山東膠東金礦綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測

王海芹，陳 莉，劉繼梅，王秀鳳

（1. 山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東·濟(jì)南 250013；2. 國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東·濟(jì)南 250013；3. 山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東·濟(jì)南 250013）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的勘查與開發(fā)形勢也發(fā)生了翻天覆地的變化，找礦難度日益加大，找礦對象已從露頭礦、淺部礦和易識別礦轉(zhuǎn)變?yōu)殡[伏礦、深部礦及難識別礦。隨著找礦難度加大，應(yīng)用新理論新技術(shù)新方法提高成礦預(yù)測水平和找礦效果，最大限度地減少地勘投入風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)找礦工作重大突破。

綜合信息成礦系列預(yù)測是王世稱等提出來的基于綜合信息分析的一種預(yù)測方法[1-5]。理論基礎(chǔ)是指應(yīng)用能夠反映礦床形成、分布規(guī)律和控礦因素的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感地質(zhì)等一系列方法所獲得的有關(guān)信息對礦產(chǎn)資源體所作的預(yù)測工作。其核心是通過合理地進(jìn)行地質(zhì)、物探、化探、遙感等綜合信息解譯，揭示成礦規(guī)律，用間接成礦信息代替直接成礦信息，指導(dǎo)找礦工作。

本次研究通過綜合信息解譯和編制礦產(chǎn)預(yù)測圖，提取控礦信息，從具體控礦條件出發(fā)，建立實(shí)用的找礦模型去預(yù)測找礦靶區(qū)；強(qiáng)調(diào)以地質(zhì)體為單元，定性研究與定量分析相結(jié)合，通過直接成礦信息與間接找礦信息相關(guān)聯(lián)和合理轉(zhuǎn)換，達(dá)到礦產(chǎn)預(yù)測的目的。綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測以找礦模型為基礎(chǔ)，以計算機(jī)技術(shù)為工具，以各種數(shù)學(xué)模型為手段，充分開發(fā)各類礦產(chǎn)地質(zhì)資料蘊(yùn)含的成礦信息，有利于實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源立體化預(yù)測,提高礦產(chǎn)預(yù)測的科學(xué)性。綜合信息礦產(chǎn)預(yù)測側(cè)重于定位預(yù)測，因此能夠提供普查勘探靶區(qū)，便于及時開展靶區(qū)查證工作。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于沂沭斷裂帶以東，膠東半島中北部地區(qū)。按照板塊構(gòu)造的劃分，該區(qū)大地構(gòu)造區(qū)劃屬華北板塊（Ⅰ級）之膠遼隆起區(qū)（Ⅱ級）和秦祁昆造山系之秦嶺—大別—蘇魯造山帶（Ⅱ級）二個Ⅱ級大地構(gòu)造單元的結(jié)合部位。而研究區(qū)主要位于膠遼隆起區(qū)（Ⅱ級）之膠北斷隆（Ⅲ級）和膠萊拗陷（Ⅲ級）二個Ⅲ級構(gòu)造單元中，尤其是膠北斷隆內(nèi)（圖1）。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的制約，區(qū)內(nèi)沉積建造、構(gòu)造運(yùn)動、巖漿—火山活動和各種礦產(chǎn)的形成均受其控制。

圖1 膠東地區(qū)大地構(gòu)造位置Fig.1 The tectonic location in Jiaodong area

膠北斷隆區(qū)以前寒武紀(jì)結(jié)晶基底為主，基底有中太古代唐家莊巖群、晚太古代膠東巖群、古元古代荊山群、粉子山群和中元古代芝罘群，新元古代蓬萊群；在中生代斷陷盆地內(nèi)有白堊紀(jì)萊陽群、青山群和王氏群分布；在龍口斷陷盆地中有古近紀(jì)五圖群碎屑巖系及含煤巖系，但未在地表出露；在山前平原區(qū)和沿海地區(qū)有第四系展布。

