基于地质异常理论的综合信息成矿预测

在木桐沟地区，已经进行过的基础工作主要有1∶ 5万地质填图、1∶ 5万高精度磁法、1∶ 5万水系沉积物(14种元素)等。由于已知矿床点较少，在应用“相似类比”进行成矿预测时遇到了困难。下面以“求异”理论做指导，采用地、物、化、遥多元信息进行大比例尺的成矿预测。

图2-13 夜长坪矿区岩石地球化学异常剖析图

(据胡元第等，1981)

(一)地质异常分析

地质信息是矿产资源预测中重要的信息，各种地质控矿要素的分析提取，有赖于在成矿预测理论的指导下，利用高效的空间分析与处理手段提取出有利的找矿标志，再结合地、物、化、遥信息综合圈定出有利的找矿部位。

地质异常理论是赵鹏大院士20世纪90年代提出的一项找矿理论。“地质异常”是在物质组成、结构构造或成因序次上与周围环境有显著差异的地质体或地质体组合(赵鹏大等， 1991)，一些学者早已指出过矿床产出的部位，尤其是大型、超大型矿床产出的部位与周围无矿或少矿的地质环境有显著差异的事实。苏联学者布加耶茨等(1973)提出:最重要的矿床赋存于地壳中具有最大异常地质结构性质组合的地段，因此，对象的异常组合应该是最有远景的。加利列夫(1982)则认为“工业矿床与相邻地区相比具有特殊和异常的地质特征”。但是，过去人们还是习惯于从研究和分析成矿规律入手去寻求发现矿床的途径，而没有从定量的角度去论及致矿地质异常。

地质异常的定量提取，包括地层、构造、岩浆岩等单项地质异常，综合地质异常，标志组合熵、复杂度异常等显式或隐式的地质异常，并分析各类地质异常及其含矿性评价。

1. 中元古界碎屑岩-碳酸盐岩建造

豫西钼多金属成矿带的赋矿地层为中元古界官道口群、新元古界栾川群，其主要岩性组成为碎屑岩(砂岩、板岩等)和碳酸盐岩(白云岩、大理岩)。斑岩-矽卡岩型钼钨矿最有利的围岩为碳酸盐岩，如赤土店铅锌银矿床的赋矿围岩为栾川群三川组白云岩，而夜长坪钼钨矿的赋矿围岩为官道口群龙家园组白云岩。官道口群成矿元素的地球化学丰度特征多呈正常、富集分布，以龙家园组、巡检司组元素富集程度最高。杜关组、冯家湾组地层中各成矿元素显示出弱的富集。本区中元古界官道口群地层中龙家园组、巡检司组、冯家湾组、杜关组地层是本区找矿的重要层位和标志。

2. 控矿构造

豫西地区构造复杂，与成矿有关的构造主要有近东西向构造、北东向或北北东向构造。这两组构造的交汇部位常常控制了岩浆岩体的侵入和内生金属成矿。本区的岩浆活动亦受北东向和近东西向两组断裂的控制，东部的夜长坪钨钼矿就处于夜长坪-银家沟北东向构造岩浆带内，且北北东向构造具有明显的构造等距律特征。马超营断裂带与南部的河口断裂带为区域性深大断裂，其构造活动为矿液的运移提供了动力和通道。大断裂与其他方向断裂的交汇处，或主断裂的分支断裂，常常是热液成矿的有利位置，有重要的控岩控矿意义(图2-14)。

3. 燕山晚期花岗斑岩岩体

包括研究区在内的豫西钼钨矿床无一例外地受燕山晚期花岗斑岩或斑状花岗岩的控制，往往地表出露的一些小岩体、岩墙在深部有汇聚的趋势，预示深部有大的隐伏花岗岩体产出。在进行成矿预测时，需要根据地质、地球物理(重力、磁法)、地球化学和遥感信息，对隐伏岩体的分布范围进行推断解译。

图2-14 木桐沟地区断裂构造示意图(含高磁解译断裂，断裂交汇处圆点所示)

