川西北金矿的证据权模型及其预测应用.pdf

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1、第6卷 第4期 高校地质学报 Vol.6No.42000年12月 Geological Journal of China UniversitiesDec.2000文章编号:10067493(2000)04055407川西北金矿的证据权模型及其预测应用张晓军1,张 均1,秦举礼2,张建龙2(1.中国地质大学 资源学院,湖北 武汉430074;2.四川省遥感中心,四川 成都610081)摘 要:在深入理解川西北地区金矿成矿特征的基础上,建立了该区的地质、物探、化探、遥感和金矿床(点)数据库,优选了10个致矿证据层。应用证据权模型对该区进行成矿分析,认为本区共有NW、NE、SN、EW四个方向上的金矿

2、成矿区,同时分析了四个成矿区的分布特征和空间耦合关系。在此基础上,根据该区成矿概率分布进行了有利成矿远景区的预测,并对证据权模型在成矿预测中的应用提出了相应的改进意见。关键词:证据权模型;证据层;成矿预测;金矿;川西北中图分类号:P618.51 文献标识码:A成矿过程的空间结构决定了矿产资源分布的空间规律性,这也是矿产资源预测评价的重要理论依据之一。数学地质方法的应用,为矿产资源预测评价由定性走向定量指明了方向。但是对于过去一些常用于矿产资源预测评价的数学模型,如多元统计的数学模型等,大多具有忽略预测评价所依据数据的空间关系的事实,这种状况严重影响了矿产资源预测评价的效果。地理信息系统(GIS

3、)技术的发展及其应用,使地质学家们找到了可以根据数据的空间关系对其进行直接调用和操作的有效工具。研究表明,应用GIS技术,可以提高矿产资源预测的效率和缩短资源评价周期,并能定量圈定各级有利成矿区段1-7。然而,如何选择合适的预测评价模型,使之与GIS便于操作分析空间数据的优点相结合,仍然是资源预测评价领域专家需要进一步努力的方向。证据权模型是一种立足于数据的空间位置关系,结合GIS技术对各种有利成矿因素(证据层)进行有效综合的数学预测评价模型。在对川西北地区金矿的研究工作中,作者应用证据权模型对川西北地区的金矿资源进行预测,取得了较好的效果。1 证据权模型简介证据权模型是一种利用确定矿产形成的

4、后验概率来圈定研究区有利成矿部位的数学模型,它基于GIS强大的空间分析功能对地学中多来源信息进行有效的综合处理,其优势之处在于预测过程中以矿产产出的空间位置为基础,并在空间位置最有效、最直接的表达形式 图形上进行操作。同时,证据权预测中可以有效利用一些单一专题图件而不需对数据空白区进行人为的插值。通过对前人工作中所应用的证据权数学模型进行简化1,3,7,总结出以下证据权模型的收稿日期:20000425;修订日期:20000703基金项目:国家重点基础研究项目(G19990432073)和国土资源部“九五”科技攻关项目(952022002203)联合资助GIS应用于矿产资源区域评价方法研究及试点

5、报告.中国地质信息研究院、四川地质矿产勘查开发局.1998简单且实用的计算流程:首先选定一个预测评价区域,确定研究区内所预测矿种产出的先验几率(O先验),其计算公式为:O先验=P先验/(1-P先验)(1)其中P先验为研究区内矿床(点)出现的先验概率。研究区矿床(点)出现的后验几率可以表示为:O后验=expln(O先验)+mj=1Wkj(2)其中Wjk=Wj+,当证据层j存在时;Wj-,当证据层j不存在时;0,当证据层j情况不明时。研究区单元矿产产出的后验概率为:P后验=O后验/(1+O后验)(3)对于第j个证据层的证据权值计算可按如下公式进行:Wj+=lnO(d|j)/O先验(4)Wj-=ln

