基于證據(jù)權(quán)重法的雪峰山中段金礦礦集區(qū)找礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)

孔 旭，密文天，辛 杰，遲瀚韜,5，胡 雋，楊鎮(zhèn)郢

(1.數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；2.中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083；3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，呼和浩特 010051；4.西北地質(zhì)大學(xué)，西安 710069；5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；6.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局407隊(duì)，懷化 418000)

0 引言

雪峰山中段金礦礦集區(qū)位于南華板塊與揚(yáng)子板塊的過(guò)渡區(qū)域(圖1(a))、江南造山帶西部、雪峰弧形構(gòu)造帶南西部，主要包括鐵坡山和塘灣兩個(gè)5萬(wàn)圖幅[1]，是湖南金腰帶的重要組成部分。目前該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)21處金礦床(點(diǎn))，其中已探明儲(chǔ)量的大型礦床有鏟子坪金礦[2]、中型礦床有大坪金礦[3]，區(qū)域找礦潛力巨大。何谷先[4]對(duì)雪峰山地區(qū)金礦床地質(zhì)特征及分布規(guī)律做了詳細(xì)研究，指出該地區(qū)存在包含變質(zhì)熱液型金礦床及巖漿熱液型金礦在內(nèi)的五種金礦類(lèi)型，共約319處金礦床(點(diǎn))，存在極大的找礦潛力;劉湘勤[5]在研究雪峰山中段砂巖層控型金礦時(shí)指出該類(lèi)型金礦在研究區(qū)具有分布廣、品位富及工業(yè)價(jià)值大等特點(diǎn)，區(qū)域成礦地質(zhì)背景優(yōu)越;李華芹[6]通過(guò)對(duì)鏟子坪和大坪金礦含金石英脈同位素測(cè)年及石英流體包裹體的研究表明兩金礦形成于印支期大規(guī)模的區(qū)域性逆沖-推覆作用及相伴生酸性巖漿侵位的區(qū)域背景下，區(qū)域找礦潛力大。

圖1 雪峰山中段金礦礦集區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

前人的研究多針對(duì)單一金礦床或區(qū)域上的大比例尺金礦成礦研究與預(yù)測(cè)，而該地區(qū)金礦的中比例尺成礦研究工作仍然缺失，目前區(qū)內(nèi)1:50 000區(qū)調(diào)、礦調(diào)及相應(yīng)的物化探工作已基本完成，具備中比例尺找礦預(yù)測(cè)相關(guān)條件，因此為進(jìn)一步推進(jìn)雪峰山中段金礦資源勘查工作的深入開(kāi)展，研究區(qū)急需展開(kāi)中比例尺找礦的相關(guān)研究。目前，雪峰山中段已發(fā)現(xiàn)部分大中型金礦床、諸多小型金礦床及金礦點(diǎn)，結(jié)合該區(qū)已發(fā)現(xiàn)金礦床的找礦模型，區(qū)內(nèi)找礦的關(guān)鍵問(wèn)題為中比例尺礦集區(qū)找礦。自上世紀(jì)80年代Bonham Carter等[7]首次將證據(jù)權(quán)重法用于石英脈型金礦的成礦預(yù)測(cè)研究以來(lái)，該方法的發(fā)展及應(yīng)用已較為成熟，在國(guó)內(nèi)的多個(gè)礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)及潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目中起到了很大的作用[8-15]。我們的研究重點(diǎn)為雪峰山中段的金礦找礦方向，通過(guò)對(duì)雪峰山中段的地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探和遙感等資料的分析研究，建立了GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù),并應(yīng)用證據(jù)權(quán)重法為雪峰山中段金礦礦集區(qū)找礦遠(yuǎn)景做合理預(yù)測(cè)，以期為今后雪峰山中段的勘查方向及工作部署提供有力依據(jù)和找礦思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地層

