基于ArcGIS的河南某金礦區(qū)成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

趙亞蓓 時(shí)建新 蘇衍坤

（1.河南測(cè)繪職業(yè)學(xué)院測(cè)繪工程系，河南鄭州450015；2.中鐵七局集團(tuán)第一工程有限公司，河南洛陽(yáng)471001；3.濟(jì)南測(cè)繪地理信息中心，山東濟(jì)南250014）

隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)采強(qiáng)度日益增大，部分礦山資源日漸枯竭，為提高礦山資源儲(chǔ)量，有必要進(jìn)一步提升深部成礦預(yù)測(cè)效率［1-4］。近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入探索，不少有價(jià)值的成礦預(yù)測(cè)理論被提出。如依托研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和成礦規(guī)律的傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論［5］、適用于大型礦床以及超大型礦床的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論［6］、“礦床成礦系列”的相關(guān)礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論［7］、“成礦系統(tǒng)”的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論［8］，此外還有成礦模式等礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論［9］等。本研究以河南省某金礦區(qū)為例，針對(duì)該礦區(qū)地層、巖性特征，基于ArcGIS軟件，并采用C語(yǔ)言進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)的成礦預(yù)測(cè)流程分為數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建、模型信息提取、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)4個(gè)部分，通過(guò)將系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果與礦區(qū)已有信息進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所構(gòu)建系統(tǒng)的預(yù)測(cè)效果。

1 成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本研究成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括4個(gè)步驟，分別為數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建、模型信息提取、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)（圖1）。數(shù)據(jù)模型建立是基于礦區(qū)的基本地質(zhì)條件以及勘探數(shù)據(jù)等資料，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、可視化技術(shù)等技術(shù)構(gòu)建研究區(qū)的二維數(shù)據(jù)庫(kù)和三維數(shù)據(jù)庫(kù)［10］。預(yù)測(cè)模型構(gòu)建部分設(shè)計(jì)分為兩個(gè)步驟，首先建立理論模型，然后依據(jù)理論模型建立礦區(qū)預(yù)測(cè)模型。模型信息提取部分主要包括研究區(qū)地層信息提取、巖漿巖信息提取、構(gòu)造信息提取、與找礦相關(guān)的物理信息提取、與找礦相關(guān)的化學(xué)信息提取、與找礦相關(guān)的遙感信息提取。

根據(jù)上述思路，基于ArcGIS軟件平臺(tái)，采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)界面如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)模型和預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

2.1 數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建分為3個(gè)步驟，首先收集研究區(qū)域的基本地質(zhì)條件以及勘探數(shù)據(jù)等資料，然后建立數(shù)據(jù)庫(kù)，最后建立子數(shù)據(jù)庫(kù)之間的關(guān)聯(lián)度。

（1）資料收集與分析。資料收集包括收集研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)、物化數(shù)據(jù)等原始資料。地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取是通過(guò)地質(zhì)圖文件資料、平面圖文件資料、地質(zhì)勘查報(bào)告文件資料、鉆探以及探槽的記錄文件資料等分析總結(jié)實(shí)現(xiàn)。此外，前期需要收集的原始資料還包括研究區(qū)的物理信息資料文件、化學(xué)信息資料文件、與找礦相關(guān)的遙感信息資料文件等［11-12］。資料分析是將所獲得的原始資料中成礦預(yù)測(cè)所需的信息進(jìn)行篩選，將篩選后的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類，并對(duì)各類數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換等基本處理。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建。數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建包括兩部分，一是建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，二是建立模型數(shù)據(jù)庫(kù)。空間數(shù)據(jù)庫(kù)的主要作用是將前期收集到的所有信息進(jìn)行統(tǒng)一化管理，建立時(shí)將收集和分析后的數(shù)據(jù)信息在同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行輸入，形成具有統(tǒng)一文件格式的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。模型數(shù)據(jù)庫(kù)是將不同的數(shù)據(jù)信息根據(jù)不同的方式進(jìn)行輸入，最終形成3個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)，分別為基本子數(shù)據(jù)庫(kù)、二維子數(shù)據(jù)庫(kù)、三維子數(shù)據(jù)庫(kù)?；咀訑?shù)據(jù)庫(kù)是由研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)、物化數(shù)據(jù)等原始資料組成，包括地質(zhì)圖文件資料、平面圖文件資料、地質(zhì)勘查報(bào)告文件資料、鉆探以及探槽的記錄文件資料、研究區(qū)物理信息資料文件資料、研究區(qū)化學(xué)信息資料文件資料、研究區(qū)與找礦相關(guān)的遙感信息文件資料等。二維子數(shù)據(jù)庫(kù)主要是由成礦預(yù)測(cè)所需要的研究變量組成，包括研究區(qū)含礦量等地層信息特征、研究區(qū)構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)等構(gòu)造信息特征、研究區(qū)巖體頂面構(gòu)造等巖體信息特征等［13-14］。三維子數(shù)據(jù)庫(kù)主要利用三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中塊體均具有三維屬性信息，如研究區(qū)地表模型、研究區(qū)構(gòu)造三維模型、研究區(qū)地層三維模型等。

