ArcGIS在西天山阿吾拉勒东段铁矿资源预测的应用

2013-12-19潘展超弓小平薛迎喜刘艳宾刘学良宋相龙

地质与勘探 2013年3期

潘展超，弓小平，薛迎喜，刘艳宾，刘学良，宋相龙

(1.新疆大学，乌鲁木齐 830049;2.中国地质调查局资源评价部，北京 100037)

GIS是20世纪60年代加拿大Tomlinson率先提出的概念(赵俊三等，2000)，尔后各国相继投入了大量的研究工作，至90年代以来，计算机技术的不断发展以及其它相关的理论和技术的完善，使得GIS的研究和应用得到了迅猛的发展(危永利，2008)，尤其处理空间和分析等方面特有的能力，使其在地学研究与勘查得到了长足的发展。GIS能最大程度地利用以往积累起来的各类地学资料，实现高效、高质量地寻找矿产可行地段和有利地段，快速准确地圈定靶区，同时进行靶区优选，用尽可能少的投入取得最大的找矿效果。随着GIS在多元综合信息成矿预测方面的探索与成功应用，GIS已经在矿产预测中得到广泛的应用和推广(池顺都等，1998;肖克炎等，1999;陈建平等，2005;刘岩峰，2008)。

新疆铁矿资源丰富，西天山铁矿成矿带是我国26个主要铁矿成矿区带之一(祁志明等，1985;陈毓川，1999)，而阿吾拉勒铁矿带是西天山重要的铁矿成矿带(卢宗柳等，2006)，近来已确定为国家十大重要金属矿产资源接替基地之一①。阿吾拉勒铁矿带位于新疆新源县境内，西天山中部阿吾拉勒山一带，西起新源县则克台镇西，东至和静县的察汗诺尔。本区铁矿资源丰富，现已查明有七个大、中型铁矿床及40余处小型矿床。新疆矿产资源潜力评价②用德尔菲法对该带2000m以上海相火山岩型铁矿进行预测，50%以上概率的预测资源量为24.5亿吨;90%以上概率的预测资源量15.46亿吨。查岗诺尔铁矿、智博等主要铁矿床勘查深度多在500m以浅，已初步探明铁矿石3.3亿t以上，且向深部均未封闭。1∶5万航磁在研究区内共圈定重要航磁异常约62处，可能与铁矿有关的航磁异常约39处，找矿潜力巨大。

本文基于ArcGIS平台，以西天山阿吾拉勒东段铁矿为例，建立研究区的空间数据库，并结合Arc-GIS空间分析等的功能(刘艳宾等，2011)，开展阿吾拉勒东段铁矿资源的成矿预测，为阿吾拉勒成矿带铁矿资源的进一步勘探和开发提供科学依据。

1 区域地质背景

研究区地处塔里木板块与伊犁微板块碰撞对接带部位(陈哲夫，1991;成守德，1998;何国琦，2005)，阿吾拉勒裂谷系东端。由北向南以尼勒克断裂、查岗诺尔－敦德开勒迪达坂断裂、那拉提北缘断裂为界，纵跨博罗霍洛古生代复合岛弧带、阿吾拉勒石炭系裂谷系、巴仑台－星星峡离散地块三个构造单元。

区内地层属塔里木－南疆地层大区(车自成，1996)，发育较齐全，从老到新如下描述(图1):古元古界大理岩、斜长角闪岩夹黑云片岩、二云片岩、麻点状斜长角闪岩、细粒黑云斜长片麻岩，石英岩、石英片岩、黑云千枚岩、黑云斜长片麻岩、绢云片岩，大理岩、石英片岩、变粒岩和石英岩;中元古界长城系珠玛汗萨依岩组深变质岩、石英岩类、云母片岩，千枚岩、变质粉砂岩、大理岩类、云英片岩;上泥盆统艾尔肯组滨－浅海相碳酸盐岩、路源细碎屑岩;下石炭统艾肯达坂组安山岩、辉石安山(玢)岩、铁质砂质砂屑泥晶灰岩，阿克沙克族火山岩、巨厚层碳酸盐岩，大哈拉军山组安山质熔结凝灰岩、安山岩;中石炭统科古琴山组灰色、灰褐色、灰黄色细－粗砾岩、中粗砂岩;中二叠统晓山萨依组砾岩、中粗粒岩屑砂岩、薄层粉砂质泥岩夹灰色生物屑灰岩;上二叠统铁木里克组浅灰红色、暗红色－砖红色粗砾岩、细砾岩;下中侏罗统水西沟组灰黄色硅钙质砾岩、含砾岩屑砂岩。

