基于Gis证据权重法在祁连山地区铜矿床成矿预测

基于Gis证据权重法在祁连山地区铜矿床成矿预测赵江南陈守余（中国地质大学（武汉）资源学院数学地质与遥感信息研究所430074）摘要：在熟悉祁连山矿床地质背景以及成矿地质规律的基础上，将祁连山研究区划分为10Km×10Km大小的9432个统计单元，对祁连山地区192个铜矿床进行多源地质信息包括地层、岩体、断裂信息的提取，认为祁连山地区铜矿主要有利地层组合为早古生代砂岩，主要与成矿有关的岩体为基性超基性岩，分别代表了不同的铜矿床成矿类型；断裂发育有利于成矿，其中80％的矿床集中在距离断裂2.59Km的范围之内，断裂的密集程度与含矿性呈正相关。利用证据权重法，对研究区铜矿各成矿因素按照权重提取12个证据层，进行全区铜矿床成矿预测。为指导进一步找矿提供依据。关键词：多源地质信息成矿预测证据权重法祁连山铜矿床矿床成矿预测与成矿靶区圈定是建立在各种信息基础之上的，包括地质、物探、化探以及遥感等，每一类又包含了各种来源的信息，例如地质信息又包含地层的、岩体的、构造的信息，化探包括了不同金属元素、岩石化学的信息，物探包含了对研究区运用不同物探方法得出的信息数据，遥感包含不同线环构造的信息等等，因此进行成矿预测的信息来源是多源的。同时，原始信息又是无偏的，包含了各种有利成矿信息与不利成矿信息，而我们进行成矿预测往往要求对有利成矿信息进行提取。因此在地质理论基础之上，通过一定的技术手段将原始信息进行提取与综合评价，提取有利信息组合，通过已知发现未知，是成矿预测与评价的重点。本文以祁连山地区铜矿床为例，运用证据权重法进行综合地质信息提取与成矿预测。一祁连山成矿地质背景：祁连山早古生代南北部不同的区域构造演化特点,造就了不同的区域控矿演化系统。中元古代早期华北地块西南边缘发生大的裂解事件,形成北大河地区朱龙关群中的大规模大陆裂谷溢流玄武岩,造就了金川超大型岩浆铜镍矿床,祁连山中元古代早期这一成矿时期,可能代表一期中国古陆大规模的裂解事件,有核幔边界物质的上升,从而造成金川巨型矿床的形成。早古生代,祁连山壳幔物质的急剧交换,形成了祁连山最具特色的铜、铅锌、钨、金等金属矿床聚集。新元古代末期北祁连开始裂解,拉张至寒武纪形成白银厂式大型铜多金属块状硫化物矿床,奥陶纪北祁连洋扩张的同时开始向北消减,中东段洋洋俯冲形成的成熟岛弧裂解产出黑矿型浪里克中型铜块状硫化物矿床,西段洋陆俯冲形成类似安第斯山的活动大陆边缘,在酸性岩浆作用下形成小柳沟夕卡岩石英脉型钨(铜、钼)矿床[5，6，7]。二证据权法简介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,它采用基于Bayes统计分析模式,通过对一些与矿产形成相关的地学信息图层的加权叠加复合来进行矿产远景区的预测,其数学原理如下:假设研究区被划分成为T个等大小的网格单元,其中有D个网格单元含有已知矿(床)点,上述提取的每个变量看作独立的证据因子(以下称证据因子),对于任意一个证据因子,其对成矿贡献的权重定义为[12，13，14，15]:W+=(/)ln(/)PBDPBDW-=(/)ln(/)PBDPBD式中,W+、W-分别为证据因子存在区和不存在区的权重值,如果原始数据缺失,那么权重值为0;其中B为这个因子存在的网格单元总数,.B为这种因子不存在的网格单元总数。112ln()ln()...nkikkkinDOWODBBB（j=1，2，3….n）W+证据因子存在Wj=W-证据因子不存在0数据缺失根据公式，后验概率为P＝O/(1+O)后验概率P代表了个单元内找矿的有利度,根据后验概率提出找矿远景区。控矿地质因素与矿床产出状态之间的关联性强弱,可以通过正负权的差值大小来度量,即:Cj=W-+W-Cj值大表示该地质标志的找矿指示性好,Cj值小表示该找矿标志的找矿指示性差,若Cj=0,表示该找矿标志对有矿与无矿无指示意义;Cj0表示该找矿标志的出现有利于成矿,Cj0表示该找矿标志的出现不利于成矿[9]。