吳傳軍 ,許德如周迎春,候茂洲 ,于亮亮 ,胡國成

(1.中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510640;2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049;3.海南省地質(zhì)調(diào)查院,海南 海口 570206)

成礦預(yù)測是基于地質(zhì)理論及科學(xué)方法,充分利用已有的地質(zhì)、物探、化探、遙感等相關(guān)數(shù)據(jù)和資料,總結(jié)成礦條件和規(guī)律,指出未來有可能找到有經(jīng)濟(jì)價值礦產(chǎn)產(chǎn)出的遠(yuǎn)景區(qū)(盧作祥和佘宏全,1989;呂鵬等,2011;席振等,2013)。其研究內(nèi)容主要涉及三個方面:一是應(yīng)用物探、化探和遙感資料進(jìn)行隱伏地質(zhì)體如斷裂、巖體的推斷;二是在成礦規(guī)律研究過程中結(jié)合成礦特征的分析,充分應(yīng)用地質(zhì)、物探、化探、遙感等綜合異常資料,提取多元有利找礦信息;三是探索實(shí)現(xiàn)多元有利找礦信息有機(jī)分析和綜合的數(shù)學(xué)地質(zhì)方法(陳建平等,2008)。GIS技術(shù)以其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理、查詢、綜合分析及可視化功能,為礦產(chǎn)資源評價、成礦信息提取提供了主要的技術(shù)支撐手段。特征分析法則以相似類比理論為基礎(chǔ),通過研究模型控制單元預(yù)測變量的內(nèi)在聯(lián)系,并將其應(yīng)用于具有相似成礦地質(zhì)背景的未知預(yù)測單元,而實(shí)現(xiàn)多元找礦信息有機(jī)綜合,資源預(yù)測靶區(qū)快速定位的目的。

瓊南地區(qū)矽卡巖型礦產(chǎn)資源豐富,多年來有關(guān)該類型礦床的找礦工作持續(xù)進(jìn)行,然而至今未取得明顯突破。因此,如何有效利用已積累的大量地質(zhì)、物探、化探和遙感資料,為找礦工作服務(wù),是當(dāng)前面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題。本文在系統(tǒng)分析瓊南矽卡巖型礦床區(qū)域地質(zhì)背景與成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上,充分運(yùn)用GIS技術(shù)空間分析功能對多元數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了處理與解釋,建立了瓊南地區(qū)矽卡巖型礦床的特征分析預(yù)測模型,并據(jù)此圈定了找礦預(yù)測靶區(qū),以期為該區(qū)的找礦工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

海南島位于太平洋板塊、印度–澳大利亞板塊和歐亞板塊結(jié)合部位,受太平洋和特提斯兩大構(gòu)造域聯(lián)合控制,表現(xiàn)出極其復(fù)雜的構(gòu)造格局(許德如等,2009)。以EW向九所–陵水?dāng)嗔褳榻?海南島可劃分為南北兩部分,以北為五指山地體,屬華南板塊,以南為三亞地體,屬南海–印支地臺(Xu et al.,2013),晚二疊世至早三疊世期間,兩塊體可能沿九所–陵水?dāng)嗔岩粠Оl(fā)生拼合,從而進(jìn)入統(tǒng)一的大地構(gòu)造發(fā)展階段(龍文國等,2005)。

研究區(qū)橫跨九所–陵水?dāng)嗔?處于五指山地體與三亞地體交接部位,面積約 4000 km2(圖1a)。區(qū)域上出露的地層主要有寒武–奧陶系海相–淺海相含磷錳硅質(zhì)碳酸鹽–碎屑巖建造,中下志留統(tǒng)海相砂–泥質(zhì)類復(fù)理石夾碳酸鹽建造,下石炭統(tǒng)海相砂巖建造以及白堊系火山沉積巖和第四系沉積物。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育,以二疊紀(jì)–三疊紀(jì)侵入巖分布最廣,巖性主要為二長花崗巖、正長花崗巖,其次為白堊紀(jì)侵入巖,主要沿九所–陵水?dāng)嗔褞Х植?巖性以二長花崗巖為主(圖1b)。研究區(qū)褶皺及斷裂也很發(fā)育,褶皺主要由NE向崗阜雞倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜和NE向三道–晴嶺–荔枝灣倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜構(gòu)成,前者位于五指山地體中,由古生界奧陶系、志留系及下石炭統(tǒng)組成,后者位于三亞地體中,由古生界寒武系、奧陶系組成。斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為近EW向、NE-NNE向、NNW及近SN向。其中,近EW向斷裂主要由區(qū)域性九所–陵水深大斷裂構(gòu)成,控制著區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)–白堊紀(jì)巖體以及白堊紀(jì)同安嶺陸相火山巖盆地的展布。NE-NNE向、NNW向及近SN向次級斷裂則主要分布于古生界地層組成的兩大復(fù)式褶皺構(gòu)造之中,是區(qū)內(nèi)最重要的控礦構(gòu)造。

