贵州锰矿多元综合信息成矿预测

魏　巍， 陈建平， 向　 杰

(1.中国地质大学(北京)，北京100083； 2.北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)



贵州锰矿多元综合信息成矿预测

魏巍1,2， 陈建平1,2， 向 杰1,2

(1.中国地质大学(北京)，北京100083； 2.北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)

随着找矿难度日益增大，应用地、物、化、遥等资料进行多元信息综合成矿预测是现今找矿工作的重要趋势。以贵州锰矿预测研究为例，在研究区域成矿地质背景下，总结成矿规律特征，在GIS平台上对多元化资料进行有利成矿信息的分析提取，采用证据权模型进行找矿信息的综合，对有利成矿远景区进行圈定，最终对贵州省的锰矿勘查工作提出指导性建议。

锰矿；GIS；证据权模型；多元信息；成矿预测；贵州

0　引　言

现今找矿难度越来越大，矿产勘查已进入找深部矿和隐伏矿的阶段，传统的找矿方法很难有所突破，应用地、物、化、遥等资料的多元信息综合矿产预测方法应运而生。随着GIS技术的发展与成熟，应用多元信息综合矿产预测评价取得了良好的效果。陈建平等(2010)、丛源等(2013)基于对成矿多元信息的提取与区域成矿条件的定量分析，采用特征分析、证据权等方法与GIS技术的综合分析，对西南“三江”地区铜多金属资源潜力进行了预测评价，提出了找矿靶区，为找矿工作奠定了基础。王江霞等(2014)利用最新的成矿预测理论和矿产资源勘查与评价技术方法，基于GIS技术平台对冀东地区的沉积变质型铁矿床进行了多元信息的提取和分析，总结其成矿规律，圈定了找矿远景区，实现了对冀东地区沉积变质型铁矿资源的综合预测评价。此外，诸多学者在其他地区应用GIS技术进行综合信息成矿预测也取得了丰硕的成果(陈建平等，2008，2011；佘宏全等，2009；孙岩等，2010；张伟等，2010；黄照强等，2011；赵增玉等，2012；李胜苗等，2013；申维等，2014；胡中乔等，2015)。

以贵州省锰矿为研究对象，广泛收集地、物、化、遥等资料，基于研究区域地质背景、成矿规律及特征，以地质异常致矿、综合信息矿产评价理论为指导，利用GIS平台进行多元信息分析提取与综合矿产预测研究，圈定锰矿远景预测区，为指导贵州锰矿勘查开发提供科学依据。

1　区域地质概况

研究区大地构造位置位于华南板块中扬子地块与华夏地块之间的江南造山带西南段(舒良树，2012；杨坤光等，2012)，地跨“一块两带”，即上扬子陆块、江南造山带和右江造山带。区内有着漫长的地质演化历史和多期次的构造变形，如新元古代罗迪尼亚(Rodinia)超大陆开始裂解，产生较强烈的岩浆活动(郑永飞，2003)，使华南地块与其余的罗迪尼亚超大陆分离(朱介寿等，2005；Li et al.，1999)；华夏地块与扬子地块之间南华裂谷作用开始(王剑等，2001)，为贵州锰矿形成创造了优越的成矿地质条件。截至2012年底，全省累计发现大型锰矿床2个，中型锰矿床12个，小型锰矿床及锰矿(化)点数十个。

贵州地层出露齐全，从中元古界蓟县系—第四系均有出露，以大量发育的海相沉积岩和丰富的古生物化石为主要特色，赋存有丰富的煤、磷、铝、锰等沉积矿产。中、新元古代以海相陆源碎屑沉积为主，夹少量火山碎屑岩及碳酸盐岩；古生代—晚三叠世中期，沉积物主要由海相碳酸盐岩夹碎屑岩组成；晚三叠世晚期以后全为陆相河湖沉积。省内经历了多期次的构造运动，构造变形强烈。前人研究表明，区内发育的5条深大断裂(垭都—紫云断裂、贵阳—镇远断裂、三都断裂、遵义断裂、赫章—遵义断裂)将全区分割为6个主要构造变形单元，此外多期次的构造活动造成区内发育大量的褶皱、断裂构造，对锰质的运移、富集及锰矿的空间展布起了控制性作用。省内岩浆岩主要为峨眉山玄武岩，分布于贵州西部，少量分布于贵州东北部梵净山区的细碧岩-石英角斑岩、黔西南镇宁及望谟—罗甸一带的偏碱性玄武岩以及黔东北和黔东南产于青白口系近底部的基性火山岩，其中峨眉山玄武岩与遵义式锰矿的形成有密切联系。

