基于GIS证据权法的焦家金成矿带综合信息成矿预测

刘汉栋，王巧云，李秀章，陈建平，祝培刚，朱继托，刘 丽

（1．山东省地质调查院，山东 济南250013；2．中国地质大学 （北京）国土资源与高新技术研究中心，北京100083；3．北京市国土资源信息开发研究重点实验室，北京100083）

成矿预测是应用地质理论和科学方法，综合地质、地球物理、地球化学等基础资料获得找矿信息，总结成矿条件和矿体赋存规律，建立矿床模型，圈定不同级别成矿远景区［1］。随着科学技术的发展，成矿预测评价由定性向定量、由二维向三维发展，20世纪80年代以来，地理信息系统（GIS）技术被成功引入成矿预测中，应用GIS技术，提高了矿产资源预测的效率，缩短了资源评价周期，并能定量圈定各级有利成矿区段［2－6］。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［7］。目前国内不同专家、学者对一些主要成矿区带、矿床进行了基于证据权法的矿产资源预测工作，取得了良好的找矿成果［4－5，7－17］。

本文在研究焦家成矿带地质背景和成矿规律的基础上，利用GIS技术进行成矿有利信息分析与提取，建立评价证据指标模型，使用证据权法对金矿进行了成矿预测，指出该区具有进一步的找矿潜力。

1 研究区地质背景

研究区位于胶东半岛西北部，西靠沂沭断裂带，南接胶莱拗陷，北邻龙口断陷盆地和渤海拗陷，东接牟平－即墨构造混杂岩带［18］。古老的前寒武纪变形变质岩系、多期多成因的岩浆活动和以NE－NNE向断裂为主的构造格架，构成了本区金矿的区域成矿地质背景（图1）。

图1 胶东西北部地区地质矿产简图

区域主要控矿构造为招平断裂、焦家断裂和三山岛断裂，断裂总体呈NE走向，与三条主干断裂平行展布的一组近NE向次级断裂发育，少量NW向和近EW向断裂。三山岛断裂倾向SE，焦家断裂倾向NW，招平断裂倾向SE，三山岛断裂和焦家断裂之间及招平断裂东侧的断裂上盘主要地质体为早前寒武纪变质杂岩，由新太古代TTG花岗质片麻岩、变辉长岩（斜长角闪岩）和少量呈残留包体出现的胶东岩群及中太古代唐家庄岩群组成；焦家断裂和招平断裂之间的断裂下盘主要分布侏罗纪玲珑花岗岩，侵入有白垩纪郭家岭花岗闪长岩、伟德山花岗岩、崂山花岗岩和相关的脉岩（煌斑岩、辉绿玢岩、闪长玢岩、花岗质脉岩等）。主干断裂切割了玲珑花岗岩体［19］。

焦家主干断裂及次级低序次断裂（望儿山断裂、河西断裂等）构成控矿构造系统，焦家断裂总体走向30°，倾向北西，大致沿新太古代变质岩系与侏罗纪玲珑花岗岩的接触带分布，但有的地段穿切玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩，破碎蚀变带宽80～200m不等［20］。

在焦家金成矿带上，先后发现焦家、新城、河西、马塘、望儿山、上庄等大型金矿床，近几年先后在成矿带的深部发现寺庄深部、马塘深部、焦家深部等大型－超大型金矿床，矿床成因类型主要为破碎带蚀变岩型，少量石英脉型。

2 成矿有利信息提取

本次研究收集编制了多元地质数据库，包括地质、地球物理、地球化学、矿产勘查数据等。根据成矿条件，基于GIS技术分析了研究区的成矿地质背景和已查明的十余个金矿床的实测数据，从建立的数据库中提取了6个成矿有利证据层。

2．1 构造信息

从构造缓冲区、构造展布特征、构造交汇特征、构造中心对称度等对构造特进行成矿有利信息的提取与分析。

构造缓冲区：焦家主干断裂破碎带发育，是金矿体产出的主要位置，结合研究区实际情况，选取断裂面两侧200m为缓冲区，经统计，87．07%的矿块落在缓冲区内，断裂缓冲区是一个非常重要的预测要素。

构造展布特征：主要包括断裂等密度、断裂频数、主干断裂分析等，这些变量从不同的角度反映线性构造的特征，从中发掘与成矿有关的信息，提取成矿信息是成矿预测的要求。构造等密度反映线性构造发育程度，是断裂长度的加和；构造频数是单元中断裂构造产出的条数，是断裂条数的加和，反映了区域线形构造的复杂程度，体现了区域构造格架的主体特征；主干断裂是指倾向上延深大，平面上延伸长的断裂构造。采用断裂等密度与断裂频数之比来定量化分析主干断裂发育区。其比值大表现为主干断裂的特征。以焦家金矿带为背景，北东向断裂（焦家断裂、望儿山断裂和河西断裂）为焦家金矿带内的主干断裂。图2为研究区内断裂的构造长度、频数玫瑰花图。经统计选取主干断裂值（0．00917，0．01167）的范围作为成矿有利区间（图3）。