研究區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,已查明鐵、銅、鉛、鋅、金、銀、磷錳等多個礦種,礦床成因類型包括沉積巖型、巖漿熱液型和矽卡巖型。其中,沉積巖型礦床以大茅磷錳礦為代表,與寒武系含磷錳質(zhì)沉積有關(guān);巖漿熱液型礦床規(guī)模較小,主要為金銀礦點(diǎn),分布于白堊系火山沉積盆地內(nèi);相比之下,矽卡巖型礦床在本區(qū)占絕對優(yōu)勢,已發(fā)現(xiàn)多個成規(guī)模的礦床(圖1b)。因此,本文主要對矽卡巖型礦床進(jìn)行成礦預(yù)測研究。

2 矽卡巖型礦床成礦規(guī)律

研究區(qū)矽卡巖型礦床形成于燕山晚期,具有明顯的空間分帶性,總體上受控于兩大礦田:其一是NNE向展布的南好鐵、銅、鉛、鋅多金屬礦田,空間上與崗阜雞倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜分布范圍一致,產(chǎn)出有紅石鐵、銅、鉛鋅礦床,情安嶺鐵、銅、硫礦床,南好 508銅、鐵、硫礦床以及南后山鉛鋅礦床,構(gòu)成一與燕山晚期巖漿熱液作用有關(guān)并以產(chǎn)出鐵、銅、鉛、鋅為主的礦床成礦系列;其二是NNE向展布的大茅鐵(銅)、鉛、鋅、磷錳礦田,空間上與三道–晴坡嶺–荔枝溝倒轉(zhuǎn)復(fù)式向斜相應(yīng),產(chǎn)出有田獨(dú)鐵(銅)礦及荔枝灣鉛鋅礦等,形成于燕山晚期,構(gòu)成一與中酸性花崗巖漿熱液活動有關(guān)的鐵(銅)、鉛、鋅礦床成礦系列(廖香俊等,2005)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Sketch geological map in southern Hainan Island

對已探明主要矽卡巖型礦床成礦地質(zhì)特征的分析表明(表1),該區(qū)矽卡巖型礦床具有如下成礦規(guī)律:①礦床的形成與碳酸鹽巖地層及燕山晚期中酸性巖漿熱液活動密切相關(guān),已探明礦床空間上分布于寒武系孟月嶺組、大茅組,志留系足賽嶺組以及石炭系南好組、青天峽組等碳酸鹽巖地層與燕山晚期花崗斑巖、花崗閃長巖、石英斑巖、石英閃長巖、閃長巖(脈)等的接觸部位;②與疊加于兩大復(fù)式褶皺構(gòu)造之上的NNE向、NNW向及近EW向次級斷裂構(gòu)造關(guān)系密切,這些斷裂通過之處,通常發(fā)育有矽卡巖化、綠簾石化、云英巖化、硅化、黃鐵礦化及碳酸鹽化等熱液蝕變現(xiàn)象,是鐵、銅多金屬礦重要的找礦標(biāo)志;③根據(jù)礦物共生組合,礦床多具有兩個成礦階段,早期(高溫)矽卡巖階段,主要形成石榴石、透輝石、透閃石、綠簾石等矽卡巖礦物組合,并形成磁鐵礦、(白鎢礦)和少量黃鐵礦、黃銅礦等;晚期(低溫)石英硫化物階段,主要形成綠泥石、絹云母、黃鐵礦、黃銅礦、(自然金)、方鉛礦、閃鋅礦等。

表1 研究區(qū)主要矽卡巖型礦床成礦地質(zhì)特征簡表Table1 Geological characteristics of the main skarn type deposits

3 特征分析法原理

為解釋地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理等區(qū)域性多元數(shù)據(jù),Botbol (1971)首次提出了特征分析法,隨后許多學(xué)者對該方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究(Botbol et al.,1978;McCammon et al.,1983;Pan and Harris,1992),目前已趨于成熟,在礦產(chǎn)預(yù)測中發(fā)揮著重要的作用。該方法總體上屬于“礦床模型法”范疇(趙鵬大等,1993),其應(yīng)用前提是假設(shè)區(qū)域上礦床的存在與否是受多種地質(zhì)因素綜合制約的,即服從地質(zhì)組合因素控礦定律(肖克炎等,1995)。通過研究模型控礦單元變量特征以查明變量之間的內(nèi)在聯(lián)系,確定各個地質(zhì)變量的成礦和找礦意義,建立起某種類型礦床資源體的成礦有利度類比模型,然后將該模型應(yīng)用到預(yù)測區(qū),進(jìn)而對預(yù)測區(qū)含礦單元進(jìn)行圈定(趙鵬大等,1993)。其數(shù)學(xué)原理與計(jì)算方法如下:

