权重叠加模型在河北铅锌矿富集区资源预测中的应用 权重叠加模型在河北省铅锌矿富集区资源预测中的应用
地理信息系统（GIS）作为解决与空间位置有关问题的一门技术，在矿产资源预测方面已成为实现各种证据层叠加的一个重要工具和途径。利用该技术不仅实现了不同成矿证据层叠加来寻找成矿远景区，而且也使地质人员可根据对成矿规律的认识，按照不同图层在指示成矿时所起的影响比例实现成矿远景区的定量预测。冀西北地区是河北省重要的铅锌银多金属矿产富集区域，地质资料丰富、研究程度较高，具备了进行成矿远景区定量预测的前提和数据资料基础。 模型生成器（Model Builder）是ArcView和ARCGIS软件中均提供的一个构造地理处理工作流的图形化建模工作。不同之处是ArcView软件以扩展模块形式提供模型生成器，而ARCGIS软件是在Toolboxl中选择New toolbox命令生成Model。 本文在区域成矿规律和控矿要素认识的基础上，分别提取了与成矿关系密切的地质和物化探证据层，利用ArcView系统提供的Modelbuider 扩展模块实现了在资源预测时具有不同影响比例的证据层之间进行权重叠加（Weighted Overlay），取得了较为理想的效果。 一、权重叠加（Weighted Overlay）模型原理 权重叠加（Weighted Overlay）模式的原理如图1所示。权重叠加模型公式为（指数和法） P＝a1X1＋a2X2＋…anXn， (1) 式中，P为指数和；a1，a2，…，an为各评价因子权重；X1，X2，…，Xn为各评价因子质量等级分值。
图1 ModelBuilder模块中权重叠加模式原理 根据权重叠加的原理，评价图中网格单元的最高评价值（P）不会超过设定的评价级别。 在利用地质、物、化探等数据图层进行成矿潜力评价和预测成矿远景区时，该模型具有参数地质意义明确、实现过程简单等特点。在ArcView平台中利用权重叠加模型实现成矿区潜力评价可按下列步骤进行： 第一步，首先将资源预测时所需全部证据层转化成网络数据文件。本次将各证据层按5km×5km的网格单元大小进行了划分，研究区共划分出1514个网格单元。 第二步，对各个证据层不同网格单元按与成矿的密切程度进行等级赋值。三次设定为5个级别，其中各证据层中最有利成矿单元取值为5，次之为4，依此类推，最不利成矿单元赋值为1。 第三步，根据成矿规律和控矿地质条件设置不同证据层在预测时所占的比例。 最后按上述公式进行每个单元权重叠加计算。输出单元格中对应的值越大，说明成矿有利度越高，是最有利的找矿远景区域，反之亦然。 二、输入证据层选择及赋值 （一）地质变量选择 1、赋矿层位 在GIS平台中运用点对面叠加功能，提取了铅锌银多金属矿的赋存地层，结果表明冀西北地区铅锌矿绝大部分赋存在古界红旗营子群、中元古界长城系、蓟县系和侏罗纪地层中，个别矿床点赋存在青白口纪和寒武纪地层中，因此对上述主要赋矿层位的网格单元赋值为3，其余时代地层单元赋值为1。 2、断裂构造 张家口地区深大断裂在很大程度上控制着大地构造单元的界限和岩浆岩带的展布，在成矿作用过程中是矿液运移的通道，起到了导矿作用；而次级的线性断裂是由深部构造在活动中所派生。这些次级断裂大多沿着一定方向的构造带分布而形成矿带，次级构造起到了赋存矿带或矿体的作用。因此不同级次的断裂对矿体的控制程度不同。 G．F．Bonham－Carter、F.P.Agterberg和D.F.Wright等人根据Bayes条件概率法则，认为当输入证据层是二值类型（即网格单元中有利证据因子存在为2，不存在为1）时，相对于矿床点分布布言，证据层存在的权重W＋和不存在的权重W－差值C（C＝W＋－W－）可作为各证据层与已知矿床点之间关系密切程度的度量，也可用来确定线性控矿地质因素（如控矿断裂）周围缓冲区的最优宽度。 据此在ArcView软件中利用ARCSDM模块提取了研究区内已知的12条深大断裂，缓冲分析结果表明在3km处C值最大，别的地段与矿床（点）的相关程度值均较小。对构造纲要图中深大断裂之外的其余次级线性断裂作缓冲区分析，发现仅在1km处出现最大C值，其余地段的C值均很小。这与上述不同级次的断裂在成矿过程中所起的作用不同的认识相吻合。派生次级断裂起到储矿、赋矿空间作用，因此对矿体的影响距离较近，而深大断裂在成矿过程中是良好的导矿构造，离矿体较远，因此在3km处相关程度值较高。将已知矿床点与断裂缓冲区域叠加后发现，断裂1km的缓冲区内存在的矿床类型主要为燕山台褶带中的接触交代型铅锌矿，断裂3km缓冲区内出现的主要矿床点为内蒙地轴中的与侵入岩关系密切的铅锌矿床。因此本次提取的断裂影响区域为深大断裂3km的缓冲区与次级断裂1km缓冲区的复合叠加部位（图2）。复合叠加部位网格单元取值为5，其余部位单元值为2。 ![]()
