Kanmantoo地槽勘探聚焦.doc

实例 在Kanmantoo地槽中的聚焦式矿产勘查实例二：在Kanmantoo地槽中的聚焦式矿产勘查J.Gum & A.Butt南澳基础工业和资源地质调查部摘要:近来对南澳大利亚寒武纪Kanmantoo群中赋存贱金属矿化的建造进行了盆地分析研究（Gum1998），研究表明地层和构造是控制矿化定位的主要因素。应用了两个概念模型：1）在Kanmantoo群沉积期间，由SEDEX活动形成的层控Pb/Zn矿化和不整合的Cu矿化；2）由SEDEX活动形成的Pb/Zn层控矿床和在其后的Delamerrian变质作用期间形成的不整合Cu矿化。Kanmantoo群自19世纪30年代（Gum,1998和Drexel,1978）首次发现Pb/Zn矿化以后，已经经历了几个阶段的勘查和开采。现在，新近的勘探已经覆盖了大部分地表露头区。然而，大范围的Kanmantoo群被不同深度的沉积岩覆盖，该群在覆盖层下被认为延伸至Murray盆地，甚至有可能延伸至维多利亚的Glenelg河杂岩（Turner等，1993）。以往公司的勘探和南澳大利亚矿业能源部（PIRSA）地质学家们的工作积累了大量的数据，并都被收集在PIRSA数据库中。而这些数据中的大部分被编辑成Kanmantoo GIS数据集，并可从PIRSA处买到（Burtt等，1994）。为了进一步增强该数据集，一些数据应用ArcView和由AGSO（Gallangher,1997）处购买的软件加以重新处理和解释，进而可以对盆地中最密集的矿化区的远景进行圈定。项目的目的是在以前的勘查项目中曾经勘查过或普查过的地区内，确定与已知地层和构造控矿因素匹配的区域。预计，此项工作会延伸至Adelaide和Barker的1:250000图幅中。利用环境与自然资源部（DENR）的1:50000数字地形数据，由ArcInfo形成像素为25米的数字地形高程模型。利用在SAEI项目中收集的详尽的航磁数据、数字地形高程模型、放射性数据、断层、剪切带等不同来源的数据，形成了解译的构造特征矢量图层。有三组明显的构造被发现：一组为NW-SE，一组为NE-SW，第三组为南北向。这些特征在以前就已被认识到，并与Delamerian造山过程（Preiss,1995）中的变形作用有关。研究区的所有已知矿产地的矢量图层由PIRSA的南澳大利亚地质数据库输出和处理。1993年，在Knox-Robinson和Robinson地区，用一种简单的2检验矿点组合与构造特征集的关系。根据这种关系对构造集进行缓冲处理。利用地球资源卫星的TM数据进行构造线性特征的解译和富粘土、富铁质土壤分布的判断。当卫星数据与数字地形高程模型和航磁数据相结合时，还可提供有用的构造数据，并将伪数据排除在外。用Abram比值数据，可强化潜在的蚀变带，进而在野外对这一区域进行检查。岩石碎样和钻孔岩心的地球化学数据从PIRSA数据库中获取。利用Micromine中的累积频率直方图软件对这些数据进行异常分布检验，再根据确定的异常分布对这些数据进行缓冲处理。作为对矿化及其缓冲范围有意义的控制因素，一些新的岩石组分用来更新从PIRSA数据库中获得的详查地质信息。各类数据由ER Mapper和ArcInfo生成，并转换成ArcView格式，然后利用布尔判别、模糊逻辑和证据权法等模型进行远景区的分析及成图。0 引言南澳大利亚寒武纪的Kanmantoo群由一系列的海相变质沉积岩组成，在其出露区赋存有大量小型Zn/Pb和Cu矿体。这些矿体大部分产在Silverton亚群包含的两个组（Talisker 钙质粉砂岩组和Tanappa组）中。多年来，就矿床的成因是同生还是后生这一问题，一直争论不休。到目前为止，区内还没有矿床被开采，然而，几个小矿（1百万吨）已被圈定，勘查仍在进行。Kanmantoo群的露头在南澳大利亚的Lofty Ranges山东面形成宽阔的弓形带状出露，它从南澳大利亚平原穿过Fleurieu半岛的南部边界，一直延伸到Kangaroo岛。而在整个盆地区，露头只有小部分，其余在盖层下向东延伸。这次研究集中在Kanmantoo矿所在盆地的主要已知矿化区。图1显示了文中提到的地区及研究区的位置。