4. 地球物理信息

研究区大量发育的碳酸盐岩-碎屑岩建造磁性很弱或无磁性，在航磁等值线图或高精度磁法等值线图上，常表现出无磁性或负磁场。而侵入中、新元古代的花岗斑岩体，在与围岩进行交代蚀变时，常形成带有磁铁矿、磁黄铁矿的磁性外壳，形成较强磁性体。

将高磁异常向上延拓2km，明显压制了浅部熊耳群火山岩对应的跳跃磁场，根据高磁垂向二阶导数零值线可推断深部岩体分布范围，间接指示其上部可能有小岩体的分布。如图2-15所示，北部花木峪地区、马超营断裂带两侧，中部马渠沟附近与南部郭家岭附近可能有隐伏花岗质岩体产出。

5. 地球化学信息

研究区1∶ 5万的水系沉积物测量测试元素有As、Sb、Au、Ag、Pb、Zn、Cd、Cu、Co、Mn、W、Sn、Mo、Bi共14种元素，其中与斑岩-矽卡岩型钼钨矿床有直接指示作用的元素有Sb、Au、Ag、Pb、Zn、Cd、Cu、Mn、W、Mo、Bi共11种元素。

基于预测对象为隐伏矿产，有必要采取一些地球化学数据处理方法来增强异常信息。目前增强弱异常的方法主要有子区中位数衬值滤波(史长义等，1999)、衬度异常法、归一化法(刘大文，2004)、多重分形滤波技术(陈永清等，2006)、方位-分维估值法(陈建国等，1998)、小波分析方法(陈建国，1999)、分形插值和分形趋势面法(韩东昱等，2004)等。经多种方法数据处理对比，分形趋势面法在研究区有很好的应用效果。步骤如下:

图2-15 木桐沟地区高磁推测深部隐伏花岗岩体分布示意图

(1)将原始离散数据利用最近点无空值插值方法进行插值获得网格化数据。

(2)利用改进的三角棱柱法计算网格化数据，形成空间曲面的分维值D，D值范围在2～3之间。对于大多数地球化学变量，D值范围在2～2.5之间。

(3)重新对原始离散数据利用公式V=［Va+min×(3－D) +max×(2-D)］/2计算插值点的数值。其中V代表插值点数值;Va代表在数据搜索范围内数据的平均值;max、min为数据搜索范围内的最大值和最小值;D为步骤(2)中的分维值。

分形趋势面法可较好地刻画地球化学变量的空间背景变化规律，其趋势面剩余值则可更合理地反映空间异常信息的分布特征，具有发现和强化弱异常信息的双重功效。使用GEO-EXPL数据处理分析模块中的二维分形处理，对木桐沟地区1∶ 5万水系沉积物14种元素进行了二维分形趋势面插值并求其剩余值，所得各元素异常呈北西、北东走向网络状展布，网结点对应有夜长坪钼钨矿床，元素异常呈现从高温向低温元素的分带。

对研究区1∶ 5万水系沉积物14个元素的数据进行R型聚类分析(图2-16)，从中可以看出Mo、W两种元素之间距离最小，是关系最密切的。在欧式距离为17时，可以分为Mo-W-Sn， Cd-Zn-Ag-Pb-Cu，Co-Mn，Au-Bi-Sd-As四组，在一定程度上反映了从高温元素向中低温元素逐渐过渡的元素分带现象，反映了热液型矿床的元素组合特征。因此，可以将Mo、W、Sn三个元素组合成一个综合异常，形成一张综合异常图(图2-17)。

图2-16 木桐沟地球化学元素R型聚类分析图

图2-17 木桐沟地区分形趋势面Mo-Sn-W综合异常示意图

6. 遥感信息提取

采取掩模+主成分分析+色彩融合+滤波+门限值组合方法提取羟基蚀变和铁染蚀变，羟基蚀变和铁染蚀变的套合区是成矿有利的遥感异常。

(二)成矿预测

地质、地球物理、地球化学、遥感等信息都是成矿地质特征及成矿作用不同侧面的反映， GIS为各种信息的综合提供了有效的工具。笔者最初使用了证据权法，由于预测变量的非独立性和样本太少，得出了有悖该区成矿规律的结果。

