潘展超，弓小平，薛迎喜，劉艷賓，劉學(xué)良，宋相龍

(1.新疆大學(xué)，烏魯木齊 830049;2.中國地質(zhì)調(diào)查局資源評價部，北京 100037)

GIS是20世紀(jì)60年代加拿大Tomlinson率先提出的概念(趙俊三等，2000)，爾后各國相繼投入了大量的研究工作，至90年代以來，計算機技術(shù)的不斷發(fā)展以及其它相關(guān)的理論和技術(shù)的完善，使得GIS的研究和應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展(危永利，2008)，尤其處理空間和分析等方面特有的能力，使其在地學(xué)研究與勘查得到了長足的發(fā)展。GIS能最大程度地利用以往積累起來的各類地學(xué)資料，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量地尋找礦產(chǎn)可行地段和有利地段，快速準(zhǔn)確地圈定靶區(qū)，同時進行靶區(qū)優(yōu)選，用盡可能少的投入取得最大的找礦效果。隨著GIS在多元綜合信息成礦預(yù)測方面的探索與成功應(yīng)用，GIS已經(jīng)在礦產(chǎn)預(yù)測中得到廣泛的應(yīng)用和推廣(池順都等，1998;肖克炎等，1999;陳建平等，2005;劉巖峰，2008)。

新疆鐵礦資源豐富，西天山鐵礦成礦帶是我國26個主要鐵礦成礦區(qū)帶之一(祁志明等，1985;陳毓川，1999)，而阿吾拉勒鐵礦帶是西天山重要的鐵礦成礦帶(盧宗柳等，2006)，近來已確定為國家十大重要金屬礦產(chǎn)資源接替基地之一①。阿吾拉勒鐵礦帶位于新疆新源縣境內(nèi)，西天山中部阿吾拉勒山一帶，西起新源縣則克臺鎮(zhèn)西，東至和靜縣的察汗諾爾。本區(qū)鐵礦資源豐富，現(xiàn)已查明有七個大、中型鐵礦床及40余處小型礦床。新疆礦產(chǎn)資源潛力評價②用德爾菲法對該帶2000m以上海相火山巖型鐵礦進行預(yù)測，50%以上概率的預(yù)測資源量為24.5億噸;90%以上概率的預(yù)測資源量15.46億噸。查崗諾爾鐵礦、智博等主要鐵礦床勘查深度多在500m以淺，已初步探明鐵礦石3.3億t以上，且向深部均未封閉。1∶5萬航磁在研究區(qū)內(nèi)共圈定重要航磁異常約62處，可能與鐵礦有關(guān)的航磁異常約39處，找礦潛力巨大。

本文基于ArcGIS平臺，以西天山阿吾拉勒東段鐵礦為例，建立研究區(qū)的空間數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合Arc-GIS空間分析等的功能(劉艷賓等，2011)，開展阿吾拉勒東段鐵礦資源的成礦預(yù)測，為阿吾拉勒成礦帶鐵礦資源的進一步勘探和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)地處塔里木板塊與伊犁微板塊碰撞對接帶部位(陳哲夫，1991;成守德，1998;何國琦，2005)，阿吾拉勒裂谷系東端。由北向南以尼勒克斷裂、查崗諾爾－敦德開勒迪達(dá)坂斷裂、那拉提北緣斷裂為界，縱跨博羅霍洛古生代復(fù)合島弧帶、阿吾拉勒石炭系裂谷系、巴侖臺－星星峽離散地塊三個構(gòu)造單元。