6、O(d|?j)/O先验(5)其中:O(d|j)表示当第j证据层存在时矿床(点)出现的几率;O(d|?j)表示当第j证据层不存在时矿床(点)出现的几率。计算第j证据层的条件几率可以按如下公式进行:O(d|j)=P(d|j)/(1-P(d|j)(6)O(d|?j)=P(d|?j)/(1-P(d|?j)(7)其中:P(d|j)为当j证据层存在时矿床(点)出现的概率;P(d|?j)为当j证据层不存在时矿床(点)出现的概率。用C=W+-W-表示证据层与矿床(点)证据层的相关程度。另外,应注意对各证据层间的相关性进行检验,在进行证据层选择过程中,在保证全面考虑矿产形成的不同致矿因素的前提下,尽量选择相关性

7、较小的证据层。必要时可以对部分证据层进行必要的处理,如对具较大相关性的证据层进行因子合并等。2 数据组织及模型建立2.1 数据组织本文以川西北地区阿坝地块东缘作为研究区,具体预测范围为东经10300 10500,北纬3200 3400 内的四川省境内部分。四川省境外部分为外推值,不可靠。预测的矿种为金矿,类型为微细浸染型。用于对研究区进行成矿分析、建立预测模型和预测该区金矿远景区所利用的数据,包括150万地质图、150万矿产图、120万地球化学(水系沉积物)数据、地球物理及遥感解译成果图。首先建立各种基础资料数据库来作为研究区成矿预测的数据基础。(1)地质数据库 在编制150万地质图的基础上,

8、利用手扶跟踪数字化仪将地质图中的地层、构造、岩浆岩等分别数字化,并对其进行分层管理。利用中国地质大学自主开发的地理信息系统软件MAPGIS强大的图形编辑功能进行图形整饰,用野外实测GPS(全球定位系统)5554期 张晓军等:川西北金矿的证据权模型及其预测应用 数据精确定位,对图件进行校正。在整理图内各地质要素属性数据的基础上,建立川西北150万地质数据库(包括地层、构造、岩浆岩数据)。(2)地球化学数据库 利用研究区120万水系沉积物地球化学数据,对川西北地区地球化学数据特征进行分析,并结合已有信息和前人的研究工作,对已被确认与研究区金成矿有密切共生及伴生关系的Au、As、Sb、Ag等元素建立

9、其地球化学数据库,做为基本证据层以利于后面的研究分析。(3)矿床(点)数据库 根据前人资料及野外实地考察结果,修编了川西北地区金矿分布图,并利用数字化仪获取各矿床点的空间位置坐标,利用MAPGIS的属性管理功能输入各矿(床)点的属性数据,利用GPS野外实测地理坐标数据对其进行校正,建立川西北地区矿(床)点数据库。(4)遥感数据库 在原有资料基础上利用TM遥感图像对区内的断裂进行配套,校正研究区线形构造信息,增加环形构造信息和线形构造交点。并在此基础上建立了川西北地区遥感数据库。(5)地球物理数据库 利用川西北地区重力及磁力上延异常数据建立了研究区地球物理数据库8。对上述各个数据库的建立都转换为

10、150万的比例尺存储在MAPGIS地图库中,并通过投影变换统一使用高斯坐标系。2.2 证据层选择根据对川西北地区各控矿因素的分析认为810,本地区金成矿的主要控矿因素取决于以下几个:有利地层岩性组合发育;中基-中酸性岩浆岩脉群发育;线性构造带发育;有利地球化学异常;有利地球物理异常;遥感线性构造交点异常。在本次研究中,结合研究区工作程度和资料拥有情况,根据该区主要控矿因素的分析,提取了地层岩性组合证据层、线性断裂构造证据层、小型岩浆岩脉证据层、Au地球化学异常证据层、As地球化学异常证据层、Sb地球化学异常证据层、Ag地球化学异常证据层、遥感解译线性构造交点、重力不同高度上延异常证据层和磁力不

