山東膠東金礦綜合信息礦產預測

王海芹，陳 莉，劉繼梅，王秀鳳

（1. 山東省地質科學研究院，山東·濟南 250013；2. 國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東·濟南 250013；3. 山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東·濟南 250013）

隨著我國經濟的飛速發展，礦產資源的勘查與開發形勢也發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變為隱伏礦、深部礦及難識別礦。隨著找礦難度加大，應用新理論新技術新方法提高成礦預測水平和找礦效果，最大限度地減少地勘投入風險，實現找礦工作重大突破。

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

本次研究通過綜合信息解譯和編制礦產預測圖，提取控礦信息，從具體控礦條件出發，建立實用的找礦模型去預測找礦靶區；強調以地質體為單元，定性研究與定量分析相結合，通過直接成礦信息與間接找礦信息相關聯和合理轉換，達到礦產預測的目的。綜合信息礦產預測以找礦模型為基礎，以計算機技術為工具，以各種數學模型為手段，充分開發各類礦產地質資料蘊含的成礦信息，有利于實現礦產資源立體化預測,提高礦產預測的科學性。綜合信息礦產預測側重于定位預測，因此能夠提供普查勘探靶區，便于及時開展靶區查證工作。

1 地質背景

研究區位于沂沭斷裂帶以東，膠東半島中北部地區。按照板塊構造的劃分，該區大地構造區劃屬華北板塊（Ⅰ級）之膠遼隆起區（Ⅱ級）和秦祁昆造山系之秦嶺—大別—蘇魯造山帶（Ⅱ級）二個Ⅱ級大地構造單元的結合部位。而研究區主要位于膠遼隆起區（Ⅱ級）之膠北斷?。á蠹墸┖湍z萊拗陷（Ⅲ級）二個Ⅲ級構造單元中，尤其是膠北斷隆內（圖1）。受區域地質構造環境的制約，區內沉積建造、構造運動、巖漿—火山活動和各種礦產的形成均受其控制。

圖1 膠東地區大地構造位置Fig.1 The tectonic location in Jiaodong area

膠北斷隆區以前寒武紀結晶基底為主，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有白堊紀萊陽群、青山群和王氏群分布；在龍口斷陷盆地中有古近紀五圖群碎屑巖系及含煤巖系，但未在地表出露；在山前平原區和沿海地區有第四系展布。

區內巖漿侵入活動強烈而頻繁，所形成的侵入巖區內基巖面積的50%以上?？傮w呈近東西或北東向展布的巖基、巖株、巖瘤狀產出，具規模性的多群居聚集形成復式巖體。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育，棲霞TTG巖系、玲瓏花崗巖和郭家嶺花崗巖與金礦息息相關。區內斷裂構造十分發育，以NE-NNE向為最，北東向次之，另外尚有北西及近東西向斷裂，前二者系金控礦（容礦）構造，它們均表現出多期性、繼承性和力學性質的不同和轉換等特點。

2 預測技術

地、物、化、遙、礦化等多源地學信息是進行綜合信息成礦預測的基礎。成礦預測的途徑是變地質問題為數學問題。這種研究的思路就是把地質標志或地質現象都視為地質變量，尋求地質變量之間的內在關系，并用一定的數學公式描述變量之間的關系。地質變量是指某地質標志或地質現象隨著空間位置變化而取不同數值的信息，也稱為統計變量。地質變量的研究包括變量的選擇、提取、轉換和賦值以及優化篩選等方面。

2.1 地質變量的選擇

礦產預測中，地質變量的提取是正確使用變量的關鍵，是變量提取、轉換和賦值的基礎。在研究區成礦規律、控礦條件、找礦模型研究的基礎上，選擇單元成礦的因素，針對各個預測單元提取不同時期變質地層、沉積地層；不同方向的斷裂構造、構造發育程度；不同時期巖漿巖巖性；重力場強度、類型；磁場強度、類型；地球化學單元素異常、地球化學元素組合異常；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

研究區內地層變量的選擇主要根據區內與金礦形成密切相關的地層：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為是膠東金礦的原始礦源層、新太古代片麻巖套構成膠東地區前寒武紀變質基底巖系、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

研究區內巖漿侵入活動劇烈而頻繁，巖石類型尤以中酸性、酸性者規模大、分布廣，與區域成礦具有極為密切的關系。其中以中生代燕山期侵入巖最發育，玲瓏花崗巖、郭家嶺花崗巖與金礦息息相關，共選擇侵入巖變量10個，見表2。

（3）斷裂構造變量的選擇

研究區內北北東—北東向斷裂構造是預測區尤為突出的一組線性構造，是主要的導礦、容礦、控礦斷裂構造。該區幾乎所有的金礦（點）床都產于北北東—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之內，共選擇變量8個（表2）。

表2 膠東地區侵入巖與構造變量Table 2 The variables of intrusive rocks and tectonic in Jiaodong area

（4）地球物理變量選擇

通過對區域地球物理場的分析，將地球物理場分為不同的場區形態，不同的場區不僅預示著不同的地質體（可能是隱伏巖體），同時也是區域地球物理現象的綜合體現，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）地球化學場變量選擇

化探異常和化探組合異常也是區域礦化的重要指標，因此根據區域地球化學研究選擇單元素地球化學異常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 膠東地區地球物理與地球化學變量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。統計預測單元內分布礦床（點）的存在，提取出已知預測區礦床（點）的礦化信息，共提取礦點變量4個，即39-大型金礦、40-中型金礦、41-小型金礦、42-金礦（化）點。

（7）重砂變量選擇

區內金、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育控制外與地質、構造、礦產分布關系極為密切，推斷異常形成于區內的金礦及局部礦化有關。所圈異常對尋找金礦及多金屬礦產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