图1 研究区和Kanmantoo群的分布（据Gum,1998）Kanmantoo群地层不整合于前寒武纪Normanville群的浅水环境碳酸盐岩地层之上，而Normanville群地层又不整合于中元古基底之上。图2列出了Kanmantoo群的地层。Kanmantoo群绝大多数为深海复理石沉积，层位比Normanville群的沉积岩要深一些。而Backstairs Passage组和Middleton砂岩沉积于一个浅水环境。Kanmantoo群的沉积代表了自Normanville群的沉积之后，盆地环境的重大转变。盆地边缘被直立的断层所界定。Kanmantoo群沉积岩以极快速沉降（Gum,1998）为特征,也有证据显示其与Delamerian造山带（Gum,1998）的同期构造活动相关。图2 地层一览表（据Dyson等，1994）寒武纪Kanmantoo群已经历了几个时期的勘查，目前该群的大部分露头都获得了勘探许可。因为最近勘查很少成功，因此这一区的勘查率一直下降。勘查多集中于对露头区或浅覆盖区矿化的勘查，于是人们仍然不知Kanmantoo群向东延伸至Murray盆地下到底多远。近来，由于对铜与锌矿化火成岩分界的钻探工作的进行，以及对PIRSA与SAEI等勘探公司提供的高精度航磁数据的获得，又激发了人们对这一区域的勘探热情。但钻探后在高磁性区并没有取得成功，使对该区的勘探兴趣又开始减少。最近，在南澳大利亚的寒武纪Kanmantoo群范围内进行了针对赋存贱金属矿化地层的盆地分析研究（Gum,1998）。研究认为地层和断裂是矿化定位的控制因素。也因此得出结论：在Kanmantoo群沉积岩中至少存在有两种矿化模型。Bonham-Carter(1994)列出了应用GIS对多数字化数据集进行分析的几种方法。本项目用到其中的两个方法（证据权法和模糊逻辑法），分析从盆地研究中获取的数据和结论。而这些结论又结合了大量的从PIRSA数据库中得来的数据，目的是对盆地裸露和覆盖区进行远景评价。1 矿化模型对KanmantooTrough区的矿化点，提出了以下几种成矿模型。而该项目最终将产生适合每一种矿化类型的明确的远景图件。这篇论文应用Toteff(1999)建议的，并在Gum的论文(1998)中详细阐述的模型，进而以此来集中对PIRSA数据进行图形分析。1.1 SEDEX模型A（Gum,1998）对一些矿床和含矿化砂岩的详细分析结果显示，在Kanmantoo群中有三种主要的矿化类型：（1） 同沉积的，铁硫化物生物聚集矿化；（2） 同沉积的，贱金属硫化物、氧化铁、氧化锰和碳酸锰喷气成因矿床；（3） 同变质的，与花岗岩有关的铜硫化物矿床。在Kanmantoo群中，还有其他几种次要的矿化类型：（1） 同沉积贱金属硫化物的同变质活化转移；（2） 同沉积的，与花岗岩有关的石英/金脉型金矿床。SEDEX类型矿床形成于Silverton亚群沉积的盆地脱水期间，它们沿着几个特殊地层范围出现，反映了流体侵入的几期脉动性。这一范围的代表岩性是：Tapanappa层富石榴石的Angas石榴石段和Talisker钙质粉砂岩层Cooalinga砂岩组中的基底碳酸岩。矿化定位在顺层剪切带（最初的同沉积生长断裂）和转换断层附近，而这两种断裂类型的交汇部位具有最大的成矿潜力。Cu/Au的网状脉带可能沿同沉积断裂系统产于层控SEDEX矿床之下或其附近。但经历其后的Delamerian变形，由于生长断层的再活化，这些网状通道大部分被破坏或与其上方的层控Pb/Zn矿化分离。SEDEX矿化沿走向可能有非常广泛的富Mn/Fe/Si沉积物分散晕，而在Angas石榴石段沉积物中，则较为富锰。Cu矿化一般产在Angas石榴石段中，但大部分的这种矿化被解释为表生的，即是在Delamerian造山期，与花岗岩有关的流体侵入到地球化学性质独特的Angas石榴石段而形成的。花岗岩源区附近和能聚集流体流动的褶皱的轴部被认为对矿化定位有重要的控制作用。1.2 SEDEX模型B（Toteff,1999）这一类型与上述SEDEX A 型（Gum,1998）非常相似，但大部分与Angas石榴石段相关的Cu/Fe矿化代表下盘，网状脉通道区用Pb/Zn矿化表示（见图3），图3 层控贱金属矿化模型（据Gum,1998）除此外，二者本质上的区别是：在这个模型中，所有已知的矿产地合成到一个数据集中，而在上一模型中，将Pb/Zn和Cu区分成不同的数据集。