3.1 數(shù)學(xué)模型

設(shè)研究區(qū)有m個預(yù)測變量xj(j=1,2,…,m),n個模型單元,第j個預(yù)測變量在第i個模型單元上的取值為xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m),則其全部取值狀態(tài)可用如下矩陣表示:

對每個變量xj賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)值aj(j=1,2,…,m),代表變量 xj的重要程度,同時對每個單元賦予相應(yīng)的聯(lián)系度 fi(i=1,2,…,n),代表單元的成礦有利度,則它們之間的關(guān)系可用如下公式表示(McCammon et al.,1983):

3.2 權(quán)系數(shù)的確定

特征分析預(yù)測模型的實(shí)質(zhì)是一組特征標(biāo)志的加權(quán)線性組合,建立特征分析模型的關(guān)鍵是求解變量權(quán)系數(shù) aj。確定特征分析預(yù)測變量權(quán)系數(shù)的方法一般有 3種:矢量長度法、乘積矩陣主分量法和概率矩陣主分量法。本次預(yù)測過程中筆者采用的是矢量長度法,即平方和法,它的思想基礎(chǔ)是:變量與其他變量的關(guān)聯(lián)性越強(qiáng),變量就越重要。用變量之間的匹配系數(shù)作為變量之間的關(guān)聯(lián)性的度量指標(biāo),即可確定變量兩兩之間的關(guān)聯(lián)性。變量k、j之間的匹配系數(shù)rkj的計(jì)算公式為:

其中,rkj表示第k個變量與第j個變量之間的匹配系數(shù)。m個變量兩兩之間的匹配系數(shù)構(gòu)成如下矩陣:

R=X′X=(rkj)m×m

變量與所有其他變量的匹配數(shù)構(gòu)成了一個m維向量,(rj1,rj2,…,rjm)’,該向量的長度

反映了變量 j與其他變量總的匹配程度,可作為變量j的權(quán)系數(shù)。

3.3 對預(yù)測單元成礦有利度進(jìn)行評價

計(jì)算出模型控制區(qū)的單元聯(lián)系度之后,可以確定模型控制區(qū)單元聯(lián)系度的變化區(qū)間。然后可以用單元聯(lián)系度計(jì)算公式把所有預(yù)測單元的聯(lián)系度計(jì)算出來,據(jù)此可根據(jù)單元聯(lián)系度的相對大小來推測預(yù)測單元可能的成礦規(guī)模,并對成礦有利度進(jìn)行排序,從中優(yōu)選出成礦有利度較大的預(yù)測單元,進(jìn)而快速圈定找礦預(yù)測靶區(qū)(堃李等,2009)。

4 預(yù)測變量分析與提取

在成礦預(yù)測中,預(yù)測效果的優(yōu)劣在很大程度上取決于所選擇的有利找礦信息與礦化的直接和間接的關(guān)聯(lián)程度。這一方面需要加強(qiáng)礦床成因理論、成礦地質(zhì)條件、成礦模式等方面的研究,另一方面需要運(yùn)用數(shù)學(xué)地質(zhì)方法對其合理性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(趙鵬大等,1993)。本次預(yù)測是以區(qū)域地質(zhì)背景及成礦規(guī)律的系統(tǒng)分析為基礎(chǔ),同時結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析,對研究區(qū)多元有利預(yù)測變量進(jìn)行了分析與提取。最后共確定基礎(chǔ)地質(zhì)、物探、化探、遙感等有利預(yù)測變量19個,分述如下:

4.1 基礎(chǔ)地質(zhì)變量

(1)地層:研究區(qū)含有碳酸鹽巖的地層主要包括寒武系孟月嶺組、大茅組,奧陶系大葵組、牙花組、沙塘組、榆紅組,志留系空列村組、大干村組、靠親山組、足賽嶺組、上石炭統(tǒng)南好組等(陳哲培等,1997)。此外,一些地層由于受侵入巖影響,已發(fā)生矽卡巖化及角巖化,也是十分重要的有利找礦信息。

(2)侵入巖:與研究區(qū)矽卡巖型礦床有關(guān)的侵入巖主要是燕山晚期花崗斑巖、石英斑巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、閃長巖等中酸性巖體(脈),為探討上述侵入巖對成礦作用的影響范圍,筆者利用MRAS軟件證據(jù)權(quán)重模塊對不同緩沖半徑的巖體(脈)與已知礦床(點(diǎn))的相關(guān)程度進(jìn)行計(jì)算,取相關(guān)系數(shù) C值最大時的緩沖半徑作為巖體(脈)對成礦作用的影響域,其具體原理及計(jì)算過程參見席振等(2013)。結(jié)果表明當(dāng)緩沖半徑為400 m時,相關(guān)系數(shù)C取最大值為3.5858(表2),大致與研究程度相對較高的紅石矽卡巖型礦床中酸性巖體對成礦的影響范圍相當(dāng)。