區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動強(qiáng)烈而頻繁，所形成的侵入巖區(qū)內(nèi)基巖面積的50%以上。總體呈近東西或北東向展布的巖基、巖株、巖瘤狀產(chǎn)出，具規(guī)模性的多群居聚集形成復(fù)式巖體。巖石類型齊全，從超基性－酸性者均有，尤以中酸性、酸性者規(guī)模大、分布廣。形成時代自中太古代至新生代均有見及，其中以中生代燕山期侵入巖最發(fā)育，棲霞TTG巖系、玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗巖與金礦息息相關(guān)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，以NE-NNE向?yàn)樽睿睎|向次之，另外尚有北西及近東西向斷裂，前二者系金控礦（容礦）構(gòu)造，它們均表現(xiàn)出多期性、繼承性和力學(xué)性質(zhì)的不同和轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)。

2 預(yù)測技術(shù)

地、物、化、遙、礦化等多源地學(xué)信息是進(jìn)行綜合信息成礦預(yù)測的基礎(chǔ)。成礦預(yù)測的途徑是變地質(zhì)問題為數(shù)學(xué)問題。這種研究的思路就是把地質(zhì)標(biāo)志或地質(zhì)現(xiàn)象都視為地質(zhì)變量，尋求地質(zhì)變量之間的內(nèi)在關(guān)系，并用一定的數(shù)學(xué)公式描述變量之間的關(guān)系。地質(zhì)變量是指某地質(zhì)標(biāo)志或地質(zhì)現(xiàn)象隨著空間位置變化而取不同數(shù)值的信息，也稱為統(tǒng)計變量。地質(zhì)變量的研究包括變量的選擇、提取、轉(zhuǎn)換和賦值以及優(yōu)化篩選等方面。

2.1 地質(zhì)變量的選擇

礦產(chǎn)預(yù)測中，地質(zhì)變量的提取是正確使用變量的關(guān)鍵，是變量提取、轉(zhuǎn)換和賦值的基礎(chǔ)。在研究區(qū)成礦規(guī)律、控礦條件、找礦模型研究的基礎(chǔ)上，選擇單元成礦的因素，針對各個預(yù)測單元提取不同時期變質(zhì)地層、沉積地層；不同方向的斷裂構(gòu)造、構(gòu)造發(fā)育程度；不同時期巖漿巖巖性；重力場強(qiáng)度、類型；磁場強(qiáng)度、類型；地球化學(xué)單元素異常、地球化學(xué)元素組合異常；礦化類型；重砂異常等自變量，通過影響成礦的各類信息來提取預(yù)測單元的變量。本次研究選擇原始變量分類，見表1。

表1 原始變量分類Table 1 Original variable classification

（1）地層變量的選擇

研究區(qū)內(nèi)地層變量的選擇主要根據(jù)區(qū)內(nèi)與金礦形成密切相關(guān)的地層：地層出露相對零星。新太古代膠東巖群呈殘留體和包體零星分布于玲瓏花崗巖體中，新太古代膠東巖群被認(rèn)為是膠東金礦的原始礦源層、新太古代片麻巖套構(gòu)成膠東地區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖系、古元古代荊山群、粉子山群。共選擇地層變量2個，一是古元古代粉子山群，二是古元古代荊山群。

（2）侵入巖變量的選擇

研究區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動劇烈而頻繁，巖石類型尤以中酸性、酸性者規(guī)模大、分布廣，與區(qū)域成礦具有極為密切的關(guān)系。其中以中生代燕山期侵入巖最發(fā)育，玲瓏花崗巖、郭家?guī)X花崗巖與金礦息息相關(guān)，共選擇侵入巖變量10個，見表2。

（3）斷裂構(gòu)造變量的選擇

研究區(qū)內(nèi)北北東—北東向斷裂構(gòu)造是預(yù)測區(qū)尤為突出的一組線性構(gòu)造，是主要的導(dǎo)礦、容礦、控礦斷裂構(gòu)造。該區(qū)幾乎所有的金礦（點(diǎn)）床都產(chǎn)于北北東—北東向斷裂中，分布于主要斷裂成礦帶和之間的區(qū)域。著名的三山島、焦家、新城、馬塘、寺莊、玲瓏、臺上、大尹格莊、夏甸等眾多的金礦床均置身于該斷裂系統(tǒng)之內(nèi)，共選擇變量8個（表2）。

