證據(jù)權(quán)法在河北豐寧地區(qū)銀鉛鋅多金屬礦成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

滕菲，彭麗娜，孟慶龍 ，邢怡

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國(guó)石油大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津300270；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津300170）

豐寧地區(qū)地處華北陸塊北緣的多金屬成礦帶，該區(qū)多金屬找礦工作已經(jīng)開(kāi)展的相當(dāng)深入，前人積累了豐富的數(shù)據(jù)資料，也取得了大量的找礦成果[1-3]。進(jìn)一步的攻深找盲工作對(duì)多專(zhuān)業(yè)信息的綜合研究提出了更高要求。當(dāng)前，與GIS技術(shù)結(jié)合的找礦預(yù)測(cè)方法有很多種，包括代數(shù)方法、模糊邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、秩相關(guān)分析、判別分析、聚類(lèi)分析和證據(jù)權(quán)法等，其應(yīng)用大大提高了礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)的效率[4-9]。相較其它方法，“證據(jù)權(quán)”法基于二值圖像，其運(yùn)行可由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、亦可專(zhuān)家干預(yù)，具有實(shí)用、靈活等優(yōu)勢(shì)，是國(guó)際地學(xué)領(lǐng)域使用的一種重要找礦預(yù)測(cè)方法。目前國(guó)內(nèi)不同專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)一些主要成礦區(qū)帶、礦床進(jìn)行了基于證據(jù)權(quán)法的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)工作，均取得了良好的找礦效果[10-15]。豐寧地區(qū)尚未開(kāi)展過(guò)此類(lèi)區(qū)域性的綜合找礦預(yù)測(cè)工作。本文以此為契機(jī)，充分收集區(qū)內(nèi)地質(zhì)、物化遙等多源地學(xué)信息，建立地質(zhì)找礦空間“網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型”，主要采用相似類(lèi)比的方法建立預(yù)測(cè)模型，結(jié)合對(duì)典型探礦地質(zhì)條件和地質(zhì)異常的綜合分析[16-19]，利用證據(jù)權(quán)法開(kāi)展綜合找礦預(yù)測(cè)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

豐寧地區(qū)處于華北陸塊北緣的EW向燕遼多金屬成礦帶與NNE向上黃旗-烏龍溝多金屬成礦帶的交切復(fù)合部位。以豐寧-隆化斷裂帶為界，南北兩分為華北北緣隆起帶及燕遼中元古裂谷帶兩個(gè)構(gòu)造單元。構(gòu)造格局以東西、北北東-北東為主，控制了區(qū)內(nèi)中生代火山-沉積盆地的展布。與成礦相關(guān)的中生代侵入巖多分布在火山帶外緣的隆起部位，如千層背、窟窿山等，或產(chǎn)于火山巖盆地的淺成-超淺成侵入體，如豐寧白草、東猴頂、牛圈子壩等。早前寒武紀(jì)地層作為盆地基底，主要出露有單塔子巖群和紅旗營(yíng)子巖群。紅旗營(yíng)子巖群主要分布于豐寧-隆化斷裂帶上及其北側(cè)，空間上呈近東西向展布。這套巖系A(chǔ)g、Pb、Zn、Cu、Mo等元素的豐度值高。形成大量的鉛鋅銀、鉬礦床，如：蔡家營(yíng)、牛圈-營(yíng)房鉛鋅銀礦、撒岱溝門(mén)鉬礦等大型礦床。許多和中生代巖漿活動(dòng)有關(guān)的鉛鋅銀、鉬礦床也都產(chǎn)于紅旗營(yíng)子群殘塊周?chē)?，是本區(qū)多金屬礦的主要礦源層[20]。受環(huán)太平洋構(gòu)造域影響，區(qū)內(nèi)中生代造山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，誘發(fā)了大規(guī)模中、酸性火山噴發(fā)，巖漿侵入活動(dòng)，成為本區(qū)最重要的成礦爆發(fā)期[21]。其中以下白堊統(tǒng)張家口組火山巖及燕山期淺成-超淺成侵入巖與區(qū)內(nèi)銀多金屬成礦關(guān)系最為密切（圖1）。

2 成礦有利信息提取

圖1 豐寧地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological map in Fengning region