（3）邏輯關(guān)系建立?；咀訑?shù)據(jù)庫(kù)作為原始信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，是二維子數(shù)據(jù)庫(kù)和三維子數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。二位數(shù)據(jù)庫(kù)和三維數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的階段性成果，二者之間具有一定的補(bǔ)充性，且二者之間可以相互驗(yàn)證，如圖3所示。

2.2 預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

本研究預(yù)測(cè)模型構(gòu)建分為兩個(gè)步驟，首先建立理論模型，然后依據(jù)理論模型建立礦區(qū)預(yù)測(cè)模型。理論模型是在目前現(xiàn)有的成礦預(yù)測(cè)理論以及方法的前提下，基于前期資料和已構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)，分析總結(jié)得到研究區(qū)域的成礦規(guī)律以及找礦標(biāo)志等具體信息，該信息的集成與構(gòu)建過(guò)程即為理論模型構(gòu)建過(guò)程。本研究理論模型主要包括研究區(qū)成礦環(huán)境信息集成、成礦系統(tǒng)信息集成、成礦條件信息集成、異常系列信息集成、成礦過(guò)程信息集成、礦床變化信息集成、礦床保存信息集成、礦化系列信息集成等步驟。

本研究礦區(qū)預(yù)測(cè)模型要素主要包括基于文獻(xiàn)資料總結(jié)出的控礦因素、找礦標(biāo)志等，如表1所示。

根據(jù)表1，首先進(jìn)行研究區(qū)成礦預(yù)測(cè)變量提取，然后利用權(quán)重法計(jì)算各個(gè)變量的權(quán)重，最后進(jìn)行成礦有利度計(jì)算，公式［15-17］為

F(X)=a1X1+a2X2+a3X3+ … +anXn，

式中，F(xiàn)(X)為成礦有利度；X1,X2,…,Xn為成礦預(yù)測(cè)變量出現(xiàn)的概率；a1,a2,…,an為各變量的權(quán)重系數(shù)；n為變量數(shù)量。

根據(jù)成礦有利度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)靶區(qū)圈定，并進(jìn)一步確定預(yù)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)成礦有力利度上限和下限，當(dāng)研究區(qū)域的有利度數(shù)值小于下限時(shí)，該靶區(qū)成礦條件不利，應(yīng)舍棄；當(dāng)該區(qū)域的成礦有利度大于下限且小于上限時(shí)，該靶區(qū)成礦條件較好，可進(jìn)一步開(kāi)展成礦潛力研究；當(dāng)該區(qū)成礦有利度大于上限時(shí)，該靶區(qū)成礦條件非常好，值得進(jìn)一步部署工作進(jìn)行勘探研究。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

河南省某金礦區(qū)資源豐富，區(qū)域內(nèi)主要的巖石有新太古代片麻巖（包括閃長(zhǎng)質(zhì)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)等）、中元古界長(zhǎng)城系等［18-19］。區(qū)域內(nèi)出露巖石多為侵入巖，比如二長(zhǎng)花崗巖、石英二長(zhǎng)巖等。區(qū)域內(nèi)主要構(gòu)造為褶皺構(gòu)造，且其南北為褶皺帶［20-21］，使用本研究成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建的構(gòu)造實(shí)體模型如圖4所示。