表2 礦床(點(diǎn))與侵入巖不同半徑緩沖帶相關(guān)程度表Table2 Correlation between the deposits and intrusive rocks of different radius buffers

(3)斷裂:研究區(qū)NNE向、NNW向及近SN向等次級斷裂與成礦關(guān)系密切。如紅石礦床與NNE- NE向狗嶺斷裂帶有關(guān),田獨(dú)礦床與NNW向及近SN向斷裂密切相關(guān)。為獲取斷裂對成礦作用的影響范圍,利用MRAS軟件對其進(jìn)行緩沖區(qū)分析及相關(guān)系數(shù)計(jì)算,當(dāng)緩沖半徑為400 m時,相關(guān)系數(shù)C取最大值為2.4137。

(4)地層組合熵:熵是信息論中度量信息量的一種方法,反映了事物發(fā)生的不確定度。一般來說,斷裂構(gòu)造、巖體接觸帶、地層邊界等地質(zhì)構(gòu)造特征越復(fù)雜,其不確定度越高,熵值越高(趙鵬大等,1993;陳建平等,2008)。本次研究采用MRAS軟件將研究區(qū)MapGis格式的1∶5萬地質(zhì)圖劃分成1.5 km×1.5 km的網(wǎng)格單元進(jìn)行地層組合熵計(jì)算。從已知礦床(點(diǎn))分布來看,瓊南矽卡巖型礦床均處于地層組合熵值(40～80)梯度帶上(圖2)。

(5)構(gòu)造線密度:成礦地質(zhì)信息有些是顯式的,有些是隱蔽的,對于隱蔽的信息需要通過一定的分析、處理等才能獲得,斷裂構(gòu)造信息包括斷裂構(gòu)造等密度、斷裂中心對稱度、斷裂優(yōu)益度、斷裂交點(diǎn)數(shù)等,它們均是屬于較隱蔽的信息,需要通過定量化處理才能被認(rèn)識(董慶吉等,2010)。本文對研究區(qū)構(gòu)造線密度進(jìn)行了定理化處理,其值介于0～0.11之間,從礦床(點(diǎn))與構(gòu)造等密度圖疊合分析來看,大多位于 0.03～0.07的次高值等密度區(qū)域(圖3),這可解釋為等密度最高的地區(qū)是成礦后構(gòu)造發(fā)育強(qiáng)烈的地區(qū),對成礦有著破壞作用,而等密度次高值區(qū)為成礦提供了相對穩(wěn)定的環(huán)境(董慶吉等,2010)。

4.2 地球物理變量

重磁場信息具有較深的穿透性,能夠用于揭示地殼深部地質(zhì)構(gòu)造特征,被廣泛地應(yīng)用于基礎(chǔ)地質(zhì)研究和資源評價中(陳永清等,2007)。本次收集了研究區(qū)1∶5萬航空磁測資料,精度為±7 nT,采用中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展中心研制的 RGIS重磁軟件對這些航磁資料進(jìn)行了ΔT等值線繪制、低緯度化極處理、垂向一階導(dǎo)數(shù)處理以及航磁異常解譯。

圖2 地層組合熵等值線圖Fig.2 Contour map of strata combination entropy

在航磁ΔT等值線圖(圖4)上磁場具有如下特征:(1)在研究區(qū)北西部出現(xiàn)極強(qiáng)的正磁場區(qū),航磁等值線從南至北由稀變密,形式橢圓形,長軸近 NE向,空間位置上與志仲花崗巖體相吻合;(2)在保國農(nóng)場、千龍、毛感以南,加油南、什龍以北一帶,航磁表現(xiàn)出正負(fù)磁場相互過渡的特征,其ΔT等值線變化平緩,多呈NE向展布,與區(qū)域沉積地層空間位置和展布方向相一致,磁場強(qiáng)度的降低總體與沉積巖屬于非磁性或弱磁性有關(guān)。此外,該區(qū)產(chǎn)出的矽卡巖型鐵多金屬礦化未能引起強(qiáng)烈的磁場異常,可能與該區(qū)矽卡巖型鐵礦化較弱或含鐵矽卡巖較少,主要仍為弱磁性角巖和非含鐵矽卡巖有關(guān)。(3)中部地區(qū)以負(fù)磁場分布為主,其等值線變化平緩、NNE向展布,是區(qū)域上九所–陵水深大斷裂帶的反映。局部地方出現(xiàn)跳躍大、梯度陡且正負(fù)磁場交替現(xiàn)象,表現(xiàn)出火山巖地區(qū)的磁場特征,與地質(zhì)特征相符。(4)西南部地區(qū)(即大對、六羅、羅葵洞至大田以南區(qū)域)總體以正磁場分布為主,局部出現(xiàn)高級、次高級磁異常區(qū),由該區(qū)含鐵層位及基性巖所引起。

