhì)體內(nèi)預(yù)測(cè)資源量;S體:含礦地質(zhì)體面積;H預(yù):含礦地質(zhì)體垂深深 (指礦化范圍的最大延深);K:模型區(qū)含礦地質(zhì)體含礦系數(shù);Ks:模型區(qū)含礦地質(zhì)體面積參數(shù);α:相似系數(shù)。預(yù)測(cè)區(qū)和模型區(qū)成礦的相似性。根據(jù)前述確定的每個(gè)最小預(yù)測(cè)區(qū)的參數(shù),利用上述公式估算每個(gè)最小預(yù)測(cè)區(qū)的資源量。通過(guò)MRAS軟件和專(zhuān)家意見(jiàn),進(jìn)行預(yù)測(cè)靶區(qū)的圈定、優(yōu)選工作,建立了陽(yáng)新地區(qū)矽卡巖型金礦床預(yù)測(cè)區(qū),初步估計(jì)了該區(qū)未發(fā)現(xiàn)礦床數(shù)75%概率3個(gè),50%概率1個(gè),小于50%概率2個(gè)。全預(yù)測(cè)工作區(qū)共金礦石估算預(yù)測(cè)資源總量為322.341 t。其中以A類(lèi)預(yù)測(cè)資源總量最多,為276.97t,占總預(yù)測(cè)資源量的87%;其次為B類(lèi),共預(yù)測(cè)資源總量35.41t,占總預(yù)測(cè)資源量的11%。

根據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)優(yōu)選結(jié)果、資源量估算結(jié)果以及預(yù)測(cè)區(qū)在區(qū)域上分布特征,從不同的角度分別計(jì)算了該區(qū)金礦資源潛力。經(jīng)過(guò)綜合分析,認(rèn)為提交334-1資源量 284.956t、334-2源量 1.1t、334-3資源量36.42t。

鄂東南陽(yáng)新地區(qū)矽卡巖型金礦的預(yù)測(cè)工作,共提交A類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)3個(gè),B類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)2個(gè),C類(lèi)預(yù)測(cè)區(qū)2個(gè),這些預(yù)測(cè)區(qū)均是該區(qū)相對(duì)比較有前景的工作地區(qū)。

4 結(jié)論

1)區(qū)域成礦規(guī)律研究和編圖是礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目的關(guān)鍵所在,因此在開(kāi)展此項(xiàng)工作中,要及時(shí)與綜合研究組進(jìn)行了交流和溝通,根據(jù)典型礦床研究結(jié)果,提出區(qū)域上控礦的主要因素,要求成礦地質(zhì)背景組在編制預(yù)測(cè)工作區(qū)預(yù)測(cè)底圖過(guò)程中,盡量使用過(guò)去已開(kāi)展的大比例尺地質(zhì)資料,在圖面上分不同圖層突出表示或放大表示與成礦密切相關(guān)的區(qū)域巖漿巖建造柱狀圖、沉積巖建造柱狀圖、蝕變等關(guān)鍵成礦要素,同時(shí)也要考慮與主要礦產(chǎn)預(yù)測(cè)類(lèi)型有成因聯(lián)系并相伴而生的其他礦產(chǎn)預(yù)測(cè)類(lèi)型的成礦要素

2)基于 GIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)的礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)MRAS,結(jié)合地質(zhì)、礦產(chǎn)、鉆孔、物化遙等多種要素,利用多因素共同來(lái)研究預(yù)測(cè)找礦靶區(qū),特別是利用計(jì)算機(jī)的復(fù)合信息進(jìn)行科學(xué)的定性定量的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),并對(duì)預(yù)測(cè)資源進(jìn)行可信度評(píng)價(jià),結(jié)合德?tīng)柗品A(yù)測(cè)區(qū)域的地質(zhì)礦產(chǎn),對(duì)今后的礦產(chǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)提供了新的方法和思路,更好快捷準(zhǔn)確的進(jìn)行礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)。對(duì)今后的找礦很大的指導(dǎo)意義。對(duì)今后的進(jìn)一步找礦具有重要的指導(dǎo)意義。

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