1.3 MVT矿床MVT Pb/Zn矿床可能存在于环古老盆地边缘的碳酸岩中。富含金属的卤水迁移进入盆地的沉积岩中是SEDEX型和MVT型矿化的必要条件，亦可以看到这两种类型的结合。这种矿床在Normanville群中很有前景，已经在这一群中发现了几处该类型矿床的潜在地段（如Angas河）。1.4 活化变质的贱金属和稀有金属脉状矿床先存矿化的再次活化迁移和成脉一般在Delamerian造山期发生，是Delamerian的花岗岩体侵入和Delamerian期的褶皱造成这些流体的聚集。Windsor(1999)研究了穿越Kanmantoo区的脉的分布和厚度，为将Kanmantoo盆地划分成构造域提供了依据，构造域的划分与原有流体的活化迁移有关。3 数据集从PIRSA数据库中获得几套数据，用于编制远景区预测图件框架，除数字地形高程模型（DEM）外，大部分数据都可以从PIRSA中获取，并作为Kanmantoo数字数据集的一部分（Butt等，1997）。3.1 矿产地该数据集取自Kanmantoo数字数据库（Butt等，1997），包括了区内大部分已知的采矿地和矿产地。用几处小的矿产地，包括新近勘探项目中发现的矿产地数据对上述数据集进行分析。矿产地数据是利用Bonham-Carter(1994)论述的证据权法（WOE）对PIRSA数据库中覆盖这一区域的多种其他相关数据进行分析的基础。3.2 航磁数据SAEI期间测得的高精度航磁数据与一些公司的老的比较粗略的航磁数据结合起来，并利用ERMapper进行处理并生成图像。应用假彩色全磁密度影像（蓝色表示低磁化率区，红色表示高磁化率区），解译的线性特征用以反映在Kanmantoo群及周边岩性区沉积岩和侵入岩中构造的不整合特征。不同方向照明角可突出不同方向的特征，数据的一阶垂向导数也可用来突出构造特征。生成线性体数据的一个ArcInfo矢量图层（图4c），并且每一线性构造的都在ArcInfo中进行编码，并带有附加的属性信息。这些属性数据包括：来源（航磁影像），可靠度（已知，以推测为主或以推测为辅）和构造类型（地壳的，剪切带或断层）。由于不能对每一条构造进行野外检验，所以简单地用构造的方位和大小对构造进行分类，对于地壳，断层或剪切带的字段分别赋值1或0。区域范围内有韧性和脆性活化证据显示的线性构造，在所有三种构造的字段中，都赋值为1。3.3 数字地形高程模型数字地形高程模型由现存的数字1:50 000地形等高线（10米间隔）产生，这一产品由PIRSA从DENR处购买，并只在部门内部使用。这也是购买者从Kanmantoo数字数据集（butt等，1997）中唯一购买不到的。用ArcInfo将矢量数据转化为2525米像素的影像。用ER Mapper根据阴影假彩色影像解释线性特征。利用现存的该区的地质和构造知识，将提取解译航磁数据的线性特征（图4a）。3.4 放射性测量数据覆盖这一地区的放射性测量数据已是20年前的，质量很差。在钾道已不能使用的情况下，只能用总能量。尽管如此，从这些数据中还是可以得到一张矢量线性图，这些线性构造主要是穿越全区的具有明确线性特征的推测构造，并与其它矢量线性数据作相同的处理（图4d）。3.5 地球资源卫星TM数据在1994年的4月，地球探测卫星5在该范围区上空拍摄了TM的影像，并用黑色像元提取技术，消除大气的影响。对上述被校正的影像进行处理，形成742RGB，主成份1波段、Abram比值、非相关的742RGB以及Abram比值的影像。用这些影像提取线性特征，并按以往的规则对线性特征进行编码。通常，这些提取的线性特征与从数字地形高程模型影像中提取的地形特征关系密切（图4b）。利用Crosta技术确定高铁质和高粘土的像素的实验会有不确定的结果产生，主要由于区域中的植被和一些人文特征使这一技术的效果不明显。虽然一些可能的铁和高粘土的土壤被影像比值圈定，但人文和植被的广泛影响使这些特征很难从影像中提取。图4a DEM（2525m像素）及其解译 图4b Landsat TM(742RGB) 图4c 假彩色TM影像及其解译 图4d 总能量放射性测量及其解译3.6 线性构造组合我们发现，在应用的成因模型中，断层和其它构造对矿化形成和定位有很强的控制作用，因此建立了线性构造组合数据库。