基于GIS技术的陕西潼关县金矿资源预测与评价

陈建平，陈珍平，史 蕊，王丽梅

(1.中国地质大学(北京)国土资源与高新技术研究中心，北京 100083;2.北京市国土资源信息开发研究重点实验室，北京 100083)

基于GIS技术的陕西潼关县金矿资源预测与评价

陈建平1，2，陈珍平1，2，史 蕊1，2，王丽梅1，2

(1.中国地质大学(北京)国土资源与高新技术研究中心，北京 100083;2.北京市国土资源信息开发研究重点实验室，北京 100083)

潼关县是我国矿产资源大县，县域南部的秦岭地区成矿条件优越，具有较好的金矿找矿前景。在详细分析和系统总结前人成果的基础上，以最新的金矿成矿理论为指导，运用GIS技术，对与金矿成矿相关的地层信息、侵入岩信息、构造信息、遥感信息、化探信息、高程信息等进行分析与提取，然后总结归纳出金矿成矿预测模型。在该模型指导下运用证据权重法对潼关地区金矿进行预测，并采用网格单元法与地质体单元法相结合的方法，最终圈定了9处成矿远景区。

GIS;多元信息;证据权重法;金矿;成矿预测;陕西潼关

0 引言

随着金矿资源的逐年开采，资源消耗极大，后续资源开始紧张，因此，迫切需要发现新的矿产地，实现金矿资源的可持续发展利用。笔者在研究金矿成矿规律的过程中，充分应用地质、化探、遥感等综合异常资料，建立找矿模式(叶天竺等，2007)，并根据加拿大数学地质学家提出的证据权重法(F P Agterberg et al，1993)，对金矿成矿远景区进行圈定，为潼关地区金矿资源的进一步勘探和开发提供科学依据(陈建平等，2008)。

1 区域地质概况及成矿模式

陕西省潼关县地处我国关中平原东端，居秦、晋、豫3省交界处，全县总面积526km2。县域南部的秦岭地区成矿条件优越，既有丰富的矿源层和多期岩浆活动，又有发育的导矿、储矿断裂，具备良好的金矿找矿前景。

潼关县境内太古代、元古代、新生代地层均有出露，北部主要以新生代地层为主，南部以太古代和元古代地层为主，其中，太古界太华岩群在潼关南部区域分布较广，是该区内出露最古老的构造岩石地层单位，同时也是该区主要的赋矿地层，潼关县属华北区豫西分区金堆城小区。研究区侵入岩分布广泛，侵入活动频繁，尤以太古代变质侵入岩、中生代花岗岩为主。太古代花岗质片麻岩不仅是赋矿地层，而且是成矿物质的提供地。潼关县境内大地构造位置属于华北地台西南缘，豫西断隆之太华台拱，区域构造为太华复背斜。

本区金矿具有多源多价元素，在变质核杂岩中上部脆韧性构造转换带附近，深源还原环境向上循环的动力变质含矿流体与地表氧化环境中下渗的大氧降水混溶，使成矿物化条件改变，在有利的构造部位聚集成矿。早期剪切构造带控制成矿带的分布，晚期次级脆—韧脆性剪切带控制矿化体的赋存及产出。成因类型为中—低温热液型成矿，矿石类型为石英脉型和构造蚀变岩型(黎世美等，1996)。

2 多元信息分析与成矿信息提取

区域成矿条件的研究即是通过对地、物、化、遥数据的处理与分析，从中提炼出构造、岩浆岩和地层信息以及成矿作用的信息，进而结合区域地质调查的成果，推断区域内有利于矿床产出的成矿条件组合的分布规律，为区域找矿工作指明方向(董庆吉，2009)。

2.1 地层信息提取

在世界范围内，金矿总储量的70%及超大型矿床几乎均产于太古宙变质岩地层中。潼关地区太古界基底变质岩作为主要的金矿含矿地层是众所公认的。相关研究资料表明，本区已检查、勘查金矿床、矿(化)点的95%产出于太古界变质岩地层中。将收集到的金矿床、矿点与地层图层进行相交分析，发现已有矿点落入的地层为一套地层：太古界太华群。由此可以看出，该区金矿成矿严格受控于一套地层。所以选取太古界太华群岩群作为金矿预测的一个证据因子。

利用MRAS平台提供的自动计算熵值的功能(陈建平等，2008)，计算出研究区地层组合熵值图(图1)，从图1可以看出，矿点大多落入地层组合熵低值区。组合熵值越高，表明地层种越多和出露面积越大，但研究区金矿成矿受控于太古界太华群这一单一地层，所以矿点并没有落入高值区，而是落入低值区。从而，组合熵低值是该区有利的找矿因子。