表2 膠東地區(qū)侵入巖與構(gòu)造變量Table 2 The variables of intrusive rocks and tectonic in Jiaodong area

（4）地球物理變量選擇

通過對區(qū)域地球物理場的分析，將地球物理場分為不同的場區(qū)形態(tài)，不同的場區(qū)不僅預(yù)示著不同的地質(zhì)體（可能是隱伏巖體），同時也是區(qū)域地球物理現(xiàn)象的綜合體現(xiàn)，因此地球物理變量對找礦的意義不容輕視。共選擇地球物理變量12個（見表3）。

（5）地球化學(xué)場變量選擇

化探異常和化探組合異常也是區(qū)域礦化的重要指標(biāo)，因此根據(jù)區(qū)域地球化學(xué)研究選擇單元素地球化學(xué)異常4個，金異常與其他單元素異常的套合好與不套合等共2個（見表3）。

表3 膠東地區(qū)地球物理與地球化學(xué)變量Table 3 Geophysical and geochemical variables in Jiaodong area

（6）礦床變量選擇

不同的元素礦化組合類型，可能會指示不同的成礦系列。成礦系列對某一成作用的存在是具有確定意義。統(tǒng)計預(yù)測單元內(nèi)分布礦床（點(diǎn)）的存在，提取出已知預(yù)測區(qū)礦床（點(diǎn)）的礦化信息，共提取礦點(diǎn)變量4個，即39-大型金礦、40-中型金礦、41-小型金礦、42-金礦（化）點(diǎn)。

（7）重砂變量選擇

區(qū)內(nèi)金、銅、鉛、黃鐵礦異常分布均勻，吻合程度高，異常展布方向除受水系的發(fā)育控制外與地質(zhì)、構(gòu)造、礦產(chǎn)分布關(guān)系極為密切，推斷異常形成于區(qū)內(nèi)的金礦及局部礦化有關(guān)。所圈異常對尋找金礦及多金屬礦產(chǎn)具有很好的找礦意義。研究成果共選出3變量，即43-重砂金異常、44-重砂異常（銅、鉛）異常、45-重砂黃鐵礦異常。

2.2 信息的提取與賦值

進(jìn)行礦產(chǎn)預(yù)測工作，重要的一步是將地質(zhì)模型（即由地質(zhì)變量組成的數(shù)據(jù)型模）轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受或者說數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法認(rèn)可的數(shù)學(xué)變量。這一過程就是將原始資料中所提取的變量，從文字性描述、數(shù)值型描述轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)字模式。

（1）地層變量提取與賦值

研究區(qū)內(nèi)成礦有關(guān)的地層主要包括：新太古代膠東巖群（呈殘留體和包體零星分布于玲瓏花崗巖體中）、新太古代膠東巖群（被認(rèn)為是膠東金礦的原始礦源層）、新太古代片麻巖套（構(gòu)成膠東地區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖系）、古元古代荊山群、粉子山群。其它地層與成礦也有一定的對應(yīng)關(guān)系。該類變量都為二態(tài)變量。賦值方法是：一般地層變量如果在統(tǒng)計單元內(nèi)出現(xiàn)則該變量在該單元上取值為1，反之取0。

（2）巖漿巖變量提取與賦值

其中以中生代燕山期侵入巖最發(fā)育，玲瓏花崗巖、郭家?guī)X花崗巖與金礦礦體的出現(xiàn)密切相關(guān)。巖漿巖體是區(qū)域成礦的動力基礎(chǔ)、物質(zhì)基礎(chǔ)以及成礦活動的載體。其它不同時期不同巖性的巖漿巖體都表明了區(qū)域內(nèi)具有成礦的潛力。賦值方法：存在某侵入巖體取值為1，不存在為0。