将从航磁、数字地形高程模型、放射性测量、资源卫星TM和构造填图中获得的各个矢量线性数据在ArcInfo中生成单独的矢量图层。虽然这样产生的图层有些混乱，但在这中间确实发现了一些在单个数据集中没有发现的有趣的收获。通过这些不同的数据类型可以看出，构造方向与已提出的三个主要线性组合（NW-SE，NE-SW，近S-N）大致一致，而这与目前对该区的构造解释是吻合的。贯穿整个研究区，并继续延伸出很远的一类主要线性构造（NW-SE构造），其实并不是在每一个数据集中都很明显的，而在综合的线性组中，这一连续性特征却被突出，显示出该构造是主要的地壳构造。在矿化区200米的范围内，对线性构造方向进行了Chi2检验，结果为：矿化与30、60和110方向密切相关。然后对这些数据进行模糊逻辑分析。应用证据权法和模糊逻辑法对线性构造组合数据的分析在后面阐述。3.7 地质最近，通过对Tapanappa层变质沉积岩的研究（Toteff,1999 和Gum,1998），发现了其中的岩性和矿化的空间关系。历史上的一些主要矿床，如Wheal Ellen，Kanmantoo,Aclare,Strathalbyn和Scott Creek等都产于 Angas石榴石组和Dawesley红柱石组岩性中，而其它的历史上的小矿床也与这些地质单元具有空间上的关系。这些单元对矿化的重要意义是与沉积物的化学成分和SEDEX矿化事件相联系。由几位不同作者编制的图件被用来圈定Kanmantoo和Monarto向斜的Angas石榴石组和Dawesley 红柱石组的范围，同时，也采取了野外检查在关键区填出这些单元的范围。3.8 褶皱轴在研究区内对之前没有详细整理的褶皱轴数据进行了编辑。利用1:50 000地质图结合一些局部的有关褶皱的论文和勘探公司的图件，可以追索到区域规模的褶皱的痕迹。这些褶皱轴用其类型（背斜/向斜）和世代（F1/F2/F3）加以标记。将之与被研究的矿化层位联系起来发现，褶皱轴部对Delamerian造山期的矿化活化迁移有很强的控制作用。与其它线性数据一样，褶皱轴也用Chi2进行检验，确定矿化是否与褶皱轴的方位相关。检验结果表明，10到30范围的褶皱轴与矿化有很强的相关性。这些数据也因此被应用于模糊逻辑分析中。3.9 地球化学该区的地球化学数据也可以从Kanmantoo数字数据集（Butt等，1997）中获得。这一数据集包括从该研究范围的矿化赋存区和远景区取得的岩石样品和新近的岩心/碎片样品。但研究中没有包括区域性地球化学数字采样数据。由于岩屑样品大多在已知的矿化赋存区采取，因此，这些数据不适合用于进行区域性研究。尽管如此，这些数据作为控制因素数据集中的一部分而包括在研究内容之中。利用累积概率方法确定Pb,Zn和Cu的四个元素的分布（Sinclair,1991），这些值随后将在图形分析中应用。4 图形分析利用ArcView软件中的证据权法（WOE）扩展模块（Gallapher,1997），采用以方格为基础的栅格建模，对以上的各数据集的分析结果进行处理。选择这样一个经验性的方法，也是期望它能够作为更多的模糊逻辑方法中的模型驱动分析的一个对照标准，同时希望完全经验化的WOE方法能为矿化控制提供深入的认识。该项目仍在进行，目前为止，只是完成了一个实验研究区。通过WOE扩展，一些基础的数据已被处理并添加到ArcView的专题图层中。5 证据加权法证据加权法是将已知矿产地与其它数据集（如褶皱轴）中的特征进行关联，以两者之间的关联度作为依据对网格单元进行赋值。最终来自不同数据集中的网格化值可以形成一个具有综合结果值标度的网格单元。利用矿产地将WOE分析应用到所有不同的数据集中，但遗憾的是，尽管使用不同的距离值和关联值，几乎没有数据集返回相对正的相关值，最终的图件也是如此。这也许是因为，两个显著的矿化类型（Cu和Pb/Zn）受到的控矿因素也不相同，正象在Gum（1998）的SEDEX模型中假定的那样。初始的WOE分析采用精细的网格划分（25米），产生了规模非常小的高异常值（见图）。这种太精细的网格划分产生了太多的细节，反倒使矿产地与数据集之间的关系变得不明显。而大网格的划分（500米）同样难以提供精确的WOE值。而且，也没有足够的矿产地数据与其他数据集进行准确的相关结合。 图5 研究区的WOE分析结果（25米网格）尽管有这些问题，还是得到了一些正相关性的因素。