2　成矿规律及特征

贵州是全国锰矿的重要产地之一，主要为早南华世大塘坡式海相沉积型锰矿和中二叠世茅口期遵义式海相沉积型锰矿，还有极少量的第四系风化淋积型锰矿。大塘坡式锰矿主要分布在黔东北松桃—铜仁地区，黔东南黎平—从江地区也有少量产出；遵义式锰矿主要分布在黔北遵义地区，少量分布于黔西水城—纳雍地区。贵州锰矿产出时代相对比较集中，基本都分布在早南华世大塘坡期和中二叠世茅口期，分别对应大塘坡式锰矿和遵义式锰矿。大塘坡式锰矿是罗迪尼亚超大陆裂解过程中，伴随着南华裂谷盆地的形成及演化与岩浆活动作用，在一系列次级拉张断陷小盆地中发生的古天然气渗漏而导致锰矿大规模形成的一次沉积事件(周琦，2008)。因此，大塘坡式锰矿在空间分布上明显受古断裂的控制(刘巽锋等，1989；周琦等，2012)。而遵义式锰矿是在峨眉山地幔柱强烈活动的背景下，由于地幔柱的上升作用(何斌等，2006)引起贵阳深断裂、紫云—垭都深断裂的活动，导致海底喷流出富含硅锰质的热液流体在演化过程中的产物。

3　多元信息的分析提取

在研究区域地质背景与成矿规律特征的基础上，系统收集了关于研究区的多元地质信息，包括区域数字地质图(1∶20万、1∶5万)、岩相古地理图(1∶25万)、区域重力资料(1∶20万)、区域航磁资料(1∶10万等)、区域地球化学资料(1∶20万、1∶5万)和矿产数据库等，利用GIS平台进行多元信息的分析提取。

3.1岩相古地理条件

岩相古地理条件对沉积型锰矿的形成具有决定性的作用，沉积环境、含锰岩系的发育等对于沉积型锰矿的预测都具有实际意义。本次研究从贵州省内不同锰矿预测区的角度来阐述沉积型锰矿的岩相古地理条件。

图1　贵州省早南华世沉积岩相古地理略图1-陆相；2-浅海棚相；3-浅海盆地相；4-海湾相；5-河湖相；6-海滨相；7-锰矿预测区；8-锰矿点；9-海侵方向Fig.1　Simplified palaeogeographic map showing the Early Nanhuan sedimentary lithofacies in Guizhou Province

3.1.1岩相古地理松桃—铜仁预测区(大塘坡式锰矿)古地理位置位于上扬子滨浅海地带，主要为水体较浅、坡度平缓的海滨相、海湾相和浅海陆棚相环境。而含锰岩系为南华系大塘坡组第一段，主要由黑色炭质粉砂质页岩、炭质页岩、含锰黏土岩和菱锰矿等组成，反映了封闭缺氧的滨海-浅海陆棚的沉积环境，且由于滨岸水下隆起的存在，还出现了海湾环境(图1)，其中海湾相分布于大塘坡、大屋及黑水溪一带，是区内大中型锰矿的主要成矿地带。锰矿主要呈层状和枕状产于大塘坡组第一段底部，分布于西溪堡—下屋坪及瓦屋—锁溪等地的浅海陆棚相带内的锰矿稳定性差，常被含锰炭质页岩取代，局部含薄层和透镜状菱锰矿，而松桃盘信、铜仁牛郎、大兴、坝黄、茶店等地之大片区域目前未见锰矿信息。从江预测区锰矿产出不多，基本为小型矿床和矿化点。

