基于ArcGIS的大比例尺找矿靶区的优选技术*

李 杨 赵新生 陈 川

(1.新疆大学地质与矿业工程学院;2.新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测重点实验室)

随着我国多年的矿产开发，如今，依靠单一的地质调查很难进行找矿工作，找矿模式必须采用多元信息集成的方式才能有效进行［1］。矿产勘查中，通常将中小比例尺成矿预测所圈定的找矿有利地段称为“找矿远景区”，而将大比例尺的称为“找矿靶区”。在进行调查区详查或者在某矿区进行资源量二次详查的时候，预测区面积通常很小，有时只有几平方千米。本研究以新疆托克逊县好运沟铜矿普查区为例，结合使用ArcGIS Desktop 9.3平台中集成的相关软件，如 ArcMap、移动 GIS软件 ArcPad等［2］，探讨如何在大比例尺下进行快速有效的找矿靶区优选评价。

1 预测区地质背景

好运沟矿区处于南天山萨阿尔明山的早古生代被动陆缘造山带东段。构造带是在前寒武纪基底上于寒武—奥陶纪发展成的非岩浆型被动陆缘，沉积了较厚的陆源碎屑岩建造。泥盆纪初转入汇聚，有花岗岩链生成，汇聚泥盆纪沉积为陆源碎屑岩和中酸性火山岩建造。区内岩浆活动频繁，加里东期花岗岩位于元古界中天山星星峡群组内，呈岩株或岩枝状产出。主要岩性为闪长岩、白色片麻状花岗岩及红色钾质花岗岩。华力西期侵入体主要岩性为灰白色斜长花岗岩、浅红色粗粒斑状花岗岩及浅红色二云母花岗岩等。岩体与地层接触带上常发育围岩矽卡岩化及铍、钨等矿化作用。硅质岩宽几米至百余米，沿走向厚度变化大，呈蛇形延伸，产状严格受库米什东背斜构造及NE向断裂控制。地表露头以强褐铁矿化、黄钾铁矾化为特征，硫磺、绢云母化、铬云母化普遍，沿层理氧化淋滤空洞发育，具蜂窝状孔穴构造［3］。

该区域的矿产主要分布于3条北西西走向的卡塔尤鲁断裂、阿其克库都克断裂和拱拜子断裂两侧。好运沟矿区东临彩花沟铜矿，西接彩虹铜矿，东北角还有忠宝钨矿，这3个矿区前人做过大量工作，为后期的解释对比工作提供了便利条件。

2 化探岩石测量工作

2.1 野外工作方法

采用1∶10 000化探岩石测量进行全区化探扫面，网度100 m×20 m。首先需要在ArcMap下布置化探采样点，设置线号、点号［4］;再选择ArcMap下的ArcPad工具，点击“Get Data For ArcPad”按钮将上一步布置好的化探采样点转换成ArcPad软件可以识别的格式;之后导入到安装好ArcPad软件、带有GPS定位的PDA中。本研究所使用的GPS型号是麦哲伦Mobile Mapper CX，带有二次差分模式，单点定位精度为1 m以内，完全达到此次测量工作的精度要求［5］。本次工作初期，使用该软件进行了工区的道路追索，结合ArcMap的使用，在路线布置和野外施工中大大降低了地形对工作的影响。

该工区面积约54.2 km2，除去第四系覆盖、基岩风化较严重以及地势较差等因素的影响，实际采取岩石样品数量12 930个。将样品送入化验室专门进行化学分析鉴定耗时长、成本高，所以样品分析采用本实验室的Innov－X5000型X射线荧光快速分析仪进行分析，此次化探工作的重点是为了查清Cu及其指示元素在工作区的地球化学异常分布规律，所以仪器的精度可以满足要求。仪器检测完毕后进行数据存储，存储文件类型为dbf，可用Excel软件打开。该仪器存储的文件为只读属性，不能修改，保证了原始数据的可靠性，可将内容复制到新建Excel表中进行编辑［6］。

2.2 化探异常下限的确定

确定化探异常分级首先要确定工作区的化探异常下限。确定化探异常的方法有传统统计法、稳健估计法、85%累计频率法和多重分形法等［7］。每个方法各有其优缺点，在实际中要通过对比研究、综合实验分析来判断哪种方法最适合本工区。虽然每种方法各有不同，但实际上都是为了寻找海量数据中的统计规律，人为的数据筛选很大程度都是依靠经验进行，而有时会忽略一些有利区域，所以本次直接采用软件对工区化探异常元素进行分级。

