盧亞運(yùn)，李兵海，張光雅，李江坤，張翔，孟祥寶，張偉，葉發(fā)旺，張川

（1.核工業(yè)航測遙感中心，河北 石家莊 050002；2.中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心（重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），河北 石家莊 050002；3.河北省航空探測與遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050002；4.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

成礦預(yù)測的任務(wù)是預(yù)測目前尚未發(fā)現(xiàn)而將來可能發(fā)現(xiàn)的礦床、礦體，是在不確定條件下制定最優(yōu)決策的工作［1-2］。其最終目標(biāo)在于投入較少工作獲得更好的找礦結(jié)果。目前用于成礦預(yù)測的方法總體上可分為兩大類：主觀預(yù)測和客觀預(yù)測［3］。主觀預(yù)測是指由地質(zhì)專家根據(jù)個(gè)人掌握的成礦理論對研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)以及個(gè)人找礦經(jīng)驗(yàn)等選取成礦有利要素，人為的賦予不同權(quán)重開展成礦預(yù)測。主觀預(yù)測方法常被人為因主觀性強(qiáng)、人為影響大而缺乏依據(jù)?？陀^預(yù)測是指利用與已知礦床相關(guān)的有利要素建立數(shù)學(xué)找礦模型并應(yīng)用于全區(qū)的預(yù)測方法。

航放航磁數(shù)據(jù)已被廣泛應(yīng)用在鈾及多金屬成礦預(yù)測工作中，并獲得了良好的效果。核工業(yè)航測遙感中心在全國開展了面積約400 萬平方公里的高精度航放航磁測量，擁有可靠翔實(shí)的海量數(shù)據(jù)。截至目前，已預(yù)測鈾及多金屬成礦遠(yuǎn)景區(qū)近600 片［4］。

本文基于阿拉善盟-包頭地區(qū)已有高精度航放航磁數(shù)據(jù)，分別使用俄羅斯半定量成礦預(yù)測軟件和自主研發(fā)的成礦預(yù)測專家系統(tǒng)開展鈾礦、金礦找礦預(yù)測，對比預(yù)測結(jié)果，對自主研發(fā)的成礦預(yù)測專家系統(tǒng)進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，為后續(xù)開展航空高光譜與航放航磁技術(shù)集成、技術(shù)研究和高效應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)。

1 兩種預(yù)測軟件介紹

本文采用的自主研發(fā)成礦預(yù)測專家系統(tǒng)（以下簡稱“專家預(yù)測系統(tǒng)”）和核工業(yè)航測遙感中心引進(jìn)的俄羅斯半定量成礦預(yù)測軟件（以下簡稱“半定量預(yù)測軟件”）均屬于客觀預(yù)測法。二者的預(yù)測原理相似，都是將已有礦床模型直接應(yīng)用到未知地區(qū)。將各轉(zhuǎn)換場信息進(jìn)行量化、疊置，求取最多信息復(fù)合地段的定量預(yù)測過程。建模的基本原理是：礦床的形成有其特殊的地化環(huán)境，反映在地球物理場（如磁場、重力場和伽馬場等）上，存在特定的地球物理場及其相關(guān)轉(zhuǎn)換場場值組合關(guān)系，兩種軟件通過不同方法確定各轉(zhuǎn)換場最佳場值組合，據(jù)此建立礦床物理-數(shù)學(xué)模型。

1.1 半定量預(yù)測軟件

半定量成礦預(yù)測軟件是一套典型的“模式找礦”半定量化成礦預(yù)測軟件。其適用于1∶5 000 000 至 1∶25 000 甚至更大比例尺的成礦預(yù)測，預(yù)測的最終目的是圈定具有成礦有利地質(zhì)條件的不同級(jí)別的靶區(qū)［5］。

該預(yù)測軟件為全英文界面，功能完整，但是操作復(fù)雜、重復(fù)步驟多，耗費(fèi)時(shí)間長。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備中需準(zhǔn)備預(yù)測范圍及礦床范圍兩套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)格，且需逐一進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，再逐一進(jìn)行判定之后，須將符合條件的參量網(wǎng)格逐一疊置，步驟較為繁瑣，并且預(yù)測范圍較大時(shí)，運(yùn)算時(shí)間長。

1.2 專家預(yù)測系統(tǒng)