圖3 構(gòu)造線密度等值線圖Fig.3 Contour map of linear density for faults

圖4 航磁ΔT等值線平面圖Fig.4 Contour map of ΔT aeromagnetic anomalies

將航磁ΔT等值線進(jìn)行低緯度化極處理及垂向一階導(dǎo)數(shù)處理,結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征及巖石磁性參數(shù)進(jìn)行了航磁異常的解譯及圈定,將解譯的磁性蝕變帶作為有利預(yù)測變量,參與成礦預(yù)測過程(圖5)。

4.3 地球化學(xué)變量

(1)化探元素異常:是一種比較直接的找礦信息,它在很大程度上直接反映了致礦地質(zhì)異常和礦體的分布(廖崇高,2001)。研究區(qū)主要成礦元素有Fe、Cu、Pb、Zn等,次要成礦元素還包括Au、W。為確定對找礦有利的化探單元素異常,筆者首先對研究區(qū) Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Bi、As、Sb 等9種地表化探單元素異常下限進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算過程中采用正態(tài)和對數(shù)正態(tài)逐步截尾法進(jìn)行異常下限值的確定(劉曉玲和陳建平,2010),并據(jù)此圈定出單元素異常的分布范圍。經(jīng)與已知礦床點(diǎn)對比,前 5種元素,即 Au、Ag、Cu、Pb、Zn的單元素異常與已知礦床(點(diǎn))吻合情況較好,可作為有利找礦變量。

圖5 航磁推斷地質(zhì)體Fig.5 Geological bodies inferred by aeromagnetic results

為確定化探相關(guān)元素組合,利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對上述單元素異常提取的 9種元素進(jìn)行主成分因子分析。取特征值大于1的前4個主成分因子(累積方差貢獻(xiàn)值達(dá)66%)作為最終的綜合因子(表3),并采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法對初始因子載荷矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)(表4)。9種元素可分為4個綜合因子,即4種地球化學(xué)元素組合;F1因子為Cu、W、Mo元素組合;F2因子為Pb、Zn元素組合;F3因子為As、Sb元素組合;F4因子為Au、Ag元素組合,其中,F1、F2、F4均包含有主成礦元素,F1因子可能反映了早期成礦階段的元素組合狀態(tài),而F2、F4主要反映晚期成礦階段的元素組合狀態(tài)。

表3 主因子方差貢獻(xiàn)表Table3 Variance distribution of the principal factors

根據(jù)因子分析得出的元素組合關(guān)系,查找每種元素的異常樣品(即元素含量高于其自身異常下限的樣品)構(gòu)成元素異常數(shù)據(jù)表,然后將表中各元素的異常樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,繪制出 F1、F2、F4因子累加組合異常圖(圖6)。

(2)自然重砂:瓊南預(yù)測區(qū)Fe、Pb-Zn族礦物自然重砂異常與已知礦床吻合較好,其異常的圈定過程中,Fe族礦物自然重砂異常下限值是按98%的累積頻率值確定的,而 Pb-Zn族重砂礦物由于不易保存,故不做累頻計(jì)算,出現(xiàn)即圈定為異常。

何況，下雪天，不是孩子的最愛嗎？男孩彼得在冬天的早上醒來，發(fā)現(xiàn)雪下了一整夜，目之所及，白雪皚皚。他走出屋子享受雪天的樂趣：把雪堆成雪人天使；在雪地上印下串串腳??；把樹杈上的雪抖落一地……這些哪一件不是孩子們在下雪天愛做的事呢？繪本《下雪天》的故事簡單卻經(jīng)久不衰，埃茲拉·杰克·濟(jì)慈繪制的插圖功不可沒。他用鏤空打孔、水彩上色以及拼貼繪制的方法讓畫面散發(fā)著獨(dú)特的藝術(shù)氣息。

