基于MRAS證據(jù)權(quán)重模型的河南老灣地區(qū)金礦成礦預(yù)測

魏從玲，陳建立，郭鵬

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001)

0 引言

MRAS是一款基于MapGIS平臺開發(fā)的，為GIS礦產(chǎn)資源評價提供數(shù)據(jù)管理、方法模型與成果表達的軟件，它可以解決地質(zhì)、物探、化探等信息提取及多元信息綜合等問題[1]，并進行可視化多元地學信息GIS評價處理[2]。MRAS在礦產(chǎn)資源評價方面運用非常成熟[3]，國內(nèi)普遍用來做礦產(chǎn)資源成礦預(yù)測和潛力評價[4-10]。

河南省桐柏縣老灣地區(qū)是河南省一處重要的黃金產(chǎn)地，處于秦嶺褶皺系東段，桐柏—大別有色貴金屬成礦帶上。多年來，眾多勘查、科研單位先后在此做了大量工作，對區(qū)內(nèi)金礦床地質(zhì)特征、金礦物的賦存狀態(tài)和成礦物質(zhì)來源、成巖成礦年代、成礦因素和控礦條件、構(gòu)造體系演化等做了一系列的研究，并取得了諸多成果[11-25]。目前，老灣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了10多處金礦床(點)，并已提交一處超大型金礦床；對區(qū)內(nèi)金礦床的地質(zhì)特征以及控礦因素等也有了較為全面的認識，構(gòu)建了區(qū)內(nèi)金礦找礦模型，并基于找礦模型對區(qū)內(nèi)的找礦前景進行了評價和預(yù)測。本次研究通過分析老灣地區(qū)的控礦因素，收集老灣地區(qū)地質(zhì)、化探等資料，首次利用MRAS軟件中的證據(jù)權(quán)重模型，采用定量化的方法，對老灣地區(qū)的金礦資源潛力進行遠景預(yù)測和評價。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

老灣地區(qū)金成礦帶位于桐柏北部地區(qū)，處于北為松扒斷裂、南為老灣斷裂、西為泌陽凹陷、東為吳城盆地，呈NWW向展布的一條狹長地帶中(圖1)。

區(qū)內(nèi)主要賦礦地層是中元古界龜山巖組， 主要巖性為二云石英片巖、斜長角閃片巖、斜長角閃巖和變質(zhì)石英巖等。它是一套具有較強構(gòu)造混雜作用的帶狀無序變質(zhì)地層，呈層狀、似層狀或透鏡狀，整體呈NWW—SEE向平行于區(qū)域構(gòu)造線展布，北側(cè)以松扒斷裂與秦嶺巖群呈斷層接觸，南側(cè)以老灣斷裂與肖家廟巖組呈斷層接觸。

圖1 老灣地區(qū)金礦帶區(qū)域地質(zhì)簡圖[15]Fig.1 Region geological map of Laowan Gold Belt

區(qū)內(nèi)的金礦主要賦存在NWW向展布的韌性剪切帶中，區(qū)內(nèi)地層經(jīng)長期的多期次變質(zhì)、變形等作用，形成了許許多多的構(gòu)造巖片及混雜巖帶，除控制礦帶南北兩側(cè)邊界的老灣、松扒兩個區(qū)域性斷裂構(gòu)造外，帶內(nèi)低序次的剪切、走滑構(gòu)造也極為發(fā)育，巖層中的片理、劈理、糜棱構(gòu)造十分發(fā)育，加上多期次的成礦作用，使區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造顯得十分復(fù)雜。

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，酸性和基性巖漿巖均較發(fā)育，尤以燕山期巖漿巖最為發(fā)育，主要有礦帶南部的老灣花崗巖體和礦帶北側(cè)的花崗斑巖脈帶，另發(fā)育有石英鈉長斑巖脈和少數(shù)煌斑巖脈[17-19]，其中花崗斑巖與成礦關(guān)系密切。

