基于ArcGIS的大比例尺找礦靶區的優選技術*

李 楊 趙新生 陳 川

(1.新疆大學地質與礦業工程學院;2.新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測重點實驗室)

隨著我國多年的礦產開發，如今，依靠單一的地質調查很難進行找礦工作，找礦模式必須采用多元信息集成的方式才能有效進行［1］。礦產勘查中，通常將中小比例尺成礦預測所圈定的找礦有利地段稱為“找礦遠景區”，而將大比例尺的稱為“找礦靶區”。在進行調查區詳查或者在某礦區進行資源量二次詳查的時候，預測區面積通常很小，有時只有幾平方千米。本研究以新疆托克遜縣好運溝銅礦普查區為例，結合使用ArcGIS Desktop 9.3平臺中集成的相關軟件，如 ArcMap、移動 GIS軟件 ArcPad等［2］，探討如何在大比例尺下進行快速有效的找礦靶區優選評價。

1 預測區地質背景

好運溝礦區處于南天山薩阿爾明山的早古生代被動陸緣造山帶東段。構造帶是在前寒武紀基底上于寒武—奧陶紀發展成的非巖漿型被動陸緣，沉積了較厚的陸源碎屑巖建造。泥盆紀初轉入匯聚，有花崗巖鏈生成，匯聚泥盆紀沉積為陸源碎屑巖和中酸性火山巖建造。區內巖漿活動頻繁，加里東期花崗巖位于元古界中天山星星峽群組內，呈巖株或巖枝狀產出。主要巖性為閃長巖、白色片麻狀花崗巖及紅色鉀質花崗巖。華力西期侵入體主要巖性為灰白色斜長花崗巖、淺紅色粗粒斑狀花崗巖及淺紅色二云母花崗巖等。巖體與地層接觸帶上常發育圍巖矽卡巖化及鈹、鎢等礦化作用。硅質巖寬幾米至百余米，沿走向厚度變化大，呈蛇形延伸，產狀嚴格受庫米什東背斜構造及NE向斷裂控制。地表露頭以強褐鐵礦化、黃鉀鐵礬化為特征，硫磺、絹云母化、鉻云母化普遍，沿層理氧化淋濾空洞發育，具蜂窩狀孔穴構造［3］。

該區域的礦產主要分布于3條北西西走向的卡塔尤魯斷裂、阿其克庫都克斷裂和拱拜子斷裂兩側。好運溝礦區東臨彩花溝銅礦，西接彩虹銅礦，東北角還有忠寶鎢礦，這3個礦區前人做過大量工作，為后期的解釋對比工作提供了便利條件。

2 化探巖石測量工作

2.1 野外工作方法

采用1∶10 000化探巖石測量進行全區化探掃面，網度100 m×20 m。首先需要在ArcMap下布置化探采樣點，設置線號、點號［4］;再選擇ArcMap下的ArcPad工具，點擊“Get Data For ArcPad”按鈕將上一步布置好的化探采樣點轉換成ArcPad軟件可以識別的格式;之后導入到安裝好ArcPad軟件、帶有GPS定位的PDA中。本研究所使用的GPS型號是麥哲倫Mobile Mapper CX，帶有二次差分模式，單點定位精度為1 m以內，完全達到此次測量工作的精度要求［5］。本次工作初期，使用該軟件進行了工區的道路追索，結合ArcMap的使用，在路線布置和野外施工中大大降低了地形對工作的影響。

該工區面積約54.2 km2，除去第四系覆蓋、基巖風化較嚴重以及地勢較差等因素的影響，實際采取巖石樣品數量12 930個。將樣品送入化驗室專門進行化學分析鑒定耗時長、成本高，所以樣品分析采用本實驗室的Innov－X5000型X射線熒光快速分析儀進行分析，此次化探工作的重點是為了查清Cu及其指示元素在工作區的地球化學異常分布規律，所以儀器的精度可以滿足要求。儀器檢測完畢后進行數據存儲，存儲文件類型為dbf，可用Excel軟件打開。該儀器存儲的文件為只讀屬性，不能修改，保證了原始數據的可靠性，可將內容復制到新建Excel表中進行編輯［6］。

2.2 化探異常下限的確定

確定化探異常分級首先要確定工作區的化探異常下限。確定化探異常的方法有傳統統計法、穩健估計法、85%累計頻率法和多重分形法等［7］。每個方法各有其優缺點，在實際中要通過對比研究、綜合實驗分析來判斷哪種方法最適合本工區。雖然每種方法各有不同，但實際上都是為了尋找海量數據中的統計規律，人為的數據篩選很大程度都是依靠經驗進行，而有時會忽略一些有利區域，所以本次直接采用軟件對工區化探異常元素進行分級。

