GIS成矿预测的主要方法

基于ArcGIS的煤矿开采沉陷预测与可视化分析石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【摘要】以山东平原矿区某新开发矿区为研究对象,应用基于概率积分法的MSPS 软件对其首采区的开采沉陷情况进行了模拟开采预测；利用ArcGIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行了可视化分析和三维立体显示；将预测结果与实际沉陷情况进行了对比,结果表明:预测结果真实地反映了开采沉陷对周围环境的影响范围及影响程度,可为该新开发矿区的采煤塌陷的提前治理及压煤村庄的搬迁选址提供真实、科学的依据.%The mining subsidence at first mining district of a coal mine at Shandong plain mining area was forecast by the Mining Subsidence Forecasting System software based on the probability integral method. The prediction results were analyzed by the 3D model of ArcGIS,which reflected the situation of mining subsidence in the form of Three-dimensional graphics. Compared with the actual situation,the accuracy of the forecast result is verified. It reduces the losses caused by mining subsidence and provides an intuitive and effective basis for controlling mining subsidence.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】5页(P103-106,166)【关键词】开采沉陷;ArcGIS;概率积分法;可视化分析【作者】石秀伟;李晶;赵换新;王凤娇;张瑞娅【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院【正文语种】中文开采沉陷是一个在时间和空间上都非常复杂的过程。

一、成矿预测基本理论1．相似类比理论相似类比理论是指在相似的地质环境下，应该有相似的矿床产出，如一定种类的矿床及其共生组合特征，在相同的地区范围内应该有相似的矿产资源量。

依据于这一理论，在进行矿产资源评价时，就可以运用研究程度较高、地质资料丰富的矿床所取得的有关认识去推测研究程度较低、地质资料比较有限的同类矿床的成矿前景和可能的资源量等。

2．求异理论求异理论是相对于人们熟知的相似类比理论而提出，其主要是指一些新类型、特殊类型或超规模（巨型、超大型）的矿床皆产于特殊的地质环境中，这种特殊的地质环境具有与周围地质环境截然不同的地质结构和要素，构成所谓的地质异常。

在找矿评价中，从总结、研究和探求地质异常入手，进而进行成矿可能性分析。

求异理论强调的是地质体（地质环境）的不同之处对成矿的影响及作用，它对于找寻评价新类型、特殊类型、超大型的矿床具有特殊的指导作用，而相似类比理论只能指导人们进行已熟知的同类型矿床的找寻评价工作。

3．定量组合控矿理论定量组合控矿理论是指成矿不是由单一因素，也不是由任意几个因素的组合完成的，而是由必要和充分的因素的耦合而完成的，但这种“必要和充分”的因素的组合对于矿产勘查工作者往往具有较大的不确定性，为了最大限度地提高找矿成功概率，就必须最大限度地查明控矿的定量组合因素。

在进行某一地区或某一矿区的成矿前景或资源潜力评价工作时，按照定量组合控矿理论，首先应全面地分析有关控矿地质因素并掌握这些因素对成矿的贡献及其相互之间的耦合关系，尽可能定量地研究控矿因素组合，而不是仅限于定性分析和判断。

在地质条件相似的情况下，一些地区成矿，而另一些地区可能无矿，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成矿的有利因素的种类及其耦合有关。

“定量”是任何一门科学现代化的重要标志及基本要求。

按照定量组合控矿理论，在进行矿产预测时应该充分提取、构置、优化各种控矿要素及各种信息，并采用一定的先进技术手段进行综合的定量处理，定量地把握各种因素在成矿中所起作用的大小、性质、参与程度等，以提高评价结论的准确程度。

成矿规律与成矿预测总结1.成矿规律与成矿预测概论1.成矿规律学:是应用地学理论来研究矿床的形成、时空分布及其演化规律的学科，是指导矿床勘查，进行成矿预测的基础.2.成矿预测是根据成矿规律或矿化信息,按一定的方法和程序对不同规模的矿化单元(矿带\矿田\矿体)的产出位置、矿化类型、资源量等的预测。

成矿预测通常包括（1）定性预测：概念预测：利用矿床分布的概念模式预测矿床。

（2）定量预测：矿床统计预测：根据矿床分布的统计规律预测矿床。

前者是后者的基础，后者是对前者的定量化表达。

以成矿规律为基础的成矿预测工作，是矿床勘查工作创新的基本途径。

2.成矿地质背景和控矿地质因素分析1.成矿地质背景形成矿床的各种地质作用（事件）、成矿条件和控矿因素的总和。

最基本的控矿因素（1）地层(岩性)（2）构造:褶皱:背斜和向斜断裂:压\张\扭性断裂（3）岩浆岩: （a）超基性(科马提岩/橄榄岩）：Ni\Cu\Cr\PGE（b）基性岩（玄武岩/辉长岩）:Fe\V\Ti（c）中性岩（安山岩/闪长岩）：Fe、Cu、Pb、Zn、Au（d）酸性岩（流纹岩/花岗岩）：W、Sn、Bi、Mo、Li、Be、Nb、Ta（e）碱性岩（正长岩）：Au、Cu、Mo不同类型的矿床具有不同的成矿地质背景和控矿因素组合。