11、同高度上延异常证据层等10种异常作为有利致矿信息。分别从前述所建立的几种数据库中提取相应的证据层专题图件,并分别对其进行二元模式识别,以获取研究区的预测数据文件。2.3 模型的建立证据权法的预测评价结果是一个成矿后验概率图,其值在01之间,后验概率值的大小对应着成矿概率的大小。在确定整个预测评价范围内的临界值之后,图中后验概率大于临界值的地区即为预测的找矿远景区。证据权法应用的一个前提就是具备一定量的基础图件,并能够在成熟的成矿地质模型的指导下,从这些基础图件中优选编制可应用于预测的各种辅助性图件。如前所述,川西北地区各种地质、矿产、物探、化探及遥感数据库的建立为证据权法的应用提供了必备的数据

12、基础;对川西北地区各种有利证据层的分析为证据权法的应用提供了655 高 校 地 质 学 报 6卷各种辅助性的数据。在此基础上,根据前面所建立的有利证据层的专题图件,分别计算各证据层与成矿的相关程度和预测评价证据权值(表1),并以此对研究区内各个单元进行成矿概率有利度的计算。表1 川西北地区各证据层权值参数表Table 1The weight parameters of evidence layers in the NW Sichuan Province证据层编号证据层地质意义W+W-CL1有利地层组合0.0223-0.24450.2668L2中基-中酸性岩浆岩脉1.0187-0.39101.4

13、097L3线性构造破碎带0.2793-1.42581.7051L4Au化探异常0.3919-1.31261.7025L5As化探异常0.6391-1.34311.9822L6Sb化探异常0.3888-0.58980.9786L7Ag化探异常0.2240-0.40500.6290L8遥感解译线性构造交点0.5968-1.11951.7163L9重力异常0.1993-0.21530.4146L10磁力异常0.0535-0.05740.1109根据以上分析结果显示,本区各致矿证据层变量对金矿化指示作用的大小依次为:L5、L8、L3、L4、L2、L6、L7、L9、L1、L10。进一步对计算结果进行分析

14、可以得出以下几个基本认识:本区三叠纪和志留2奥陶纪地层虽然含矿率比较高,但是其与金矿化的关系并不十分密切;中基2中酸性岩浆岩脉在本区虽然所占面积不大,但其与金矿化的关系比较密切;构造破碎带与遥感解译的线性构造交点与金矿化的关系都比较密切,其相关值分别为1.7051和1.7163;Au、As、Sb、Ag四个地球化学异常证据层中,Au异常和As异常与金矿化的关系比较密切,其次是Sb异常,Ag异常最小;地球物理证据层中,重力异常证据层与金矿化的相关性大于磁力异常证据层与金矿化的相关性。3 预测结果及评价以所建立的研究区证据权模型,计算各个预测单元的成矿有利度(以成矿的后验概率值来代表),并对计算结果

15、进行分析。图1为研究区金成矿的后验概率等值线图。从概率等值线图上可以看出,研究区内有四个主要的有利成矿区:北西向成矿区,主要发育在巴西 南坪一线,与区域性的玛曲 略阳、荷叶北西向深大断裂相对应并受其控制,所产出的金矿床(点)主要有阿西、团结、香扎、幸福村、联合村、马脑壳等;南北向成矿区,主要位于东北寨 郎盖一线,受区域性南北向的岷江深大断裂控制,所产出的金矿床(点)主要有东北寨、哲波山、郎盖、才盖、石不烂等;东西向成矿区,主要产出于桥桥上 大湾 杜鹃山一线,受区域性的东西向雪山深大断裂的控制,所发育的金矿床(点)主要包括桥桥上、大湾、龙滴水、杜鹃山等;北东向成矿区,位于平武 银厂一线,受区域性

16、的黑水深大断裂的北东段控制,所发育金矿床(点)主要有银厂等。四个主要成矿区在研究区内的分布概貌从图1中可以清楚的反映出来。在图1北部分布着北西向成矿区,该成矿区沿北西向斜穿过研究区,并沿西北方向向若尔盖境内延伸,向东南方向该成矿区与东西向成矿区靠拢,这与研究区的构造格架相吻合。在研究区的东南角发育着北东向成矿区,该成矿区在研究区内所占比重较小,但其意义不可忽略,从图中显示以及对7554期 张晓军等:川西北金矿的证据权模型及其预测应用 1.等值线(contour);2.矿床点(ore deposits and occurrences)图1 川西北地区金矿化概率等值线图Fig.1The proba