筆者結(jié)合對(duì)區(qū)域上典型礦床的綜合研究，依據(jù)成礦地質(zhì)條件和找礦標(biāo)志[22-26]，初步建立找礦預(yù)測(cè)模型，基于MAPGIS平臺(tái)，從已建立多元地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)中提取巖石、地層、構(gòu)造、重磁、化探、遙感等多個(gè)成礦有利要素層。根據(jù)不同要素與已知礦產(chǎn)地空間關(guān)系，對(duì)部分要素進(jìn)行不同方向緩沖分析，并研究該要素與已知礦床（點(diǎn)）的關(guān)聯(lián)程度[27]。

2.1 有效證據(jù)因子提取方法

基于找礦預(yù)測(cè)模型，研究初步提取的各個(gè)證據(jù)因子的權(quán)重值及其與響應(yīng)因子的相關(guān)程度，其相關(guān)參數(shù)包括：W+、W－、C、S（C）等。權(quán)重W－表示當(dāng)前證據(jù)因子中某一特定類(lèi)別存在時(shí)，對(duì)響應(yīng)因子的影響程度；權(quán)重W－表示當(dāng)前證據(jù)因子中某一特定類(lèi)別不存在時(shí)，對(duì)響應(yīng)因子的影響程度。對(duì)比值C是度量響應(yīng)因子與證據(jù)因子之間相關(guān)性的有效依據(jù)。學(xué)生化對(duì)比值Stud（C）是度量對(duì)比值C的顯著性水平的有效證據(jù)（表1），可以由如下公式計(jì)算得到：

上式中，S（C）、S（W+）、S（W－）依次表示對(duì)比值C、權(quán)重W+、權(quán)重W－相應(yīng)的方差。各個(gè)證據(jù)因子的權(quán)重方差可以依據(jù)如下公式計(jì)算得到：

在要求研究區(qū)單元面積至多僅能包含一個(gè)礦床（點(diǎn)）的前提下，D為含有一個(gè)礦床（點(diǎn)）的單元數(shù)，即已知礦床（點(diǎn)）數(shù)。Bj為證據(jù)因子j在研究區(qū)范圍內(nèi)存在的單元數(shù)。因此，Stud（C）可以作為進(jìn)一步篩選、提取有效證據(jù)因子的衡量指標(biāo)。

在ArcSDM 的Weights of Evidence（WofE）模塊中，依據(jù)Calculate Weights功能，可以計(jì)算上述相關(guān)參數(shù)。一般地，根據(jù)Stud（C）將證據(jù)因子劃分為四類(lèi)：主要影響因子（值大于1.96）、參與評(píng)價(jià)的重要影響因子（值介于1.28~1.96之間）、參與評(píng)價(jià)的次要影響因子（值介于0.542~1.28之間）、以及非影響因子（值小于0.542）。

2.2 有利巖石、地層信息

區(qū)內(nèi)基底最下部變質(zhì)巖系和張家口組酸性、中酸性火山-次火山巖系是區(qū)內(nèi)陸相火山巖型銀（鉛鋅）礦床主要的礦源層。而中生代同熔型和重熔型花崗巖屬重要的成礦母巖。

表1 學(xué)生化對(duì)比值S（C）與對(duì)比值C顯著性水平的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table1 Relativity between Stud（C）and the important degree of C

區(qū)內(nèi)銀（多金屬）礦床（點(diǎn)）多產(chǎn)于白堊系張家口組（火山巖盆地）地層邊緣隆起區(qū)。因此選取其外邊界進(jìn)行緩沖分析，采用ArcSDM中WofE模塊的Calculate Weights功能，計(jì)算不同緩沖距離下該要素對(duì)于已知鉛鋅銀礦床（點(diǎn)）的權(quán)重，選取對(duì)比值C為最大值時(shí)的外緩沖范圍（2 km）作為進(jìn)一步用以研究的成礦預(yù)測(cè)要素（圖2）。進(jìn)行二值化處理，計(jì)算其證據(jù)因子響應(yīng)度。計(jì)算結(jié)果顯示（表2）該要素的Stud（C）（等于1.292 3）顯著性水平90%～95%，且對(duì)比值（等于0.366 2）、權(quán)重（等于0.243 2）均可接受。因此，該要素適合作為最終參與成礦后驗(yàn)概率計(jì)算的證據(jù)因子。

同理篩選出新太古界單塔子群、早元古界紅旗營(yíng)子群地層要素（主要重熔變質(zhì)巖系）1.5 km以?xún)?nèi)的外緩沖范圍、中生代中酸性侵入巖要素在2 km以?xún)?nèi)的緩沖范圍作為最終參與成礦后驗(yàn)概率計(jì)算的證據(jù)因子。

