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分分 类类 号号 P628.1 单位代码单位代码10183 研究生学号研究生学号 2006611001 密密 级公开级公开 吉 林 大 学 博士学位论文 白山地区金多金属矿产资源预测研究 Studies on Au-polymetallic Deposit Prognosis in Baishan Area 毕明丽毕明丽 作者姓名毕明丽作者姓名毕明丽 专专 业数字地质科学业数字地质科学 研究方向资源环境信息与决策系统研究方向资源环境信息与决策系统 指导教师路来君指导教师路来君 培养单位吉林大学地球科学学院培养单位吉林大学地球科学学院 2009 年年 5 月月 白山地区金多金属矿产资源预测研究 白山地区金多金属矿产资源预测研究 Studies on Au-polymetallic Deposit Prognosis in Baishan Area 作者姓名毕明丽 专业名称数字地质科学 指导教师路来君 学位类别理学博士 论文答辩日期 年 月 日 授予学位日期 年 月 日 答辩委员会主席 论 文 评 阅 人 未经本论文作者的书面授权， 依法收存和保管本论文书面 版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或 部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有 碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限） 。否 则，应承担侵权的法律责任。 吉林大学博士学位论文原创性声明吉林大学博士学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 日期 年 月 日 中国优秀博硕士学位论文全文数据库投稿声明 中国优秀博硕士学位论文全文数据库投稿声明 研究生院 本人同意中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程的内容， 愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志 社的中国优秀博硕士学位论文全文数据库投稿，希望中国优秀博硕 士学位论文全文数据库给予出版，并同意在中国博硕士学位论文评价 数据库和 CNKI 系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。 论文级别□硕士 ■博士 学科专业数字地质科学 论文题目白山地区金多金属矿产资源预测研究 作者签名 指导教师签名 年 月 日 作者联系地址（邮编） 作者联系电话 内内 容容 提提 要要 本文在对白山地区综合信息成矿预测研究基础上，对该区金多金属成矿规律与 找矿模式进行了较详尽的探讨。利用区域1∶20万航磁资料的位场不同高度上延处 理，分别解译出不同深度层次的线形构造与环形构造，从而解决了老基底地层展布 形态、隐伏岩浆岩岩体的空间形态、多组深部断裂的交汇关系、岩浆岩及老基底与 盖层的接触关系等一系列成矿条件识别问题。同时对地球化学单元素异常与组合异 常及其与岩浆岩体、老地层、构造三者关系进行了有益的探讨，给出了DEM三维模 型，首次编制了该区1∶20万综合矿产资源预测图，从而建立了该区矿产资源预测 模型及找矿模型。在定位定量预测过程中，对地质变量的空间逻辑组合关系、合理 赋值与赋权等关键内容进行了探讨。最后根据地质变量的逻辑组合成果，应用特征 分析、聚类分析、回归分析、逻辑信息法等方法对本研究区进行金多金属成矿预测。 对各种方法的预测成果进行综合比较，最后提交白山地区金矿资源的重点预测 远景区19处，同时给出结论32、39、43号预测单元为寻找金矿最重要远景区；8、 9、17、22、26、30、31、46号预测单元具有一定的找矿前景，可以作为后续找矿 工作的重点单元；4、5、14、15、16、27、34、37号预测单元与前两组单元相比成 矿有利度相对较低，需要对单元做进一步的勘查工作，作为找矿的远景储备单元。 因此论文所做的工作为该区实际找矿提供了可参考的依据。 - I - 目目 录录 第 1 章 绪 论................................................................................................1 1.1 论文研究目的与意义 ..........................................................................1 1.2 矿产资源预测研究现状 ......................................................................1 1.2.1 国外研究现状 .............................................................................1 1.2.2 国内研究现状 .............................................................................3 1.3 研究区以往工作概况 ..........................................................................6 1.4 本文工作内容及工作量 ......................................................................8 1.4.1 本文工作内容 .............................................................................8 1.4.2 工作量 .........................................................................................9 第 2 章 综合信息矿产资源预测理论与方法 .............................................12 2.1 综合信息矿产资源预测的基本理论................................................12 2.1.1 综合信息找矿模型 ...................................................................12 2.1.2 综合信息找矿模型的数学转换...............................................14 2.1.3 