區(qū)內(nèi)地層屬塔里木－南疆地層大區(qū)(車自成，1996)，發(fā)育較齊全，從老到新如下描述(圖1):古元古界大理巖、斜長角閃巖夾黑云片巖、二云片巖、麻點狀斜長角閃巖、細(xì)粒黑云斜長片麻巖，石英巖、石英片巖、黑云千枚巖、黑云斜長片麻巖、絹云片巖，大理巖、石英片巖、變粒巖和石英巖;中元古界長城系珠瑪汗薩依巖組深變質(zhì)巖、石英巖類、云母片巖，千枚巖、變質(zhì)粉砂巖、大理巖類、云英片巖;上泥盆統(tǒng)艾爾肯組濱－淺海相碳酸鹽巖、路源細(xì)碎屑巖;下石炭統(tǒng)艾肯達(dá)坂組安山巖、輝石安山(玢)巖、鐵質(zhì)砂質(zhì)砂屑泥晶灰?guī)r，阿克沙克族火山巖、巨厚層碳酸鹽巖，大哈拉軍山組安山質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、安山巖;中石炭統(tǒng)科古琴山組灰色、灰褐色、灰黃色細(xì)－粗礫巖、中粗砂巖;中二疊統(tǒng)曉山薩依組礫巖、中粗粒巖屑砂巖、薄層粉砂質(zhì)泥巖夾灰色生物屑灰?guī)r;上二疊統(tǒng)鐵木里克組淺灰紅色、暗紅色－磚紅色粗礫巖、細(xì)礫巖;下中侏羅統(tǒng)水西溝組灰黃色硅鈣質(zhì)礫巖、含礫巖屑砂巖。

火山巖較發(fā)育，主要分布于中部鞏乃斯石炭紀(jì)裂谷區(qū)內(nèi)，產(chǎn)出地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組及艾肯達(dá)坂組，其次在東北部上泥盆統(tǒng)艾爾肯組、西南部阿克沙克組、科古琴山組和曉山薩依組等都有少量產(chǎn)出?；鹕交顒邮加谕砟嗯枋?，終于晚石炭世，根據(jù)火山活動的基本特征及其與構(gòu)造運動的關(guān)系，將火山噴發(fā)劃分為2個旋回，即晚泥盆世火山噴發(fā)旋回、早石炭世火山噴發(fā)旋回。以早石炭世火山巖最發(fā)育，火山活動強烈，以噴溢相為主，形成大量的拉斑玄武巖系列、鈣堿性系列的噴溢相熔巖和爆發(fā)相、沉積相的火山碎屑巖類、沉積巖類，晚泥盆世火山巖少量出露，火山活動相對較弱，屬明顯的間歇式火山噴發(fā)，以噴溢相熔巖為主。

侵入巖較為發(fā)育③④，活動較為強烈，以中酸性侵入巖為主，巖石類型有中性閃長類、石英閃長巖類、中酸性英云閃長巖類、花崗閃長巖類、酸性二長花崗巖類、鉀長花崗巖類等，其中以英云閃長巖和二長花崗巖為主，主要沿大構(gòu)造帶分布，具有明顯的分帶性，反映區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖與構(gòu)造活動關(guān)系密切。侵入巖的時代有元古代、晚泥盆世、石炭世、晚二疊世等四期，分為薊縣紀(jì)變質(zhì)侵入巖、青白口紀(jì)變質(zhì)侵入巖、晚泥盆世侵入巖、石炭世侵入巖、晚二疊世侵入巖，又根據(jù)巖漿來源不同分為殼源和混源，其中石炭紀(jì)、二疊紀(jì)為侵入巖發(fā)育的鼎盛時期。

2 典型礦床研究

根據(jù)收集的1∶20萬和1∶25萬區(qū)調(diào)資料及采集野外數(shù)據(jù)等地質(zhì)資料，可總結(jié)出研究區(qū)6個鐵礦礦床的特征(表1)，其中涉及的礦產(chǎn)預(yù)測類型主要為海相火山巖型鐵礦，典型礦床選取備戰(zhàn)鐵礦。

表1 已知礦床(點)特征表Table 1 Features of the known deposits(occurrences)in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan

表2 新疆西天山阿吾拉勒東段海相火山巖型鐵礦典型礦床成礦要素表Table 2 Metallogenic factors of the typical marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan，Xinjiang

表3 新疆和靜縣備戰(zhàn)海相火山巖型鐵礦床預(yù)測模型簡表Table 3 A prospecting model of the Beizhan marine volcanic iron ore deposit in Hejing county，Xinjiang

3 基于ArcGIS平臺的礦產(chǎn)資源評價方法及步驟

3.1 模型建立及信息提取

在充分收集典型礦床有關(guān)地質(zhì)、科研報告和論文、專著等資料的基礎(chǔ)上進行綜合分析，重點研究分析礦床的成礦地質(zhì)環(huán)境、成礦地質(zhì)作用、礦床基本特征、礦床成因等，充分收集成礦物理化學(xué)條件的研究成果，把宏觀和微觀成果結(jié)合起來進行概括，建立海相火山巖型鐵礦預(yù)測模型表(表2、3)，建立以ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的預(yù)測區(qū)提取模型(肖克炎，2007)(表4)。