（3）構(gòu)造變量提取與賦值

與斷裂構(gòu)造有關(guān)的變量共有8個。賦值方法是該地質(zhì)特征在單元內(nèi)出現(xiàn)與否來取值。存在某變量取值為1，不存在為0。

（4）地球物理類變量提取與賦值

該類變量有重力和航磁兩種。與重力異常有關(guān)的變量有8個。與航磁等值線有關(guān)的變量有4個。賦值方法：存在某變量取值為1，不存在為0。

（5）地球化學(xué)類變量提取與賦值

該類變量共有6個。分別為化探異常Au（Ag）、化探異常（Cu、Pb、Zn）、化探異常（As、Hg、Bi）、化探異常（Sn、Mo）單元素異常變量存在與否、單元素與金異常的套合好與不套合，根據(jù)上述異常是否在單元內(nèi)出現(xiàn)來賦值，存在為1，反之為0。

（6）礦床相關(guān)變量提取與賦值

礦床相關(guān)類變量，是指單元內(nèi)出現(xiàn)的礦化類型，只考慮該種礦化在單元內(nèi)存在與否即可。賦值方法：存在某礦床取值為1，不存在為0。

（7）重砂類相關(guān)變量提取與賦值

重砂類變量包括金、銅、鉛、黃鐵礦重砂異常。這一類變量只考慮單礦物重砂異常在單元內(nèi)存在與否即可，存在為賦值為1，反之賦值為0。

3 綜合成礦信息預(yù)測結(jié)果

礦產(chǎn)資源的定位預(yù)測，是對由礦床成礦模型和找礦預(yù)測模型所定義的成礦必要條件所限定的空間范圍（預(yù)測單元）作進(jìn)一步的成礦概率評價。

預(yù)測單元（地質(zhì)統(tǒng)計單元）的劃分方法有兩種，分別是網(wǎng)格單元法和地質(zhì)體單元法。本次預(yù)測工作選用地質(zhì)法。為了數(shù)學(xué)模型計算的準(zhǔn)確性，把膠東地區(qū)分A、B、C三個分區(qū)：招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)、西林—畢郭分區(qū)、威海—乳山分區(qū)，三個分區(qū)中共計135個單元（如圖2）、45個取值變量。

通過統(tǒng)計評估每一個預(yù)測單元的成礦可能性大小，從中優(yōu)選出成礦可能性較大的礦產(chǎn)資源體作為進(jìn)一步找礦工作的靶區(qū)，并查明這些礦產(chǎn)資源體成礦可能性變大的主要控制因素。本研究選用特征分析法對預(yù)測變量進(jìn)行優(yōu)選。然后綜合使用特征分析法、Q型聚類分析法、數(shù)量化理論和對應(yīng)分析法對預(yù)測單元成礦概率進(jìn)行評價，實(shí)現(xiàn)對單元的定位預(yù)測。

圖2 膠東地區(qū)最小預(yù)測區(qū)分布Fig.2 Distribution of minimum predicted area in Jiaodong

3.1 特征分析法變量優(yōu)選

對招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)進(jìn)行特征分析后，變量的權(quán)系數(shù)如表4，變量的權(quán)系數(shù)趨勢見圖3-a。從圖中可以看出，招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)變量權(quán)系數(shù)出現(xiàn)臺階狀的變化趨勢，如果以臺階值作為閥值作為優(yōu)選變量的條件，根據(jù)不同的臺階閥值則可按要求優(yōu)選出不同數(shù)目的變量以供使用。例如以權(quán)系數(shù)0.02為界劃分變量，大于0.02變量為18個；如果以權(quán)系數(shù)0.005為界，將變量分為兩群，大于0.005變量共有34個。為了保證后期有足夠的變量，這里采用0.005閥值選出34個變量（表4）。

3.2 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)以上優(yōu)先出的變量，結(jié)合有礦單元建立預(yù)測模型。本文以招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)為例進(jìn)行模型單元的建立。數(shù)學(xué)模型通過suffer軟件對優(yōu)化后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行特征分析，得出有礦單元的單元聯(lián)系度。

表4 招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)初步優(yōu)選變量標(biāo)志權(quán)系數(shù)Table 4 Index weight coefficient of initial optimal selection variable in Zhaoyuan-Laizhou subarea