火山岩较发育，主要分布于中部巩乃斯石炭纪裂谷区内，产出地层为下石炭统大哈拉军山组及艾肯达坂组，其次在东北部上泥盆统艾尔肯组、西南部阿克沙克组、科古琴山组和晓山萨依组等都有少量产出。火山活动始于晚泥盆世，终于晚石炭世，根据火山活动的基本特征及其与构造运动的关系，将火山喷发划分为2个旋回，即晚泥盆世火山喷发旋回、早石炭世火山喷发旋回。以早石炭世火山岩最发育，火山活动强烈，以喷溢相为主，形成大量的拉斑玄武岩系列、钙碱性系列的喷溢相熔岩和爆发相、沉积相的火山碎屑岩类、沉积岩类，晚泥盆世火山岩少量出露，火山活动相对较弱，属明显的间歇式火山喷发，以喷溢相熔岩为主。

侵入岩较为发育③④，活动较为强烈，以中酸性侵入岩为主，岩石类型有中性闪长类、石英闪长岩类、中酸性英云闪长岩类、花岗闪长岩类、酸性二长花岗岩类、钾长花岗岩类等，其中以英云闪长岩和二长花岗岩为主，主要沿大构造带分布，具有明显的分带性，反映区内中酸性侵入岩与构造活动关系密切。侵入岩的时代有元古代、晚泥盆世、石炭世、晚二叠世等四期，分为蓟县纪变质侵入岩、青白口纪变质侵入岩、晚泥盆世侵入岩、石炭世侵入岩、晚二叠世侵入岩，又根据岩浆来源不同分为壳源和混源，其中石炭纪、二叠纪为侵入岩发育的鼎盛时期。

2 典型矿床研究

根据收集的1∶20万和1∶25万区调资料及采集野外数据等地质资料，可总结出研究区6个铁矿矿床的特征(表1)，其中涉及的矿产预测类型主要为海相火山岩型铁矿，典型矿床选取备战铁矿。

表1 已知矿床(点)特征表Table 1 Features of the known deposits(occurrences)in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan

表2 新疆西天山阿吾拉勒东段海相火山岩型铁矿典型矿床成矿要素表Table 2 Metallogenic factors of the typical marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan，Xinjiang

表3 新疆和静县备战海相火山岩型铁矿床预测模型简表Table 3 A prospecting model of the Beizhan marine volcanic iron ore deposit in Hejing county，Xinjiang

3 基于ArcGIS平台的矿产资源评价方法及步骤

3.1 模型建立及信息提取

在充分收集典型矿床有关地质、科研报告和论文、专著等资料的基础上进行综合分析，重点研究分析矿床的成矿地质环境、成矿地质作用、矿床基本特征、矿床成因等，充分收集成矿物理化学条件的研究成果，把宏观和微观成果结合起来进行概括，建立海相火山岩型铁矿预测模型表(表2、3)，建立以ArcGIS空间数据库为基础的预测区提取模型(肖克炎，2007)(表4)。

表4 西天山阿吾拉勒东段ArcGIS空间数据库海相火山岩铁矿预测区提取模型表Table 4 A model of the marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan with ArcGIS spatial databases

图2 西天山阿吾拉勒东段热液影响范围分级图Fig.2 Classification of hydrothermal influence scope of the eastern segment of Awulale，West Tian Shan

3.2 证据图层的确定

本文对研究区进行资源潜力评价时，采用的分析方法引自“ArcGIS在东昆仑西段铁矿资源预测中的应用——以矽卡岩型铁矿为例”一文中的单要素分析方法。对沉积地层、侵入岩、布格重力、断层距离、断层密度、化极异常、原平面异常和断层方向等八个因素进行分析，制作证据图层，因篇幅所限，现仅介绍根据侵入岩、布格重力和沉积地层三个主要影响因素及次要影响因素断层距离所作的证据图层。

3.2.1 侵入岩证据图层

研究区地处塔里木板块与伊犁微板块碰撞对接带部位，阿吾拉勒裂谷系东端。由北向南以尼勒克断裂、查岗诺尔－敦德开勒迪达坂断裂、那拉提北缘断裂为界，纵跨博罗霍洛古生代复合岛弧带、阿吾拉勒石炭系裂谷系、巴仑台－星星峡离散地块三个构造单元，岩浆活动对成矿作用影响显著，结合区内典型矿床研究，认为区内侵入岩为重要的成矿影响因子，需建立证据图层。