图2深大断裂和次级断裂复合叠加缓冲区，矿床(点)位置，断层缓冲区1-康保(围场深断裂)；2-尚义(赤城深大断裂)；3-张北(高山堡断层)；4-榆树沟(吴家沟断层)；5-下花园大断裂；6-张家口(吊脚楼断层)；7-洋河大断层；8-松枝口(右索堡大断层)；9-三里棚(口前北山断层)；10-大河南(赤城大断层)；11-蔚县(延庆大断层)；12-蔡家营断层3。岩体控制因素。前人研究表明，冀西北地区的铅锌银矿床与燕山期岩浆作用密切相关。反演岩浆岩主题的缓冲带分析表明，在岩体外1公里和5公里处有高C值。分析表明，出现在岩体1km缓冲范围内的11个铅锌矿床(点)中，有10个分布在研究区南部的燕山台地褶皱带，主要产于中元古代长城、蓟县碳酸盐岩地层与中酸性岩体的接触带。内蒙地轴北部的铅锌矿床在成因上也与燕山期岩浆作用密切相关。大多数矿体位于古元古代红旗营子群或侏罗纪火山岩地层中，与岩体有一定距离，但岩体在成矿过程中提供了热源和矿源。综合考虑，在岩体周围选择5km的缓冲带是合理的，可以充分考虑所有与成矿密切相关的岩体。因此，5km岩体缓冲区内的网格元素值为5，缓冲区外的网格元素值为2。㈡地球物理迹象1。冀西北地区重力异常总体场值的变化呈现出由东南向西北递减的趋势，强度为东南高西北低。内蒙地轴重力异常分散，等值线稀疏，以负异常(低重力)为主。在燕山南部地台褶皱带的东南部，怀来-丰宁线两侧有NE向重力梯度带，异常密集，正负异常交替，梯度带平行。冀西北受多期构造运动影响，并伴有多期大规模岩浆活动，使其呈东西走向，部分地区呈多变弯曲样带，重力多、重力高、重力低。研究表明，东西向梯度带与深大断裂带重合。次级梯度带与相应的相关断层重合。因此，主、次级断层梯度带所反映的断裂带是岩浆岩上涌的通道，也是矿液运移和充填的场所，对成矿起着重要作用。地层的岩石密度随地层年龄的变化呈规律性变化，即岩石密度随地层年龄的增长而增加。这是由于地层的长期地质作用和岩石孔隙度降低的更紧密结构。基性和超基性岩的密度高于酸性侵入岩和碱性侵入岩。因此，结合平面形态，可以初步判断深部碱性岩和中酸性岩浆岩的分布区域。将已知铅锌矿床(点)与排除重力异常走向的剩余重力异常叠加(图3)，发现大部分已知矿床点分布在椭圆形重力低值场周围，椭圆形重力低值场反映的深部可能是隐伏的大型中酸性侵入岩体。另一方面表明冀西北铅锌银多金属矿床的成因与中酸性侵入岩密切相关。 将已知矿床（点）与布格重力异常进行叠加，发现已知矿床点主要出现在－60×10－5～－132×10－5m/s2之间，结合重力场数据分布特征和上述认识，对布格重力场数据设置了如表1所示的评价级别。 2、航磁 冀西北地区航磁场总体变化趋势与重力场大致吻合，东南部磁场强度低，梯度较缓，宽缓的正负磁场呈北东向展布；而西北部磁场则是以正磁场为主的高值异常区，强度大，梯度大。局部异常走向与乘余重力场相同。与成矿关系密切的酸性岩体、碱性岩类均为低缓磁场，弱磁性，形态呈椭圆状，梯度变化缓，中性、中酸性岩类磙性较强，呈椭圆状，梯度变化稍陡。深大断裂及次级断裂带磁场特征为低缓正负交替场，有方向性、条带状分布，与周围同一岩性磁场特征有明显差异，系断裂构造使原岩遭受破碎所致。 将已知矿床（点）与航磁异常进行叠加，发现已知矿床点主要出现在－350～350nT之间，结合航磁场数据分布特征和上述认识，对航磁场数据设置如表2所示的评价级别。 表1 重力数据等级划分值区间| 等级 | -150 ~-132-132 ~-60-60 ~-40-40 ~ 0大于045431 |
表2 航磁数据等级划分值区间| 等级 | -700 ~-500-500 ~-350-350 ~ 00 ~ 350350 ~ 600 > 600345431 |