综合信息矿产资源定量评价...................................................15 2.1.4 成果表达 ...................................................................................15 2.2 综合信息成矿预测系统方法............................................................15 2.3 综合信息中比例尺成矿预测............................................................17 第 3 章 区域地质、地球物理及地球化学特征 .........................................18 3.1 区域地质特征 ....................................................................................19 3.1.1 地层 ...........................................................................................19 3.1.2 构造 ...........................................................................................23 - II - 3.1.3 侵入岩 .......................................................................................26 3.1.4 矿产概况 ...................................................................................30 3.2 区域地球物理特征 ............................................................................30 3.3 区域地球化学特征 ............................................................................33 3.3.1 元素地球化学参数特征...........................................................33 3.3.2 元素地球化学场特征...............................................................35 第 4 章 物化探信息解译..............................................................................41 4.1 物探信息解译 ....................................................................................41 4.1.1 地球物理信息解译方法...........................................................41 4.1.2 航磁解译构造及其控矿特征...................................................44 4.2 化探信息解译 ....................................................................................46 4.2.1 单元素地球化学异常...............................................................46 4.2.2 元素空间定量组合求异模型...................................................51 4.2.3 组合异常空间分布 DEM 模型 ................................................55 4.2.4 组合异常空间分布特征...........................................................59 第 5 章 典型矿床特征................................................................................61 5.1 荒沟山金矿床 ....................................................................................61 5.1.1 矿床地质特征 ...........................................................................61 5.1.2 矿体特征 ...................................................................................62 5.1.3 矿床成因 ...................................................................................63 5.2 金英金矿 ............................................................................................65 5.2.1 矿区地质特征 ...........................................................................66 5.2.2 矿体特征 ...................................................................................67 - III - 5.2.3 矿石质量特征 ...........................................................................68 5.2.4 矿床成因、成矿规律及找矿标志...........................................69 5.3 大横路铜钴矿 ....................................................................................71 5.3.1 成矿地质背景 ...........................................................................71 5.3.2 矿体特征 ...................................................................................71 5.3.3 矿床成因 ...................................................................................72 5.4 小结.....................................................................................................75 第 6 章 成矿地质条件与找矿标志..............................................................76 6.1 成矿条件分析 ....................................................................................76 6.1.1 成矿与构造特征分析...............................................................76 6.1.2 成矿与地层特征分析...............................................................78 6.1.3 侵入岩与成矿 ...........................................................................81 6.2 找矿标志 ............................................................................................81 6.2.1 地质标志 ...................................................................................82 6.2.2 地球物理场标志 .......................................................................83 6.2.3 地球化学标志 ...........................................................................83 第 7 章 统计单元的划分及地质变量研究 ...................................................84 7.1 统计单元的划分 ................................................................................84 7.1.1 地质体单元的概念及划分原则...............................................84 7.1.2 研究区地质单元划分的信息组合...........................................85 7.1.3 研究区统计单元的划分...........................................................86 7.2 地质变量研究 ....................................................................................87 7.2.1 变量的提取 ...............................................................................88 - IV - 7.2.2 变量的选择 ...............................................................................89 7.2.3 变量的赋值 ...............................................................................92 7.2.4 变量的优化 ...............................................................................93 第 8 章 矿产资源定位及定量预测..............................................................101 8.1 矿产资源定位预测 ..........................................................................101 8.1.1 特征分析评价模型 .................................................................101 8.1.2 Q 型聚类分析模型 .................................................................105 8.1.3 数量化理论Ⅳ模型 .................................................................107 8.2 矿产资源定量预测 ..........................................................................109 8.2.1 定量预测变量选择 .................................................................109 8.2.2 定量预测模型 .........................................................................110 8.3 预测成果解释及表达 ......................................................................111 8.3.1 单元位置预测 .........................................................................111 