GIS在地质勘查找矿应用中的关键问题探讨

GIS在地质勘查找矿应用中的关键问题探讨

摘要：地理信息系统（GIS）技术应用于成矿预测，彻底地改造了传统成矿预测的方法体系，简化了预测过程，提高了预测效率和水平，成为了地质学家对多源地学信息综合分析，进行成矿预测划时代的理想工具。GIS技术可应用于成矿预测工作的各个环节，主要体现在数据采集和整理、建立空间数据库、空间分析、成矿预测等方面。本文介绍了GIS 应用于成矿预测的必然性和GIS成矿预测的理论基础，重点对成矿预测的方法进行了论述。

关键词：GIS技术；成矿预测；空间分析；找矿有力度

Abstract: Geographic Information System (GIS) technology applied to the mineralization forecast, thorough transformation of the traditional metallogenic prediction methodology simplifies the forecasting process, to improve the prediction efficiency and level, to become a geologist comprehensive multi-sources geological information conducted the mineralization forecast epoch ideal tool. GIS technology can be applied to all aspects of the mineralization forecast, mainly reflected in the data collection and collation, a spatial database, spatial analysis, metallogenic prediction. This article describes the theoretical basis of the application of GIS in Metallogenic Prediction the inevitability and GIS mineralization forecast, focusing on the metallogenic prediction methods are discussed.Key words: GIS technology; metallogenic prediction; spatial analysis; prospecting efforts

GIS概述

GIS即地理信息系统（Geographic Information System）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。

它可以制作精度十分复杂的地形和地质图，并能对图形数据与各种专业数据进行一体化管理和空间分析查询，从而为多源信息的综合找矿预测提供了较为理想的平台。GIS主要实现制图、空间分析及属性管理等功能，分为输入、编辑、输出、空间分析、库管理、使用程序六大部分。根据其功能及技术特点，主要用途有：多源地学数据的采集与集成，可方便地接收与采集不同介质、类型和格式的数据，并将其用统一的数据路进行管理；数字地图的编辑、制作与出版，其编辑功能比较实用，符合地图制作的工艺要求，经过大批量的地图制作实践，相当成熟；地图信息系统的建立，能实现图形与专业属性数据库的有机连接，可以建立以地图信息为基础的专业信息管理系统；多源地学信息的综合分析，在GIS

较强的空间分析与查询功能基础上，学者们可方便地用交互方式对多源地学信息进行对比、综合、分析，从而发现和总结其中的规律。

基于以上种种优势，GIS 技术一出现，就得到了地学界的广泛关注,并迅速

渗透到与地学有关的各个领域。

二、GIS 应用于成矿预测的必然性

成矿预测基本目的是能够预测未发现矿床的位置，并大体知道这些矿床的类型、规模和品位。目前，成矿预测的基本理论有相似类比理论、地质异常理论及组合控矿理论。相似类比理论是根据“模型区”已知矿床成矿条件和控制因素的研究建立矿床模型，或根据所要找寻的矿床类型选择相应的矿床模型，依据矿床模型选择靶区评价变量，建立评价标准，依据标准评价预测区的资源潜力，这种建立在已知矿床研究基础上的模型预测存在下列缺陷：由于矿产勘查工作不平衡性，预测区往往缺乏与模型区同等详细程度的“诊断性”矿化信息；只能预测类型相同或相似的矿床，而不能预测新类型矿床和具“点型”分布的巨型矿床；对于大比例尺成矿预测，由于缺乏足够的已知矿床以致于难以建立矿床模型而无法开展模型预测；由于上述原因，“模型”预测具有很大的不确定性，这表现在地质条件相似的地区，一个地区有矿，而另一个地区则无矿；反之，在一些地质条件有利地段缺乏的矿床并不表明在条件类似的另一地段亦不存在。而地质异常是可能产生特殊类型矿床或产出前所未有的新型或新规模矿床的必要条件，因此，从地质异常角度研究成矿地质条件与通常研究控矿地质因素相比具有更特殊的意义，同时，对地质异常的研究有助于深化对许多基本成矿预测问题的认识。近年来，一些学者一直在探索应用地质异常理论开展成矿预测的新途径。