2.3 構(gòu)造信息

圖2 張家口組（火山巖）地層緩沖與礦產(chǎn)關(guān)系圖Fig.2 Relationship between Zhangjiakou strata buffers and minerals

表2 張家口組（火山巖）地層證據(jù)因子響應(yīng)度Table 2 Responsivity of Zhangjiakou strata evidence-gene

區(qū)內(nèi)構(gòu)造格局受EW 向基底構(gòu)造豐寧-隆化及NNE 向上黃旗-烏龍溝等深大斷裂控制，區(qū)內(nèi)北北東、北西西兩組密集發(fā)育的斷裂構(gòu)成明顯的棋盤(pán)格構(gòu)造，這一規(guī)律與地球化學(xué)場(chǎng)中的Pb、Zn等元素的異常分布和地球物理場(chǎng)異常排列完全吻合，異常的高強(qiáng)度主要出現(xiàn)在斷裂交叉部位即棋盤(pán)格構(gòu)造的交點(diǎn)上。棋盤(pán)格控礦模式明顯，而火山機(jī)構(gòu)和火山盆地又受控于棋盤(pán)格構(gòu)造。礦床往往產(chǎn)于火山斷陷盆地一側(cè)（如牛圈銀（金）礦）[28]，或圍繞火山機(jī)構(gòu)呈環(huán)狀分布[29]（千佛寺Pb、Zn、Ag礦點(diǎn)）。筆者提取區(qū)內(nèi)已知地質(zhì)構(gòu)造，并將基于重磁-遙感綜合推斷的線性構(gòu)造要素（斷裂）作為補(bǔ)充，綜合形成本區(qū)線性構(gòu)造預(yù)測(cè)要素圖層。根據(jù)成礦相關(guān)度的計(jì)算結(jié)果，選取區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造0.9 km緩沖范圍作為參與進(jìn)一步研究的證據(jù)因子。

2.4 重磁異常信息

重磁異常為地質(zhì)構(gòu)造解釋提供了依據(jù)，同時(shí)重磁異常梯級(jí)帶作為異常高低變化的過(guò)渡帶，往往反映了斷裂構(gòu)造或巖石與地層等的接觸帶，與找礦關(guān)系十分密切[30-33]。據(jù)此，筆者依據(jù)研究區(qū)1/20萬(wàn)重力資料，1/5萬(wàn)航磁資料分別對(duì)研究區(qū)的重磁異常梯級(jí)帶進(jìn)行了提取，分別計(jì)算0.1～3.5 km（以0.1 km 遞增）不同緩沖半徑下重磁異常梯級(jí)帶要素對(duì)比值。根據(jù)對(duì)比值C為最大值原則，確定航磁梯級(jí)帶在1.8 km內(nèi)的緩沖（圖3）、重力梯級(jí)帶2.3 km內(nèi)的緩沖（圖4）作為進(jìn)一步用以研究的成礦預(yù)測(cè)要素。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明落入重、磁異常梯級(jí)帶的礦產(chǎn)地分別為37個(gè)和50個(gè)，占研究區(qū)礦床總數(shù)的67%和90%。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出中比例尺重力資料更多反映了區(qū)域的構(gòu)造格局，大比例尺航磁資料局部細(xì)節(jié)更豐富，對(duì)尋找鉛鋅銀礦更為有利。

2.5 化探、遙感異常信息

圖3 航磁梯級(jí)帶緩沖與礦產(chǎn)關(guān)系圖Fig.3 Relationship between aeromagnetic gradient buffers and minerals

圖4 重力梯級(jí)帶緩沖與礦產(chǎn)關(guān)系圖Fig.4 Relationship between gravity gradient buffers and minerals

Ag、Pb、Zn是研究區(qū)最主要的異常元素，呈明顯的帶狀展布。這些元素異常與北東向和北西向斷裂構(gòu)造密切相關(guān)，均與已知礦床（點(diǎn)）對(duì)應(yīng)吻合。這些元素異常強(qiáng)度高、規(guī)模大，套合清晰明顯，濃集中心顯著，規(guī)模大，是一組與熱液成礦有關(guān)的元素組合，是本區(qū)的主要成礦元素[34-35]。鑒于化探異常的直接指示作用，筆者未對(duì)單元素異常進(jìn)行緩沖分析，而直接二值化，計(jì)算其證據(jù)因子響應(yīng)度（圖5）。計(jì)算結(jié)果表明，Ag、Pb、Zn異常要素適合作為最終參與成礦后驗(yàn)概率計(jì)算的證據(jù)因子。