本區(qū)前寒武紀(jì)地層主要包括青白口系、南華系和震旦系，古生代地層以寒武系和奧陶系為主，而第四系則零星分布(圖1(b))。青白口系高澗群是本區(qū)基底地層，由硅質(zhì)巖、砂質(zhì)板巖和淺變質(zhì)碎屑巖等組成；南華系主要由冰磧巖組成；震旦系主要由炭泥質(zhì)、硅泥質(zhì)巖組成；寒武系主要由碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和黑色頁(yè)巖構(gòu)成；奧陶系為一套鈣質(zhì)、砂泥質(zhì)、炭質(zhì)碎屑巖組合；第四系由河流相沖積巖層等構(gòu)成。本區(qū)金礦主要賦存于高澗群和南華系等淺變質(zhì)巖系中，地層的Au背景值較高(如高澗群和南華系的Au含量平均值分別為41.89×10-9和20.51×10-9，比上地殼的Au含量平均值3.5×10-9高出6倍～12倍)，是區(qū)內(nèi)金礦的主要礦源層。此外，這些地層呈現(xiàn)出Au、As、Sb、Pb和 W等異常特征較為明顯(圖2(f)、圖2(g)、圖2(h))。

圖2 雪峰山中段金礦礦集區(qū)找礦模型

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)斷裂構(gòu)造以NE—NNE向?yàn)橹鳎螢镹W向，局部為SN向(圖1(b))。斷裂、裂隙和褶皺等構(gòu)造形式是大部分礦(床)點(diǎn)和礦化點(diǎn)形成的重要控制因素之一，構(gòu)造不僅起到了導(dǎo)礦和容礦的作用，也主導(dǎo)了巖漿活動(dòng)、氣液蝕變等成礦條件地發(fā)生和演變。其中加里東期多發(fā)育韌性剪切帶，下泥盆統(tǒng)地層可見(jiàn)巖石倒轉(zhuǎn)及整體拉長(zhǎng)等強(qiáng)烈褶皺變形，流劈理發(fā)育，層理廣泛被置換，普遍發(fā)育窗棱構(gòu)造、A型褶皺、鉤狀褶皺、拉伸礫石、壓力影等各種小構(gòu)造，在變形強(qiáng)烈地段發(fā)育構(gòu)造片巖、千枚巖和糜棱巖。印支—燕山期則以脆性變形為主，其中南部以形成左行中、高角度壓剪斷裂為主要特征，中部以發(fā)育一系列中、低角度疊瓦狀逆沖斷層為特征，北部主要表現(xiàn)為NEE向的右行逆沖推覆斷裂變形。無(wú)論是其本身產(chǎn)生的應(yīng)變能，還是溝通地下深部熱流，強(qiáng)烈的韌性剪切變形和斷裂變形均能產(chǎn)生良好的熱力學(xué)條件，導(dǎo)致或促進(jìn)成礦物質(zhì)的活化和遷移。區(qū)內(nèi)褶皺對(duì)成礦影響較小，印支—燕山期褶皺使區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)生片理、劈理化帶及層間石英脈，為金礦的形成提供了豐富的儲(chǔ)礦空間，尤其是背斜和向斜的核部附近有利于成礦物質(zhì)的聚集。

1.3 巖漿巖

巖漿巖在本區(qū)出露面積大，主要為中華山巖體(位于研究區(qū)南西部，印支期)和黃茅園巖體(位于研究區(qū)北東部，印支期為主)，其次在研究區(qū)北西部一帶還有少量基性超基性群沿著NE向深大斷裂分布(圖1(b))。其中中華山巖體以印支期黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，外接觸帶附近見(jiàn)金礦化現(xiàn)象，顯示與成礦關(guān)系密切。黃茅園巖體以花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖為主，與早泥盆世地層呈侵入接觸，巖體內(nèi)多發(fā)育NE、NW及SN向脈巖，結(jié)合周邊已知金礦床推測(cè)該期巖漿活動(dòng)不僅為金礦形成提供熱力，還可能將周邊地層中的Au元素萃取到熱液中，最終富集成礦。

2 研究區(qū)內(nèi)金礦特征及找礦模式

目前，雪峰山中段已發(fā)現(xiàn)金礦床(點(diǎn))21個(gè)，其中大型礦床1個(gè)(鏟子坪金礦)，中型礦床1個(gè)(大坪金礦)，小型礦床及礦點(diǎn)19個(gè)。

表1 雪峰山中段金礦床成礦規(guī)律特征一覽表

研究區(qū)內(nèi)金礦主要分布在青白口系和下南華統(tǒng)等老地層中，礦床受地層與構(gòu)造的雙重控制，并與巖漿巖的侵入有一定的關(guān)系。前人諸多研究成果[16-27]表明雪峰山中段金礦成因類(lèi)型為蝕變巖型金礦，這種類(lèi)型的金礦成礦溫度較高(如鏟子坪金礦的成礦流體包裹體均一溫度主要為兩個(gè)區(qū)間，分別為160℃～220℃和280℃～360℃[28-29])，礦床的形成與中高溫成礦熱液的成礦作用關(guān)系密切，其成礦規(guī)律特征見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)雪峰山中段金礦礦集區(qū)的成礦規(guī)律特征進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)存在以下六種控礦因素。