三证据因子选择：3.1有利的地层组合证据层：为确定有利的地层组合,对祁连山地区192个铜矿床(点)和地层文件作相交分析后加以统计,有166个矿床（点）落在地层上，通过对166个矿点的分析，可见大部分矿床（点）出露在早古生代地层，特别是寒武纪和奥陶纪，集中了祁连山地区近一半的铜矿点（图1）。对大型、中型和小型矿床分别赋值125、25以及5，计算单位矿产当量[8]，计算如表1：表1祁连山地区铜矿床信息表Table1ThelistofcopperdepositsinformationinQilianMountainsarea注：单位面积矿产当量＝（大型＊１２５＋中型＊２５＋小型＊５）/面积3.2有利岩体组合证据层祁连山地区的岩体出露广泛，岩体时代从元古代到新生代，岩性从超基性岩到花岗岩。对祁连山地区192个铜矿床(点)和地层文件作相交分析后加以统计,有26个矿床（点）落在地层上，通过对26个矿点的分析，矿床主要分布在基性超基性岩之中。通过对超基性岩做Buffer分析，26个矿床的18个落在超基性的500米buffer区范围之内。含矿岩体时代主要为早古生代岩体。地层年代矿床数矿床总数矿产当量面积/Km2单位矿产当量大型中型小型元古界1221246652259.260.00126早古生界327679729045441.260.00638晚古生界314174046275.830.00086中生代1312165277671.110.000669新生代391230432066.20.00006940102030405060Ar－ptPtTx－QnCh∈OSDD－CCC－PPTKQ-N地层年代矿床个数图1地层含矿性柱状图Fig1Theore－containingstratumofcolumn3.3断裂缓冲区证据层祁连山地区断裂构造发育程度高，且对矿床的控制作用明显，通过Mapgis对断裂buffer分析，可为确定最佳的断层影响带,将铜矿床和断层文件作相交分析并统计金矿床(点)到断层的距离（图2），可见,假如将断层影响带的半径确定为5.65km,则包含了94%的铜矿床(点),但铜矿点出现密集频率较高的区域主要集中在2.59Km范围之内，同时通过对矿床与缓冲区的面积分析，选择2.59Km矿床密度（矿床个数与面积比）为0.000692，而选取5.65Km矿床密度为0.000472，因此选取缓冲区半径为2.59Km作为预测证据层。3.4断裂等密度证据层:已不同断裂密度为自变量，以Cu矿点为应变量，进行证据权重以不同断裂密度为自变量，以Cu矿点为应变量，进行证据权重分析，根据不同断裂密度W+和C值，确定断裂密度大于等于35作为锡铜矿证据权种分析的证据图层，见表2。3.5综合地质变量地层组合熵反映了各单元内地层出露的复杂程度，是地层边界、岩体接触带、构造切割等因素的一个度量；断裂交点数反映了断裂构造的复杂程度，两变量往往与成矿有一定的相关关系。因而构制综合变量：地质复杂度=地层组合熵*（1+断裂交点数），并进行地质复杂度与锡铜矿床（点）相关关系分析，选取地质复杂度大于等于20作为预测证据层，见表3。四建立证据权模型4.1证据层条件独立性检验：应用证据权模型的一个重要的假设是所有的控矿证据层间都是条件独立的。如果一个控矿因素的存在取决于另一个控矿因素，把这两个因素都作为证据层，就会过高或者过低估计后验概率，那么矿产潜力图的结果肯定会受到影响。在实际应用中，违背条件独立的现象多少都有可能发生，并且随着证据层数量的增加而增加。