三、GIS 成矿预测的理论基础

GIS 成矿预测空间模型的建立是以“5P”找矿地段理论为依据,其目的是通过它进行“5P”找矿地段的圈定。从找矿地段的定义可知,“5P”地段的圈定,实际上是对各种不同比例尺的地质信息(单一、组合和综合)、地质找矿信息(单一、组合和综合)、地质工程信息等进行组合、匹配、叠加、筛选、融合的处理过程。GIS 的空间分析功能正是完成上述操作最有力的工具。需说明一点的是,将GIS 应用于成矿预测,主要是借助其功能对地质异常体进行分析,从而圈定出对应的“5P”地段。随着地质异常理论的建立,人们在实际工作中已经总结出很多GIS 成矿预测的空间模型。虽然这些模型由于实际应用的不同会有差别,但它们的基本框架都是源于赵鹏大院士在阐述地质异常理论和“5P”找矿地段圈定时提出的“地质异常矿体定位方法流程”(图)。

地质异常矿体定位方法流程（赵鹏大，1999）

四、GIS 成矿预测主要方法

GIS用于成矿预测主要是利用其图层叠加功能,即按一定的逻辑运算法则来计算单元网格内的各控矿因素参与成矿和控矿的权重的加权和,然后生成新的图层及新的数据关系。参与图层叠加的图层包括:线性体密度异常图层、线性体频度异常图层、环形影像异常、地球物理异常图层、地球化学异常图层、地质异常图层及已知矿(化)床的分布图层等。通过图层叠加分析得到信息图层,然后根据异常程度越高,越有利于成矿的原则,对该图层进行再分类,从而得到最终的成矿预测图层。从对地质异常理论的分析中,我们可以得出地质异常矿体定位预测的基础是查明地质异常,目标是圈定“5P”地段。依据此基础和目标,结合前人的研究成果,将GIS成矿预测的步骤分为三步,即:数据的采集与建库、GIS成矿预测空间模型的建立和成矿预测区的圈定。

（一）数据的采集与建库

一般采集的数据包括地理、地质、矿产、物探、化探、重砂、遥感等。在GIS 建库的过程中需注意几点:①在将取得的各种数据转换为GIS 所能识别的点文件、线文件和面文件时,矿床(点)分布可考虑成点；断层的延伸可当作线；地层的出露当作面处理；②每一类数据根据属性特征可分为若干图层。如地质类可分为地层、断层、褶皱等。图层的划分主要是根据成矿预测的需要,且适应GIS 软件功能特点为基本原则；③输入数据的同时要建立属性文件,以描述各实体的基本属性,并以属性表的形式输入；④进行图形数字化处理,建立拓扑关系,并予修改编辑,完成属性文件建立、连接建库工作；⑤对各类数据进行预处理,如投影变换、格式转换等,主要是为统一不同比例尺、不同精度、不同投影方式的同一研究区的数据,以适应后面的各种分析叠加工作。这一步一般较繁琐,但相当重要,它将直接影响到后面的空间分析直至整个成矿预测的效果。高质量的数据建库是成矿预测成功的基本保证。

（二）GIS多源信息空间分析

利用GIS空间分析功能进行多源数据综合分析是成矿预测最重要的部分。目前,GIS用于成矿预测主要有两类方法:一是利用GIS的空间分析功能研究地质体的空间关系,对未知地段找矿远景进行直观评价；二是与数字模型相结合,进行成矿预测。预测模型的建立是整个成矿预测的核心,成矿预测成功与否很大程度取决于预测模型。

1.区域成矿地质背景的空间分析

利用GIS 空间分析技术手段，在区域性（相当于Ⅲ级和Ⅳ级构造单元）地质信息、地球物理、地球化学、遥感等基础空间数据及数据处理形成的中间性空间数据基础上，分别进行区域性地质因素（构造单元、沉积岩石相古地理、火山岩构造岩相、构造岩浆带等）、地球物理场、地球化学场等的空间对比分析，以及诸区域性要素与研究区成矿作用及其产物的空间对比分析，建立与研究区成矿作用有关，并由各类信息综合标定（空间范围标定和特征标定）的区域地质建造构造的空间数据表达。