根据侵入岩的影响范围不同，对原始侵入岩体做buffer分析，得到连续型栅格数据，重新分类后，得到侵入岩体影响分级证据图层，从而作为一个影响输入因子(图2)。

3.2.2 布格重力异常证据图层

依托西天山阿吾拉勒东段ArcGIS地质数据库，提取布格重力异常单元，进行数据处理，建立布格重力异常证据图层，作为影响因子(见图3)。

3.2.3 沉积地层证据图层

依托西天山阿吾拉勒东段ArcGIS地质数据库，提取沉积地层单元，根据典型矿床研究成果和区域成矿特征，合并筛选成矿相关地层，进行相关单要素空间分析，建立沉积地层证据图层，作为影响因子(见图4)。

3.2.4 断层距离图层

确定断层远近与矿点的空间关系，处理方法:直接对断层线要素类作距离分析，根据野外工作结论，断层距离分析最大距离设定在8km，分析后得到断层距离连续型栅格数据。重分类后，获得用于评价模型的整型栅格数据(图5)。

3.3 证据权(WofE)分析

研究区单因素分析数据基本情况如下:

总面积A:29001.4 km2，划分成等面积(4 km2)的单元数T:7250个，海相火山岩型铁矿床(包括矿(化)点)数量D1:23个，岩浆热液型铁矿床(包括矿(化)点)数量D2:2个，矿(包括矿(化)点)前概率P:0.0009，用于分析的栅格数据像元大小:100m。

3.3.1 侵入岩与铁矿床(包括矿(化)点)空间关系定量评价

侵入岩因素与铁矿床(包括矿(化)点)间的关系主要从岩体影响范围与铁矿床(包括矿(化)点)间的关系进行分析。选择用于综合分析的预测因子，与铁矿床(包括矿(化)点)的关系定量评价结果如下所述。

西天山阿吾拉勒东段侵入岩与铁矿床(包括矿(化)点)的空间关系计算结果见表5和图6。

表5 西天山阿吾拉勒东段铁矿与侵入岩空间关系定量评价表Table 5 Quantitative evaluation of the spatial relation between iron ore deposits and intrusive rocks in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

分析表5可知，侵入岩对铁矿控制作用，主要表现在第2级区间，即距离岩体在0.8～1.6km之间，落入该区间591个单元内的矿床或矿(化)点数有6个，占所有矿床或矿(化)点数的25%，其学生化反差为1.8042，综合权值达到 0.6968，说明对成矿作用影响较大。而其它区间综合权值均为负值。因此，侵入岩应作为海相火山岩型铁矿成矿有利度定量评价的主要影响因素之一。

3.3.2 布格重力异常与铁矿床(包括矿(化)点)空间关系定量评价

采用前述模型中W+、W－、C值以及C值的学生化公式，西天山阿吾拉勒东段布格重力异常与铁矿床(包括矿(化)点)的空间关系计算结果见表6和图7。

分析表6可知，布格重力异常对铁矿控制作用，主要表现在－250～－240区间内，落入该区2007个单元内的矿床或矿(化)点数有12个，占所有矿床或矿(化)点数的48%，其学生化反差最高达2.1993，综合权值达到0.5509，说明布格重力异常对成矿作用影响极大。而其它区间综合权值均为负值。因此，布格重力异常应作为铁矿成矿有利度定量评价的主要影响因素之一。

3.4 预测区的圈定

在单因素分析基础之上，选择与成矿关系密切的因素，在前概率和权值计算基础上按贝叶斯概率(证据权模型)和加权Logistic回归模型进行综合，得到成矿有利度定量评价结果。

表6 西天山阿吾拉勒东段铁矿与布格重力异常组合空间关系定量评价表Table 6 Quantitative evaluation of the spatial relation between iron ore deposits and Bouguer gravity anomalies in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

3.4.1 阿吾拉勒东段铁矿床成矿有利度综合定量评价

依据前述单因素评价结果，根据各因素证据权分析的学生化反差和综合权值的大小及对矿(化)点的控制比例划分各因素对成矿的影响程度(表7)。

表7 单因素因子对成矿有利度影响程度分类表Table 7 Influence degree classification of single factors favorable to ore formation

将主要影响因素和参与评价的次要影响因素分别代入证据权模型和加权Logistic回归模型，得到定量评价结果及相应后概率置信度见图8至图11。

3.4.2 预测区的最终圈定

根据ArcGIS平台下，证据权(WofE)法和加权Logistic回归法圈出的成矿有利区，结合区域地质背景及典型矿床的研究成果，综合考虑地质、物探等多元信息，核实各个成矿有利区的成矿条件，确定最终的成矿预测区。在西天山阿吾拉勒东段，圈出海相火山岩型铁矿预测区见图12。