2 控礦因素分析

控礦因素和成礦條件研究是礦產(chǎn)預(yù)測的重要基礎(chǔ)。老灣地區(qū)金成礦帶經(jīng)歷了華北板塊與揚子板塊分離、匯聚、俯沖和碰撞的演變過程，形成了以韌性構(gòu)造變形為主，脆韌性構(gòu)造變形疊加，并伴有巖漿侵入的復(fù)雜構(gòu)造變形帶。成礦作用伴隨著構(gòu)造的演化發(fā)生和發(fā)展，形成了具有韌性剪切變質(zhì)熱液和巖漿熱液疊加的復(fù)合型礦化類型；礦化受地層、構(gòu)造、巖漿巖等多因素控制[19]。

1) 地層：區(qū)內(nèi)所有的金礦床和金礦點均產(chǎn)于老灣韌性剪切帶所夾持的龜山巖組地層中。而龜山巖組地層金平均含量11.17×10-9，是地殼豐度值的3倍多，龜山巖組既是金礦的主要賦礦圍巖，也是成礦物質(zhì)的主要來源，具有礦源層特點。

2) 構(gòu)造：區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動貫穿于整個成礦過程，是成礦和控礦的重要因素。不同層次、不同類型的韌性和脆性斷裂構(gòu)造控制了區(qū)內(nèi)金礦脈的分布和產(chǎn)出特征。其中南部的老灣斷裂和北側(cè)的松扒斷裂規(guī)模大、切割深，具有多期活動特點，是重要的控巖控礦構(gòu)造，兩條斷裂構(gòu)造的形態(tài)和產(chǎn)狀控制了區(qū)內(nèi)礦脈的分布范圍、展布方向和形態(tài)特征。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的多期次活動和走滑運動造成賦礦地層龜山巖組早期發(fā)生深層次的韌性剪切變形，伴隨著變質(zhì)作用促使龜山巖組地層中成礦物質(zhì)活化，金成礦物質(zhì)初步富集；晚期發(fā)生淺層次的脆—韌性剪切變形為含金成礦流體提供了運移通道和容礦構(gòu)造空間；主斷裂之間的一系列NWW向次級斷裂為巖脈侵位和熱液礦脈的就位提供了充足的空間，對金礦成礦作用控制效應(yīng)更為直接和明顯，控制了礦床和礦點的分布范圍及產(chǎn)出位置。

3) 巖漿巖：區(qū)內(nèi)多種跡象表明巖漿巖與礦化有關(guān)，是金礦化的重要物質(zhì)來源和能量來源。老灣花崗巖體的延伸方向與區(qū)內(nèi)礦脈的展布方向一致，巖體和區(qū)內(nèi)的金礦體在空間上有共生(伴生)關(guān)系。老灣金礦帶巖體、地層和礦石鉛同位素組成和微量元素的測試分析表明，巖漿巖與礦石的化學組成、同位素特征有相似性和同源性[18-23]，區(qū)內(nèi)巖漿活動為該地區(qū)金礦化的必要條件。

4) 圍巖蝕變：區(qū)內(nèi)圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化，其中由硅化生成的含金屬硫化物石英脈與金礦化的關(guān)系最為密切，往往形成金礦體。絹云母化由白云母蝕變而來，代表著熱液改造后的結(jié)果，往往與金礦化關(guān)系密切。綠簾石化常常伴隨有硅化以及絹云母化。碳酸鹽化多發(fā)生在成礦晚期，標志著熱液成礦作用的結(jié)束，亦是找礦的良好標志。

5) 化探異常：區(qū)內(nèi)礦致異常元素組合復(fù)雜，Au-As-Sb-Ag是區(qū)內(nèi)的特征元素組合，以Au、As、Sb、Ag為主的多金屬元素組合的化探異常往往是工業(yè)礦體存在的有利地段，有時伴生Cu、Pb、Zn組成的綜合異常。

3 MRAS證據(jù)權(quán)重模型

MRAS軟件的空間數(shù)據(jù)庫是以矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為主體形成的，可根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫對成礦信息進行提取分析，并對多元空間成礦信息進行資源潛力的綜合評價[2]。

證據(jù)權(quán)重模型的主要原理是以計算各種地質(zhì)因素及找礦標志的權(quán)重大小為基礎(chǔ)，利用Bayes先驗概率與后驗概率轉(zhuǎn)換的相互關(guān)系，定量計算預(yù)測單元成礦后驗概率的大小，從而達到快速圈定資源預(yù)測靶區(qū)的目的[26-27]。