1)地層控礦：雪峰山中段金礦礦集區(qū)所有金礦床(點(diǎn))賦礦地層均為新元古界青白口系高澗群和下南華統(tǒng)，因此，高澗群和下南華統(tǒng)是重要的找礦標(biāo)志(圖2(a))。

2)斷裂構(gòu)造：提取自1:50 000區(qū)域資料，多以脆性斷裂為主，延伸較短，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控礦作用明顯，為含礦熱液的運(yùn)移和金礦床的形成提供了空間，是重要的導(dǎo)礦構(gòu)造和容礦構(gòu)造，為找礦指明方向。(圖2(b))。

3)韌性剪切帶控礦：提取自1:200 000區(qū)域資料，區(qū)域上延伸較遠(yuǎn)，較為連續(xù)，主要表現(xiàn)為板巖及粉沙質(zhì)板巖等軟弱巖石的片理化，寬度十幾米至數(shù)百米，是含金熱液重要的導(dǎo)礦和配礦因素(圖2(c))。

4)褶皺構(gòu)造：提取自1:50 000區(qū)域資料，以背斜為主，其次為向斜構(gòu)造。區(qū)域上延伸較遠(yuǎn)，背斜和向斜往往相伴出現(xiàn)呈復(fù)式背斜，是含金熱液重要的配礦及容礦構(gòu)造(圖2(d))。

5)中酸性巖體(外接觸帶)：提取自1:50 000區(qū)域資料，巖性以二長(zhǎng)花崗巖為主，巖漿巖的侵入為含金熱液的形成提供了成礦物質(zhì)來(lái)源，同時(shí)也為地層中金活化及運(yùn)移提供了熱源(圖2(e))。

6)水系沉積物化探異?？氐V：區(qū)內(nèi)1:50 000水系沉積物中Au、As、Sb、Pb和W化探異常較發(fā)育，元素組合好并與含金斷裂構(gòu)造破碎帶有著良好的套合性(圖2(f)、圖2(g)和圖2(h))。

3 預(yù)測(cè)變量提取與構(gòu)置

根據(jù)收集到的湖南雪峰山中段金礦礦集區(qū)相關(guān)地質(zhì)資料和相關(guān)圖件，建立了該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(1：50 000)、化探數(shù)據(jù)庫(kù)(1：50 000)、遙感數(shù)據(jù)庫(kù)(1：50 000)和礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(1：50 000)等多元地學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用MAPGIS進(jìn)行統(tǒng)一管理，遵照證據(jù)權(quán)重模型的實(shí)施流程，對(duì)雪峰山中段金礦礦集區(qū)找礦潛力進(jìn)行評(píng)估，確定新的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

3.1 預(yù)測(cè)范圍及參數(shù)設(shè)置

雪峰山中段金礦礦集區(qū)面積約956 km2，多元地學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)比例尺以1：50 000為主，結(jié)合研究區(qū)面積及證據(jù)權(quán)重統(tǒng)計(jì)分析要求的單元數(shù)量等因素，采用1：50 000比例尺對(duì)研究區(qū)進(jìn)行成礦遠(yuǎn)景的分析和預(yù)測(cè)，研究區(qū)共有3 825個(gè)有效的0.5 km×0.5 km的單元格。

圖3 礦(床)點(diǎn)與地層、斷層緩沖區(qū)、褶皺緩沖區(qū)以及中酸性巖體外接觸帶緩沖區(qū)的關(guān)系

3.2 預(yù)測(cè)變量的分析與提取

據(jù)雪峰山中段金礦礦集區(qū)的地質(zhì)特征及找礦模型，提取以下多元地質(zhì)信息作為預(yù)測(cè)變量。

1)地層：區(qū)內(nèi)所有巖金礦床(點(diǎn))均賦存于新元古界地層(青白口系高澗群和下南華統(tǒng)，(圖3(a))，因此，下南華統(tǒng)和高澗群地層可作為本次預(yù)測(cè)的地層變量。

