貴州錳礦多元綜合信息成礦預測

魏　巍， 陳建平， 向　 杰

(1.中國地質大學(北京)，北京100083； 2.北京市國土資源信息研究開發重點實驗室，北京100083)

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貴州錳礦多元綜合信息成礦預測

魏巍1,2， 陳建平1,2， 向 杰1,2

(1.中國地質大學(北京)，北京100083； 2.北京市國土資源信息研究開發重點實驗室，北京100083)

隨著找礦難度日益增大，應用地、物、化、遙等資料進行多元信息綜合成礦預測是現今找礦工作的重要趨勢。以貴州錳礦預測研究為例，在研究區域成礦地質背景下，總結成礦規律特征，在GIS平臺上對多元化資料進行有利成礦信息的分析提取，采用證據權模型進行找礦信息的綜合，對有利成礦遠景區進行圈定，最終對貴州省的錳礦勘查工作提出指導性建議。

錳礦；GIS；證據權模型；多元信息；成礦預測；貴州

0　引　言

現今找礦難度越來越大，礦產勘查已進入找深部礦和隱伏礦的階段，傳統的找礦方法很難有所突破，應用地、物、化、遙等資料的多元信息綜合礦產預測方法應運而生。隨著GIS技術的發展與成熟，應用多元信息綜合礦產預測評價取得了良好的效果。陳建平等(2010)、叢源等(2013)基于對成礦多元信息的提取與區域成礦條件的定量分析，采用特征分析、證據權等方法與GIS技術的綜合分析，對西南“三江”地區銅多金屬資源潛力進行了預測評價，提出了找礦靶區，為找礦工作奠定了基礎。王江霞等(2014)利用最新的成礦預測理論和礦產資源勘查與評價技術方法，基于GIS技術平臺對冀東地區的沉積變質型鐵礦床進行了多元信息的提取和分析，總結其成礦規律，圈定了找礦遠景區，實現了對冀東地區沉積變質型鐵礦資源的綜合預測評價。此外，諸多學者在其他地區應用GIS技術進行綜合信息成礦預測也取得了豐碩的成果(陳建平等，2008，2011；佘宏全等，2009；孫巖等，2010；張偉等，2010；黃照強等，2011；趙增玉等，2012；李勝苗等，2013；申維等，2014；胡中喬等，2015)。

以貴州省錳礦為研究對象，廣泛收集地、物、化、遙等資料，基于研究區域地質背景、成礦規律及特征，以地質異常致礦、綜合信息礦產評價理論為指導，利用GIS平臺進行多元信息分析提取與綜合礦產預測研究，圈定錳礦遠景預測區，為指導貴州錳礦勘查開發提供科學依據。

1　區域地質概況

研究區大地構造位置位于華南板塊中揚子地塊與華夏地塊之間的江南造山帶西南段(舒良樹，2012；楊坤光等，2012)，地跨“一塊兩帶”，即上揚子陸塊、江南造山帶和右江造山帶。區內有著漫長的地質演化歷史和多期次的構造變形，如新元古代羅迪尼亞(Rodinia)超大陸開始裂解，產生較強烈的巖漿活動(鄭永飛，2003)，使華南地塊與其余的羅迪尼亞超大陸分離(朱介壽等，2005；Li et al.，1999)；華夏地塊與揚子地塊之間南華裂谷作用開始(王劍等，2001)，為貴州錳礦形成創造了優越的成礦地質條件。截至2012年底，全省累計發現大型錳礦床2個，中型錳礦床12個，小型錳礦床及錳礦(化)點數十個。

貴州地層出露齊全，從中元古界薊縣系—第四系均有出露，以大量發育的海相沉積巖和豐富的古生物化石為主要特色，賦存有豐富的煤、磷、鋁、錳等沉積礦產。中、新元古代以海相陸源碎屑沉積為主，夾少量火山碎屑巖及碳酸鹽巖；古生代—晚三疊世中期，沉積物主要由海相碳酸鹽巖夾碎屑巖組成；晚三疊世晚期以后全為陸相河湖沉積。省內經歷了多期次的構造運動，構造變形強烈。前人研究表明，區內發育的5條深大斷裂(埡都—紫云斷裂、貴陽—鎮遠斷裂、三都斷裂、遵義斷裂、赫章—遵義斷裂)將全區分割為6個主要構造變形單元，此外多期次的構造活動造成區內發育大量的褶皺、斷裂構造，對錳質的運移、富集及錳礦的空間展布起了控制性作用。省內巖漿巖主要為峨眉山玄武巖，分布于貴州西部，少量分布于貴州東北部梵凈山區的細碧巖-石英角斑巖、黔西南鎮寧及望謨—羅甸一帶的偏堿性玄武巖以及黔東北和黔東南產于青白口系近底部的基性火山巖，其中峨眉山玄武巖與遵義式錳礦的形成有密切聯系。