專家預(yù)測系統(tǒng)基于Qt 開發(fā)平臺(tái)，以C++語言為工具，由“基于航空高光譜與伽瑪能譜的鈾礦勘查技術(shù)研究”項(xiàng)目資助，核工業(yè)航測遙感中心自主研發(fā)。該系統(tǒng)包括4個(gè)主要模塊：綜合預(yù)測、位場轉(zhuǎn)換、權(quán)重設(shè)置以及專家預(yù)測。其中，綜合預(yù)測部分是根據(jù)輸入的預(yù)測信息數(shù)據(jù)計(jì)算生成所有預(yù)測信息的轉(zhuǎn)換場，并計(jì)算轉(zhuǎn)換場數(shù)據(jù)與礦床位置的相關(guān)系數(shù)。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小賦予一定的權(quán)值（有利），相關(guān)系數(shù)小于給定值的其他數(shù)據(jù)賦予0（不利），然后進(jìn)行信息疊加分析，生成結(jié)果數(shù)據(jù)網(wǎng)格。將成礦有利高的地段（多種信息復(fù)合地段）作為該類型成礦有利遠(yuǎn)景區(qū)。同時(shí)考慮到不同需求，設(shè)置了位場轉(zhuǎn)換、權(quán)重設(shè)置、及專家預(yù)測模塊，可根據(jù)不同需求進(jìn)行調(diào)整。

預(yù)測信息數(shù)據(jù)包括但不限于放射性（Tc、K、U、Th、及比值或轉(zhuǎn)換處理后的增量信息、古鈾、活性鈾等）、磁、重、化探數(shù)據(jù)等，轉(zhuǎn)換處理對預(yù)測信息數(shù)據(jù)求取小波變換db6 1～6 階低頻信息、小波變換db6 1～6 階局部異常以及峰度、偏度、水平梯度模等15種信息。

該系統(tǒng)為自主研發(fā)，操作簡單，僅需輸入預(yù)測信息數(shù)據(jù)、礦床位置數(shù)據(jù)，設(shè)置相關(guān)系數(shù)閾值，即可自動(dòng)求取各轉(zhuǎn)換參量及相關(guān)系數(shù)、自動(dòng)根據(jù)閾值選取參量并依據(jù)相關(guān)系數(shù)高低賦予不同權(quán)重，自動(dòng)進(jìn)行參量疊置生成結(jié)果數(shù)據(jù)網(wǎng)格，運(yùn)算時(shí)間短。

2 在鈾、金成礦預(yù)測中的應(yīng)用

為開發(fā)利用阿拉善盟-包頭地區(qū)已有航放航磁數(shù)據(jù)，提供鈾及多金屬礦產(chǎn)勘查找礦線索，同時(shí)為了更好地應(yīng)用自主研發(fā)的專家預(yù)測系統(tǒng)軟件，本文分別選取區(qū)內(nèi)鈾礦、金礦為試驗(yàn)對象，利用兩種軟件分別開展成礦預(yù)測并將結(jié)果進(jìn)行對比分析。

2.1 在鈾成礦預(yù)測中的應(yīng)用

阿拉善盟中部地區(qū)位于巴丹吉林盆地東南部，行政區(qū)劃主要屬阿拉善左旗和阿拉善右旗管轄。區(qū)內(nèi)盆山相間，形成“兩山夾兩盆”的格局［8］，自北向南依次為宗乃山-沙拉扎山，巴丹吉林盆地東南部（也稱巴音戈壁盆地），雅布賴山-巴彥諾爾公山，雅布賴盆地。區(qū)內(nèi)產(chǎn)出特大型砂巖型鈾礦床-塔木素鈾礦床，本文利用塔木素鈾礦床建立模型，分別使用兩種方法開展成礦預(yù)測。

2.1.1 半定量預(yù)測

以高精度航放鉀、鈾、釷及航磁數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行位場轉(zhuǎn)換求取了9種共36個(gè)參量，依次將各參量網(wǎng)格化文件與礦床位置網(wǎng)格化文件進(jìn)行相關(guān)性判定，并依據(jù)半定量成礦預(yù)測的技術(shù)要求（面積比在0.2～0.3，費(fèi)歇判據(jù)大于60），最終確定了19種物理轉(zhuǎn)換場作為建模參量，建立了塔木素鈾礦床數(shù)學(xué)-物理模型［8］。通過模型可知礦床均處于有利度大于5 的范圍，間接驗(yàn)證了預(yù)測方法的有效性（圖1）。以有利度大于5 的區(qū)域?yàn)槌傻V有利區(qū)的依據(jù)，開展阿拉善盟中部鈾成礦預(yù)測（圖2）。

圖1 塔木素鈾礦床數(shù)學(xué)-物理模型顯示圖［8］Fig. 1 Mathematical-physical model of Tamusu uranium deposit［8］

圖2 阿拉善盟中部地區(qū)砂巖型鈾礦成礦半定量預(yù)測圖［8］Fig. 2 The uranium mineralization semi-quantitative prediction map of sandstone type in central area of Alxa League［8］