研究區(qū)巖漿巖較發(fā)育，尤其是區(qū)域北側(cè)巖漿巖為原來(lái)含有金礦的新太古時(shí)期的變質(zhì)雜巖經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用形成的巖漿巖，故Au含量較高，對(duì)于進(jìn)一步進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)具有很好的指向性。

3.2 成礦預(yù)測(cè)

3.2.1 預(yù)測(cè)變量提取

根據(jù)河南省某金礦區(qū)的具體情況，進(jìn)行礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)變量提取。通過(guò)前期資料收集、數(shù)據(jù)模型建立以及理論模型建立，從中可以分析出化探因素異常的面積和侵入巖（酸性）的面積占比較大，該物探異常對(duì)于成礦預(yù)測(cè)的影響較大，所以選擇變量1到變量8作為預(yù)測(cè)變量（表2）。某個(gè)區(qū)域內(nèi)的Au重砂異常存在時(shí)，該區(qū)域賦存有金礦的概率很大，所以這項(xiàng)指標(biāo)提取為預(yù)測(cè)變量，如表2中的變量8。區(qū)域內(nèi)是否存在斷裂構(gòu)造以及是否發(fā)現(xiàn)過(guò)金礦都可以作為區(qū)域金礦預(yù)測(cè)的標(biāo)志，故選擇這兩個(gè)指標(biāo)為預(yù)測(cè)變量，如表2中變量9和變量10。

3.2.2 變量要素的權(quán)重系數(shù)計(jì)算

本研究計(jì)算的表2中的預(yù)測(cè)變量的權(quán)重系數(shù)見(jiàn)表3。

3.2.3 成礦預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)成礦預(yù)測(cè)模型首先對(duì)研究區(qū)的每個(gè)單元進(jìn)行了成礦有利度計(jì)算；然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行初步篩選，當(dāng)成礦有利度小于1.19時(shí)，表示該區(qū)域的成礦潛力不理想，予以舍棄；最后對(duì)留下的單元進(jìn)行成礦潛力劃分，分為成礦潛力最大的單元、成礦潛力較好的單元、成礦潛力一般的單元3個(gè)級(jí)別。本研究設(shè)置的成礦有利度下限和上限分別為2.51和3.83。當(dāng)計(jì)算結(jié)果大于上限3.83時(shí)，表示該區(qū)域成礦潛力最優(yōu)，故定義為A級(jí)別，如表4中T01、T02、T03、T08、T10、T11、T12等；當(dāng)計(jì)算結(jié)果大于下限2.51且小于上限3.83時(shí)，表示該區(qū)域成礦潛力較好，故定義為B級(jí)別，如表4中T05、T06、T07、T09等；當(dāng)計(jì)算結(jié)果小于下限2.51且大于可開(kāi)發(fā)的最低有力度1.19時(shí)，表示該區(qū)域成礦潛力一般，故定義為C級(jí)別，如表4中T04。

研究區(qū)所圈定的靶區(qū)分布如圖5所示。

本研究靶區(qū)圈定結(jié)果和分布范圍與研究區(qū)已有的靶區(qū)圈定信息吻合性較好，表明本研究構(gòu)建的系統(tǒng)用于成礦預(yù)測(cè)具有一定的效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種新的成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)設(shè)計(jì)流程分為數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建、模型信息提取、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)4個(gè)步驟。通過(guò)收集研究區(qū)基本地質(zhì)條件以及勘探數(shù)據(jù)等資料，構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行了理論模型預(yù)測(cè)模型構(gòu)建。以河南省某金礦區(qū)為例，通過(guò)預(yù)測(cè)變量提取、權(quán)重系數(shù)計(jì)算、成礦有利度計(jì)算，圈定了找礦靶區(qū)，通過(guò)與研究區(qū)已有的信息進(jìn)行對(duì)比，兩者吻合性較好，反映出本研究構(gòu)建的系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源成礦預(yù)測(cè)有一定的適用性。