遵义预测区(遵义式锰矿)古地理位置属于碳酸盐台地的台沟沉积环境(图2)，发育着大量的碳酸盐岩和黏土岩，含有丰富的古生物化石。台沟中心是工业矿体重要的赋存相带，含矿地层为中二叠统茅口组第三段，主要为灰色黏土岩，含锰灰岩夹菱锰矿层。由台沟中心相向台沟边缘相过渡时，岩性逐渐过渡为单一块状、角砾状硅质岩组合，或者为硅质岩夹泥灰岩、泥质灰岩组合，锰矿体厚度逐渐从厚变薄至尖灭，工业矿体较少甚至没有产出。水城预测区锰矿不太发育，主要为一些小型矿床或矿化点，工业价值较小。

图2　贵州省中部及西南部中二叠世茅口晚期沉积岩相古地理略图1-深水开阔陆棚相；2-台缘斜坡相；3-台地边缘；4-开阔台地相；5-台沟相；6-锰矿点；7-锰矿预测区Fig.2　Simplified palaeogeographic map showing the late Maokou Stage sedimentary lithofacies of Middle Permian in middle and southwestern Guizhou Province

3.1.2含锰岩系贵州已知沉积型锰矿都产于特定的层位，严格受地层层位的控制，含锰岩系主要为早南华世大塘坡组第一段(大塘坡式锰矿)和中二叠世茅口组第三段(遵义式锰矿)。前者岩性为黑色炭质粉砂质页岩，夹少量薄层硅质岩；后者为含锰黏土岩、含锰灰岩组合，两者皆含有丰富的化石。

遵义式锰矿是在峨眉山地幔柱强烈活动的背景下，由于地幔柱的上升作用(何斌等，2006)，引起贵阳深断裂、紫云—垭都深断裂的活动，导致海底喷流出富含硅锰质的热液流体在演化过程中的产物。峨眉山地幔柱活动形成了一条自云南经贵州水城、纳雍、黔西到遵义的北东向黔中台沟，即纳雍—瓮安大断裂。在遵义台沟形成海底喷流，带来大量富硅、富锰的流体，与海水混合，形成热海水，在海解作用下，沉积富锰硅质岩及碳酸盐锰矿，共同构成含锰岩系。之后海底喷流出富含硅、锰质热液流体，沿着次生裂隙通道运移，在遵义台沟形成喷流，其中的锰质在热海水的渗入作用下不断析出，进入弱碱性的海水中发生锰质矿物沉淀，富含硅的流体形成硅质岩体，由于地壳的升降运动，硅质岩体暴露出海平面，在强烈的化学风化作用下，淋滤、溶解出大量的锰质，进入到弱碱性的海水中发生沉淀，形成富锰硅质岩及碳酸盐锰矿；遵义台沟西部早期喷发的玄武岩，在强化学风化作用下，淋滤出来的铁、锰质向遵义台沟迁移、富集形成锰矿体。

3.2构造对控矿的制约

贵州省内断裂特别发育，呈复杂网状交错，本次研究只讨论成矿前和成矿期断裂对锰矿形成和展布的影响，成矿后断裂没有太大意义。古构造是沉积作用、沉积建造和沉积锰矿的重要控制因素。大塘坡式锰矿地区自元古代以来经历了多期次构造运动，特别是随着罗迪尼亚超大陆裂解，在区内形成一系列北东、北北东向的堑-垒构造，受北东组古断裂的控制，而北东向的古断裂控制沉积成锰盆地，是后期大量成矿物质的聚集沉淀之有利场所，亦是继承性控制锰矿沉积的有利环境，古构造往往控制着沉积盆地的分布，同时亦控制着锰矿床的分布。而遵义式锰矿地区锰矿分布于遵义台沟内，分别处于黔北台隆东部的遵义断拱凤冈北北东向构造变形区、六盘水断陷威宁北西向构造变形区。发育有紫云—垭都深断裂和纳雍—瓮安深断裂、盘县—师宗深断裂等，这些断裂影响该区火山活动、沉积作用、成矿作用和矿产分布(陶平等，2005)。

可以看出，断裂对贵州省沉积型锰矿的物质来源、锰质的迁移富集以及锰矿体的展布等都起到了很重要的作用，选取断裂等密度、断裂优益度和构造复杂度3个证据因子讨论研究区断裂构造对成矿的制约。

断裂等密度是指单位面积内断裂长度的加和，经已知矿点与断裂等密度叠加统计发现，约54.2%的矿点落在[19.00，21.75]和[21.75，24.50] 2个区间，因此选取这2个区间作为研究区断裂等密度的有利区间(图3)。