图1 潼关地区地层组合熵等值线与矿点叠加图

2.2 构造信息提取

区域大断裂控制了金矿田的位置，次级断裂、背斜的隆起或倾伏状控制了石英脉密集区及其展布，断裂带(含金构造带)则控制了矿脉(床)和矿体，因此分别来分析断裂构造和含金构造带对矿点的影响域。通过对矿点与大断裂距离的统计，可以看出在距离大断裂0.5km的范围内，包括的矿点比例达到总矿点的45%以上，可以认为本区大断裂对矿点的最佳影响域为0.5km。对矿点与含金构造带距离进行统计可以看出，在0.25km范围内的矿点比例达到70%以上，因此认为含金构造带对矿点的最佳影响域为0.25km。通过统计不同方位的断裂缓冲区和含金构造带缓冲区内包含矿点个数，可以看出金矿床主要受北西西向断裂控制，北西西向和北东东向的含金构造带缓冲区包含的矿点数较多。因此，分别提取北西西向断裂500m的缓冲区以及北西西向和北东东向含金构造带250m缓冲区作为金矿预测的证据因子。

对构造断裂进行定量信息提取可以发现，38.1%的金矿点集中分布在等密度起始值［10，15］的范围内，43%的金矿点集中分布在构造中心对称度高值区0.5km范围内，金矿点集中分布在构造优益度的区间范围为［2，4］、［6，10］，49%的金矿点落入了构造交点数高值区0.5km范围内，因此将等密度区间［10，15］、优益度区间［2，4］和［6，10］、中心对称度高值区以及交点数500m缓冲区作为找矿因子。

2.3 侵入岩信息提取

研究区的金矿与侵入岩有着密切的关系，矿床的分布或在岩体内，或者分布在岩体周边一定范围内，统计研究区金矿点与侵入岩的分布关系，发现含矿点比例最高的是大月坪片麻岩，其次为武家坪片麻岩。将金矿点与侵入岩种类数图层进行相交分析，可以看出：矿点在侵入岩种类数起始值区间［1.875，2.5］的范围内所占比例最大。尽管岩体并不在矿体附近出露，但岩体和脉岩之间是含矿热液到达的地方，是含矿热液迁移、沉淀、富集的有利场所，是金矿体赋存的地方。统计矿点距脉岩的距离，在距离脉岩0.6km的范围内，集中了69%的矿点，这个范围是金矿赋存的有利场所，所以给脉岩做0.6km的缓冲区作为金矿预测的一个证据因子。

2.4 地球化学致矿信息提取

地球化学异常分析对找矿作用显著。分别对单元素 Au、Ag、Cu、Pb、Sb、Sn、Zn、W 以及元素组合Au-Fe-SiO2、Au-Ag-Cu-Pb-Bi-W、Au-Bi、Au-Cu采用正态及对数正态的逐步截尾法进行异常提取。其基本过程如下：(1)求原始数据n个样本的均值¯x，均方差s，并对其做正态或对数正态分布检验。如不服从标准分布，则将观测值大于均值加3倍均方差的数据删除。(2)再次计算均值与方差，检验保留数据的标准分布。如仍不服从标准分布，再将预测值中大于均值加3倍均方差的数据删除。(3)重复上述步骤，直至保留数据服从标准分布，采用平均值加2倍方差标准来确定异常下限值。得到的单元素及元素组合异常图可以作为找矿因子。

2.5 遥感成矿信息提取

研究区内黄铁矿化与金矿化关系最密切，硅化、绢云母化与金矿化关系也较密切。通常含金构造带内有强黄铁矿化、硅化及绢云母化蚀变组合时，附近往往有金矿体赋存。可见蚀变是间接找矿标志。为了不影响蚀变信息的提取，首先需要将遥感图像上的植被、水体进行掩膜。由于植被在ETM4强反射，而在ETM3呈现吸收的特点，所以植被用ETM4/ETM3，选取合适的阈值进行掩膜，效果较好。水体用TM7/TM1，选取合适的阈值进行掩膜，该方法还能同时掩膜掉阴影。去除植被和水体扰信息后，用ETM3/ETM1来提取铁染信息(陈建平等，2009)。并用均值与2倍标准差之和(μ+2σ)作为异常下限，来提取的铁染蚀变信息(图2)。采用ETM5/ETM7提取羟基蚀变信息，用均值与2倍标准差之和(μ+2σ)作为异常下限，得到羟基蚀变信息(图3)。

图2 铁染蚀变信息与矿点叠加分布图

2.6 成矿高程信息提取

图3 羟基蚀变信息与矿点叠加分布图

将矿点与高程图层进行叠加统计分析，在1 200m～1 600m的高程范围内，分布的矿点的比例达到了43.23%。由此可知，高程对矿点的最佳影响范围为1 200m～1 600m。选择该范围内的高程作为金矿预测的一个证据因子。