從半定量預(yù)測結(jié)果來看，有利區(qū)面積小、分布分散，僅在塔木素、本巴圖、銀根以及蘇紅圖以西等局部地段分布較為集中，呈小面積團(tuán)塊狀。其中本巴圖地區(qū)有利區(qū)分布最為集中，該地區(qū)分布測老廟鈾礦床和多個(gè)鈾礦點(diǎn)，鈾礦化均發(fā)育較淺，因此反應(yīng)明顯。塔木素鈾礦床均處在有利區(qū)內(nèi)，并且有利區(qū)較模型范圍有所擴(kuò)大，向東部、北部出現(xiàn)不同范圍的延伸，預(yù)示了塔木素礦床周邊仍有較好的找礦潛力。在雅布賴以東，有利區(qū)分布連續(xù)，呈北西向條帶狀，推測與已知斷裂有關(guān)，反映了深部良好的成礦潛力。且區(qū)內(nèi)其他砂巖型鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)等均處在不同范圍的有利區(qū)內(nèi)，而雅布賴鎮(zhèn)以北花崗巖型鈾礦點(diǎn)則分布在有利區(qū)之外，也間接驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果的可靠性（圖2）。

冬季江西大部分地區(qū)氣溫較低，當(dāng)冬季來臨時(shí)最好的生活享受莫過于將自己浸泡于溫暖的溫泉中，它能讓人緩解疲勞，使身心變得輕松愉悅。

2.1.2 專家預(yù)測

利用專家預(yù)測系統(tǒng)在同一區(qū)域開展鈾成礦預(yù)測。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)建模網(wǎng)格文件大小與預(yù)測區(qū)范圍大小一致，不需要再單獨(dú)裁剪礦床位置網(wǎng)格，簡化了操作步驟。設(shè)置相關(guān)系數(shù)閾值為0.15，自動(dòng)求取各預(yù)測信息轉(zhuǎn)換場數(shù)據(jù)共計(jì)75種，計(jì)算其與礦床相關(guān)系數(shù)，選取相關(guān)系數(shù)大于0.15 的轉(zhuǎn)換場數(shù)據(jù)共計(jì)13種，包括k 水平梯度模、航磁低頻五階信息、航磁低頻六階信息、航磁五階局部異常、Th 峰度、U 低頻四階信息、U 低頻六階信息、U 峰度、Tc 低頻一階信息、Tc 低頻二階信息、Tc 低頻三階信息、Tc 低頻四階信息、Tc 五階局部異常。系統(tǒng)按照相關(guān)系數(shù)高低分別賦予權(quán)重并將有利信息進(jìn)行疊加，自動(dòng)輸出預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)（圖3）。

圖3 阿拉善盟中部地區(qū)砂巖型鈾礦成礦專家預(yù)測圖Fig. 3 The expert uranium mineralization prediction map of sandstone type in central area of Alxa League

從專家預(yù)測結(jié)果來看，有利區(qū)面積較大、分布分散，在塔木素-烏力吉、銀根-本巴圖、雅布賴東南以及圖克木以南地區(qū)分布集中，且面積較大。在塔木素-烏力吉一帶有利區(qū)整體走向呈北東—近東西向，與斷裂構(gòu)造方向一致，塔木素礦床處有利區(qū)分別向北東、南西方向延伸，顯示了塔木素礦床外圍良好的找礦潛力。在雅布賴鎮(zhèn)以南區(qū)域分布大范圍有利區(qū)，顯示了雅布賴盆地西部地區(qū)良好的找礦潛力。區(qū)內(nèi)其余砂巖型鈾礦點(diǎn)均處于有利區(qū)內(nèi)或附近，間接驗(yàn)證了預(yù)測結(jié)果的可靠性（圖3）。需要注意的是，巴彥諾爾公-紅古玉林-土克木以南大面積有利區(qū)對應(yīng)二疊、三疊紀(jì)花崗巖等，不具備砂巖型鈾礦床找礦潛力。

2.2 在金成礦預(yù)測中的應(yīng)用

利用航放航磁信息尋找多金屬礦，是一種間接找礦方法。該方法利用放射性元素與其他金屬礦物的共生關(guān)系，以及金屬礦物成礦的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及蝕變所反映的放射性信息，達(dá)到間接查找金屬礦產(chǎn)的目的［9］。本文以浩堯爾忽洞金礦為模型，利用航放航磁數(shù)據(jù)分別使用兩種方法開展成礦預(yù)測。