图2 研究区构造长度、频数玫瑰花图

图3 主干断裂（长度／频度）分布直方图

构造交汇特征：断裂交汇部位是成矿有利位置，构造交点数代表着单元面积内交点数多少的一个定量指标，经统计选取构造交汇点值为（0．005，1．250）的范围作为成矿有利区间。

构造中心对称度：代表了构造对称的特征。经统计，选取（0．001，0．020）为成矿有利因子，研究区北部有利区间块体周围区域较好的成矿事实预示着南部相似部位具有很好的找矿前景。

2．2 蚀变岩信息

研究区金矿体均赋存于断裂构造所控制的蚀变岩内，蚀变岩的发育空间、形态、产状与断裂带基本一致。本文通过统计已知矿体分布于不同蚀变岩的比例来确定不同蚀变岩对成矿的贡献大小。经统计，研究区内矿体41．38%落在绢英岩化花岗质碎裂岩内，26．88%在黄铁绢英岩化碎裂岩内，16．06%在绢英岩化花岗岩内，5．08%落在变辉长质碎裂岩带内（图4）。可见，绢英岩化花岗质碎裂岩和黄铁绢英岩化碎裂岩是矿体产出的主要蚀变岩。蚀变岩的分布图层可作为成矿有利证据层。

图4 不同蚀变岩中含矿单元图

2．3 成矿有利岩体

研究区内侵入岩主要为古元古代马连庄序列变辉长岩、中生代侏罗纪玲珑序列花岗岩和白垩纪郭家岭序列花岗闪长岩。经统计，研究区内62．26%的金矿体落在玲珑序列内，31．59%矿体落在马连庄序列，6．14%在郭家岭序列（图5），显示玲珑序列和马连庄序列中含矿性较好。

2．4 等间距控矿信息

构造带和构造形迹空间展布的韵律定向性和间距的倍数性是构造距离的两个特点［21］。区内控矿构造的等距性和矿液流动方向及叠加程度导致了矿床呈等距性展布，对指导盲区找矿具有指示性作用［22］。

同产于焦家主干断裂中的新城、东季、焦家、马塘、寺庄等金矿床，虽然它们的规模大小不一，但其矿床成因类型、蚀变岩、矿体形态及产状、矿体侧伏及矿化分带规律都是相同的。卢作祥等［23］在对本区研究后，得出了同一控矿构造带内的矿床（点）具有等距性分布的规律。近年来的研究及新城、望儿山、焦家、马塘、寺庄等金矿床第二富集带矿体的发现表明，这种等距性不只是在走向上，也存在于倾向上。经统计，研究区内93．91%的金矿床落在等间距控矿模型中（图6）。

图5 不同岩体中含矿单元图

图6 焦家金矿带主要矿床分布图

2．5 地球物理成矿信息

将研究区可控源大地音频电磁测量资料与区内已知矿体进行叠加统计分析，发现59．7%的金矿体落在视电阻率值为1000～20000Ω·m的区间，显示视电阻率值1000～20000Ω·m的区间为金矿床有利地球物理异常信息。

2．6 地球化学成矿信息

化探信息是一种直接的找矿信息，是找矿预测中的直接变量［24］。利用研究区钻孔中Au元素分析数据和原生晕化探数据分析单元块的元素异常分布，使用距离反比加权对未知单元块进行Au元素含量插值处理。依据钻孔原生晕化探数据信息，建立 Au、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn等微量元素异常模型，依据元素纵向分带规律确定As、Hg、Sb为矿体头部异常元素；Ag、Au、Zn、Pb、Cu为近矿异常元素；Bi、Mo为矿体尾部异常元素。经统计，钻孔数据覆盖范围内金矿床78．49%落在Au元素异常内，37．77%的金矿床落在元素组合异常内。

3 基于证据权模型的多元综合信息成矿预测

3．1 预测模型的建立

依据成矿地质条件和找矿标志，基于GIS技术的找矿模型和成矿有利信息处理的基础上，对研究区金矿成矿的控矿因素进行了综合分析，总结出与研究区成矿有关的预测变量有14个，包括赋矿岩体（玲珑序列、马连庄序列）、蚀变带（黄铁绢英岩化碎裂岩、绢英岩化花岗质碎裂岩、变辉长质碎裂岩），构造（断裂缓冲区、构造交点数、构造中心对称度、主干断裂）、Au品位及元素组合异常、等间距控矿、视电阻率异常，研究区定量预测模型见表1。

3．2 成矿证据因子分析

本次研究采用证据权法对有利成矿信息和定量预测模型进行综合分析。证据权法是加拿大数学地质学家Agterberg提出的一种地学统计方法，是通过对一些与矿产形成相关的地学信息的叠加复合分析来进行矿产远景区的预测。其中的每一种地学信息都被视为成矿远景区预测的一个证据因子，而每一个证据因子对成矿预测的贡献是由这个因子的权重值来确定的［17］。