图3　断裂等密度有利区间叠加矿床(点)Fig.3　Superposition of favorable space of fault density with deposits (spots)

断裂优益度是线性构造(断裂)两两之间的夹角与线性构造方位的控矿度加权的构造密度的量度，反映研究区构造方向成矿的优越性，高值区多为成矿的有利地段(董庆吉等，2010)。经矿点与断裂优益度叠加统计发现，约62.5%的矿点落在[10.00，11.50]和[14.50，16.00] 2个区间内，因此选取这2个区间作为研究区断裂优益度的有利区间(图4)。

构造复杂度是指单位面积断裂的条数(不考虑方向)，反映断裂构造发育程度对成矿的影响。经统计，构造复杂度为[2.594，2.875] 区间的矿点约占56.25%，因此选取该区间作为研究区锰成矿的有利因子(图5)。

图5　断裂构造复杂度有利区间叠加矿床(点)Fig.5　Superposition of favorable space of fault structural complexity with deposits (spots)

3.3地球物理信息

3.3.1布格重力异常贵州省布格重力异常呈现从东到西逐渐减小的趋势特征。全国较大的重力梯级带大兴安岭—太行山—武陵山重力梯级带和龙门山重力梯度南沿部分分别呈南北向贯穿全省的东西两边；省中部布格重力异常表现为向东弯曲的“V”字形重力梯级带。从布格重力异常图上看，预测区锰矿点分布在布格重力异常梯度带上,且一般在有一定转折及变缓的边部的重力梯级带上。布格重力异常梯级带反映莫霍面陡变带或断裂带，梯级带转折及变缓表明地层、构造在一定的地质活动中变化与陡度较大的重力梯级带之间有所不同，或地质活动前后时期变化不同，从而引起该区地层密度变化与周边的差异。锰矿点沿这些构造带边部分布，可能是由于构造对锰矿形成与富集环境起到了一定的控制作用。

通过对已知锰矿点文件与布格重力异常面文件进行点对区相交分析，然后按双属性分类统计矿点个数，结果有81.25%的矿点落在布格重力值为(-146～-132)×10-5、(-104 ～-62) ×10-5m/s2的区间内，表明2个布格重力异常区间对锰的成矿最为有利。因此，选取这2个区间作为研究区的布格重力成矿有利异常区间(图6)。

图6　布格重力异常叠加矿床(点)Fig.6　Superposition of Bouguer gravity anomaly with deposits (spots)

3.3.2剩余重力异常大塘坡地区锰矿点分布在正负重力异常交界、零值线附近，多数矿点落在剩余负值异常区和剩余重力异常平缓区域，且多在正负剩余异常相交的边界或零值线附近。遵义地区锰矿点分布在剩余异常零值线附近、重力值变化较弱的区域。结合地质资料解译预测区重力构造特征，锰矿床点周边布格重力异常梯级带由断裂构造引起，锰矿点大多沿重力推断的南北向隐伏断裂分布，同时，预测区内重力推断有隐伏基性—超基性岩体分布。

利用已有锰矿点文件与剩余重力异常面文件进行点对区相交分析，然后按双属性分类统计矿点个数，结果显示剩余重力异常值为(-2～1)×10-5m/s2区间内矿点的个数占总矿点数的79.55%，表明该剩余重力异常区间最有利于锰的成矿，因此选取该区间作为研究区对成矿有利的剩余重力异常区间(图7)。

图7　剩余重力异常叠加矿床(点)Fig.7　Superposition of residual gravity anomaly with deposits (spots)

3.4地球化学信息

地球化学异常反映地表或近地表区域内成矿元素的富集程度，是一种直接的找矿标志。将已知锰矿点与研究区内Mn元素化探异常图进行相交分析，统计发现大约有79.2%的矿点落在Mn元素化探异常范围之内。因此，将Mn元素地球化学异常信息作为研究区成矿预测因子(图8)。

图8　锰化探异常叠加矿床(点)Fig.8　Superposition of Mn geochemical anomalies with deposits (spots)