進行礦產預測工作，重要的一步是將地質模型（即由地質變量組成的數據型模）轉化為計算機能夠接受或者說數學統計方法認可的數學變量。這一過程就是將原始資料中所提取的變量，從文字性描述、數值型描述轉換為統一數字模式。

（1）地層變量提取與賦值

研究區內成礦有關的地層主要包括：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（被認為是膠東金礦的原始礦源層）、新太古代片麻巖套（構成膠東地區前寒武紀變質基底巖系）、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關系。該類變量都為二態變量。賦值方法是：一般地層變量如果在統計單元內出現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育，玲瓏花崗巖、郭家嶺花崗巖與金礦礦體的出現密切相關。巖漿巖體是區域成礦的動力基礎、物質基礎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域內具有成礦的潛力。賦值方法：存在某侵入巖體取值為1，不存在為0。

（3）構造變量提取與賦值

與斷裂構造有關的變量共有8個。賦值方法是該地質特征在單元內出現與否來取值。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。與重力異常有關的變量有8個。與航磁等值線有關的變量有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，根據上述異常是否在單元內出現來賦值，存在為1，反之為0。

（6）礦床相關變量提取與賦值

礦床相關類變量，是指單元內出現的礦化類型，只考慮該種礦化在單元內存在與否即可。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 綜合成礦信息預測結果

礦產資源的定位預測，是對由礦床成礦模型和找礦預測模型所定義的成礦必要條件所限定的空間范圍（預測單元）作進一步的成礦概率評價。

預測單元（地質統計單元）的劃分方法有兩種，分別是網格單元法和地質體單元法。本次預測工作選用地質法。為了數學模型計算的準確性，把膠東地區分A、B、C三個分區：招遠—萊州分區、西林—畢郭分區、威?！樯椒謪^，三個分區中共計135個單元（如圖2）、45個取值變量。

通過統計評估每一個預測單元的成礦可能性大小，從中優選出成礦可能性較大的礦產資源體作為進一步找礦工作的靶區，并查明這些礦產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測變量進行優選。然后綜合使用特征分析法、Q型聚類分析法、數量化理論和對應分析法對預測單元成礦概率進行評價，實現對單元的定位預測。

圖2 膠東地區最小預測區分布Fig.2 Distribution of minimum predicted area in Jiaodong

3.1 特征分析法變量優選

對招遠—萊州分區進行特征分析后，變量的權系數如表4，變量的權系數趨勢見圖3-a。從圖中可以看出，招遠—萊州分區變量權系數出現臺階狀的變化趨勢，如果以臺階值作為閥值作為優選變量的條件，根據不同的臺階閥值則可按要求優選出不同數目的變量以供使用。例如以權系數0.02為界劃分變量，大于0.02變量為18個；如果以權系數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 數學模型的建立

根據以上優先出的變量，結合有礦單元建立預測模型。本文以招遠—萊州分區為例進行模型單元的建立。數學模型通過suffer軟件對優化后的數據矩陣進行特征分析，得出有礦單元的單元聯系度。

表4 招遠—萊州分區初步優選變量標志權系數Table 4 Index weight coefficient of initial optimal selection variable in Zhaoyuan-Laizhou subarea

單元的聯系度反映了成礦可能性的大小。因此根據已知單元的單元聯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系度按由大到小的排列，可以看出成礦聯系度呈階梯狀排列，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系度大小分為四級，分別是A、B、C、D，見圖3-b。

圖3 招遠—萊州分區模型單元特征分析變量權系數(a)與聯系度變化(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：聯系度大于0.7，為成礦概率大的單元；B級單元：聯系度介于0.5～0.7之間，為成礦概率較大單元；C級單元：聯系度介于0.3～0.5之間，為成礦概率一般單元；D級單元：聯系度小于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果，這一結果是否可靠需要多方檢驗。一種有效的檢驗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。因此對研究區礦產的定位預測我們采用特征分析法，同時又輔以Q型聚類分析、數量化理論IV和對應分析法三種手段來對得出的結果加以修正。根據各種方法解決問題的思路、數學原理和作用等因素，對各種方法得到的結果進行綜合評估，評估的基本原則是：在以特征分析所得結果為基礎之上，對每種方法得出的結果都要充分信賴，通過加權得出綜合評估結果（見表5）。

表5 膠東地區招遠—萊州分區定位預測綜合分析結果Table 5 Comprehensive analysis results of location prediction for Zhaoyuan-Laizhou subarea in Jiaodong area

根據預測結果，對當前和未來找礦工作具有明確的指導意義。對研究區中成礦的可能級別進行了綜合表述。A級區：A級區所處位置的成礦條件優越，有大、中型金礦床多處，礦點、礦化點眾多，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：有中、小型金礦床多處，B級區所處位置成礦條件良好，礦化信息也相對充分，但部分手段評價結果有降低趨勢，因此總體找礦價值低于A級區。C級區：有小型金礦床，C級區所處位置，成礦條件一般，沒有顯著的礦化信息，且多種手段評價結果一般，找礦前景不明確。D級區：D級區所處位置，成礦條件較差，沒有已知礦化信息存在，多種手段評價結果都為負面，成礦級別最低。

4 結論

對膠東地區劃分了三個成礦區中135個預測單元采用特征分析法，輔以Q型聚類分析、數量化理論和對應分析法三種手段進行定性預測，對定性預測的結果通過加權法進行綜合評估驗證，共圈出A級區31處，成礦條件優越，有大、中型金礦床多處，礦點、礦化點眾多，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，但部分手段評價結果有降低趨勢；C級區36處，找礦前景不明確；D級區13處，成礦條件較差，沒有已知礦化信息存在。預測結果與新近掌握的實際資料、目前地質工作情況及我們的經驗與認識是比較吻合的。