證據(jù)權(quán)重模型進行成礦預(yù)測有5個基本步驟：

1) 通過控礦因素和成礦條件的研究，確立地質(zhì)因素與礦化的關(guān)系，提取構(gòu)置預(yù)測變量。

2) 計算各預(yù)測變量的先驗概率，研究預(yù)測變量存在時，礦床(點)出現(xiàn)和不出現(xiàn)的條件概率，以及預(yù)測變量不存在時，礦床(點)出現(xiàn)和不出現(xiàn)的條件概率。

3) 對各預(yù)測變量和礦床(點)做空間分析處理，計算預(yù)測變量的權(quán)重值W+、W-和C值，對預(yù)測變量進行優(yōu)化選擇。

4) 對優(yōu)選出的預(yù)測變量進行條件獨立性檢驗，進一步對預(yù)測變量進行優(yōu)化，剔除相關(guān)性過高的預(yù)測變量。

5) 計算各預(yù)測單元的后驗概率值，生成成礦預(yù)測遠景潛力圖。

4 老灣地區(qū)金礦成礦預(yù)測

4.1 預(yù)測變量的分析與提取

根據(jù)老灣金礦帶的控礦因素和成礦條件的分析研究，提取以下控礦因素作為預(yù)測變量(圖2)。

1) 地層：區(qū)內(nèi)的金礦全部分布于龜山巖組地層中，本次成礦預(yù)測將龜山巖組(1∶5萬)作為地層變量(圖2a)。

2) 斷裂構(gòu)造：老灣韌性剪切帶(1∶5萬)是本區(qū)主干構(gòu)造(圖2b)，它控制了區(qū)內(nèi)金礦脈的分布和產(chǎn)出。而平行于老灣斷裂的NWW向的脆性斷束則具體控制著礦帶內(nèi)金礦體的空間分布、形態(tài)、產(chǎn)狀及變化，是區(qū)內(nèi)金礦主要的容礦構(gòu)造。脆性斷束(1∶5萬)對成礦的影響范圍是0～50 m[28]，因此選擇50 m作為脆性斷束的緩沖半徑(圖2c)。

圖2 老灣地區(qū)金礦成礦預(yù)測變量示意Fig.2 Variable map of metallogenic prediction in Laowan Gold Belt

3) 巖漿巖：區(qū)內(nèi)的巖漿巖(1∶5萬)是金礦化的重要物質(zhì)來源和能量來源，巖漿活動為該地區(qū)金礦化的必要條件。巖漿巖對成礦的影響范圍是0～150 m[28]，因此選擇150 m作為巖體的緩沖半徑(圖2d)。

4) 化探異常：As和Sb是金礦的前緣指示元素，地表有Au、As化探異常，往往指示深部有盲礦存在[29]。而Au、As、Sb、Ag是區(qū)內(nèi)的特征元素組合，本區(qū)1∶5萬水系沉積物中的Au、As、Sb、Ag元素組合異常好，并與金礦床套合性好，將1∶5萬水系沉積物中的Au、As、Sb、Ag單元素異常作為本次研究的預(yù)測變量(圖2f、g、h、i)，異常下限分別為Au 2.3×10-9、As 9.5×10-6、Sb 0.8×10-6、Ag 85×10-6。

5) 與Au有關(guān)的蝕變帶：區(qū)內(nèi)的圍巖蝕變伴隨整個成礦過程，蝕變帶是找礦的良好標志。因此選擇與Au有關(guān)的蝕變帶(1∶1萬)作為金礦預(yù)測的變量(圖2e)。