2　成礦規律及特征

貴州是全國錳礦的重要產地之一，主要為早南華世大塘坡式海相沉積型錳礦和中二疊世茅口期遵義式海相沉積型錳礦，還有極少量的第四系風化淋積型錳礦。大塘坡式錳礦主要分布在黔東北松桃—銅仁地區，黔東南黎平—從江地區也有少量產出；遵義式錳礦主要分布在黔北遵義地區，少量分布于黔西水城—納雍地區。貴州錳礦產出時代相對比較集中，基本都分布在早南華世大塘坡期和中二疊世茅口期，分別對應大塘坡式錳礦和遵義式錳礦。大塘坡式錳礦是羅迪尼亞超大陸裂解過程中，伴隨著南華裂谷盆地的形成及演化與巖漿活動作用，在一系列次級拉張斷陷小盆地中發生的古天然氣滲漏而導致錳礦大規模形成的一次沉積事件(周琦，2008)。因此，大塘坡式錳礦在空間分布上明顯受古斷裂的控制(劉巽鋒等，1989；周琦等，2012)。而遵義式錳礦是在峨眉山地幔柱強烈活動的背景下，由于地幔柱的上升作用(何斌等，2006)引起貴陽深斷裂、紫云—埡都深斷裂的活動，導致海底噴流出富含硅錳質的熱液流體在演化過程中的產物。

3　多元信息的分析提取

在研究區域地質背景與成礦規律特征的基礎上，系統收集了關于研究區的多元地質信息，包括區域數字地質圖(1∶20萬、1∶5萬)、巖相古地理圖(1∶25萬)、區域重力資料(1∶20萬)、區域航磁資料(1∶10萬等)、區域地球化學資料(1∶20萬、1∶5萬)和礦產數據庫等，利用GIS平臺進行多元信息的分析提取。

3.1巖相古地理條件

巖相古地理條件對沉積型錳礦的形成具有決定性的作用，沉積環境、含錳巖系的發育等對于沉積型錳礦的預測都具有實際意義。本次研究從貴州省內不同錳礦預測區的角度來闡述沉積型錳礦的巖相古地理條件。

圖1　貴州省早南華世沉積巖相古地理略圖1-陸相；2-淺海棚相；3-淺海盆地相；4-海灣相；5-河湖相；6-海濱相；7-錳礦預測區；8-錳礦點；9-海侵方向Fig.1　Simplified palaeogeographic map showing the Early Nanhuan sedimentary lithofacies in Guizhou Province

3.1.1巖相古地理松桃—銅仁預測區(大塘坡式錳礦)古地理位置位于上揚子濱淺海地帶，主要為水體較淺、坡度平緩的海濱相、海灣相和淺海陸棚相環境。而含錳巖系為南華系大塘坡組第一段，主要由黑色炭質粉砂質頁巖、炭質頁巖、含錳黏土巖和菱錳礦等組成，反映了封閉缺氧的濱海-淺海陸棚的沉積環境，且由于濱岸水下隆起的存在，還出現了海灣環境(圖1)，其中海灣相分布于大塘坡、大屋及黑水溪一帶，是區內大中型錳礦的主要成礦地帶。錳礦主要呈層狀和枕狀產于大塘坡組第一段底部，分布于西溪堡—下屋坪及瓦屋—鎖溪等地的淺海陸棚相帶內的錳礦穩定性差，常被含錳炭質頁巖取代，局部含薄層和透鏡狀菱錳礦，而松桃盤信、銅仁牛郎、大興、壩黃、茶店等地之大片區域目前未見錳礦信息。從江預測區錳礦產出不多，基本為小型礦床和礦化點。