4.4 遙感變量

巖石是由數(shù)種或(一種)主要礦物組成,這些礦物均含有各自獨(dú)特的光譜特征,圍巖蝕變作為金屬礦床(特別是內(nèi)生礦床)重要的找礦標(biāo)志,本身也具有獨(dú)特的光譜特征,這是利用遙感信息提取蝕變信息的主要依據(jù)(張玉君等,2007;趙少杰等,2011)。遙感蝕變異常信息主要有兩種:羥基蝕變異常和鐵染蝕變異常。前者是由OH-和CO2–3等基團(tuán)振動產(chǎn)生的異常,后者是由 Fe3+等陽離子電子過程產(chǎn)生的異常(趙少杰等,2011)。研究區(qū)內(nèi)圍巖蝕變主要有黃鐵礦化、褐鐵礦化、綠泥石化、絹云母化、碳酸鹽化等,可大致分為含F(xiàn)e3+離子礦物及含OH-和CO2–3等基團(tuán)礦物,是研究區(qū)提取礦化蝕變異常信息的基礎(chǔ)。本次收集了1999年11月2日Landsat ETM影像一景,其云層覆蓋少于 5%,沒有重要地物覆蓋,在 ENVI平臺上經(jīng)水體、植被等掩膜處理后,運(yùn)用主成分分析法和比值法,提取了研究區(qū)的鐵染蝕變異常和羥基異常信息(圖7),并進(jìn)行緩沖區(qū)分析后參與成礦預(yù)測過程。

表4 主因子分析矩陣Table4 Principal factor analysis matrix

圖6 研究區(qū)元素組合異常圖Fig.6 Element association anomalies in the study area

圖7 研究區(qū)遙感蝕變信息提取圖Fig.7 Alteration extracted from the ETM data

5 成礦預(yù)測

5.1 網(wǎng)格單元的劃分

在礦產(chǎn)資源評價過程中,統(tǒng)計(jì)單元是建立評價區(qū)資源特征與多元地質(zhì)信息的橋梁,也是統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)單元劃分方法主要有網(wǎng)格單元法,地質(zhì)體單元法、物化遙異常單元法。其中,網(wǎng)格單元法劃分的關(guān)鍵問題是單元大小的選擇,單元面積越大,不含礦點(diǎn)或含一個礦點(diǎn)的單元數(shù)就越少,礦點(diǎn)趨向于均勻分布。反之,趨向于隨機(jī)分布。影響網(wǎng)格單元大小的因素可概括為:(1)統(tǒng)計(jì)預(yù)測研究所要求精度或比例尺大小;(2)研究區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜程度、礦點(diǎn)數(shù)及空間分布;(3)研究區(qū)范圍大小及保證統(tǒng)計(jì)分析所必須的單元數(shù)(趙鵬大等,1993;鄧勇等,2007)。

本次找礦預(yù)測比例尺為1∶50000,以1.5 km×1.5 km的網(wǎng)格大小將研究區(qū)劃分為1936個網(wǎng)格單元,劃分過程中以區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的矽卡巖型礦床(點(diǎn))為基礎(chǔ),使網(wǎng)格單元大小與單個礦床面積大致相當(dāng),并且使每個單元至多只含有一個礦床(點(diǎn))。

5.2 特征分析模型的建立

預(yù)測工作區(qū)內(nèi)僅發(fā)現(xiàn) 6個矽卡巖型含礦單元,存在模型控制單元代表性不足的問題。McCammon et al.(1983)詳細(xì)論述了在模型控制單元數(shù)較少的情況下建立特征分析模型的方法與步驟,他首先將有礦單元作為模型控制區(qū),運(yùn)用特征分析法原理對預(yù)測變量的權(quán)系數(shù)及單元聯(lián)系度進(jìn)行了計(jì)算,建立起特征分析礦化模型 M1,然后將模型 M1計(jì)算的單元聯(lián)系度按大小進(jìn)行分級,選擇聯(lián)系度較大、分級較高的單元作為新的模型控制單元(含已知含礦單元),重新建立了新的特征分析模型M2(即廣義礦化模型),用于最終的找礦靶區(qū)的圈定,取得了較好的預(yù)測效果(楊永華,1988;沈鐳,1990)。

5.2.1 礦化模型的建立

在礦化模型的建立過程中,首先要考慮模型控制單元與預(yù)測單元地質(zhì)環(huán)境相似性問題,而相對可以忽略礦床規(guī)模的大小(趙鵬大等,1993;McCammon et al.,1983)。因此,本文未考慮礦床的相對規(guī)模大小,而主要研究其形成的地質(zhì)環(huán)境與控礦因素等問題。通過前文的分析,矽卡巖型礦床的形成與碳酸鹽巖地層、燕山晚期花崗斑巖、石英斑巖、花崗閃長巖、閃長巖等中酸性巖體(脈)密切相關(guān),主要分布在兩者接觸帶處,它們是形成該類礦床的必要條件。因此,預(yù)測工作區(qū)內(nèi)一部分不具備上述條件的區(qū)域可以排除在外(圖8空白單元),而主要選擇具上述地層及巖體分布的區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(圖8彩色單元)。