2)斷裂構(gòu)造：斷裂構(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)蝕變巖型金礦的有顯著的控制作用，大部分金礦(比例為86%)發(fā)育于斷裂0.5 km范圍內(nèi)(圖3(b))，因此本次預(yù)測(cè)其緩沖區(qū)半徑設(shè)為0.5 km。

3)褶皺構(gòu)造：褶皺構(gòu)造尤其是背斜構(gòu)造的內(nèi)部虛脫空間較為發(fā)育，往往成為顯著的配礦及容礦構(gòu)造，對(duì)區(qū)內(nèi)蝕變巖型金礦的有顯著的控制作用，大部分金礦(比例為57%)發(fā)育于褶皺軸部1 km范圍內(nèi)(圖3(c))，因此本次預(yù)測(cè)其緩沖區(qū)半徑設(shè)為1 km。

4)韌性剪切帶：區(qū)內(nèi)含有多條韌性剪切帶，其周邊常被列為找礦重點(diǎn)區(qū)，韌性剪切帶作為顯著的金礦找礦標(biāo)志而成為重要的預(yù)測(cè)變量。

5)巖漿巖外接觸帶：區(qū)內(nèi)中酸性巖體較為發(fā)育，巖漿巖的侵入為其附近地層中金活化及運(yùn)移提供了熱源，由于大多數(shù)金礦(比例為76%)形成于巖體外接觸帶2 km～8 km以內(nèi)(圖3(d))，因此將巖體外接觸2 km～8 km作為預(yù)測(cè)變量。

6)化探變量：區(qū)內(nèi)1:50 000水系沉積物中Au、As、Sb、Pb和W熟悉化探異常較發(fā)育，元素組合好并與金礦床(點(diǎn))耦合性好，因此本次預(yù)測(cè)選擇Au、As、Sb、Pb和W的異常作為預(yù)測(cè)變量。

上述各個(gè)預(yù)測(cè)要素一起組成了雪峰山中段金礦礦集區(qū)預(yù)測(cè)模型的主要變量。

4 證據(jù)權(quán)重法原理及應(yīng)用

證據(jù)權(quán)重法是根據(jù)已知礦床(點(diǎn))與預(yù)測(cè)變量間的條件概率對(duì)各個(gè)預(yù)測(cè)變量的權(quán)重進(jìn)行判斷，然后應(yīng)用多元地學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)[30-34]。本次預(yù)測(cè)的模擬對(duì)象單元為雪峰山中段確定的21個(gè)金礦床(點(diǎn))，對(duì)11個(gè)預(yù)測(cè)變量間的證據(jù)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，然后算出預(yù)測(cè)單元的成礦機(jī)率。其中，預(yù)測(cè)變量證據(jù)權(quán)重即對(duì)比度C的計(jì)算公式為式(1)。

C=W+-W-

W+=ln{O(d/j)/O先驗(yàn)}

(1)

表2 預(yù)測(cè)變量相關(guān)系數(shù)矩陣表

表3 雪峰山中段金礦礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)變量先驗(yàn)概率

證據(jù)權(quán)重(對(duì)比度)C表示已知礦床點(diǎn)與預(yù)測(cè)變量的相關(guān)性;W+代表各預(yù)測(cè)變量存在的權(quán)重值;W-代表各預(yù)測(cè)變量缺失的權(quán)重值，二者之差代表證據(jù)權(quán)重(對(duì)比度)C。C>0指示預(yù)測(cè)變量對(duì)成礦有利；C<0指示預(yù)測(cè)變量對(duì)成礦不利；C=0，表示該預(yù)測(cè)變量無(wú)指示意義。雪峰山中段金礦礦集區(qū)預(yù)測(cè)變量的先驗(yàn)概率和證據(jù)權(quán)重見(jiàn)表2和表3。

使用證據(jù)權(quán)重法的重要前提是所有證據(jù)因子都是條件獨(dú)立或弱條件獨(dú)立[35-36]，證據(jù)權(quán)重法的條件獨(dú)立性檢驗(yàn)方法主要包括綜合檢驗(yàn)法、新綜合檢驗(yàn)法和成對(duì)檢驗(yàn)法等[37]。但由于地質(zhì)成礦系統(tǒng)的復(fù)雜性，各證據(jù)因子要達(dá)到數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)上的絕對(duì)獨(dú)立性是很難的，地質(zhì)學(xué)者可以根據(jù)研究區(qū)具體的成礦規(guī)律及模型，合理選擇相對(duì)獨(dú)立的預(yù)測(cè)要素作為證據(jù)圖層[38-39]。