依据成矿规律，根据对地质、地球物理和地球化学成矿信息的分析，对研究区的各控矿因素做了综合评定，提取出14个有利证据项：Au元素异常、元素组合异常、变辉长杂岩质碎裂岩、黄铁绢英岩化碎裂岩、等间距控矿、断裂缓冲区、绢英岩化花岗质碎裂岩、断裂、主干断裂、玲珑序列、断裂中心对称度、马连庄序列、视电阻率异常、构造交汇点。针对以上14项，利用MRAS软件进行了证据权法计算。各证据因子的权重值见表2。

对表2数据分析，得出以下4点认识：①研究区Au元素异常和 Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg化探元素组合异常与成矿关系密切，其C值皆大于5；②蚀变碎裂岩与金矿关系密切，变辉长质碎裂岩、黄铁绢英岩化碎裂岩、绢英岩化花岗质碎裂岩其C值皆大于3；③断裂构造作为赋矿部位，与成矿关系密切，等间距控矿、断裂缓冲区的C值大于4，主干断裂的C值大于3，断裂中心对称度C大于2；④赋矿围岩与成矿有一定的关系，其C值大于2。

对14个证据项进行条件独立性检验，在显著性水平为0．05的情况下，上述14个因素基本上满足条件独立性。

表1 焦家金成矿带预测模型

表2 焦家金矿带各证据因子权重值

4 预测区的圈定及验证

依据证据权重分析，计算出各单元含矿预测的后验概率，结合实际地质情况和矿体分布规律，在已有矿区、矿体范围外圈定找矿靶区。研究区内圈定6个找矿预测区（图7）。

1）后坡预测区：位于焦家断裂、望儿山断裂深部延伸部位，浅部为曲家超大型金矿床和焦家深部超大型金矿床，二个矿床主矿体深部尚未封闭。预测模型主要落在玲珑岩体、黄铁绢英岩化碎裂岩以及断裂的200m缓冲区内，预测模型的矿体产状与焦家主干断裂一致，为成矿有利部位。

图7 焦家金成矿带成矿预测图

2）任家预测区：位于焦家断裂深部产状变缓部位，纱岭超大型金矿床的深部，预测模型主要落在马连庄岩体和玲珑岩体的接触带附近，焦家主干断裂的200m缓冲区、黄铁绢英岩化碎裂岩带和绢英岩化花岗质碎裂岩带内，预测模型的矿体产状与焦家主干断裂断裂一致，成矿条件有利。

3）卧龙预测区：位于焦家主干断裂深部，浅部为前陈中型金矿床，预测模型主要落在断裂的200m缓冲区和黄铁绢英岩化碎裂岩内，位于玲珑岩体与马连庄岩体的接触带附近，预测模型的矿体产状与焦家主干断裂一致，有较好的成矿地质条件。

4）綦家预测区：位于焦家断裂南延部位，预测区及附近尚未发现金矿床（点），预测立方块主要落在断裂的200m缓冲区内，位于玲珑岩体与马连庄岩体接触带附近，有视电阻率异常存在，成矿条件较好。

5）龙埠预测区：位于望儿山断裂带的深部，其南侧浅部为望儿山中型金矿床，预测模型主要落在断裂的200m缓冲区和绢英岩化花岗质碎裂岩、玲珑岩体内，预测模型的矿体产状与望儿山断裂大体一致。

6）城子预测区：位于望儿山断裂南延部位，其北部为望儿山金矿床和城北小型金矿床，预测模型主要落在断裂的200m缓冲区、玲珑岩体内，预测模型的矿体产状与望儿山断裂大体一致。

在圈定的后坡预测区内施工1个验证钻孔，在1328．50～1355．30m见到品位大于0．5×10－6的矿化体，视厚度26．80m，圈定矿体3个，主矿体位于孔深1344．61～1349．11m 处，视厚度4．50m，平均品位2．63×10－6，验证结果与预测基本一致。

5 结 论

1）利用GIS技术对研究区开展多源地质找矿信息综合集成分析，提取断裂构造、岩浆岩、物化探异常等与成矿的关系，结合区域成矿地质条件和矿体分布规律，总结出研究区内有利于金矿产出的成矿条件组合，提出了研究区控矿要素为岩浆岩、构造、蚀变带、物探异常、化探异常和等间距控矿等。

2）结合研究区地质特征、区域成矿规律和成矿地质条件，应用基于GIS的证据权法进行多源成矿信息综合预测评价，提出了6个金矿找矿预测区，为研究区勘查工作部署提供了依据。

3）对预测区择优进行钻探验证，在焦家主干断裂的深部发现了主矿体，验证了预测结果。

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