基于ArcGIS的AHP型成矿有利度分区法 在多金属矿成矿预测中的应用

李本召，高 帅，赵少杰，黄传计

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，河南 郑州 450016； 3.东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆 163318；4. 河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450016)

0 引言

内蒙古二连—东乌旗成矿带是我国重要的多金属矿床集中区之一，具有矿种多、成矿类型多以及成矿作用强等特点[1]。成矿带中段位于阿巴嘎北部地区，是该成矿带最重要的银铅锌矿集区，近些年来先后发现了众多银铅锌矿床与矿点，其中典型矿床有哈达特陶勒盖[2]、高尔旗[3]、莫若格钦[4]、干珠尔善德[5]、阿扎哈达等，矿点有乌兰敖包、萨拉布拉格、塔班陶勒盖等。由于地理位置特殊以及许多矿床资料仍处于商业勘查保密阶段等原因，针对该地区银铅锌矿成矿规律的研究相对较为薄弱，成矿预测研究亦停滞不前[6]。深入研究区内主要矿床成矿地质特征和成矿规律，采用前沿技术手段加强成矿预测研究，无疑对该区银铅锌矿找矿实现进一步突破具有重要意义。

地理信息系统技术(GIS)近些年被广泛应用于综合信息找矿工作中[7-10]，以其强大的数据管理、空间分析以及成图技术能力[11-12]，极大地提高了找矿预测的工作效率。层次分析法(Analytial Hierarchy Process，简称AHP)合理地将定性与定量的决策结合起来，把决策过程层次化、数量化[13]，被广泛应用于解决多因素综合评价问题。近些年，国内外学者尝试将层次分析法应用到成矿预测领域，取得了较好的找矿效果[14-17]。

本文结合地理信息系统技术和层次分析法各自优势，针对研究区第四系覆盖严重，直接找矿线索缺乏的实际情况，在深入总结二连—东乌旗成矿带中段银铅锌矿成矿规律的前提下，首次将基于ArcGIS的AHP型成矿有利度分区法应用于该区银铅锌矿成矿预测评价工作中。该方法以环套理论为基础，运用征集专家评分、构造判断矩阵等技术手段，构建了成矿预测模型，相较于传统成矿预测工作效率低、易出现疏漏且停留在定性评价的特点[18]，新方法具有数据处理能力强、分析全面、定量评价等明显优势，能够为今后在该区取得更多找矿突破提供科学支撑。

1 研究区地质背景

研究区位于阿巴嘎旗北部，紧邻中蒙边界，大地构造位置为兴蒙造山带东段，得尔布干断裂带和二连—贺根山缝合带之间(图1)，具体位置为查干敖包—东乌珠穆沁旗深断裂以北的查干敖包—奥尤特—朝不楞构造岩浆岩带中部[19]，具有多阶段演化特征。

区内地层分属东乌珠穆沁旗—博克图分区达来小区，出露地层为大面积的更新世玄武岩和第四系沉积物，新生代以前地层主要有奥陶系、志留系及泥盆系。侵入岩发育，以泥盆纪、石炭纪、二叠纪花岗质侵入岩为主，局部有燕山期白垩纪岩体在深部发育(图2)。

图1 研究区大地构造位置略图Fig.1 Geotectonic location map of the study area

图2 二连—东乌旗成矿带中段地质图Fig.2 Geological map of the central section of Erenhot - East Ujimqin Banner metallogenic belt

受蒙古—鄂霍茨克造山带造山作用的影响，区内断裂构造以NE向为主，次为NW—NNW向，前者贯穿整个区域，后者形成时期较晚，将前者错断，两者控制了整个区域的构造格局，主构造及次级构造为成矿阶段的含矿热液提供了运移通道和储矿空间，与银铅锌矿床的产出有着密切联系，而在矿床形成之后，后期的构造活动使矿体形态、位置等发生变化，局部甚至对矿体产生了破坏作用。

干珠尔善德银铅锌矿蚀变绢云母40Ar/39Ar年龄测定以及哈达特陶勒盖银铅锌矿深部碱性长石花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年等研究成果表明，研究区银铅锌矿床成矿时代为晚侏罗世至早白垩世(145.9～125.6 Ma)[20]。哈达特陶勒盖岩体主量元素R1-R2、微量元素以及A型花岗岩等构造环境判别研究，进一步表明了区内金属成矿作用多与蒙古—鄂霍茨克造山带后造山伸展过程有关，其构造位置属于晚中生代蒙古—华北联合板块的北缘，在区域性伸展构造作用下，深源与表生物质大规模汇集，丰富的成矿物质和地热流体、良好的运移通道和储矿空间，为中低温充填型热液脉状银铅锌矿提供了优良的成矿条件。