在對(duì)區(qū)內(nèi)遙感信息分析提取的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)研究區(qū)羥基蝕變異常、鐵染蝕變異常進(jìn)行二值化處理，進(jìn)行與礦床（點(diǎn)）關(guān)聯(lián)程度的分析計(jì)算，權(quán)重W、對(duì)比值C等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)較低，因此確定該要素并不適合作為最終參與成礦后驗(yàn)概率計(jì)算的證據(jù)因子。

圖5 銀地球化學(xué)異常與礦產(chǎn)關(guān)系圖Fig.5 Relationship between Ag geochemical anomalies and minerals

3 基于證據(jù)權(quán)模型的多元綜合信息成礦預(yù)測(cè)

3.1 成礦證據(jù)因子分析

根據(jù)前文分析成果，最終確定研究區(qū)銀多金屬礦成礦預(yù)測(cè)的證據(jù)因子歸納如表3。

表3 銀多金屬礦成礦預(yù)測(cè)證據(jù)權(quán)重參數(shù)表Table 3 Evidence-weight values of each evidence layer

3.2 證據(jù)權(quán)法進(jìn)行找礦遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

依據(jù)上述總結(jié)的研究區(qū)鉛鋅銀成礦預(yù)測(cè)證據(jù)權(quán)模型，基于各個(gè)證據(jù)專(zhuān)題因子的證據(jù)響應(yīng)度，利用ArcSDM中的WofE模塊的Calculate Response功能，計(jì)算成礦后驗(yàn)概率?；诔傻V后驗(yàn)概率，利用ArcSDM中的WofE模塊的Area frequency Table功能，計(jì)算研究區(qū)鉛鋅銀成礦預(yù)測(cè)的成功率曲線（Success-Rate Curve，SRC），從而為成礦后驗(yàn)概率進(jìn)行分級(jí)提供依據(jù)。依據(jù)SRC曲線（圖6），將后驗(yàn)概率分為四級(jí)（即成礦不利、成礦可行、成礦較為有利、成礦有利），分界點(diǎn)值依次為0.000 023（先驗(yàn)概率值）、0.000 265、0.003 965，由此劃分3級(jí)成礦遠(yuǎn)景區(qū)（圖7）。

總體來(lái)看，成礦后驗(yàn)概率結(jié)果較好的體現(xiàn)了區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)地分布趨勢(shì)—以上黃旗斷裂帶及隆化斷裂帶為主要礦集區(qū)，預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景區(qū)與已知礦產(chǎn)地也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，部分預(yù)測(cè)結(jié)果與已知礦產(chǎn)地或化探異常存在3～4 km的偏移，初步分析預(yù)測(cè)結(jié)果體現(xiàn)了物探預(yù)測(cè)要素對(duì)深部地質(zhì)體的反映，為進(jìn)一步開(kāi)展深部找礦提供了有利信息。

圖6 成功率曲線圖Fig.6 Success-Rate Curve map

圖7 豐寧地區(qū)銀、鉛鋅礦遠(yuǎn)景區(qū)劃圖Fig.7 Distribution of ore prospecting of Ag、Pb and Zn metal deposits

4 結(jié)論

（1）證據(jù)權(quán)重法預(yù)測(cè)模型是根據(jù)已知礦床（點(diǎn)）與各種控礦成礦要素之間的條件概率來(lái)確定每種預(yù)測(cè)要素的權(quán)重值，然后推廣到全區(qū)，其原理簡(jiǎn)單而且易于實(shí)現(xiàn)。通過(guò)ArcSDM 系統(tǒng)與證據(jù)權(quán)法的結(jié)合，對(duì)大量多源信息進(jìn)行優(yōu)化綜合處理，提高了成礦預(yù)測(cè)工作效率和準(zhǔn)確性。

（2）豐寧地區(qū)處在多金屬成礦帶交切復(fù)合部位，其地質(zhì)找礦研究程度較高，礦產(chǎn)地分布多，物化探資料豐富，符合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)證據(jù)權(quán)法的各項(xiàng)工作條件。預(yù)測(cè)結(jié)果涵蓋了區(qū)域內(nèi)大部分鉛鋅銀礦產(chǎn)地，有較高可信度。部分預(yù)測(cè)結(jié)果與已知礦產(chǎn)地或化探異常存在一定空間位置偏移，是下一步深部找礦工作的重點(diǎn)。