17、bility contour map of goldmineralization in the NW Sichuan Province照区域情况,沿该成矿区向东北方向应该是有利的成矿地段。在研究区东部,发育着南北向的成矿区,该成矿区在研究区内具有重要的成矿意义,在其所控制的次级断裂中,发育着众多的金矿床(点),尤其在其西侧,具有较好的成矿条件。南北向成矿区向北与北西向成矿区交汇,向南被黑水断裂所截断。东西向成矿区横在研究区中偏南部,婉若一条睡龙,等待着人们的进一步开发。其头尾分别与南北向及北西向两大成矿区交汇,并且与北东向成矿区有一定程度上的连接。从区域资料可知,北东向断裂与东西向断裂在陕西境

18、内汇为一体。根据研究区内不同成矿单元的有利成矿后验概率值大小的不同及其分布,结合对研究区地质条件发育情况以及金成矿的控制因素的分析,在研究区内圈定了三级有利成矿远景区(图2)。其中,成矿后验概率大于0.6的区域为一级有利成矿远景区,大于0.4的区域为二级有利成矿远景区,大于0.2的区域为三级有利成矿远景区。图2 川西北地区金成矿预测图Fig.2The gold prognosis map inthe NW Sichuan Province需要指出的是:在研究区东北边缘(四川省与陕西省交界部位),由于资料的缺少会导致成矿概率的降低,影响了这些部位的预测结果及成矿有利度。4 讨 论GIS作为一种处

19、理空间信息的有效技术,其在矿产预测评价领域具有极为广阔的应用前景。但至今国内这方面的研究还没有获得明显的突破。笔者认为如果在以下两个方面取得进展将会起到极大的促进作用:基础数据库建立的合理化、标准化;新的有效预测模型的引入。这两方面问题的解决需要计算机专家和地质专家的通力合作和联合攻关。本文是笔者在此领域对证据权模型应用的一个尝试,在研究过程中,发现该方法具有以下优点:(1)可以有效的对多来源、多尺度不同信息进行快速、有效的优化综合;855 高 校 地 质 学 报 6卷(2)可以对图形进行各种操作,把各种信息放在其所在的空间位置中进行有效的综合处理与分析;(3)可以把预测结果以定量的方式表示出

20、来,有效促进了矿产预测从定性向定量的转变。同时,应用过程中也发现该方法还存在着应该改进的地方。如:证据权模型所依据的数学基础是贝叶斯条件概率,而概率规律应用的一个重要条件就是基于对大量事实的统计,所以,研究区的研究程度对该方法的应用效果具有一定的制约作用。同时,证据权模型假设各证据层之间相互独立。而根据经验,控制矿床形成的各证据层之间是有一定相关性的,所以应对各证据层间的相关性做相应技术处理。本文已考虑到这一点,所选择的各证据层经相关性检验,可以近似认为相互独立。证据权模型在统计研究区的成矿先验概率时,只考虑了单元内是否存在矿床(点),而没有考虑单元内所发育矿床(点)的规模,从而削弱了大规模矿

21、床在建立模型中作用。在统计单元中各个证据层存在与否时没有考虑某个证据层在该单元中出现的规模。这也影响了该证据层在该单元预测中的作用。致 谢:研究工作中曾受到河北廊坊物化探研究所向运川高级工程师的指导和帮助,在此表示衷心的感谢。第一作者简介:张晓军,男,1974年生,中国地质大学在读博士研究生,主要从事成矿预测学及GIS应用的研究工作。参考文献:1 向运川,任天祥,杨竹溪.开发利用地理信息系统(GIS)综合分析地学信息进行矿产预测J.物探与化探,1996,20(1):1213.2 池顺都,赵鹏大.应用GIS圈定找矿可行地段和有利地段J.地球科学,1998,23(2):1252128.3 曲家惠,