3、化探标志 按研究区内Pb、Zn、Ag元素的浓度值从高到低分别设置了不同的5个评价等级。浓度值最高区域为5，次之为4，依此类推，最低值区域为1。Pb、Zn、Ag化探元素异常值的评价等级按表3进行了赋值。 表3 化探数据等级划分分阶段| 元素锌 | 铅元素 | 银元素 | 54321大于400100 ~ 39050 ~ 9920 ~ 49且小于20 | 大于200100 ~ 19950 ~ 9920 ~ 49且小于20 | 大于500300 ~ 499100 ~ 29950 ~ 99且小于50 |
三、证据层影响比例选择 依据探矿要素和成矿规律的认识对上述选定的各证据层在成矿系统中的重要性进行量化处理。研究中设置了两次证据层影响比例，第一次设置为3种化探元素及物探异常各占10%的影响比例（表4所示）。张家口北部地区由于地表覆盖较大，为验证化探异常的找矿指示效果，将已知矿床（点）与圈定的化探异常区域进行叠加，发现二者之间吻合程度较差，例如Pb异常的5级区域（含量大于200）内没有铅锌矿床出现，4级区域（含量在100～199）内仅出现一个铅锌矿点，绝大部分矿床点出现在2级Pb异常区域（含量20～49），部分出现在3级异常区域（含量在50～99）。已知铅锌矿床点与Zn和Ag元素异常进行叠加，亦有80%的矿床点落入2、3级Zn、Ag元素异常区，规律与Pb元素类似。因此，又设置了化探证据层所占权重较小的第二次证据层影响比例（表4所示），由于要求所有证据层影响比例和为100%，因此本次适当增大了地质控矿因素的影响比例，由于物探场数据对深部中酸性岩体具有良好的指示作用，因此重力、航磁证据层对成矿的影响比例没有改变。 表4 各输入证据层所占影响因子证据层| 第一次影响比例设置。 | 二次影响比率设置 | 地质证据含矿层位 | 30 | 35 | 岩体缓冲带10 | 20 | 复合断裂缓冲带10 | 19 | 地球化学异常检测铅 | 10 | 2 | 锌10 | 2 | 银10 | 2 | 地球物理异常重力 | 10 | 10 | 航空磁测的10 | 10 |
四、预测结果分析 从第一次预测结果看（图4），成矿有利度最高的5级区域仅有两处，仅有青羊沟铅锌矿落入其内，大部分预测区域为3级和4级，少部分为2级区域，最不利于成矿的1级区域没有出现。绝大部分已知矿床点落入4级区域。预测结果表明研究区内大部分地区成矿条件较好，而最有利的区域较少，预测结果比较笼统，指导性较差。 当适当增大地质控矿因素的影响比例而减小化探异常图层的影响比例后，形成的第二次预测结果图（图5）中5级区域面积明显增大，由0.2%增大到6.3%（表5），有10个已知铅锌矿床点落入其内，其余绝大部分矿床点勤务员入4级与5级接壤区域。比较两次的预测结果图可以发现，第二次预测结果中出现的5级区域绝大部分出现在第一次预测的4级区域内，是在第一次成矿有利度较高的区域内再次进行选择，并且预测结果与已知矿床点吻合程度较高，本次预测结果可用于指导野外找矿工作。结合冀西北地区地质资料和本次预测结果，认为水泉沟、据兵堡、石盘口等地找矿前景较好，应成为下一步找矿勘探工作的重点考虑区域。 表5 两次不同影响比例预测结果 %预测等级区域| 两个证据层，不同的影响比，预测水平。 | 第一次第二次 | 54320.244.730.424.7 | 11.340.630.817.2 |
五、认识与体会 （一）冀西北地区，尤其是北部内蒙地轴区，由于覆盖较厚，化探数据与已知矿床点之间的吻合程度不太理想，可考虑采用深穿透技术来解决化探技术在厚层覆盖区找矿效果不理想现状。 （二）前人研究表明冀西北地区铅锌矿床（点）与地表中酸性侵入岩脉之间关系密切。从布格重力异常解译图上可发现矿体多分布于深部侵入体周边部位，一方面佐证了岩体对铅锌矿的控制作用，另一方面表明地表众多的小型酸性侵入岩脉可能为同一深部岩基的地表分枝表现。 （三）通过设置不同的证据层影响比例所得到的预测结果表明，预测结果在很大程度上依赖于对成矿规律和控矿要素的认识和掌握。 （四）在Areview平台Modelbuilder扩展模块中通过修改不同证据层的影响比例参数，可快速实现不同的地质认识情况下的预测结果，极大地提高了工作效率。
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