整理测量结果表格，使元素分析结果、对应元素取样位置的线号和点号以及千米网坐标一一对应。首先需要剔除元素分析结果中的未检出数据，即保留有效数据，之后分析数据中的极高值。例如，Cu元素分析结果数据绝大多数均在700×10－6以下，但出现了1 326×10－6、1 738×10－6、2 517×10－6等结果，进行现场异常查证的时候发现这几处区域基岩表面均有少量孔雀石化现象。在进行记录的同时选择将这几个点删除，以避免这种离散点对计算机分级造成影响。全部数据处理可用Excel软件轻松实现，最终保留Cu、Pb、Zn有效数据分别为9 902、10 031、9 585个。打开ArcMap工具栏中的“Tools”下拉菜单，选择“Add XY Data”，可以根据提示将整理好的化探数据Excel表格通过千米网坐标以要素的形式加入到ArcMap中，注意坐标系统的选择要和加入数据的千米网坐标系统一致。然后进行分级:以Cu元素为例，右键点击Cu元素要素，点击下拉菜单中的“Properties”，选择弹出窗口中的“Symbology”选项卡，左侧选择按照数量(Quantities)分级，点击“Classify”按钮出现数据分级工具(Classification)窗口。其中可以查看数据的基本统计参数，比如平均值、标准差等;可以选择选择数据的分级方式、分级数量;也可以手动排除不需要的数据。从工具窗口可以直观地看出数据符合自然分布规律，系统默认分级规则也为自然分级，这里不妨直接将分级级数设为2，产生的结果即可以当做该元素的异常下限。按照这种分级方式确定出Cu、Pb、Zn 3种元素的异常下限分别为93×10－6、115×10－6、103×10－6。之后可以在“Exclusion”选项中将处于异常下限以下的数据排除，再进行一次分级，将结果作为该元素的异常分级。

2.3 物探靶区的圈定

化探数据处理方法通常是绘制异常元素等值线，由于化探数据不同于物探数据，其数值变化比较剧烈，所以一般先将数据进行网格化处理，平滑数据使计算机能够较好地进行插值生成地球化学等值线异常图。但是无论是网格化还是插值处理，其中涉及到的处理方法选择势必会带来人为因素对数据的破坏，插值图件很多时候也会放大异常，降低异常圈定的准确度。于是，在进行化探异常靶区圈定的时候通常直接采用符号图，将化探采样点分析结果以点的形式投到软件中进行对比分析。这种处理方法大大增加了靶区圈定的准确度。

矿区东部地区Cu、Pb、Zn化探元素异常结果见图1。为了使异常更加直观，3种元素的分级方式一致。该区地层南倾，倾角约60°，其中曲线为此区域发育的一条绢英岩岩脉，地层走向与该岩脉基本一致。岩脉两侧出露大量黄钾铁矾蚀变带，同时可以看出Cu、Zn元素异常较集中分布在岩脉附近及南侧，Pb元素异常在该区较少。因此结合地表找矿信息，圈定此区域(矩形框)为化探异常靶区，将该区域作为下一步物探工作的重点区域。

图1 Cu、Pb、Zn元素化探异常分级结果

3 物探测量工作

该区域多金属矿与硫化物关系密切，在激发极化法物探测量中矿化体与围岩有较大的电性差异，矿化体表现为低阻高极化或高阻高极化的异常特征，故这一区域寻找多金属矿化体所采用的物探手段是激发极化法［8］。本次激电工作电极距为1 800 m，网度为50m×20m。同样采用ArcMap软件进行工作布置，结合ArcPad工具进行野外施工。

本次激电工作测量结果见图2、图3。该工区的正常背景值约为1.4%，本次测量工作的异常背景值为2.21%，异常极化率的极大值为4.64%，剔除异常背景值的剩余值为2.43%，有用异常剩余效应得到充分体现［9］。异常下限确定的方法同样可以利用计算机实现，根据在该区域工作的经验确定异常下限为2.0%，剔除低于2.0%的值后对剩余值进行自然分级。可以看出，异常集中在目标区域偏北的部分，西边异常强度较大，往东逐渐变弱，异常带南端边缘与绢英岩带吻合度较好，异常值出现的部位地表广泛发育黄钾铁帆蚀变。结合激电测量极化率以及视电阻率结果，遵循“低阻高极化”原则分别圈定出3块较有利的物探异常靶区(图2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区)。根据此区域以往的工作经验［10］，激电工作测量结果中的矿质异常极化率通常为1.8% ～3.2%，工区炭质片岩较发育，同样会引起高极化效应，成规模的炭质片岩的极化率通常比矿质异常要高，Ⅲ区前人有过钻探工作，推测下钻依据也为激电异常，由于岩芯保存不善，无法确定其地下情况，但在残留的岩芯中发现了少量的炭质片岩岩芯，因此基本可以确定Ⅲ区地下存在炭质干扰。因此本次在I区、Ⅱ区不同岩性岩石表面进行了物性测定工作，以期达到排除地表炭质岩性对异常值干扰的目的。测量结果最高极化率值为1.4%，基本可以排除此区域地表的炭质岩性干扰。

图2 化探异常靶区激电中梯测量极化率点位

图3 化探异常靶区激电中梯测量视电阻率点位

4 结论

通过本次工作查清了好运沟铜矿普查区全区的岩石地球化学元素异常分布情况;在此基础上对比地质情况圈定了有利的物探靶区进行工作，基本弄清了物探靶区不同岩性的物性差异以及物探异常分布情况;最后通过对现有已知矿床(工区东边的彩华沟硫铜矿、西边的彩虹铜矿)的对比分析，在靶区布置了3个钻孔位置，极大缩小了整个矿区具有潜力的区域。此套方法的有效性已在东边彩花沟铜矿区、新疆富蕴地区的工作中得到验证。

这种利用快速分析仪的化探方法，所得到的元素异常值能够确定研究区域元素异常分布的统计规律，为后期物探工作提供指导。结合该区的地质条件，进行激电中梯测量，激电异常与地表绢英岩岩脉、黄钾铁帆蚀变带吻合度较好，基本查清了不同岩性的物性差异，为后续更为精细的地质勘探工作提供了地球物理依据。

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