遵義預測區(遵義式錳礦)古地理位置屬于碳酸鹽臺地的臺溝沉積環境(圖2)，發育著大量的碳酸鹽巖和黏土巖，含有豐富的古生物化石。臺溝中心是工業礦體重要的賦存相帶，含礦地層為中二疊統茅口組第三段，主要為灰色黏土巖，含錳灰巖夾菱錳礦層。由臺溝中心相向臺溝邊緣相過渡時，巖性逐漸過渡為單一塊狀、角礫狀硅質巖組合，或者為硅質巖夾泥灰巖、泥質灰巖組合，錳礦體厚度逐漸從厚變薄至尖滅，工業礦體較少甚至沒有產出。水城預測區錳礦不太發育，主要為一些小型礦床或礦化點，工業價值較小。

圖2　貴州省中部及西南部中二疊世茅口晚期沉積巖相古地理略圖1-深水開闊陸棚相；2-臺緣斜坡相；3-臺地邊緣；4-開闊臺地相；5-臺溝相；6-錳礦點；7-錳礦預測區Fig.2　Simplified palaeogeographic map showing the late Maokou Stage sedimentary lithofacies of Middle Permian in middle and southwestern Guizhou Province

3.1.2含錳巖系貴州已知沉積型錳礦都產于特定的層位，嚴格受地層層位的控制，含錳巖系主要為早南華世大塘坡組第一段(大塘坡式錳礦)和中二疊世茅口組第三段(遵義式錳礦)。前者巖性為黑色炭質粉砂質頁巖，夾少量薄層硅質巖；后者為含錳黏土巖、含錳灰巖組合，兩者皆含有豐富的化石。

遵義式錳礦是在峨眉山地幔柱強烈活動的背景下，由于地幔柱的上升作用(何斌等，2006)，引起貴陽深斷裂、紫云—埡都深斷裂的活動，導致海底噴流出富含硅錳質的熱液流體在演化過程中的產物。峨眉山地幔柱活動形成了一條自云南經貴州水城、納雍、黔西到遵義的北東向黔中臺溝，即納雍—甕安大斷裂。在遵義臺溝形成海底噴流，帶來大量富硅、富錳的流體，與海水混合，形成熱海水，在海解作用下，沉積富錳硅質巖及碳酸鹽錳礦，共同構成含錳巖系。之后海底噴流出富含硅、錳質熱液流體，沿著次生裂隙通道運移，在遵義臺溝形成噴流，其中的錳質在熱海水的滲入作用下不斷析出，進入弱堿性的海水中發生錳質礦物沉淀，富含硅的流體形成硅質巖體，由于地殼的升降運動，硅質巖體暴露出海平面，在強烈的化學風化作用下，淋濾、溶解出大量的錳質，進入到弱堿性的海水中發生沉淀，形成富錳硅質巖及碳酸鹽錳礦；遵義臺溝西部早期噴發的玄武巖，在強化學風化作用下，淋濾出來的鐵、錳質向遵義臺溝遷移、富集形成錳礦體。

3.2構造對控礦的制約

貴州省內斷裂特別發育，呈復雜網狀交錯，本次研究只討論成礦前和成礦期斷裂對錳礦形成和展布的影響，成礦后斷裂沒有太大意義。古構造是沉積作用、沉積建造和沉積錳礦的重要控制因素。大塘坡式錳礦地區自元古代以來經歷了多期次構造運動，特別是隨著羅迪尼亞超大陸裂解，在區內形成一系列北東、北北東向的塹-壘構造，受北東組古斷裂的控制，而北東向的古斷裂控制沉積成錳盆地，是后期大量成礦物質的聚集沉淀之有利場所，亦是繼承性控制錳礦沉積的有利環境，古構造往往控制著沉積盆地的分布，同時亦控制著錳礦床的分布。而遵義式錳礦地區錳礦分布于遵義臺溝內，分別處于黔北臺隆東部的遵義斷拱鳳岡北北東向構造變形區、六盤水斷陷威寧北西向構造變形區。發育有紫云—埡都深斷裂和納雍—甕安深斷裂、盤縣—師宗深斷裂等，這些斷裂影響該區火山活動、沉積作用、成礦作用和礦產分布(陶平等，2005)。

可以看出，斷裂對貴州省沉積型錳礦的物質來源、錳質的遷移富集以及錳礦體的展布等都起到了很重要的作用，選取斷裂等密度、斷裂優益度和構造復雜度3個證據因子討論研究區斷裂構造對成礦的制約。