根据前面的工作，结合Gis空间分析功能，提取出与有利于成矿的涵盖地层、构造、岩浆岩个变量13个，做出对13个变量的相关系数矩阵（表4）：断裂等密度W+W-C=51.035-1.6412.675=151.568-0.8232.391=252.17-0.4482.618=352.642-0.1792.821=452.377-0.0182.395地质复杂度W+W-C=201.285-0.7742.05=401.36-0.2561.61=601.291-0.1011.39=801.333-0.0521.38地层组合熵∈3O1∈2O3O2ＳΣＯΣFD35GC=20∈ΣＳν2.59BUF0102030405060700.821.52.595.455.658.4410.83断层分段缓冲区半径(Km）矿床个数图2断层缓冲区含矿性统计直方图Fig2Statisticahistogramoffaultbufferzone表2断裂等密度证据权值Table2Theweightsoffaultdensity表3地质复杂度证据权值Table2Theweightsofgeologycomplexity表4变量相关系数矩阵表Table4variablecorrelationcoefficientmatrix注：FD为断裂等密度，GC为地质复杂度，∈3∈2O1O3O2分别为各地质年代地层面积百分比，ＳΣ、ＯΣ、∈Σ、Ｓν分别为各地质年代岩体面积百分比，2.59BUF为2.59Km缓冲区面积百分比。从上表可以看出，各变量之间的相关性大都较差，但是也有地层组合熵、地质构造复杂度以及2.59千米缓冲区三个变量的相关系数较大，独立性较差，与实际也比较符合，因为研究中构置的地质构造复杂度变量是一个与地层与断裂相关的变量，为了使矿产潜力图更趋事实，因此证据权模型中舍弃地层组合熵变量。4.2证据权模型建立根据各证据权重，提取C值〉2证据并结合独立性检验结果，采用以下12个变量作为成矿预测与靶区的分析证据层：表5综合有利证据证据层Table5WeightparametersofevidencefactorsinQilianMountainsarea变量名称W＋W－C奥陶纪超基性岩地层面积百分比2.939-0.0873.026断裂等密度352.642-0.1792.821早奥陶地层面积百分比2.401-0.352.751早寒武地层面积百分比2.357-0.1172.736志留纪超基性岩地层面积百分比2.592-0.0922.684奥陶纪辉长岩地层面积百分比2.592-0.0452.637早石炭地层面积百分比2.032-0.0182.475晚寒武地层面积百分比2.226-0.1442.37寒武超基性岩地层百分比2.32-0.0062.326晚奥陶地层面积百分比2.137-0.0942.231志留纪辉长岩地层面积百分比2.106-0.0422.148地质复杂度=201.285-0.7742.05五证据权法进行综合信息资源评价证据权重法预测模型是根据已知矿床(点)与各种控矿成矿条件之间的条件概率来确定每种条件的权重值,然后推广到全区,既可以对多金属矿床进行预测,也可以多特定成因矿种进行综合预测[9]。经过研究，研究区共有单元数9243单元，其中有矿单元149，先验概率0.01612。根据成矿有利度的大小和已知矿床（点）的分布情况，以分段后验概率值定量表述成矿预测远景区域（表地层组合熵1.000.120.150.070.080.140.040.070.070.370.050.050.52∈31.000.110.050.040.050.000.430.160.23-0.010.050.20O11.000.130.090.290.060.180.180.17-0.01-0.010.26∈21.000.200.040.000.110.150.080.000.000.08O31.000.010.000.080.090.040.000.000.09O21.000.000.090.080.16-0.01-0.010.18ＳΣ1.000.000.200.100.000.000.07ＯΣ1.000.280.150.180.000.12FD351.000.170.000.030.15GC=201.000.070.110.61∈Σ1.000.000.09Ｓν1.000.072.59BUF1.006）。通过找矿后