圖8 礦化模型M1單元聯(lián)系度分級圖Fig.8 Classification of degree of match for cells of mineralized model M1

以 6個含礦單元為模型控制單元,利用 MRAS軟件提供的平方和法求出 19個預(yù)測變量的權(quán)系數(shù),建立起礦化模型 M1,用該模型計(jì)算出網(wǎng)格單元的聯(lián)系度 f值,并按單元頻數(shù)及聯(lián)系度大小進(jìn)行分級(表5),1級表示單元聯(lián)系度最低,6級表示單元聯(lián)系度最高。

5.2.2 廣義礦化模型的建立

取礦化模型M1中聯(lián)系度f≥4級的26個單元(包括 6個已知含礦單元),利用平方和法重新進(jìn)行 19個變量權(quán)系數(shù)的計(jì)算(表6),建立礦化模型M2,并利用新模型再次對網(wǎng)格單元的聯(lián)系度 f進(jìn)行計(jì)算,據(jù)此推斷各網(wǎng)格單元可能的成礦規(guī)模,并通過設(shè)定合適的閾值,圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)。根據(jù)成礦地質(zhì)條件與已知礦床(點(diǎn))的分布關(guān)系,選取單元聯(lián)系度 f≥0.6作為閾值,圈定出4個一級找礦預(yù)測區(qū)(A1、A2、A3、A4)、2個二級找礦預(yù)測區(qū)(B1、B2)和 2個三級找礦預(yù)測區(qū)(C1、C2)(見圖9)。

表5 礦化模型M1特征權(quán)計(jì)算的預(yù)測單元聯(lián)系度f頻數(shù)分布Table5 Frequency distribution of degree of match for cells based on mineralized model M1

圖9 研究區(qū)成礦潛力預(yù)測圖Fig.9 Potential prospecting area in Southern Hainan Island

表6 礦化模型M1、M2各預(yù)測變量權(quán)系數(shù)Table6 Weights of variables for mineralized model M1 and M2

(1)A1區(qū):該區(qū)是紅石礦床所在地,地層、構(gòu)造、巖漿三者有利的配置控制著矽卡巖型礦床的產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)出露的地層均含有碳酸鹽巖層位,包括志留系空列村組、足賽嶺組、石炭系南好組,發(fā)育NNE向?yàn)橹鞯臉?gòu)造帶,它們是巖體(巖脈)侵位的重要通道,燕山期侵入巖呈面狀和脈狀侵入到地層中。此外,尚發(fā)育Au-Ag、Cu-W-Mo元素組合異常,Pb-Zn、Fe自然重砂異常、航磁推斷磁性蝕變帶以及遙感羥基蝕變異常,不僅具有較好地成礦地質(zhì)條件,也具有眾多的找礦標(biāo)志。

(2)A2區(qū):產(chǎn)出有情安嶺、南后山、南好 508三個矽卡巖型礦床,構(gòu)造位置上處于 NNE向狗嶺斷裂帶的中部地區(qū),斷裂構(gòu)造非常發(fā)育。出露的有利地層有志留系靠青山組、足塞嶺組和石炭系南好組,侵入巖主要為不規(guī)則侵入的燕山晚期花崗巖脈、石英斑巖脈等。具有不同程度的Au、Ag、Cu、Pb、Zn等化探單元素異常和大面積的 Pb-Zn、Fe自然重砂異常。從航磁及遙感解譯結(jié)果來看,發(fā)育有磁性蝕變帶、鐵染蝕變異常及羥基蝕變異常。

(3)A3區(qū):該區(qū)位于狗嶺斷裂帶東段,與A1、A2屬同一構(gòu)造帶,遙感解譯NNE向及近SN向構(gòu)造發(fā)育,成礦有利地層奧陶系大干村組、靠青山組、空列村組及足塞嶺組大面積分布,燕山期花崗巖、花崗斑巖脈呈不規(guī)則脈狀侵入到上述地層中,構(gòu)成有利的成礦地質(zhì)條件組合。不僅 Pb-Zn、Au-Ag元素組合異常發(fā)育,Pb-Zn、Sn自然重砂異常也呈大面積分布,遙感解譯環(huán)形構(gòu)造發(fā)育,可能是深部有侵入巖的反映。此外,尚解譯出小面積的羥基蝕變異常出露。

(4)A4區(qū):該區(qū)位于三道–晴坡嶺–荔枝溝復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜的南東翼,是田獨(dú)矽卡巖型礦床所在地,發(fā)育與復(fù)向斜褶皺軸走向相同的NNE向斷裂,大面積出露孟月嶺組、大茅組、大葵組,花崗巖體呈巖株?duì)钋秩胗陬A(yù)測區(qū)中部,并且除田獨(dú)礦區(qū)外,尚在東部地區(qū)發(fā)現(xiàn)多處矽卡巖產(chǎn)出。發(fā)育有Au-Ag組合元素異常、Fe自然重砂異常,處于地層組合熵值梯度帶中,航磁推斷有磁性蝕變帶。