斷裂等密度是指單位面積內斷裂長度的加和，經已知礦點與斷裂等密度疊加統計發現，約54.2%的礦點落在[19.00，21.75]和[21.75，24.50] 2個區間，因此選取這2個區間作為研究區斷裂等密度的有利區間(圖3)。

圖3　斷裂等密度有利區間疊加礦床(點)Fig.3　Superposition of favorable space of fault density with deposits (spots)

斷裂優益度是線性構造(斷裂)兩兩之間的夾角與線性構造方位的控礦度加權的構造密度的量度，反映研究區構造方向成礦的優越性，高值區多為成礦的有利地段(董慶吉等，2010)。經礦點與斷裂優益度疊加統計發現，約62.5%的礦點落在[10.00，11.50]和[14.50，16.00] 2個區間內，因此選取這2個區間作為研究區斷裂優益度的有利區間(圖4)。

構造復雜度是指單位面積斷裂的條數(不考慮方向)，反映斷裂構造發育程度對成礦的影響。經統計，構造復雜度為[2.594，2.875] 區間的礦點約占56.25%，因此選取該區間作為研究區錳成礦的有利因子(圖5)。

圖5　斷裂構造復雜度有利區間疊加礦床(點)Fig.5　Superposition of favorable space of fault structural complexity with deposits (spots)

3.3地球物理信息

3.3.1布格重力異常貴州省布格重力異常呈現從東到西逐漸減小的趨勢特征。全國較大的重力梯級帶大興安嶺—太行山—武陵山重力梯級帶和龍門山重力梯度南沿部分分別呈南北向貫穿全省的東西兩邊；省中部布格重力異常表現為向東彎曲的“V”字形重力梯級帶。從布格重力異常圖上看，預測區錳礦點分布在布格重力異常梯度帶上,且一般在有一定轉折及變緩的邊部的重力梯級帶上。布格重力異常梯級帶反映莫霍面陡變帶或斷裂帶，梯級帶轉折及變緩表明地層、構造在一定的地質活動中變化與陡度較大的重力梯級帶之間有所不同，或地質活動前后時期變化不同，從而引起該區地層密度變化與周邊的差異。錳礦點沿這些構造帶邊部分布，可能是由于構造對錳礦形成與富集環境起到了一定的控制作用。

通過對已知錳礦點文件與布格重力異常面文件進行點對區相交分析，然后按雙屬性分類統計礦點個數，結果有81.25%的礦點落在布格重力值為(-146～-132)×10-5、(-104 ～-62) ×10-5m/s2的區間內，表明2個布格重力異常區間對錳的成礦最為有利。因此，選取這2個區間作為研究區的布格重力成礦有利異常區間(圖6)。

圖6　布格重力異常疊加礦床(點)Fig.6　Superposition of Bouguer gravity anomaly with deposits (spots)

3.3.2剩余重力異常大塘坡地區錳礦點分布在正負重力異常交界、零值線附近，多數礦點落在剩余負值異常區和剩余重力異常平緩區域，且多在正負剩余異常相交的邊界或零值線附近。遵義地區錳礦點分布在剩余異常零值線附近、重力值變化較弱的區域。結合地質資料解譯預測區重力構造特征，錳礦床點周邊布格重力異常梯級帶由斷裂構造引起，錳礦點大多沿重力推斷的南北向隱伏斷裂分布，同時，預測區內重力推斷有隱伏基性—超基性巖體分布。

利用已有錳礦點文件與剩余重力異常面文件進行點對區相交分析，然后按雙屬性分類統計礦點個數，結果顯示剩余重力異常值為(-2～1)×10-5m/s2區間內礦點的個數占總礦點數的79.55%，表明該剩余重力異常區間最有利于錳的成礦，因此選取該區間作為研究區對成礦有利的剩余重力異常區間(圖7)。

圖7　剩余重力異常疊加礦床(點)Fig.7　Superposition of residual gravity anomaly with deposits (spots)

3.4地球化學信息

地球化學異常反映地表或近地表區域內成礦元素的富集程度，是一種直接的找礦標志。將已知錳礦點與研究區內Mn元素化探異常圖進行相交分析，統計發現大約有79.2%的礦點落在Mn元素化探異常范圍之內。因此，將Mn元素地球化學異常信息作為研究區成礦預測因子(圖8)。

圖8　錳化探異常疊加礦床(點)Fig.8　Superposition of Mn geochemical anomalies with deposits (spots)