对于已知矿床点少的地区，一些学者提出了无模型预测的方法。如“求同”理论指导下的无模型预测(何正伟，1998)、求异理论与无模型预测(朱章森等，1991，1992)、专家证据权重法(丁清峰等，2005)、借用模型法(白万成等，2008)等。郑玉清等(2005)在滇东地区进行铂、钯预测时，将铂、钯地球化学异常与其他地质标志相结合，计算成矿有利信息量和单元信息总量，建立了无模型指导下的定量成矿预测的方法。

地质异常成矿预测方法弥补了基于相似类比理论的“模型”不足，查明地质异常是成矿预测的基础(赵鹏大等，1996)。矿产资源体仅占地壳物质的很少部分，因此它们可被视为由一种或多种地质、地球化学及地球物理异常表征的地质异常现象(陈永清等，2001)。不同尺度的地质异常对应不同的矿产资源域，在地质异常致矿新思路的指导下，运用多学科信息，以非线性科学和高新信息处理技术为手段，以研究圈定不同尺度、不同类型的地质异常为基本途径，逐渐逼近工业矿体，即是地质异常矿体定位预测(赵鹏大等，1998)。其工作方法主要分为两步:第一步是建立地质异常概念模型;第二步是据其概念模型构造资源预测变量，通过对变量的赋值、优化等程序，最终建立数字找矿模型，进行成矿预测(赵鹏大等，1999;陈永清等，1999;夏庆霖等，2001)。

1. 木桐沟地区地质异常概念模型

研究区位于区域性的地质异常——华北板块南缘和北秦岭构造带的结合部位，秦岭造山带的持续活动是区域性的地质异常事件。燕山晚期钾长花岗斑岩岩浆侵入中元古界碎屑岩-碳酸盐岩建造地层中，岩浆的侵入受北东向断裂与近东西向断裂的联合控制。本区矿产资源体的产出受侵入岩岩体、含碳酸盐岩地层建造、北东向构造和近东西向构造等地质异常的控制。这些地质异常能通过遥感异常、地球物理、地球化学异常等显示出来。综上所述，本区内生金属矿床的地质异常模型应为:①隐伏岩体;②北东向构造、近东西向构造;③中元古界碳酸盐岩地层建造;④地球化学异常;⑤遥感地质异常。

2. 矿产资源体潜在地段的圈定

根据研究区地质异常概念模型，选择碳酸盐岩地层(X1)，北东向断裂(X2)，近东西向断裂(X3)，断裂交叉点(X4)，隐伏岩体(X5)，遥感羟基蚀变异常(X6)，遥感铁染蚀变异常(X7)， Mo、W、Sn元素综合异常(X8)，Pb元素异常(X9)，Zn元素异常(X10)构成定量圈定致矿地质异常单元的变量。将研究区划分成1km×1km的456个网格单元。对变量进行二值化处理，0表示该变量在单元内不存在，1表示变量在单元内存在。对于连续的定量变量，如地球化学元素异常，当网格内异常值大于异常下限值，定义为1，否则为0。运用特征分析平方和法确定的成矿有利度方程为:

F=0.190412X1+0.027537X2+0.095527X3+0.037814X4+0.092035X5+0.184615X6+0.159614X7+0.107586X8+0.034905X9+0.069955X10

分别将每个单元中的变量值带入成矿有利度方程，得出每个单元的成矿有利度。将样品按0.1间隔划分为9个数据组，分别计算每组数据的频率及累积频率，绘制累积频率分布图(图2-18)。

根据累积频率分布曲线斜率的变化，以0.7为临界值，共圈定各种规模的致矿地质异常单元9处:马渠沟(I)、石门沟(Ⅱ)、蒋家村(Ⅲ)、夜长坪(Ⅳ)、枣驼岭-后疙瘩(Ⅴ)、三官庙(Ⅵ)、前坪(Ⅶ)、三神庙(Ⅷ)、吾营沟(Ⅸ)，其中异常单元Ⅳ包含本区已知矿床夜长坪钨钼矿(图2-19)。

图2-18 成矿有利度累积频率分布图

图2-19 木桐沟地区找矿有利地段