2.地质异常（1）由地质异常事件形成的物质组成、结构构造、成因序次与围岩具有显著差别的地质体；（2）小概率事件形成的稀有地质体，服从统计规律；（3）矿床是典型的地质异常体。

3.控矿因素（1）地层(岩性)控矿（2）构造(褶皱+断裂)控矿（3）岩浆岩控矿:成矿专属性（4）地球化学(元素丰度+挥发分)3.成矿时空分布规律1.成矿期\成矿域一定的成矿物质在一定地质时期的某些地区或一定地区的某些地质时期内的富集规律。

（1）这种有利于某种矿产或多种矿产富集的地质时间区间称为成矿期。

（2）有利于成矿的区域成为成矿省(带\矿集区) .2.研究意义在研究成矿规律时，采用成矿期、成矿省、矿化分带性等概念。

成矿规律与成矿预测总结1.成矿规律与成矿预测概论1.成矿规律学:是应用地学理论来研究矿床的形成、时空分布及其演化规律的学科，是指导矿床勘查，进行成矿预测的基础.2.成矿预测是根据成矿规律或矿化信息,按一定的方法和程序对不同规模的矿化单元(矿带\矿田\矿体)的产出位置、矿化类型、资源量等的预测。

成矿预测通常包括（1）定性预测：概念预测：利用矿床分布的概念模式预测矿床。

（2）定量预测：矿床统计预测：根据矿床分布的统计规律预测矿床。

前者是后者的基础，后者是对前者的定量化表达。

以成矿规律为基础的成矿预测工作，是矿床勘查工作创新的基本途径。

2.成矿地质背景和控矿地质因素分析1.成矿地质背景形成矿床的各种地质作用（事件）、成矿条件和控矿因素的总和。

最基本的控矿因素（1）地层(岩性)（2）构造:褶皱:背斜和向斜断裂:压\张\扭性断裂（3）岩浆岩: （a）超基性(科马提岩/橄榄岩）：Ni\Cu\Cr\PGE（b）基性岩（玄武岩/辉长岩）:Fe\V\Ti（c）中性岩（安山岩/闪长岩）：Fe、Cu、Pb、Zn、Au（d）酸性岩（流纹岩/花岗岩）：W、Sn、Bi、Mo、Li、Be、Nb、Ta（e）碱性岩（正长岩）：Au、Cu、Mo不同类型的矿床具有不同的成矿地质背景和控矿因素组合。

2.地质异常（1）由地质异常事件形成的物质组成、结构构造、成因序次与围岩具有显著差别的地质体；（2）小概率事件形成的稀有地质体，服从统计规律；（3）矿床是典型的地质异常体。

3.控矿因素（1）地层(岩性)控矿（2）构造(褶皱+断裂)控矿（3）岩浆岩控矿:成矿专属性（4）地球化学(元素丰度+挥发分)3.成矿时空分布规律1.成矿期\成矿域一定的成矿物质在一定地质时期的某些地区或一定地区的某些地质时期内的富集规律。

（1）这种有利于某种矿产或多种矿产富集的地质时间区间称为成矿期。

（2）有利于成矿的区域成为成矿省(带\矿集区) .2.研究意义在研究成矿规律时，采用成矿期、成矿省、矿化分带性等概念。

现代成矿预测的重要特色是强调以科学的理论为指导,准确快速的确定找矿靶区。

在对典型地区、典型矿床剖析研究的基础上,概括出成矿理论和成矿规律,用于新地区的成矿预测。

成矿理论研究专家们分别从不同的方向研究成矿规律,取得了一些突破性的进展。

程裕淇等提出的成矿系列理论是国内广泛运用、已经相当成熟的成矿理论,得到了广泛的推崇;翟裕生等以成矿系统理论为指导研究区域成矿规律,是区域找矿靶区圈定的有力理论工具;裴荣富等以金属成矿省等级体制划分的理念来研究地球化学省与有利构造耦合成矿的规律;於崇文等从成矿动力学角度研究成矿规律,指导找矿实践;赵鹏大等从地质异常视角审视地质现象,试图以不同于常规的眼光找出被忽视的矿床;曹新志发现在成矿预测中不利的预测因素和不利的预测标志的重要性,以起决定作用的不利因素快速准确地排除伪找矿靶区;王世称倡导的综合信息矿产预测理论在开展隐伏矿或难识别矿资源预测中的优势,对危机矿山预测具有较大的实用价值。

成矿预测是一项战略性的地质工作，它的科学基础是成矿理论和成矿规律。

由于近30年来人类对矿产资源的需求量迅速增长和地表易找易采的矿床越来越少，找矿遇到了难度加大、费用增高、矿床发现率下降的新形势。

面对新的挑战，大力加强成矿规律研究，以成矿规律指导矿产预测，已是刻不容缓的严重任务，正受到越来越多的国家所重视。

地壳中各种类型矿床的出现，并不孤立、杂乱，总有规律可循。

把矿床的产出同周围地质、地球化学背景和构造环境联系起来进行深入研究，并在此基础上阐明矿床时空分布规律和成生规律，是成矿规律研究的主要内容和重要方向。

成矿规律早期称为成矿学,这一概念最早由俄国学者M.B.罗蒙诺索夫(1763),И.А.波列季卡(1860)年写到矿床分布规律的意义,Д.де洛涅(1913)引入了成矿学、成矿区和成矿期的概念。