表4 西天山阿吾拉勒東段ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫海相火山巖鐵礦預(yù)測區(qū)提取模型表Table 4 A model of the marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale，West Tian Shan with ArcGIS spatial databases

圖2 西天山阿吾拉勒東段熱液影響范圍分級圖Fig.2 Classification of hydrothermal influence scope of the eastern segment of Awulale，West Tian Shan

3.2 證據(jù)圖層的確定

本文對研究區(qū)進行資源潛力評價時，采用的分析方法引自“ArcGIS在東昆侖西段鐵礦資源預(yù)測中的應(yīng)用——以矽卡巖型鐵礦為例”一文中的單要素分析方法。對沉積地層、侵入巖、布格重力、斷層距離、斷層密度、化極異常、原平面異常和斷層方向等八個因素進行分析，制作證據(jù)圖層，因篇幅所限，現(xiàn)僅介紹根據(jù)侵入巖、布格重力和沉積地層三個主要影響因素及次要影響因素斷層距離所作的證據(jù)圖層。

3.2.1 侵入巖證據(jù)圖層

研究區(qū)地處塔里木板塊與伊犁微板塊碰撞對接帶部位，阿吾拉勒裂谷系東端。由北向南以尼勒克斷裂、查崗諾爾－敦德開勒迪達(dá)坂斷裂、那拉提北緣斷裂為界，縱跨博羅霍洛古生代復(fù)合島弧帶、阿吾拉勒石炭系裂谷系、巴侖臺－星星峽離散地塊三個構(gòu)造單元，巖漿活動對成礦作用影響顯著，結(jié)合區(qū)內(nèi)典型礦床研究，認(rèn)為區(qū)內(nèi)侵入巖為重要的成礦影響因子，需建立證據(jù)圖層。

根據(jù)侵入巖的影響范圍不同，對原始侵入巖體做buffer分析，得到連續(xù)型柵格數(shù)據(jù)，重新分類后，得到侵入巖體影響分級證據(jù)圖層，從而作為一個影響輸入因子(圖2)。

3.2.2 布格重力異常證據(jù)圖層

依托西天山阿吾拉勒東段ArcGIS地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，提取布格重力異常單元，進行數(shù)據(jù)處理，建立布格重力異常證據(jù)圖層，作為影響因子(見圖3)。

3.2.3 沉積地層證據(jù)圖層

依托西天山阿吾拉勒東段ArcGIS地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，提取沉積地層單元，根據(jù)典型礦床研究成果和區(qū)域成礦特征，合并篩選成礦相關(guān)地層，進行相關(guān)單要素空間分析，建立沉積地層證據(jù)圖層，作為影響因子(見圖4)。

3.2.4 斷層距離圖層

確定斷層遠(yuǎn)近與礦點的空間關(guān)系，處理方法:直接對斷層線要素類作距離分析，根據(jù)野外工作結(jié)論，斷層距離分析最大距離設(shè)定在8km，分析后得到斷層距離連續(xù)型柵格數(shù)據(jù)。重分類后，獲得用于評價模型的整型柵格數(shù)據(jù)(圖5)。

3.3 證據(jù)權(quán)(WofE)分析

研究區(qū)單因素分析數(shù)據(jù)基本情況如下:

總面積A:29001.4 km2，劃分成等面積(4 km2)的單元數(shù)T:7250個，海相火山巖型鐵礦床(包括礦(化)點)數(shù)量D1:23個，巖漿熱液型鐵礦床(包括礦(化)點)數(shù)量D2:2個，礦(包括礦(化)點)前概率P:0.0009，用于分析的柵格數(shù)據(jù)像元大小:100m。

3.3.1 侵入巖與鐵礦床(包括礦(化)點)空間關(guān)系定量評價

侵入巖因素與鐵礦床(包括礦(化)點)間的關(guān)系主要從巖體影響范圍與鐵礦床(包括礦(化)點)間的關(guān)系進行分析。選擇用于綜合分析的預(yù)測因子，與鐵礦床(包括礦(化)點)的關(guān)系定量評價結(jié)果如下所述。