4 圈定找矿靶区

4.1 找矿靶区级别及编号

主要根据成矿地质条件的优劣，将找矿靶区划分以下三个级别:

A级找矿靶区:成矿地质条件极为有利，找矿标志明显，有已知工业矿床、矿点分布，并有物、化探异常，有扩大规模和找到新矿床的可能。B级找矿靶区:具备有利的成矿地质条件，并有已知矿点、矿化点，有化探异常显示。

C级找矿靶区:具备一定的成矿地质条件，有矿化和化探异常显示。

找矿靶区自北而南、由西向东依次统一编号。

4.2 找矿靶区划分

根据上述找矿靶区划分原则及级别划分标准，研究区共划分出6个找矿靶区，其中A类三个，B类1个，C类2个。

5 结论

表8 西天山阿吾拉勒东段海相火山岩型铁矿找矿靶区评价结果综合特征表Table 8 Comprehensive features of the analysis results for the marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

研究区位于西天山地区的伊犁(中央地块及裂谷带)Fe－Mn－Cu－Pb－Zn－Au－W–U－煤－油气－硫铁矿－白云岩－石英岩成矿带(Ⅲ－10)的阿吾拉勒(裂谷带)Fe－Au－Cu－Pb－Zn－煤－硫铁矿矿带(Ⅳ－10－①)。该工作区以海相火山型铁矿为主，火山岩型铁矿产于大哈拉军山组(C1d)的一套火山岩、火山碎屑岩建造中。典型矿床主要由备战、查岗诺尔、松湖、智博等海相火山岩型铁矿。研究区火山岩型铁矿共圈出6个找矿靶区，各远景区地质矿产特征描述见表8。

5.1 备战海相火山岩型铁矿找矿靶区(ZB－5)

位于伊犁微板块，石炭－二叠纪裂谷内，属伊犁成矿系列阿吾拉勒金、铜、铅锌、铁成矿区。赋矿地层矿区地层为下石炭统大哈拉军山组中基性火山岩及火山碎屑岩建造。矿区共有6个矿体，其中Fe3矿体为主矿体，Fe3矿体总体呈脉状，有分支复合现象。矿体总长度630m，控制深度770m，矿体厚度5.12～139.72m，平均厚度61.85m。

5.2 查岗诺尔海相火山岩型铁矿找矿靶区(ZB－3)

位于伊犁微板块，石炭－二叠纪裂谷内，属伊犁成矿系列阿吾拉勒金、铜、铅锌、铁成矿区。该矿床位于查岗诺尔－智博破火口的西侧，查岗诺尔火山机构的中心地带，赋矿地层为下石炭统大哈拉军山组第三岩性段。铁矿体产于大理岩与钠长斑岩质火山凝灰岩的界面或石榴子石矽卡岩带中，是主要的含矿层位。目前勘查显示东侧矿带规模大，呈南北－北东向环状展布，在长约3km、宽100～200m的石榴石矽卡岩、透闪石矽卡岩带中，共发现大小矿体11个，其中FeI矿体规模最大，长约2130m，矿体总体形态呈厚板状、板状、似层状、透镜状;矿体产状与顶、底板围岩产状基本一致。

［注释］

① 西安地质调查中心.2010.西天山阿吾拉勒成矿带铁矿成矿条件、成矿规律与勘查示范研究报告［R］.

② 董连慧.2010.新疆维吾尔自治区矿产资源潜力评价成果报告［R］.

③ 地矿局212地质队.2005.中华人民共和国区域地质调查报告呼提开勒迪达坂幅(K45E005005)、夏格孜达坂幅(K45E005006)、扎嘎斯坦哈尔恩给幅(K45E006005)、乌鲁木齐牧场幅(K45E006006)［R］.

④ 新疆地质调查院.1998.中华人民共和国区域地质调查报告敦德郭勒达坂幅(K45E005007)、阿古伯日幅(K45E005008)、厄尔格陶勒盖幅(K45E006007)、阿不达尔乔伦幅(K45E005008)［R］.