表4 雪峰山中段金礦礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)變量證據(jù)權(quán)重

圖4 雪峰山中段金礦礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)圖

表5 雪峰山中段金礦礦集區(qū)找礦遠(yuǎn)景區(qū)

根據(jù)前面的成礦規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，筆者選取了與成礦關(guān)系密切的地層、構(gòu)造、巖體巖體外接觸帶和水系化探等11個(gè)預(yù)測(cè)要素作為證據(jù)因子。對(duì)證據(jù)因子進(jìn)行因子分析表明(表2)，各因子之間的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均不大于0.4，說(shuō)明各證據(jù)因子之間的相關(guān)性較差，可以作為證據(jù)因子。

5 找礦遠(yuǎn)景區(qū)的圈定

圖4為通過(guò)證據(jù)權(quán)重法計(jì)算得出的雪峰山中段金礦礦集區(qū)成礦預(yù)測(cè)后驗(yàn)概率網(wǎng)格圖。根據(jù)后驗(yàn)概率累積頻率圖(圖5)上的三個(gè)拐點(diǎn)(D,E,F)對(duì)應(yīng)的后驗(yàn)概率分為四個(gè)區(qū)間，選后驗(yàn)概率值大的三個(gè)區(qū)間作為找礦有利區(qū)塊。其中，C級(jí)網(wǎng)格區(qū)塊后驗(yàn)概率區(qū)間為0.18 >P>0.01，B級(jí)網(wǎng)格區(qū)塊后驗(yàn)概率區(qū)間為0.65>P>0.18，A級(jí)網(wǎng)格區(qū)塊后驗(yàn)概率區(qū)間為P>0.65。

根據(jù)找礦網(wǎng)格區(qū)塊分布特點(diǎn)及雪峰山中段金礦礦集區(qū)地質(zhì)特征，本次預(yù)測(cè)圈出了找礦遠(yuǎn)景區(qū)4個(gè)(表5)。其次，筆者還對(duì)區(qū)內(nèi)找礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了分級(jí)，分級(jí)依據(jù)包括找礦遠(yuǎn)景區(qū)面積、找礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)部網(wǎng)格區(qū)塊的后驗(yàn)概率平均值、賦礦地層和已發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn))數(shù)量等，共圈出 I 級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)1處，Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)各1處。I級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)為大坪金礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)和鏟子坪金礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)，目前這兩個(gè)遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鏟子坪和大坪等大中型金礦，已發(fā)現(xiàn)小型金礦床共計(jì)14個(gè)；在中山—響溪Ⅱ級(jí)金礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了響溪、中山和淘金坑等小型金礦床；而在字溪—狗皮溪Ⅲ金礦找礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了字溪金礦床(點(diǎn))，顯示出該礦區(qū)周邊及深部仍存在較好的找礦潛力。

圖5 后驗(yàn)概率(P)累積頻率圖

6 結(jié)論

1)重新建立了雪峰山中段區(qū)域找礦模型，確定11個(gè)找礦標(biāo)志，分別為青白口系、下南華統(tǒng)、韌性剪切帶、斷層緩沖區(qū)0.5 km、褶皺緩沖區(qū)1.0 km、巖體外接觸緩沖區(qū)2 km～8 km、As、Sb、Au、Pb和W水系化探異常等。

2)基于MRAS證據(jù)權(quán)重法對(duì)雪峰山中段金礦礦集區(qū)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)，提取構(gòu)置11個(gè)預(yù)測(cè)變量作為證據(jù)因子，劃分了A、B、C三級(jí)網(wǎng)格區(qū)塊，確定了I級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)2處，Ⅱ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)處和Ⅲ級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)1處。

3)綜合分析后認(rèn)為，I級(jí)找礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)部的A級(jí)網(wǎng)格區(qū)塊具有較好的找金潛力，是本區(qū)今后金礦找礦的重點(diǎn)突破的區(qū)域。

4)受證據(jù)權(quán)重法的局限性，在統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)概率時(shí)無(wú)法考慮已有礦床點(diǎn)的規(guī)模，只能機(jī)械的記錄礦床點(diǎn)的數(shù)量，同理各個(gè)證據(jù)因子的規(guī)模也無(wú)法考量，使得預(yù)測(cè)結(jié)果可能存在一定的誤差。