2 典型矿床地质特征及成矿规律

本次工作过程中，对区内主要矿床地质特征、矿体特征以及找矿标志等进行了对比分析(表1)。

研究区内银铅锌矿成矿规律如下：

1)根据干珠尔善德和哈达特陶勒盖矿区成矿时代研究成果，认为研究区内银铅锌矿床的形成与晚侏罗世至早白垩世发生的A型花岗岩岩浆活动及成矿作用密切相关。

2)金属矿物和脉石矿物的出现顺序表明，矿床的形成经历了三个期次的含矿热液活动，是多期次含矿流体叠加在成矿有利地段的综合结果。

3)银铅锌矿床受控于NE向、NW—NNW向主断裂及张性次级断裂，断层控矿特征明显。

4)矿体主要分布于泥鳅河组中，受地层裂隙及岩性孔隙度影响显著。

表1 研究区内典型银铅锌矿床地质特征对比Table 1 Comparison of typical geological characteristics of Ag-Pb-Zn deposits in the study area

5)不同矿区的主要成矿元素、矿体形态、矿石特征以及围岩蚀变类型等特征均十分相似，且矿床成因均属于中低温充填型热液脉状银铅锌矿。

3 成矿有利度主控因素分析

3.1 成矿预测模型设计

通过对典型矿床地质特征的对比分析，将研究区AHP成矿预测模型划分为3个层次(图3)。成矿有利度评价是最终目的，将其作为模型目标层(A层次)；赋矿地层、控矿构造、化探异常以及物探异常等找矿主要标志，是解决问题的中间环节，作为模型的准则层(B层次)；各具体的主要控制因素构成模型的决策层(C层次)，通过对该层次各指标的决策，最终可完成成矿预测的目标。

3.2 主控因素权重值的确定

运用“专家评分”方法，征集相关地勘单位专家以及高校研究学者意见，对各主控因素在研究区成矿预测中的影响程度进行打分，并经过两两比较建立成对比较矩阵。以MATLAB为工具，通过层次单排序及一致性检验和层次总排序及一致性检验，最终可以确定决策层11个影响成矿有利度的主控因素权重值(表2)。

表2 成矿主控因素权重值排序Table 2 Sorting table of the weight value of main ore-controlling factors

4 层次分析法成矿预测模型的应用

4.1 数据归一化

为避免各主控因素因量纲的不同而造成不可比性，使数据库数据具有统计价值且便于分析，本文采用公式(1)将各主控因素属性库数据进行归一化计算[24]：

(1)

式中：Ai为归一化后数据，a和b分别为归一化范围下限和上限，本文取0和1，x为归一化前数据。min(xi)和max(xi)分别为各主控因素量化值的最小值和最大值。

4.2 成矿有利度概念

为能够综合反映各主控因素对于成矿预测的贡献，在研究区成矿地质特征基础之上，建立了成矿有利度MFD(Metallogenic Favourability Degree)模型(公式2)[25]，在拟合调参、满足评价精度之后，通过对它的计算，能够反映出某一位置成矿可能性的大小。

(2)

= 0.0833f1(x，y)+0.0461f2(x，y)+

0.0915f3(x，y)+0.1183f4(x，y)+

0.0768f5(x，y)+0.0953f6(x，y)+

0.1143f7(x，y)+0.0814f8(x，y)+

0.1026f9(x，y)+0.1014f10(x，y)+

0.0890f11(x，y)

式中：MFD为成矿有利度；Wk为主控因素权重值；n为影响因素的个数；x，y为地理坐标；fk(x，y)为第k个主控因素量化值的归一值。

4.3 成矿有利度阈值的确定

利用ArcGIS10.2平台，将11个成矿预测主控因素信息数据以单因素归一化专题图的形式显示出来，经叠加、重建拓扑后，形成涵盖所有主控因素数据信息和新的拓扑关系的叠加图。叠加形成的属性数据库包含了3062个栅格的属性数据，同时能够获得每个栅格的成矿有利度数值。对成矿有利度数值进行统计分析，作成矿有利度统计频率直方图(图4)，根据研究区已发现矿床(点)分布情况，确定分区阈值为0.081、0.154、0.201。

4.4 成矿有利度评价专题图

根据成矿有利度阈值，将研究区划分为4个区域：成矿有利区(MFD≥0.201)、成矿较有利区(0.201>MFD≥0.154)、成矿一般有利区(0.154>MFD≥0.081)和成矿不利区(MFD<0.081)。在ArcGIS中进行分级处理，最终生成成矿有利度评价分区图(图5)。