2.成矿及控矿因素、成矿标志的空间分析

利用GIS 空间分析技术手段，在相当于Ⅳ级和Ⅴ级构造单元的区域上，以地质信息、地球物理、地球化学、遥感等基础空间数据及其数据处理形成的中间性空间数据为基础，分别进行成矿远景区的成矿及控矿地质因素（构造、沉积岩岩性及岩相、火山岩构造岩相、侵入岩等）、地球物理、地球化学、重砂、遥感等的空间对比分析，以及诸要素与研究区成矿作用及其产物的空间对比分析，建立与研究区成矿作用有关，并由各类信息综合标定（空间范围标定和特征标定）的成矿远景区地质建造构造的空间数据库表达。

（三）GIS下找矿有利度分析方法

找矿有利度分析主要是利用 GIS 空间叠加分析和缓冲区分析,将矿点图层与证据图层(岩石地层图层、特殊岩性图层、断裂构造图层及物、化、遥感图层)相关联,通过评价异常在预测中的必要性(从图层是否有大量的矿点出现来评价)和有效性(以计算异常的单位矿产当量来评价),筛选出最有利的找矿异常。

1.GIS 线型异常找矿有利度分析方法

在 GIS 成矿预测中,线型地质异常分析,主要是分析线型地质异常与矿点间的关系。最典型的就是断裂构造图层与矿床(点)图层的关系。一般步骤是:先利用GIS 的检索和相关分析得到直观的断裂与矿床关系图。通过统计分析,得到矿床距断层间距统计直方图和相应表格。

2.面型异常的找矿有利度分析方法

面状图层包括地层、特殊岩层、侵入岩层、地球化学图层、物化探异常等图层。对于这一类型的找矿有利度分析方法,是要解决前面提到过的必要性和有效性两方面的问题。最后得到的结果是面型异常作为矿床预测的各证据层。

3.组合异常找矿有利度及空间相关性分析

组合异常有3 种形式:线异常与面异常组合、面异常与线异常组合及面异常与面异常的组合。基于GIS 空间分析的成矿预测中采用的图层组合异常有:①应用岩石地层图层、特殊岩性图层与矿点图层、地球化学元素图层相关联,了解地层的含(赋)矿性,确定主要含(赋)矿层位；②应用断裂(带)及其它构造图层与岩浆岩、矿产关联,解释构造与岩浆岩、矿产的关系,认识矿化与构造的关系,厘定控矿、容矿构造；③应用侵入岩图层与构造图层及物、化、遥图层相关联,推测隐伏侵入体,再同地球化学图层进行叠加关联,了解岩浆作用与成矿的关系,确定岩浆岩成矿专属性及成矿成岩系列；④应用地质、矿产信息图层与重砂、物化遥异常图层叠加,分析总结成矿规律和成矿模式,结合地质调查实际进行成矿预测。

由此可见,在GIS 中组合异常图层也是通过找矿有利度的分析而得到的,并

且组合异常有浓缩找矿信息的作用。另外,对于组合异常,只有两种具有强相关性的面异常,才能加以组合。因此,必须研究它们的空间相关性(一般通过计算其空间相关系数)。从以上论述可以看出,对各类异常找矿有利度的空间分析是应用GIS 进行成矿预测的关键。

结语

综上，基于GIS 的多源信息综合成矿预测有效地将现代计算机技术和现代地质成矿理论结合在一起,改变了过去那种取决于研究人员对各种资料进行综合分析能力的找矿方法。该方法利用GIS 的空间分析功能将各种控矿因素进行统计分析和叠加分析,达到预测成矿远景区的目的。总之,在应用区域地质特征进行GIS 找矿预测过程中,通过GIS 进行地质异常空间叠加时,重叠最多的地段是地质结构复杂的地段,也是找矿最有利的地段。

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