Che Zi-cheng，Liu Liang，Liu Hong-fu，Luo Jin-hai.1996.Review on the ancient Yili Rift，Xinjiang，China［J］.Acta Petrologica Sinica，12(3):478－490(in Chinese with English abstract)

Chen Jian-ping，Wang Gong-wen，Hou Chang-bo，Tang Ju-xing.2005.Quantitative prediction and evaluation of mineral resources based on GIS in northern segment of Three River(Sanjiang)Region，Southwest China［J］.Mineral Deposits，24(1):15 － 24(in Chinese with English abstract)

Chen Zhe-fu，Liang Yun-hai.1991.Polycylic tectogenesis and plate movement of XinJiang［J］.Xinjiang Geology，9(2):95 － 107(in Chinese with English abstract)

Cheng Shou-de，Wang Yuan-long.1998.Basic characteristics of geotectonic evolution of Xinjiang［J］.Xinjiang Geology，16(2):97 － 107(in Chinese with English abstract)

Chi Shun-du，Zhao Peng-da.1998.Delingating permissive ore-finding area and Preferable ore-finding area by GIS:An example from the prediction of copper deposits in Yujing area Yunnan province［J］.Earth Science-Journal of China University of Geosciences，23(2):125－128(in Chinese with English abstract)

Liu Yan-bin，Gong Xiao-ping，Xue Ying-xi，Chen Bin，Mao Lei.2011.Application of GIS to ore prediction of iron ore resources in the western Segment of the East Kunlun-A case study of skarn-type iron deposits［J］.Geology and Prospecting，47(7):943 － 956(in Chinese with English abstract)

Liu Yan-feng.2008.Application analysis of ArcGIS in groundwater resources evaluation of Gansu Province［J］.Gansu Science and Technology，24(24):73－75(in Chinese with English abstract)

Lu Zong-liu，Mo Jiang-ping.2006.Geological characters and ore genesis of Awulale iron-rich deposit in Xinjiang［J］.Geology and Prospecting，42(5):386－402(in Chinese with English abstract)

Qi Zhi-ming，Wu Qi，Bai Yu-lin.1985.The geologic features of iron ore deposites of tianshan and the prospecting target［J］.Xinjiang Geology，3(4):29 －42(in Chinese with English abstract)

Wei Yong-li，Zhong Mei，Zhang Qiang.2008.Analysis of GIS Development in China［J］.Geospatial Information，6(4):71 － 74(in Chinese with English abstract)

Xiao Ke-yan，Zhang Xiao-hua，Chen Zhen-hui.1999.Comparision of method of weights of evidence and information［J］.Computing techniques for geophysical and geochemical exploration，21(3):223 －226(in Chinese with English abstract)

Xiao Ke-yan，Zhang Xiao-hua，Song Guo-yao，Chen Zheng-hui.1999.Development of GIS-based mineral resources assessments system［J］.Earth Science-Journal of China University of Geosciences，24(5):525－528(in Chinese with English abstract)

Zhao Jun-san，Zhao Yao-long.2000.Research on trends and application prospects of gIS［J］.Engineering of Surveying and Mapping，9(2):21－25(in Chinese with English abstract)

［附中文参考文献］

Michael Zeiler.2004.为我们的世界建模——ESRI地理数据库设计指南［M］.北京:人民邮电出版社:8－56

赵俊三，赵耀龙.2000.GIS发展的最新趋势及其应用前景［J］.测绘工程，9(2):21－25

危永利，钟美，张强.2008.中国GIS发展状况分析［J］.地理空间信息，6(4):71－74

池顺都，赵鹏大.1998.应用GIS圈定找矿可行地段和有利地段—以云南元江地区大红山群铜矿床预测为例［J］.地球可行，23(2):125－128

肖克炎，张晓华，陈郑辉.1999.成矿预测中证据权重法与信息量法及其比较［J］.物探化探计算技术，21(3):223－226

肖克炎，张晓华，宋国耀，陈郑辉，刘冬林，王四龙.1999.应用GIS技术研制矿产资源评价系统［J］.地球科学，24(5):525－528

陈建平，王功文，侯昌波，唐菊兴.2005.基于GIS技术的西南三江北段矿产资源定量预测与评价［J］.矿产地质，24(1):15－24

刘岩峰.2008.ArcGIS在甘肃省地下水资源评价中的应用分析［J］.甘肃科技，24(24):73－75

陈毓川.1999.中国主要成矿区带矿产资源远景评价:全国成矿远景区划综合研究［M］.北京:地质出版社:132－145

祁志明，吴琦，白玉麟.1985.新疆天山铁矿地质特征及找矿远景［J］.新疆地质;3(4):29－43

卢宗柳，莫江平.2006.新疆阿吾拉勒富铁矿地质特征和矿床成因［J］.地质与勘探，42(5):386 －402