3 基于证据权模型的金矿成矿预测

采用证据权重法对前面提取的成矿有利信息进行综合，M Scott(2001)对其具体计算过程进行了详细介绍，目的是通过对一些与矿产形成相关的信息的叠加复合分析来进行矿产远景区的预测。因为本次工作区域，成矿条件优越，已发现矿床数量较多，成矿理论和成矿规律研究相对深入。以指明和发现新的成矿靶区为目的，本次采用网格单元法和地质体单元法对比结合的方法进行研究区金矿资源的预测(范永香等，2005)。

3.1 基于网格单元法的金矿资源预测

网格单元法是把研究区按着一定的间隔划分成面积相等、形状相同的若干个单元。对于地质条件均一的小范围大比例尺矿产资源预测可以采用一定的网格法进行。本次预测工作对研究区按400m×400m进行网格单元划分，然后计算证据权重(表1)。

表1 基于网格单元法的金矿预测证据层权值参数

由表1可以得出以下认识：(1)含金构造带250m缓冲区其权值在2.9以上，说明金矿体均产生于含金构造带中，并受其控制。(2)断裂优益度高值区600m缓冲区、中心对称度高值区、等密度区间［10，15］及交点数高值区，这些证据层的权值均在1.7以上，验证了研究区构造控矿的特征。(3)Au元素化学异常对金矿来说是一种比较直观的找矿标志。(4)L8—L14证据因子C值在1.0以上，与成矿关系紧密。

最后根据潼关地区金矿找矿模型，计算各个预测单元的成矿有利度(后验概率值)，按照后验概率大小，分为不同等级，作出后验概率等值线图(图4)，圈出后验概率大于0.6的高值区，作为找矿靶区，是今后找矿勘探部署的有利区域。

3.2 基于地质体单元的金矿资源预测

地质体单元法，是指应用对预测矿种具有明显控制作用的地质条件和找矿意义明确的标志圈定地质统计单元的方法。根据本区的实际特点做以下的统计地质单元划分原则：(1)地质体单元划分应在金矿找矿模型指导下进行。(2)成矿模式和矿产分布规律是研究单元确定条件基本内容。(3)地质体单元划分以各种综合标志位划分条件。重视各种信息在划分地质体单元中的作用。在深入研究潼关地区区域成矿条件的基础上，依据上面所确定的单元划分原则，确定划分统计单元的如下信息组合。(1)太古代太华群组。(2)太古代侵入岩。(3)Au元素高背景区。(4)研究区内断裂发育地段，即构造交汇部位。以上述划定的地质体统计单元为依据，计算各个证据层的权重值(表2)。

图4 基于网格单元法的后验概率等值线图

由表2可知，L1—L8证据因子C值在2.0以上，与成矿关系紧密。然后作出基于地质体单元法的后验概率等值线图(图5)，可以看出，与基于网格单元法的预测结果相比，高值区分布位置基本相一致。但高值区较分散，呈一个个小型环状分布，没有像图4中高值区分布密集，基本连成一大片。而且在研究区的中北部瓦罐庙和闫家沟口附近出现几个环状高值区，这是基于网格单元法的预测结果中没有的。最后圈出后验概率大于0.4的高值区，作为找矿靶区，是今后找矿勘探部署的有利区域。

结合基于网格单元法和地质体单元法圈定的找矿靶区，在研究区圈定9个成矿远景区(图6)。北岔口—蒿岔和桐峪—对沟岔口这2个成矿远景区成矿条件非常优越，已开采金矿脉较多，而且这2个区域的后验概率高值区面积较大，验证了预测结果的合理性。翎峪成矿远景区、甘斜洼—王排沟成矿远景区等区域的成矿条件也比较优越，但这些区域内已发现的成矿事实较少，所以这些远景区成矿潜力较大，是以后勘查的重点区域。

表2 基于地质体单元的金矿预测证据层权值参数

图5 基于地质体单元法的后验概率等值线图

图6 研究区成矿远景区分布图

4 结语

通过对潼关县进行基于GIS技术的多元成矿信息提取与二维预测，取得了如下认识。

(1)在GIS平台下进行多元成矿信息综合预测，能够取得较好的预测效果，对矿产资源勘探工作具有指导意义，此法具有推广应用价值。

(2)运用证据权重法预测的过程中，结合网格单元法与地质体单元法，圈定了9个成矿远景区。预测结果表明，在老矿山的边部仍然具有很好的找矿前景。在桐峪金矿区的西南部、西潼峪的西侧、扫帚沟附近，均显示出较好的成矿潜力。

(3)地球物理信息可以反映隐伏地质体特征，在对金矿资源的预测中，因为没有收集到研究区的地球物理数据，所以此次预测缺乏对隐伏矿的预测。在以后的研究中应引入地球物理数据，增强对隐伏矿的预测能力。

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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;编辑：侯鹏飞

陕西省潼关县“数字国土”及金矿资源潜力评价

陈建平(1959—)，男，教授，博士，博士生导师，主要从事矿产资源预测与评价研究，E-mail：3s@cugb.edu.cn