單元的聯(lián)系度反映了成礦可能性的大小。因此根據(jù)已知單元的單元聯(lián)系度分析可以建立單元成礦分級模型。將已知單元的成礦聯(lián)系度按由大到小的排列，可以看出成礦聯(lián)系度呈階梯狀排列，這就為分級模型的建立提供了較好的條件，這里將已知單元按聯(lián)系度大小分為四級，分別是A、B、C、D，見圖3-b。

圖3 招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)模型單元特征分析變量權(quán)系數(shù)(a)與聯(lián)系度變化(b)趨勢圖Fig.3 The trend chart of variable weight coefficient of feature analysis (a) and relation degree change (b) of model unit in Zhaoyuan-Laizhou subarea

A級單元：聯(lián)系度大于0.7，為成礦概率大的單元；B級單元：聯(lián)系度介于0.5～0.7之間，為成礦概率較大單元；C級單元：聯(lián)系度介于0.3～0.5之間，為成礦概率一般單元；D級單元：聯(lián)系度小于0.3，為成礦概率很小單元。

3.3 綜合信息找礦

一般而言通過一種方法即可得到想要的結(jié)果，這一結(jié)果是否可靠需要多方檢驗(yàn)。一種有效的檢驗(yàn)方法就是多種方法同時使用，從不同角度、用不同理論去解釋同一問題，如果仍能得到有效的結(jié)果，說明我們使用的手段是可以信服的，可以推而廣之的。因此對研究區(qū)礦產(chǎn)的定位預(yù)測我們采用特征分析法，同時又輔以Q型聚類分析、數(shù)量化理論IV和對應(yīng)分析法三種手段來對得出的結(jié)果加以修正。根據(jù)各種方法解決問題的思路、數(shù)學(xué)原理和作用等因素，對各種方法得到的結(jié)果進(jìn)行綜合評估，評估的基本原則是：在以特征分析所得結(jié)果為基礎(chǔ)之上，對每種方法得出的結(jié)果都要充分信賴，通過加權(quán)得出綜合評估結(jié)果（見表5）。

表5 膠東地區(qū)招遠(yuǎn)—萊州分區(qū)定位預(yù)測綜合分析結(jié)果Table 5 Comprehensive analysis results of location prediction for Zhaoyuan-Laizhou subarea in Jiaodong area

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對當(dāng)前和未來找礦工作具有明確的指導(dǎo)意義。對研究區(qū)中成礦的可能級別進(jìn)行了綜合表述。A級區(qū)：A級區(qū)所處位置的成礦條件優(yōu)越，有大、中型金礦床多處，礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)眾多，有Au異常及其它礦化信息充分，具有明確的找礦價值。B級區(qū)：有中、小型金礦床多處，B級區(qū)所處位置成礦條件良好，礦化信息也相對充分，但部分手段評價結(jié)果有降低趨勢，因此總體找礦價值低于A級區(qū)。C級區(qū)：有小型金礦床，C級區(qū)所處位置，成礦條件一般，沒有顯著的礦化信息，且多種手段評價結(jié)果一般，找礦前景不明確。D級區(qū)：D級區(qū)所處位置，成礦條件較差，沒有已知礦化信息存在，多種手段評價結(jié)果都為負(fù)面，成礦級別最低。

4 結(jié)論

對膠東地區(qū)劃分了三個成礦區(qū)中135個預(yù)測單元采用特征分析法，輔以Q型聚類分析、數(shù)量化理論和對應(yīng)分析法三種手段進(jìn)行定性預(yù)測，對定性預(yù)測的結(jié)果通過加權(quán)法進(jìn)行綜合評估驗(yàn)證，共圈出A級區(qū)31處，成礦條件優(yōu)越，有大、中型金礦床多處，礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)眾多，有Au異常及其它礦化信息充分，具有明確的找礦價值；B級區(qū)55處，所處位置成礦條件良好，礦化信息也相對充分，但部分手段評價結(jié)果有降低趨勢；C級區(qū)36處，找礦前景不明確；D級區(qū)13處，成礦條件較差，沒有已知礦化信息存在。預(yù)測結(jié)果與新近掌握的實(shí)際資料、目前地質(zhì)工作情況及我們的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識是比較吻合的。