8.3.2 单元成矿规模预测 .................................................................113 8.3.3 单元成矿远景预测 .................................................................114 第 9 章 结 论..............................................................................................116 主要参考文献................................................................................................118 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果 .......................................123 致 谢..........................................................................................................124 摘 要................................................................................................................1 ABSTRACT.......................................................................................................4 第 1 章 绪论 1 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 论文研究目的与意义论文研究目的与意义 人类进入二十一世纪后，随着社会经济快速发展，对矿产资源的需求也在不断 增长。据全球范围和中国境内统计，矿产资源作为不可再生资源，已探明的金属矿 产保有储量正在逐年减少（地质勘查导报，2004） 。据统计现阶段我国 95以上的 能源，80以上的工业原料、70以上的农业生产资料来源于矿产资源，30以上 的农业用水和饮用水来自属于矿产资源范畴的地下水[1]。 本文选题确定吉林省白山地区为工作区，该区地处华北地台北缘东段[2]，是地 台北缘成矿带的重要组成部分，矿产资源丰富，目前已发现大、中、小型各类金属 矿床 40 多处，成矿类型复杂，金、银、铜、镍、钴、铅、锌、锑、铁等矿种繁多。 然而，随着地质找矿难度的增大，二十世纪五、六十年代投产的几十座金属矿山中 的大部分已经因资源枯竭闭坑停产或濒临停产，急需新的接续资源维系经济发展和 社会稳定。在这种情况下，加强该区金、多金属成矿预测，搞清多金属成矿的地质 背景、成矿地质作用、矿床形成及分布特点、控矿地质因素、矿化信息等，为今后 的普查勘探提出进一步找矿方向，显得尤为重要和迫切。因而，该项工作具有十分 重要的经济意义和社会意义。 1.2 矿产资源预测研究现状矿产资源预测研究现状 矿产资源预测是在科学预测理论的指导下，通过剖析成矿地质条件，深入研究 矿化信息（找矿标志）、总结成矿规律，进而圈定不同级别的预测区或三维空间内 的找矿靶区的一项综合性工作。在成矿预测过程中，利用各种矿化信息进行深入研 究和综合分析做为重要手段的成矿预测方法，是关系到预测成败的重要技术问题， 这些问题一直被国内外矿产勘查学者所关注[3-7]。 1.2.1 国外研究现状国外研究现状[8-11] 在矿产资源预测中，作为对各种成矿信息进行深入研究和综合分析重要手段的 成矿预测方法是一个关系到预测成败的重要技术问题，它一直为国内外矿产勘查学 吉林大学博士学位论文 2 者的关注[12-15]。 早在20 世纪50 年代初，国外对矿产资源成矿进行定量研究，如M.Allais对撒 哈拉沙漠地区进行了矿床个数的预测研究[16-17]。20 世纪60 年代初，人们开始使用 多元统计分析方法综合处理矿产资源预测的各种数据， 法国著名学者G. 马特隆教授 于1962年创立的，其核心即所谓的“克立格“。它是一种无偏的最小误差的储量计算 方法。 该方法按照样品与待估块段的相对空间 位置和相关程度来计算块段品位及储 量，并使估计误差为最小。这是南非采矿工程师D.G. Krige 根据南非金矿的具体情 况与1952年提出的，故命名为克立格法。后来法国学者G. 马 特隆（Matheron）对 克立格提出的方法进行研究， 认为克立格提出的方法是在考虑了空间分 布特征的基 础上，合理地改进了统计学，是一种传统方法与统计学方法结合起来的新方法。 同 时为了解决具二重型 （结构型与随机性） 的地质变量的条件下使用统计方法的问题。 马特隆教授提出了区域化变量的概念 （Regionalized Variable） ， 从而创立了地质统计 学。根据地 质统计学理论，地质特征可以用区域化变量的空间分布特征来表征。而 研究区域化变量的空 间分布特征分布的主要数学工具是变差函数（Variogram） 。到 七十年代中后期，马特隆的学生JOURENL等在研究其它地质变量的基础上，认为 某些地 质变量并不是一成不变的，而是有一定波动的，这样使用克立格法就不能很 好再现地质变量 的分布特征。因此他们采样模拟的方法，将克立格估计的离散方差 的波动性模拟出来，从而 产生了随机模拟法。因此，从二十世纪八十年代以来，地 质统计学分为两派一派以法国的马特隆教授等人为主，仍致力于克立格估计的研 究；一派以美国JOURENL等人为主，主要 致力于随机模拟方法的研究。 20 世纪60-70 年代，统计分析方法在矿产资源预测领域内得到了广泛的应用， 方法研究上也有所发展，其中较有代表性的研究工作有美国Harris的主观概率法、 加拿大Agterberg的多元统计分析方法[18]，以及美国Brinck的丰度估算法等；以前苏 联为代表的欧美国家，多次召开一些地区性的隐伏矿产预测会议，制定了局部预测 方法和合理的“预测普查组合”，并有明确的规定和技术要求，在地质工作程度较高 的地区付诸实施局部成矿预测理论和方法及综合性立体地质方法，取得了突破性进 展。从20 世纪70 年代后期至 80 年代初期，矿产资源预测不仅从理论有了较大的 发展，应用的广度也有很大的进展，各种成矿预测系统以及预测程序包的开发极大 的推进了预测工作的发展。20 世纪80 年代以后，随着世界经济飞速发展，各经济 第 1 章 绪论 3 大国对矿产资源的需求量与日俱增，一些矿产出现了明显的需求紧缺， 日益严峻 的矿产资源短缺形势推动了矿产资源预测研究工作的快速发展。 