2.2.1 半定量預(yù)測

以高精度航放鉀、鈾、釷及航磁數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行位場轉(zhuǎn)換求取了各物理場的9種共36個(gè)參量，依次將各參量網(wǎng)格化文件與礦床位置網(wǎng)格化文件進(jìn)行相關(guān)性判定，并依據(jù)半定量成礦預(yù)測的技術(shù)要求（面積比在0.2～0.3，費(fèi)歇判據(jù)大于60），最終確定了24種物理轉(zhuǎn)換場作為建模參量，建立了浩堯爾忽洞金礦床數(shù)學(xué)-物理模型（表1，圖4）。礦體范圍大部分處于有利度大于11 的范圍，間接驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性。以有利度大于11 的區(qū)域?yàn)槌傻V有利區(qū)的依據(jù)，開展烏拉特后旗-包頭地區(qū)金成礦預(yù)測。

表1 浩堯爾忽洞金礦床數(shù)學(xué)-物理模型參數(shù)Table 1 Mathematical -physical model parameters of Haoyaoerhudong gold deposit

圖4 浩堯爾忽洞金礦床數(shù)學(xué)-物理模型顯示圖Fig.4 Mathematical-physical model of Haoraoerhudong gold deposit

從半定量預(yù)測結(jié)果圖上看，有利區(qū)分布集中，主要集中在金礦預(yù)測區(qū)的西南、西北、東北、東南4個(gè)區(qū)域。其中西南區(qū)域，浩堯爾忽洞金礦床礦體均位于有利區(qū)內(nèi)，礦體外圍僅分布零星有利區(qū)；小烏淀金礦也位于有利區(qū)內(nèi)，且有利區(qū)向西南延伸；在新忽然以西，有利區(qū)集中分布，面積較大且成礦有利度高。西北區(qū)域在樹日古拉-浩堯爾呼都格一帶有利區(qū)呈北東向帶狀分布，分布面積大但不集中。在東北區(qū)域分布大面積有利區(qū)，但區(qū)內(nèi)比魯特、哈沙圖等金礦床多處在有利區(qū)邊緣或外圍。西南區(qū)域分布大面積團(tuán)塊狀有利區(qū)，但該區(qū)域還未發(fā)現(xiàn)規(guī)模金礦化（圖5）。

圖5 烏拉特后旗-包頭地區(qū)金礦半定量預(yù)測圖Fig. 5 The semi-quantitative gold mineralization prediction map in Wulatehouqi-Baotou area

2.2.2 專家預(yù)測

利用專家預(yù)測系統(tǒng)在同一區(qū)域開展金成礦預(yù)測，設(shè)置相關(guān)系數(shù)閾值為0.30，選取相關(guān)系數(shù)大于0.30 的轉(zhuǎn)換場數(shù)據(jù)共計(jì)16種，分別是U低頻一階信息、U 低頻二階信息、U 低頻三階信息、U 低頻四階信息、U 低頻五階信息、U 低頻六階信息、U 五階局部異常、U 六階局部異常、Th低頻一階信息、Th 低頻二階信息、Th 低頻三階信息、Th 五階局部異常、Th 六階局部異常、Th水平梯度模、Tc 五階局部異常、Tc 水平梯度模。系統(tǒng)地按照相關(guān)系數(shù)高低分別賦予權(quán)重并將有利信息進(jìn)行疊加，輸出預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)。

從專家預(yù)測結(jié)果圖上看，有利區(qū)分布集中，但面積小，在金礦預(yù)測區(qū)西南、西北、東北3個(gè)區(qū)域。在西南區(qū)域，浩堯爾忽洞金礦均處在有利區(qū)內(nèi)，而小烏淀金礦則處于有利區(qū)之外，且有利區(qū)范圍十分有限。在新忽然以西分布北西向條帶狀有利區(qū)，與侵入巖走向一致。在西北區(qū)域樹日古拉-浩堯爾呼都格一帶有利區(qū)呈北東向斷續(xù)分布。在東北區(qū)域，白云鄂博-賽烏素一帶，有利區(qū)呈近東西向分布，分布面積大，有利度高，比魯特、賽烏素金礦床均處于有利區(qū)內(nèi)，哈沙圖金礦雖也在有利區(qū)范圍內(nèi)，但有利區(qū)范圍很小，且周邊并無其他有利區(qū)分布。并且在白云鄂博礦床上方也有大面積有利區(qū)分布（圖6）。

圖6 烏拉特后旗-包頭地區(qū)金礦專家預(yù)測圖Fig. 6 The expert gold mineralization prediction map of sandstone type in in Wulatehouqi-Baotou area