西天山阿吾拉勒東段侵入巖與鐵礦床(包括礦(化)點)的空間關(guān)系計算結(jié)果見表5和圖6。

表5 西天山阿吾拉勒東段鐵礦與侵入巖空間關(guān)系定量評價表Table 5 Quantitative evaluation of the spatial relation between iron ore deposits and intrusive rocks in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

分析表5可知，侵入巖對鐵礦控制作用，主要表現(xiàn)在第2級區(qū)間，即距離巖體在0.8～1.6km之間，落入該區(qū)間591個單元內(nèi)的礦床或礦(化)點數(shù)有6個，占所有礦床或礦(化)點數(shù)的25%，其學(xué)生化反差為1.8042，綜合權(quán)值達(dá)到 0.6968，說明對成礦作用影響較大。而其它區(qū)間綜合權(quán)值均為負(fù)值。因此，侵入巖應(yīng)作為海相火山巖型鐵礦成礦有利度定量評價的主要影響因素之一。

3.3.2 布格重力異常與鐵礦床(包括礦(化)點)空間關(guān)系定量評價

采用前述模型中W+、W－、C值以及C值的學(xué)生化公式，西天山阿吾拉勒東段布格重力異常與鐵礦床(包括礦(化)點)的空間關(guān)系計算結(jié)果見表6和圖7。

分析表6可知，布格重力異常對鐵礦控制作用，主要表現(xiàn)在－250～－240區(qū)間內(nèi)，落入該區(qū)2007個單元內(nèi)的礦床或礦(化)點數(shù)有12個，占所有礦床或礦(化)點數(shù)的48%，其學(xué)生化反差最高達(dá)2.1993，綜合權(quán)值達(dá)到0.5509，說明布格重力異常對成礦作用影響極大。而其它區(qū)間綜合權(quán)值均為負(fù)值。因此，布格重力異常應(yīng)作為鐵礦成礦有利度定量評價的主要影響因素之一。

3.4 預(yù)測區(qū)的圈定

在單因素分析基礎(chǔ)之上，選擇與成礦關(guān)系密切的因素，在前概率和權(quán)值計算基礎(chǔ)上按貝葉斯概率(證據(jù)權(quán)模型)和加權(quán)Logistic回歸模型進行綜合，得到成礦有利度定量評價結(jié)果。

表6 西天山阿吾拉勒東段鐵礦與布格重力異常組合空間關(guān)系定量評價表Table 6 Quantitative evaluation of the spatial relation between iron ore deposits and Bouguer gravity anomalies in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

3.4.1 阿吾拉勒東段鐵礦床成礦有利度綜合定量評價

依據(jù)前述單因素評價結(jié)果，根據(jù)各因素證據(jù)權(quán)分析的學(xué)生化反差和綜合權(quán)值的大小及對礦(化)點的控制比例劃分各因素對成礦的影響程度(表7)。

表7 單因素因子對成礦有利度影響程度分類表Table 7 Influence degree classification of single factors favorable to ore formation

將主要影響因素和參與評價的次要影響因素分別代入證據(jù)權(quán)模型和加權(quán)Logistic回歸模型，得到定量評價結(jié)果及相應(yīng)后概率置信度見圖8至圖11。

3.4.2 預(yù)測區(qū)的最終圈定

根據(jù)ArcGIS平臺下，證據(jù)權(quán)(WofE)法和加權(quán)Logistic回歸法圈出的成礦有利區(qū)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景及典型礦床的研究成果，綜合考慮地質(zhì)、物探等多元信息，核實各個成礦有利區(qū)的成礦條件，確定最終的成礦預(yù)測區(qū)。在西天山阿吾拉勒東段，圈出海相火山巖型鐵礦預(yù)測區(qū)見圖12。

4 圈定找礦靶區(qū)

4.1 找礦靶區(qū)級別及編號

主要根據(jù)成礦地質(zhì)條件的優(yōu)劣，將找礦靶區(qū)劃分以下三個級別:

A級找礦靶區(qū):成礦地質(zhì)條件極為有利，找礦標(biāo)志明顯，有已知工業(yè)礦床、礦點分布，并有物、化探異常，有擴大規(guī)模和找到新礦床的可能。B級找礦靶區(qū):具備有利的成礦地質(zhì)條件，并有已知礦點、礦化點，有化探異常顯示。