线性特征结果与Chi2检验分析结果相当一致，这可以证明这些结论。从岩石样品中获得的值最强，证实了这种方法的基本合理性，因为，如上所述，地球化学样品主要是从近矿化赋存的地方取得。验证WOE分析有效性的下一步是将Pb/Zn和Cu矿产地区分开来，并在此基础上重新检查WOE与各不同数据集的关系。6 模糊逻辑分析这一项目的第二部分是将以往研究中的确定性控制条件与模糊逻辑分析结合，形成远景图件。模糊逻辑的方法是：根据矿化模型中的每一特征的重要程度，给这些特征赋以0和1之间的数字值；这样使项目这部分就有细微的目标差异，是模型驱动而不是经验驱动。将矿化的不同控制因素分级，这样产生的模糊逻辑分析就并不完全集中在已知矿化区，因此，这将在没有矿点的区域产生更大的效用。然而，它也同时必须在已知矿化区显示更高的远景值，否则，这一系统就不准确了。从这一分析中产生的图件（图6）突出了大部分的已知矿化区，同时，又显示了几处高的以往很少或没有经过勘探的潜在区。在此基础上，下一步就应该利用岩石样品和钻探来验证该方法的合理性。由此看出，在这一阶段，模糊逻辑方法较WOE方法更为实用。图6 研究区内SEDEX模型的模糊逻辑分析结果（100米网格）7 结论我们发现，图形分析的WOE方法在如下方面给矿业部门提供有用帮助：（1） 在以往的高密度勘探区，它能圈定出哪些地区相对于其他地区更具远景；（2） 在数据丰富、完整且又可利用的地区，它可以帮助确定勘探地质学家采用其他数据分析方法所难以产生的细微关联；（3） 实践证明，数据集本身的编辑过程有利于进一步理解地质信息的可用性。模糊逻辑分析方法在以下方面有用：（1） 它在圈定已知勘探区外围的远景区方面，有显著的效果；（2） 它与已知矿化有着很好的相关性；（3） 模糊逻辑值可以方便地适应新的模型以及目前模型中的变化；（4） 对于相关类型的矿化潜力区的检验，模糊逻辑分析法是有效的。这一点，也许目前还并没有认识到（例：MVT矿化与盆地流体迁移相关联）。这一过程还对查找目前各数据库中的差别很有帮助。在研究区内，我们只有在已知异常区的岩石数据，而没有区域性数字地球化学数据。在20世纪70年代，进行了区域性水系沉积物取样工作，但这些资料并没有建立数据库。这些都将在不远的将来完成，并与Kanmantoo省GIS数据库结合起来。这一项目的下一步就是：在以上阐述的不同矿化模型的基础上，产生几个模糊逻辑模型。然后将这一建模覆盖的区域延伸到Adelaide和Barker的1:250 000地质图中的Kanmantoo群出露的大陆区。执有不同勘探许可的勘探公司，会因此大受鼓舞，向由在地球化学取样而建立起来的该模型发现的最有前景靶区发起进攻。参考文献1. Bonham-Carter, G.F., 1994. Geographic information systems for geoscientists: Modelling with GIS. Elsevier Science Inc., New York.2. Burtt, A., Nichols, G.F., & Jenkins, G.W. (Compilers), 1997. Kanmantoo Province geoscientific GIS data package. South Australia. Geological Survey. Integrated Geoscientific GIS Data Packages, Kanmantoo dataset.3. Drexel, J. F. (1978). An historical summary of the mines of Fleurieu Peninsula. Mines and Energy, South Australia, Unpublished Report Book, 78/27.4. Dyson, I. A., Gatehouse, C. G., and Jago, J. B. (1994). The significance of the sequence boundary at the base of the Early Cambrian Talisker Calc-siltstone and