3 預(yù)測結(jié)果及對比分析

3.1 鈾礦預(yù)測結(jié)果對比分析

兩種預(yù)測結(jié)果有利區(qū)分布均較為分散，僅在局部集中?？紤]鈾礦模型區(qū)域基本為第四系覆蓋區(qū)，有效信息相對較少。

兩種結(jié)果對比來看，均與模型礦床的礦體范圍吻合，且區(qū)內(nèi)同類型已知鈾礦化地段均有較好的反映。總體上，兩種預(yù)測結(jié)果吻合度較好，在預(yù)測區(qū)內(nèi)多數(shù)有利地段內(nèi)，兩種結(jié)果均有不同程度的有利度顯示，僅在局部地區(qū)出現(xiàn)結(jié)果不同，如巴彥諾爾公-紅古玉林-土克木以南一帶，專家預(yù)測結(jié)果顯示該區(qū)域成礦有利，有利區(qū)斷續(xù)分布且面積較大。半定量預(yù)測則顯示小面積有利區(qū)分散分布，成礦有利度較低。

兩種預(yù)測結(jié)果最明顯不同之處在于半定量預(yù)測有利區(qū)面積?。ㄓ欣麉^(qū)占預(yù)測區(qū)面積8%），專家預(yù)測有利區(qū)面積大（有利區(qū)占預(yù)測區(qū)面積17%）。半定量預(yù)測有利區(qū)過于分散且面積小，僅能根據(jù)整體趨勢及相對集中的區(qū)域大致圈定遠(yuǎn)景區(qū)，不能精準(zhǔn)圈定遠(yuǎn)景區(qū)。而專家預(yù)測結(jié)果顯示有利區(qū)面積較大的原因主要是由于相關(guān)系數(shù)閾值由人為設(shè)定，會(huì)導(dǎo)致部分無用信息參與預(yù)測，出現(xiàn)部分區(qū)域預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況不符，如巴彥諾爾公-紅古玉林-土克木以南一帶顯示砂巖型鈾礦成礦有利，但實(shí)際該區(qū)域主要分布二疊紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖等，明顯不具備砂巖型鈾成礦條件。

3.2 金礦預(yù)測結(jié)果對比分析

金礦預(yù)測區(qū)多為基巖出露區(qū)，基巖出露區(qū)航放數(shù)據(jù)不受屏蔽作用，包含更為豐富的信息，例如放射性元素分布、斷裂展布、礦化蝕變等，因此兩種預(yù)測方法均能選取足夠豐富的成礦有利信息進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果均顯示有利區(qū)分布集中。

兩種方法預(yù)測結(jié)果較為一致，均在已知礦床處反映較好，較好反映了浩堯爾忽洞金礦床的礦體范圍，在東北部已知金礦及周邊也均有較好的有利度顯示，在預(yù)測區(qū)西北部樹日古拉-浩堯爾呼都格一帶和西南部新忽然以西地區(qū)均顯示不同程度的成礦有利度，有利區(qū)走向與侵入巖走向一致。

經(jīng)對比可知，專家預(yù)測結(jié)果更為精準(zhǔn)，有利區(qū)面積較小，比魯特、賽烏素金礦床都落在有利區(qū)范圍內(nèi)，且有利區(qū)沒有大面積向西北延伸。另外，專家預(yù)測結(jié)果在白云鄂博礦床上方也有良好的顯示。然而，在金礦預(yù)測區(qū)內(nèi)，半定量預(yù)測結(jié)果有利區(qū)面積占比過大，在預(yù)測區(qū)東南部白女羊盤以北存在大面積有利區(qū)。該區(qū)域主要對應(yīng)白堊系火山巖，不具備沉積-變質(zhì)型金礦［10］成礦條件。

4 結(jié) 論

1）基于航放航磁資料開展鈾及多金屬成礦預(yù)測，專家預(yù)測結(jié)果與引進(jìn)的半定量預(yù)測結(jié)果基本一致，且在基巖出露區(qū)預(yù)測結(jié)果更加可信。

2）兩種軟件的預(yù)測輸入信息均未包括地質(zhì)信息，因此在應(yīng)用預(yù)測結(jié)果時(shí)應(yīng)注意結(jié)合地質(zhì)成礦理論及具體地質(zhì)情況才能得到較好的應(yīng)用效果。

3）專家預(yù)測軟件是一套根據(jù)生產(chǎn)需求而自主研發(fā)的系統(tǒng)，具有可根據(jù)不同需求進(jìn)行更新升級(jí)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡單、操作步驟簡便、適用多種操作平臺(tái)等優(yōu)點(diǎn)，避免了半定量預(yù)測軟件操作步驟繁瑣、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換復(fù)雜、需要專業(yè)培訓(xùn)等弊端。