(5)B1區(qū):遙感解譯有一大型的NNE向右型走滑斷裂穿過預(yù)測區(qū),出露的地層有空列村組、靠青山組、足賽嶺組、南好組。發(fā)育有 Pb-Zn元素組合異常以及 Pb-Zn自然重砂異常,航磁及遙感解譯發(fā)育有小面積的磁性蝕變帶和羥基蝕變異常。需要說明的是,該區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)明顯的侵入巖分布,但不排除深部有侵入巖的可能。

(6)B2區(qū):與A4區(qū)位于同一構(gòu)造帶上,NNE向構(gòu)造發(fā)育,成礦地質(zhì)條件相似。奧陶系沙塘組、榆紅組地層大面積出露,不規(guī)則狀花崗斑巖呈面狀和脈狀在預(yù)測區(qū)中心侵入,具備成礦的地質(zhì)基礎(chǔ)。具Fe族礦物自然重砂異常,遙感解譯有羥基和鐵染蝕變異常,具備一定的找礦潛力。

(7)C1區(qū):構(gòu)造位置上處于三道–晴坡嶺–荔枝溝復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜的軸部位置,NNE向構(gòu)造發(fā)育,出露有奧陶系牙花組地層,晚白堊花崗斑巖呈巖株?duì)顮钋秩?產(chǎn)出有荔枝溝鉛鋅礦床,且區(qū)內(nèi)已多處發(fā)現(xiàn)具有直接找礦標(biāo)志的矽卡巖。具有Pb-Zn組合元素異常,航磁及遙感解譯發(fā)育有磁性蝕變帶和羥基蝕變異常。

(8)C2區(qū):它位于三道–晴坡嶺–荔枝溝復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜的北東端,發(fā)育 NNE向和近SN向斷裂,出露地層有寒武系大茅組和奧陶系沙塘組,未見明顯侵入巖分布,有矽卡巖產(chǎn)出。航磁解譯有磁性蝕變帶,遙感解譯發(fā)育鐵染蝕變異常和羥基蝕變異常,可能由熱液活動所引起。此外尚發(fā)育遙感解譯環(huán)型構(gòu)造,可能是深部具侵入巖活動的反映。

6 結(jié) 論

經(jīng)過多年的找礦勘查工作,瓊南地區(qū)積累了大量的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。本文應(yīng)用MRAS平臺特征分析模塊首次將這些資料進(jìn)行了詳細(xì)分析與綜合處理,圈定出瓊南矽卡巖型多金屬礦床找礦預(yù)測靶區(qū),取得了良好的預(yù)測效果,形成如下認(rèn)識:

(1)基于 GIS技術(shù)的成礦預(yù)測徹底改變了傳統(tǒng)成礦預(yù)測的方法體系,能夠?qū)⒋罅康恼业V信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)與綜合,并可以實(shí)現(xiàn)從地質(zhì)找礦模型到數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換,提高了成礦預(yù)測的效率和數(shù)據(jù)綜合利用的程度。

(2)應(yīng)用特征分析法進(jìn)行成礦預(yù)測,關(guān)鍵在于對研究區(qū)成礦地質(zhì)背景、控礦因素以及有利找礦信息進(jìn)行歸納與總結(jié)。其預(yù)測的可靠性在于特征分析模型的建立是否合理,以及模型單元的選擇是否具有代表性。

(3)本文利用 MRAS系統(tǒng)分析和提取了包括地質(zhì)、物探、化探、遙感在內(nèi)的19個有利預(yù)測變量,并應(yīng)用特征分析模塊進(jìn)行了變量的綜合處理與成礦預(yù)測。圈定出了4個A級找礦預(yù)測區(qū),2個B級找礦預(yù)測區(qū)和2個C級找礦預(yù)測區(qū),已知礦床(點(diǎn))均分布在預(yù)測異常區(qū)內(nèi),表明預(yù)測結(jié)果具有較高的可信度。其中,4個A級找礦預(yù)測區(qū)不僅具有良好的成礦地質(zhì)條件,也具有眾多直接和間接的找礦標(biāo)志,應(yīng)作為以后優(yōu)先安排找礦勘查的區(qū)域。

致謝:研究過程中得到了海南省地質(zhì)調(diào)查院周慧文、吳小潔等同志的極大支持和幫助;中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所肖克炎研究員和另一位匿名審稿專家為本文的修改提出了建設(shè)性的意見。在此一并表示感謝！

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