C級找礦靶區(qū):具備一定的成礦地質(zhì)條件，有礦化和化探異常顯示。

找礦靶區(qū)自北而南、由西向東依次統(tǒng)一編號。

4.2 找礦靶區(qū)劃分

根據(jù)上述找礦靶區(qū)劃分原則及級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)共劃分出6個找礦靶區(qū)，其中A類三個，B類1個，C類2個。

5 結(jié)論

表8 西天山阿吾拉勒東段海相火山巖型鐵礦找礦靶區(qū)評價結(jié)果綜合特征表Table 8 Comprehensive features of the analysis results for the marine volcanic iron ore deposits in the eastern segment of Awulale of the West Tian Shan

研究區(qū)位于西天山地區(qū)的伊犁(中央地塊及裂谷帶)Fe－Mn－Cu－Pb－Zn－Au－W–U－煤－油氣－硫鐵礦－白云巖－石英巖成礦帶(Ⅲ－10)的阿吾拉勒(裂谷帶)Fe－Au－Cu－Pb－Zn－煤－硫鐵礦礦帶(Ⅳ－10－①)。該工作區(qū)以海相火山型鐵礦為主，火山巖型鐵礦產(chǎn)于大哈拉軍山組(C1d)的一套火山巖、火山碎屑巖建造中。典型礦床主要由備戰(zhàn)、查崗諾爾、松湖、智博等海相火山巖型鐵礦。研究區(qū)火山巖型鐵礦共圈出6個找礦靶區(qū)，各遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)特征描述見表8。

5.1 備戰(zhàn)海相火山巖型鐵礦找礦靶區(qū)(ZB－5)

位于伊犁微板塊，石炭－二疊紀(jì)裂谷內(nèi)，屬伊犁成礦系列阿吾拉勒金、銅、鉛鋅、鐵成礦區(qū)。賦礦地層礦區(qū)地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組中基性火山巖及火山碎屑巖建造。礦區(qū)共有6個礦體，其中Fe3礦體為主礦體，F(xiàn)e3礦體總體呈脈狀，有分支復(fù)合現(xiàn)象。礦體總長度630m，控制深度770m，礦體厚度5.12～139.72m，平均厚度61.85m。

5.2 查崗諾爾海相火山巖型鐵礦找礦靶區(qū)(ZB－3)

位于伊犁微板塊，石炭－二疊紀(jì)裂谷內(nèi)，屬伊犁成礦系列阿吾拉勒金、銅、鉛鋅、鐵成礦區(qū)。該礦床位于查崗諾爾－智博破火口的西側(cè)，查崗諾爾火山機構(gòu)的中心地帶，賦礦地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三巖性段。鐵礦體產(chǎn)于大理巖與鈉長斑巖質(zhì)火山凝灰?guī)r的界面或石榴子石矽卡巖帶中，是主要的含礦層位。目前勘查顯示東側(cè)礦帶規(guī)模大，呈南北－北東向環(huán)狀展布，在長約3km、寬100～200m的石榴石矽卡巖、透閃石矽卡巖帶中，共發(fā)現(xiàn)大小礦體11個，其中FeI礦體規(guī)模最大，長約2130m，礦體總體形態(tài)呈厚板狀、板狀、似層狀、透鏡狀;礦體產(chǎn)狀與頂、底板圍巖產(chǎn)狀基本一致。

［注釋］

① 西安地質(zhì)調(diào)查中心.2010.西天山阿吾拉勒成礦帶鐵礦成礦條件、成礦規(guī)律與勘查示范研究報告［R］.

② 董連慧.2010.新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)資源潛力評價成果報告［R］.

③ 地礦局212地質(zhì)隊.2005.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告呼提開勒迪達(dá)坂幅(K45E005005)、夏格孜達(dá)坂幅(K45E005006)、扎嘎斯坦哈爾恩給幅(K45E006005)、烏魯木齊牧場幅(K45E006006)［R］.

④ 新疆地質(zhì)調(diào)查院.1998.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告敦德郭勒達(dá)坂幅(K45E005007)、阿古伯日幅(K45E005008)、厄爾格陶勒蓋幅(K45E006007)、阿不達(dá)爾喬倫幅(K45E005008)［R］.

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