4.5 模型拟合

为检验成矿有利度模型是否合理，本文引入成矿有利度拟合率P(MFD)，将研究区内截至目前所发现的8个矿床或矿点位置与成矿有利度分区图进行叠加拟合(公式3)[26]，计算出矿床或矿点位置落在成矿有利区和成矿较有利区的百分率为100%，表明成矿有利度模型符合客观实际，能够满足成矿预测评价精度要求。

图4 成矿有利度统计频率分布曲线Fig.4 Statistical frequency distribution curve of MFD

(3)

式中：P(MFD)为成矿有利度拟合率；DF为落在成矿有利区或较有利区的矿床(点)个数；DS为研究区内已发现矿床(点)总数。

5 结果分析与评价

由图5可见，成矿有利区主要分布在三个区域：

1)第一处位于研究区西南部，哈达特陶勒盖—干珠尔善德—高尔旗一线，是成矿有利区分布最集中区域。该处出露岩性为中下泥盆统泥鳅河组砂岩、变质砂岩，含矿热液运移至近地表该套地层内，随着fO2的明显增高和pH值的骤变，使络合物的稳定性遭到破坏，有利于Ag、Pb、Zn元素的富集沉淀。NW向、NE向主体构造交错，近SN、近EW向次级张性裂隙发育，为含矿热液提供了运移通道，并为矿体形成提供了储矿空间。Ag、Pb、Zn元素化探异常发育，套合性较好，浓集中心明显。低电阻高极化率异常较发育，且与化探异常吻合程度较高。布格重力异常边部梯级带在该区东侧穿过，显示出具有较好的成矿地质环境。

2)第二处位于研究区中部偏西区域，塔班陶勒盖一带，成矿有利区具有分布零散、规模较小的特点。该处出露地层以宝力高庙组为主，次为铜山组，是研究区内次要赋矿地层。该处断裂构造较发育，为成矿作用提供了良好的运移通道。布格重力异常梯级带在此处穿过，对应的剩余重力异常多为正负交接带，显示出该处地质环境变化剧烈，是成矿作用的间接反映。Ag、Pb、Zn元素化探异常较发育，且套合性较好。

图5 研究区成矿有利度评价分区图

3)第三处位于研究区中南部，乌兰敖包—莫若格钦—萨拉布拉格一线，具有受泥鳅河组地层控制明显、呈线性串珠状分布的特点。泥鳅河组砂岩孔隙为成矿热液提供了运移通道和赋存空间。布格重力异常梯级带与该区分布位置严格吻合，显示出该区域成矿地质背景均较优越。断层交汇部与Ag、Pb、Zn元素化探异常吻合程度较高。低电阻高极化率异常在阿扎哈达与萨拉布拉格中间区域较发育。

成矿较有利区分布特征与有利区呈相关性，主要分布于成矿有利区的外围，成矿有利度各主控因素吻合程度相对高或各主控因素数值相对高。在高尔旗东南部具有较大规模分布，受更新世玄武岩大面积覆盖的影响，该处虽然化探异常不发育，但激电中梯测量成果显示，低阻高极化异常较发育，布格重力异常梯级带在该处穿过，配合可控源测量工作成果，显示出该处地质特征对于成矿较有利。

成矿一般有利区零散分布于研究区各处，成矿有利度各主控因素吻合程度相对低或各主控因素数值相对低。其中以中部偏西区域规模最大，主要为单元素化探异常与断层或布格重力异常梯级带叠加区域。

研究区其余大部分地区为成矿不利区，成矿有利度各主控因素数据值低或未见成矿有利信息，根据目前地质资料，在这些区域实现找矿突破的可能性较低。

6 结论

通过对研究区地质背景、典型矿床特征以及成矿规律的系统研究，首次运用基于ArcGIS的成矿有利度分区法进行了银铅锌多金属矿成矿预测，将研究区划分为成矿有利区、成矿较有利区、成矿一般有利区和成矿不利区。通过拟合分析，证明成矿预测模型符合客观实际，能够满足评价精度要求。

本次研究方法对于范围较大、预测指标繁杂、覆盖严重、直接找矿线索较少的预测区具有明显优势，使处理数据量巨大、关系复杂的找矿信息智能化、可视化，将专家的经验与数学逻辑算法有效结合，使定性问题实现定量决策，使多源找矿信息利用更充分，预测范围更精确。

研究认为，将内蒙古二连—东乌旗成矿带中段银铅锌矿找矿工作重点放在成矿有利度各主控因素套合更好的成矿有利区和较有利区，能够有效降低勘查风险，节省勘查成本，提高找矿工作效率。