从20世纪90年代初开始，矿产预测中广泛应用高新技术。在高新技术支持下， 资源预测逐渐向数字化、可视化、系统化、自动化和网络化发展，人工智能技术、 图形图像处理技术，特别是“3S”技术即遥感（RS） 、地理信息系统（GIS） 、全球定 位系统（GPS）技术应用于地质领域，促进了矿产资源定量、定位预测方法技术的 进一步发展。美国、加拿大、澳大利亚等发达国家把GIS技术与成矿预测结合起来 并成功应用，如美国地质调查局启动了应用和评价美国国土资源评价计划 CUSMAP；加拿大地质调查局提出适合于GIS平台上操作完成的资源预测模型--证 据加权模型Weighters of Evidence Mode； 澳大利亚地质调查局广泛用于建立矿产资 源评价的基础--矿产省的GIS数据集， 以及适用于已知矿床很少或没有已知矿床的未 勘探区的概念法，和适用于含有大量已探明矿床地区的经验法两种以GIS为基础的 勘查方法应用等。 1.2.2 国内研究现状国内研究现状 我国矿产资源预测方法的探索工作早在20 世纪60 年代就已经开始[13]，主要依 据地质构造和成矿特点的分析，在已知矿床外围进行简单的类比预测，以经验性的 定性预测方法为主。20 世纪70 年代末期至90 年代，随着国外一些成矿理论、方 法的引进，我国的成矿资源预测方法也得到了飞速的发展，并在勘查工作中得到了 广泛的应用。首次成矿预测工作是由赵鹏大等人，于1975 年完成了宁芜盆地中、 北段的矿床统计预测；原长春地质学院王世称教授等人于1978 年开展了冀东水厂 地区变质岩铁矿预测，验证所使用的方法有效，取得了理想的效果。1981 年在原 地质部规划院组织下，开始了方法性试验工作，对国际地科联第98 项计划所推荐 的6 种方法原理和应用条件进行了详细的研究。随着成矿新技术、新理论、新方法 的不断发展，尤其是计算机技术广泛运用，地质科技工作者将成矿预测、矿产统计 预测作为数学地质研究领域的一个重要研究方向展现了广泛的应用前景，在开展各 种科研工作的同时，也形成了一些具有我国特点的矿产资源预测方法体系[19-24]，如 王世称教授提出了综合信息成矿预测理论及方法体系；赵鹏大院士提出的地质异常 理论及其相应的预测方法等。经过反复的实践证明和检验，这些矿产资源理论方法 吉林大学博士学位论文 4 体系各具特色，对生产和科研具有实际意义和指导作用。 国内 GIS 技术应用研究起步较晚。“八五”期间，GIS 技术才被列为地矿勘查关 键技术，进入 90 年代以后，GIS 矿产资源预测研究得到了足够的重视，这方面以中 国地质大学胡光道教授领导的研究集体在 MAPGIS 软件平台开发的金属矿产资源 评价分析系统MORPAS；中国地质矿产信息研究院与四川地质矿产勘查开发局合 作在 ARC/INFO 和 ARC/View 软件平台开发的 GIS 应用于矿产资源区域评价方法 AMS-GIS；长春科技大学王世称教授领导的研究集体在 MAPGIS 软件平台开发的 综合信息矿产源预测系统KCYC，中国地质科学院肖克炎博士为首的在 MAPGIS 软件平台开发的矿产资源评价系统MRAS等为代表；吉林大学路来君教授为首的 地学 G4I 系统；马生忠等在 1991 年和 1993 年分别完成了王世称教授综合信息矿产 预测专家系统和系列成矿专家系统研究任务，是目前国内在矿产资源预测方面实用 性较强的专家系统之一。这方面的研究开创了综合信息矿产预测智能化的先河。 1、相似类比理论 相似类比理论是矿床预测的重要基础理论之一[25]。该理论认为在相似地质环 境下应有相似的矿床产出，在相同的地质范围内，应有等同或相近的资源量，同类 型矿床之间可以进行类比。与已知的矿床具有相似地质环境的地区，可以认为是成 矿的远景区或成矿靶区。根据该理论，预测工作将预测对象同研究的已知矿床模型 进行对比分析，并根据其相似性程度进行某种预测。相似类比理论方法虽然是一种 直观的方法，但它确是几种常用方法的基础。 2、地质异常与求异理论 矿床都产出于地质异常中，因而通过发现异常，就可以发现矿床。人所共知， 矿产通常是所在地质体的一个特殊组成部分异常，这种特殊性可以体现为物理异 常、化学异常及地质异常，并且前二者包括在后者之中；特大型矿床在同类性的小 矿床中又有其产出的特殊性。因此，求异是预测找矿的一个有效途径及思路。通过 求异，也只有通过求异，才能发现新类型的矿床 3、定量组合控矿理论 成矿不是靠单一因素，也不是靠任意个因素的组合，而是靠“必要和充分”因素 的组合。人们现在尚不能对其充分认识和查明，这样，成矿和找矿就成为了非确定 性事件。预测的任务是，最大限度地提高找矿概率。往往在地质条件相似情况下， 第 1 章 绪论 5 一些地区有矿，而另一些地区无矿，这是因为“相似的地质条件”并不一定是成矿的 “充分条件”。一般地说，一个地区成矿概率的大小与有利因素组合程度有关，也与 关键因素是否存在相关。 4、综合信息评价理论 综合信息评价理论是从预测研究区的地质构造环境和所预测矿种的已知矿床 （点）入手，分析矿床的成矿规律，控矿条件[20]，以此为前提对各种地物化遥资料 进行解释，研究直、间接信息的关联关系，形成综合信息系统，深化已取得的地质 规律的认识，建立以找矿为目的的综合信息找矿摸型；研究矿化单元边界条件，划 分出不同等级的地质统计单元（预测靶区）；研究信息与矿产资源特征间的关系， 选择最佳变量组合；应用电子计算机技术将综合信息找矿模型转化为定量评价模 型， 将其外推到地质构造环境相类似的未知区域， 实现对资源特征的定量估计 [26-29]。 5、矿床成矿系列理论 矿床成矿系列理论主要是研究在一定的地质时期和地质环境中，在主导的地质 成矿作用下形成的时间上、空间上和成因上具有密切联系的一组矿床类型的组合。 根据已知的成矿系列理论，针对工作地区的地质构造环境和岩石建造特征，可以预 测该区可能存在的某一（些）成矿系列，有效地指导成矿预测工作，促进矿产资源 的勘查工作。该系列可分出以下不同级别的序次矿床成矿系列组合、矿床成矿系 列类型、矿床成矿系列、矿床成矿亚系列、矿床式（或矿床类型）、矿床。成矿系 列理论是我国矿产预测的重要基础理 论之一。 6、成矿系统理论 将成矿的构造体系、流体系统和化学反应及矿床定位机制有机的结合起来，从 成矿作用动力学演化的角度来分析成矿作用过程及其要素，以新的思路去探讨认识 矿床的形成和分布规律，更有效的指导找矿工作。其基本内涵是“成矿系统是指在 一定的时空域中，控制矿床形成、变化和保存的全部地质要素和成矿作用的过程， 以及所形成的矿床系列、矿化异常系列构成的整体，是具有成矿功能的一个自然系 统”[30]。成矿系统的内部结构包括四个部分1 控制成矿因素；2 成矿要素；3 成 矿作用过程；4 成矿产物。 7、矿床成因模型预测理论 吉林大学博士学位论文 6 20 世纪80 年代以来，国际上兴起了以矿床成因模式进行成矿预测和找矿的热
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