成矿规律学是法国学者德络内(1892)首次提出,早期狭义指金属矿床成因的研究,到20世纪中期开始强调包含所有矿床形成时空分布规律的研究,现在多指对矿床形成和分布的时间、空间、物质来源及共生关系诸方面的高度概括和总结。

地理信息系统（GIS）及其在地质矿产勘查中的应用地理信息系统（GIS）是一种集成地理空间数据、提供空间分析和可视化的技术，广泛应用于各种领域，包括地质矿产勘查。

在地质矿产勘查中，GIS技术被广泛应用于空间数据采集、分析和决策支持。

本文将介绍GIS在地质矿产勘查中的应用及其重要性。

一、GIS在空间数据采集中的应用GIS技术能够快速获取、存储和管理大量空间数据。

在地质矿产勘查中，GIS技术可以被用来收集和整合卫星和无人机遥感数据、GPS测量数据、地质数据、矿产资源数据等。

这些空间数据可以被整合到一个数据库中，用于后续的分析和决策。

通过对空间数据进行空间分析，可以提取出一些有意义的信息。

在地质矿产勘查中，GIS技术可以被用来进行以下空间分析：1.地形分析地形分析可以帮助勘探人员理解矿产资源的分布规律。

GIS可以将地形数据导入其中，生成地形分析模型，使用地形分析工具提取含有关键信息的地貌特征。

地质分析是勘探人员对地质现象的研究和描述。

GIS可以使用地质数据来进行地质分析，并生成地质图，以便地质勘探员进行分析和决策。

3.距离和路径分析距离和路径分析可以用来评估地理位置的可达性和空间分布的关系。

这会在挖掘成本和分布方案的制定方面提供重要指导。

三、GIS在决策支持中的应用在地质矿产勘查过程中，GIS技术可以被用来支持决策。

GIS技术能够提供预测、分类、模拟等决策支持功能。

GIS技术可以通过使用统计分析和机器学习算法来预测资源的含量和分布；模拟挖掘过程和对地理位置进行分类等。

例如，GIS技术可以被用来预测土地的可用性和环境风险。

GIS技术可以使用环境污染数据、土地利用数据、气象数据等来预测可能的环境风险，以便矿业公司制定可持续开发策略。

总之，GIS技术在地质矿产勘查中的应用不断增加。

GIS技术能够有效地整合和分析空间数据，支持矿业公司制定决策，并帮助勘探人员更好地理解矿产资源的分布规律。

GIS技术的应用为矿业行业的可持续发展提供了重要支持。

矿集区找矿预测技术要求随着矿产资源的稀缺化和采掘成本的提高，矿集区找矿预测技术的研究和应用越来越受到重视。

矿集区找矿预测技术的要求通常包括以下几个方面。

一、信息获取和采集能力矿集区找矿预测技术需要具备高效的信息采集和处理能力。

这需要将先进的技术手段应用到实际的场地中，如卫星遥感、激光扫描、GIS、无人机等。

信息采集的精度、全面性和及时性对矿集区找矿预测的准确性和可靠性具有重要影响。

二、数据分析和处理能力矿集区找矿预测技术需要具备高效的数据分析和处理能力，能够对大量的矿产和地质数据进行有效的处理和分析。

这需要研究和开发先进的数学和计算机技术，如人工智能、机器学习、数据挖掘等，以实现对数据的精细化处理和挖掘。

三、多源数据融合能力矿集区找矿预测技术需要具备多源数据融合能力，能够将不同类型、不同来源的数据有机地结合起来，形成具有完整性和一致性的数据集，以实现对矿集区的全面性描述和分析。

这需要研究和开发多模态数据融合技术，如基于模型的融合、基于特征的融合、基于权重的融合等。

四、模型建立和验证能力矿集区找矿预测技术需要具备模型建立和验证能力，能够根据已有的数据和知识，建立精准、可靠的矿产资源分布模型，以指导矿集区的勘探和开发。

这需要基于统计学、机器学习、人工智能等技术研究和开发多种模型，如回归分析模型、神经网络模型、支持向量机模型等，以实现对模型的优化和验证。

五、应用场景适应能力矿集区找矿预测技术需要具备应用场景适应能力，能够适应不同地质条件、不同矿种和不同矿集区的实际需求，为矿业生产和资源管理提供科学支撑。

这需要对矿集区的地质和经济背景进行深入研究，建立针对不同场景和需求的预测模型和方法。

综上，矿集区找矿预测技术要求具有高效的信息获取和采集能力、数据分析和处理能力、多源数据融合能力、模型建立和验证能力以及应用场景适应能力。

未来，随着技术的不断发展和应用的不断推广，有望实现更加智能化、精准化和可靠化的矿集区找矿预测。