4　基于多元信息综合的矿产预测

在研究区域地质背景和锰矿成矿规律的基础上，利用GIS技术平台对收集的多元信息进行分析提取，将提取的成矿有利信息进行综合，从而达到成矿预测的目的。采用证据权重法对上述提取到的有利成矿信息进行综合研究，从而进行矿产资源预测评价。证据权重法是加拿大数学地质学家Agterberg(1989)提出的一种基于二值图像的地学统计方法，通过对矿产形成有关的多元地学信息的叠加复合分析进行矿产资源预测评价和成矿远景区的圈定(Bonham-Cater et al.，1989；Carranza，2004；De Quadros et al.，2006)。其中每一种地学信息都被看作成矿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都是由这个因子的权重值来确定的。

在此基础上，选择大塘坡组地层、茅口组地层、断裂等密度、断裂优益度、构造复杂度、布格重力异常、航磁异常、剩余重力异常、Mn化探异常等17个证据因子，在MRAS软件上进行证据权重法的计算，在对各有利图层进行条件独立性检验(Agterberg et al.，2002)之后，各证据因子权重计算结果如表1，并得到成矿后验概率等值线图(图9)，即为证据权预测评价的结果。后验概率的值在0～1之间，其值的大小表示成矿概率的大小。

表1　贵州省沉积型锰矿预测主要证据层权值参数

图9　 贵州省沉积型锰矿预测后验概率等值线图Fig.9　Posterior probability contours of the sedimentary manganese deposit prediction in Guizhou Province

由表1可以看出，证据因子1、4、13、14的C值均大于2，表明与锰的成矿有非常密切的联系；其次证据因子3、5、6、7、9、12的C值介于1和2之间，与成矿的关系较为密切。依据图9，结合研究区实际成矿情况，大致划分出6个成矿远景区。后验概率等值线图的高值区与贵州省内已知矿床(点)的分布具有良好的空间吻合性，表明本次预测具有良好的准确程度，预示贵州省内具有较大的沉积型锰矿找矿潜力。应当注意，划分的部分成矿远景区虽然没有发现相关矿床(点)，但这并不意味着没有找矿潜力。

5　结　论

(1) 利用计算机技术从地质、物探、化探、遥感等多元信息中提取成矿有利信息，在GIS平台下进行有利成矿信息的综合分析，采用证据权法进行矿产资源预测，可以取得良好的预测效果，这应是矿产资源预测与评价技术方法发展的一个重要趋势。

(2) 综合分析预测结果，贵州省具有良好的锰矿找矿前景。运用证据权模型圈定了6个成矿远景区，结果表明，约66.7%的已知矿床(点)位于成矿远景区内，说明了本次矿产预测的准确性，同时也表明在已知矿区的外围仍然具有良好的找矿潜力。

(3) 结合贵州省区域地质背景、成矿地质条件和成矿特征来看，大塘坡式(大塘坡组)锰矿与遵义式(茅口组)锰矿仍然是贵州省今后的主要勘查类型。

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Manganese deposit prediction in Guizhou Province based on multivariate comprehensive information

WEI Wei1,2, CHEN Jianping1,2, XIANG Jie1,2

(1. School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences (Beijing)， Beijing 100083, China； 2. Key Laboratory of Land and Resources Information Research & Development in Beijing， Beijing 100083， China)

With the increasing prospecting difficulty, the application of comprehensive geological，geophysical，geochemical and remote sensing information in metallogenic prediction is an important trend of the present prospecting work. Taking the manganese ore prediction in Guizhou as an example, this work summarized the metallogenic regularity characteristics based on the regional metallogenic geological setting, and extracted multivariate information on the GIS platform. In addition, we used the weights of evidence modeling to integrate the comprehensive information and predict the favorable prospecting areas. We also put forward some constructive suggestions on the exploration of manganese deposit in Guizhou Province.

manganese deposit; GIS； weights of evidence model； multivariate information； metallogenic prediction； Guizhou Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.469

2016-06-06；

2016-07-18；编辑：陈露

中国地质调查局全国锰矿预测研究基金项目(1212014051501)

魏巍(1993—)，男，硕士研究生，矿产普查与勘探专业，研究方向为矿产资源预测与评价，E-mail：574215246@qq.com

P612; P618.32

A

1674-3636(2016)03-0469-08