4　基于多元信息綜合的礦產預測

在研究區域地質背景和錳礦成礦規律的基礎上，利用GIS技術平臺對收集的多元信息進行分析提取，將提取的成礦有利信息進行綜合，從而達到成礦預測的目的。采用證據權重法對上述提取到的有利成礦信息進行綜合研究，從而進行礦產資源預測評價。證據權重法是加拿大數學地質學家Agterberg(1989)提出的一種基于二值圖像的地學統計方法，通過對礦產形成有關的多元地學信息的疊加復合分析進行礦產資源預測評價和成礦遠景區的圈定(Bonham-Cater et al.，1989；Carranza，2004；De Quadros et al.，2006)。其中每一種地學信息都被看作成礦預測的一個證據因子，而每一個證據因子對成礦預測的貢獻都是由這個因子的權重值來確定的。

在此基礎上，選擇大塘坡組地層、茅口組地層、斷裂等密度、斷裂優益度、構造復雜度、布格重力異常、航磁異常、剩余重力異常、Mn化探異常等17個證據因子，在MRAS軟件上進行證據權重法的計算，在對各有利圖層進行條件獨立性檢驗(Agterberg et al.，2002)之后，各證據因子權重計算結果如表1，并得到成礦后驗概率等值線圖(圖9)，即為證據權預測評價的結果。后驗概率的值在0～1之間，其值的大小表示成礦概率的大小。

表1　貴州省沉積型錳礦預測主要證據層權值參數

圖9　 貴州省沉積型錳礦預測后驗概率等值線圖Fig.9　Posterior probability contours of the sedimentary manganese deposit prediction in Guizhou Province

由表1可以看出，證據因子1、4、13、14的C值均大于2，表明與錳的成礦有非常密切的聯系；其次證據因子3、5、6、7、9、12的C值介于1和2之間，與成礦的關系較為密切。依據圖9，結合研究區實際成礦情況，大致劃分出6個成礦遠景區。后驗概率等值線圖的高值區與貴州省內已知礦床(點)的分布具有良好的空間吻合性，表明本次預測具有良好的準確程度，預示貴州省內具有較大的沉積型錳礦找礦潛力。應當注意，劃分的部分成礦遠景區雖然沒有發現相關礦床(點)，但這并不意味著沒有找礦潛力。

5　結　論

(1) 利用計算機技術從地質、物探、化探、遙感等多元信息中提取成礦有利信息，在GIS平臺下進行有利成礦信息的綜合分析，采用證據權法進行礦產資源預測，可以取得良好的預測效果，這應是礦產資源預測與評價技術方法發展的一個重要趨勢。

(2) 綜合分析預測結果，貴州省具有良好的錳礦找礦前景。運用證據權模型圈定了6個成礦遠景區，結果表明，約66.7%的已知礦床(點)位于成礦遠景區內，說明了本次礦產預測的準確性，同時也表明在已知礦區的外圍仍然具有良好的找礦潛力。

(3) 結合貴州省區域地質背景、成礦地質條件和成礦特征來看，大塘坡式(大塘坡組)錳礦與遵義式(茅口組)錳礦仍然是貴州省今后的主要勘查類型。

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Manganese deposit prediction in Guizhou Province based on multivariate comprehensive information

WEI Wei1,2, CHEN Jianping1,2, XIANG Jie1,2

(1. School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences (Beijing)， Beijing 100083, China； 2. Key Laboratory of Land and Resources Information Research & Development in Beijing， Beijing 100083， China)

With the increasing prospecting difficulty, the application of comprehensive geological，geophysical，geochemical and remote sensing information in metallogenic prediction is an important trend of the present prospecting work. Taking the manganese ore prediction in Guizhou as an example, this work summarized the metallogenic regularity characteristics based on the regional metallogenic geological setting, and extracted multivariate information on the GIS platform. In addition, we used the weights of evidence modeling to integrate the comprehensive information and predict the favorable prospecting areas. We also put forward some constructive suggestions on the exploration of manganese deposit in Guizhou Province.

manganese deposit; GIS； weights of evidence model； multivariate information； metallogenic prediction； Guizhou Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.469

2016-06-06；

2016-07-18；編輯：陳露

中國地質調查局全國錳礦預測研究基金項目(1212014051501)

魏巍(1993—)，男，碩士研究生，礦產普查與勘探專業，研究方向為礦產資源預測與評價，E-mail：574215246@qq.com

P612; P618.32

A

1674-3636(2016)03-0469-08