整理測量結果表格，使元素分析結果、對應元素取樣位置的線號和點號以及千米網坐標一一對應。首先需要剔除元素分析結果中的未檢出數據，即保留有效數據，之后分析數據中的極高值。例如，Cu元素分析結果數據絕大多數均在700×10－6以下，但出現了1 326×10－6、1 738×10－6、2 517×10－6等結果，進行現場異常查證的時候發現這幾處區域基巖表面均有少量孔雀石化現象。在進行記錄的同時選擇將這幾個點刪除，以避免這種離散點對計算機分級造成影響。全部數據處理可用Excel軟件輕松實現，最終保留Cu、Pb、Zn有效數據分別為9 902、10 031、9 585個。打開ArcMap工具欄中的“Tools”下拉菜單，選擇“Add XY Data”，可以根據提示將整理好的化探數據Excel表格通過千米網坐標以要素的形式加入到ArcMap中，注意坐標系統的選擇要和加入數據的千米網坐標系統一致。然后進行分級:以Cu元素為例，右鍵點擊Cu元素要素，點擊下拉菜單中的“Properties”，選擇彈出窗口中的“Symbology”選項卡，左側選擇按照數量(Quantities)分級，點擊“Classify”按鈕出現數據分級工具(Classification)窗口。其中可以查看數據的基本統計參數，比如平均值、標準差等;可以選擇選擇數據的分級方式、分級數量;也可以手動排除不需要的數據。從工具窗口可以直觀地看出數據符合自然分布規律，系統默認分級規則也為自然分級，這里不妨直接將分級級數設為2，產生的結果即可以當做該元素的異常下限。按照這種分級方式確定出Cu、Pb、Zn 3種元素的異常下限分別為93×10－6、115×10－6、103×10－6。之后可以在“Exclusion”選項中將處于異常下限以下的數據排除，再進行一次分級，將結果作為該元素的異常分級。

2.3 物探靶區的圈定

化探數據處理方法通常是繪制異常元素等值線，由于化探數據不同于物探數據，其數值變化比較劇烈，所以一般先將數據進行網格化處理，平滑數據使計算機能夠較好地進行插值生成地球化學等值線異常圖。但是無論是網格化還是插值處理，其中涉及到的處理方法選擇勢必會帶來人為因素對數據的破壞，插值圖件很多時候也會放大異常，降低異常圈定的準確度。于是，在進行化探異常靶區圈定的時候通常直接采用符號圖，將化探采樣點分析結果以點的形式投到軟件中進行對比分析。這種處理方法大大增加了靶區圈定的準確度。

礦區東部地區Cu、Pb、Zn化探元素異常結果見圖1。為了使異常更加直觀，3種元素的分級方式一致。該區地層南傾，傾角約60°，其中曲線為此區域發育的一條絹英巖巖脈，地層走向與該巖脈基本一致。巖脈兩側出露大量黃鉀鐵礬蝕變帶，同時可以看出Cu、Zn元素異常較集中分布在巖脈附近及南側，Pb元素異常在該區較少。因此結合地表找礦信息，圈定此區域(矩形框)為化探異常靶區，將該區域作為下一步物探工作的重點區域。

圖1 Cu、Pb、Zn元素化探異常分級結果

3 物探測量工作

該區域多金屬礦與硫化物關系密切，在激發極化法物探測量中礦化體與圍巖有較大的電性差異，礦化體表現為低阻高極化或高阻高極化的異常特征，故這一區域尋找多金屬礦化體所采用的物探手段是激發極化法［8］。本次激電工作電極距為1 800 m，網度為50m×20m。同樣采用ArcMap軟件進行工作布置，結合ArcPad工具進行野外施工。

本次激電工作測量結果見圖2、圖3。該工區的正常背景值約為1.4%，本次測量工作的異常背景值為2.21%，異常極化率的極大值為4.64%，剔除異常背景值的剩余值為2.43%，有用異常剩余效應得到充分體現［9］。異常下限確定的方法同樣可以利用計算機實現，根據在該區域工作的經驗確定異常下限為2.0%，剔除低于2.0%的值后對剩余值進行自然分級。可以看出，異常集中在目標區域偏北的部分，西邊異常強度較大，往東逐漸變弱，異常帶南端邊緣與絹英巖帶吻合度較好，異常值出現的部位地表廣泛發育黃鉀鐵帆蝕變。結合激電測量極化率以及視電阻率結果，遵循“低阻高極化”原則分別圈定出3塊較有利的物探異常靶區(圖2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區)。根據此區域以往的工作經驗［10］，激電工作測量結果中的礦質異常極化率通常為1.8% ～3.2%，工區炭質片巖較發育，同樣會引起高極化效應，成規模的炭質片巖的極化率通常比礦質異常要高，Ⅲ區前人有過鉆探工作，推測下鉆依據也為激電異常，由于巖芯保存不善，無法確定其地下情況，但在殘留的巖芯中發現了少量的炭質片巖巖芯，因此基本可以確定Ⅲ區地下存在炭質干擾。因此本次在I區、Ⅱ區不同巖性巖石表面進行了物性測定工作，以期達到排除地表炭質巖性對異常值干擾的目的。測量結果最高極化率值為1.4%，基本可以排除此區域地表的炭質巖性干擾。

圖2 化探異常靶區激電中梯測量極化率點位

圖3 化探異常靶區激電中梯測量視電阻率點位

4 結論

通過本次工作查清了好運溝銅礦普查區全區的巖石地球化學元素異常分布情況;在此基礎上對比地質情況圈定了有利的物探靶區進行工作，基本弄清了物探靶區不同巖性的物性差異以及物探異常分布情況;最后通過對現有已知礦床(工區東邊的彩華溝硫銅礦、西邊的彩虹銅礦)的對比分析，在靶區布置了3個鉆孔位置，極大縮小了整個礦區具有潛力的區域。此套方法的有效性已在東邊彩花溝銅礦區、新疆富蘊地區的工作中得到驗證。

這種利用快速分析儀的化探方法，所得到的元素異常值能夠確定研究區域元素異常分布的統計規律，為后期物探工作提供指導。結合該區的地質條件，進行激電中梯測量，激電異常與地表絹英巖巖脈、黃鉀鐵帆蝕變帶吻合度較好，基本查清了不同巖性的物性差異，為后續更為精細的地質勘探工作提供了地球物理依據。

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