22、张义彬.应用地理信息系统进行金矿成矿预测J.矿产与勘查,1990,(5):51254.4Moon,C.J.;Wang,C.L.利用GIS定量模拟矿床:对英国德文郡南部一个金矿产地的实例研究J.物探化探译丛,1994,90(1):65266.5 陈石羡.地理信息系统在金属矿产预测中的应用J.地质找矿论丛,1998,13(1):74283.6Raper J F,and D MaguireJ.Design models and functionality in GIS J ,Computers&Geosciences,1992,18(4):3872394.7Bonham2Carter G F,Agt

23、erberg F P.Integration of geological data sets for gold exploration in Nova ScotiaJ.Photogrammetric Engineer and Remote Sensing,1988,54(11):158521592.8 赵琦.川西北地区微细浸染型金矿成矿的区域地质、地球物理、地球化学特征J.四川地质学报,1995,15(1):31240.9 李小壮.川西北地区浅成低温热液金矿系列的矿床类型与分布规律J.四川地质学报,1996,16(2):1352141.10 廖群安,张均,张晓军.川西北中壤塘脉岩带的地质特征及

24、其与金矿化带的关系J.地球科学,1999,24(增):42245.9554期 张晓军等:川西北金矿的证据权模型及其预测应用 Application of Evidence Weight Model for Prediction of GoldMineralization in the Northwestern Sichuan ProvinceZHANG Xiao2jun1,ZHANGJun1,QIN Ju2li2,ZHANGJian2long2(1.Department of Earth Resources,China University of Geosciences,Wuhan430074

25、;2.Remote Sensing Center of Chengdu,Sichuan Province610081)Abstrace:Geographic information system(GIS)is a new technique successfully applied to geolog2ical research.It is advantageous in processing data with spatial distribution.The evidence weightmodel is a mathematical model combined with GIS tec

26、hnique.Based on the spatial relation of ele2mental data,it synthesizes various favorable ore2forming factors(evidence layers)and can be usedin mineralization prognosis and evaluation efficiently.The northwest of Sichuan Province is animportant micro2fine disseminated gold resource base in China.In t

27、his sense,it is significant tohave a metallogenic analysis of the region and to search for the areas favorable for gold mineraliza2tion.This paper is an empirical example for application of evidence weight model in the north2western Sichuan Province.Based on the comprehensive analysis of features of

28、 gold mineralization in this region,fivedatabases have been created:geology database,geophysics database,geochemistry database,re2mote2sensing database,and ore deposits(occurrences)database.According to the analysis of theore2controlling factors in this region,we selected 10 ore2producing evidence l

29、ayers,which includethe stratigraphic lithological assemblage,linear faults,minor plutons,joints of structure from re2mote sensing,geochemical anomaliesof Au,As,Sb,Ag,and the gravity and magnetic anomaliesdeduced to different elevations.Extracting the data from the above mentioned five databases,thea

30、uthors calculated the evidence weight values and the correlation degrees between the particularevidence layers and ore2deposits(occurrences),created an evidence weight model of gold mineral2ization in the northwestern Sichuan Province.Using the evidence weight model in this paper,theauthors analyzed

31、 the featuresof gold mineralization in this region,indicated existence of four maingold mineralization zones in four different directions:the NW2directed gold mineralization zonecontrolled by Maqu2Lueyang structure belt,the NE2directed gold mineralization zone controlledby Qingchuan2Pingwu structure

32、 belt,the SN2directed gold mineralization zone controlled by Min2jiang structure belt,and the EW2directed gold mineralization zone controlled by Xueshan structurebelt.Based on the analysis of distribution characteristics of gold mineralization zones and spatialcoupling relationships among them,the f

33、avourable areas have been predicted in three levels ac2cording to the ore formation probability values.Finally,some suggestions related to application ofGIS in metallogenic prognosis are also proposed.Key word:evidence weight model;evidence layer;metallogenic prognosis;gold deposit;north2western Sichuan Province065 高 校 地 质 学 报 6卷