4.2 先驗概率的計算統(tǒng)計

預(yù)測區(qū)面積108 km2，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜；提取的預(yù)測變量以1∶5萬為主，1∶1萬為輔。本次預(yù)測綜合各種因素和數(shù)據(jù)，提取了9種預(yù)測變量，采用1∶5萬比例尺圖幅，經(jīng)過多次實驗，采用0.10 km×0.10 km單元格網(wǎng)度[30-31]，有效單元格共3 607個。選擇區(qū)內(nèi)13處已存在的金礦床(點)為模型單元，綜合確定9種預(yù)測變量和已存在金礦床(點)的位置關(guān)系，統(tǒng)計各預(yù)測變量的先驗概率。區(qū)內(nèi)各預(yù)測變量先驗概率統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)各預(yù)測變量先驗概率統(tǒng)計結(jié)果

4.3 各預(yù)測變量的權(quán)重值

預(yù)測變量的權(quán)重計算是為后驗概率做數(shù)據(jù)上的準備，計算公式如下：

C=W+-W-，

其中：

式中：W+表示各預(yù)測變量出現(xiàn)時的權(quán)重值；W-表示各預(yù)測變量不存在時的權(quán)重值；C表示正負權(quán)重值的差值，C值越大該預(yù)測變量越能很好地指示找礦，C值越小表示該預(yù)測變量對找礦不能有很好的指示。C>0表明該預(yù)測變量對成礦有利，C<0表明該預(yù)測變量對成礦不利，C=0表明該預(yù)測變量對找礦缺乏指示意義。證據(jù)權(quán)重值統(tǒng)計結(jié)果見表2。

4.4 預(yù)測變量獨立性檢驗

證據(jù)權(quán)重模型進行成礦預(yù)測要求參與預(yù)測的各變量都是條件獨立或弱獨立的，如果兩個或幾個預(yù)測變量具有相關(guān)性，會導致后驗概率失真，因此需對參與預(yù)測的變量進行獨立性檢驗。

本次對各預(yù)測變量做顯著水平為0.05下的條件獨立性檢驗，結(jié)果顯示：參與預(yù)測的9個預(yù)測變量均相互獨立，全部可以參與后驗概率計算。預(yù)測變量的獨立性檢驗結(jié)果見表3。

4.5 后驗概率的計算及預(yù)測成果的表達

在完成前述工作的基礎(chǔ)上，利用MRAS軟件計算出每個網(wǎng)格單元成礦的后驗概率。預(yù)測單元的后驗幾率Q計算公式如下：

表2 研究區(qū)各預(yù)測變量證據(jù)權(quán)重值統(tǒng)計結(jié)果

表3 研究區(qū)各預(yù)測變量獨立性檢驗結(jié)果

(j=1,2,3,…,n)

后驗概率：P=Q/(1+Q)。

本次預(yù)測計算出的后驗概率最大值為0.999 997，最小值為0。根據(jù)后驗概率累積頻率(圖3)，區(qū)內(nèi)的后驗概率可分為5個區(qū)間，但是后驗概率處于0.457～0.573之間的網(wǎng)格單元數(shù)量較少(圖4)，且較為分散；經(jīng)過對比，把該部分網(wǎng)格單元并入后驗概率為0.573～0.871的預(yù)測網(wǎng)格單元，更有利于圈出合理的成礦遠景區(qū)，因此，選擇處于0.185～0.457、0.457～0.871和>0.871的3個后驗概率值較大區(qū)間的預(yù)測網(wǎng)格單元作為預(yù)測區(qū)塊。其中網(wǎng)格后驗概率P>0.871的為A級成礦遠景區(qū)塊，0.457

從老灣金礦帶成礦預(yù)測后驗概率色塊(圖5)可以看出，已知金礦床或礦點多數(shù)落入A級或B級成礦遠景區(qū)塊，C級成礦遠景區(qū)塊主要是在A級或B級成礦遠景區(qū)塊的周邊，這與成礦區(qū)帶從中心向邊緣漸變的特征相吻合。

圖3 后驗概率累積頻率Fig.3 Distribution of posterior probability’s cumulative frequency

圖4 預(yù)測單元后驗概率分布Fig.4 Histogram of posterior probability distribution of prediction unit

圖5 老灣地區(qū)金礦成礦預(yù)測Fig.5 Metallogenic prognosis map of gold deposit in Laowan area

4.6 找礦遠景區(qū)的圈定

根據(jù)預(yù)測網(wǎng)格分布區(qū)塊特點及老灣地區(qū)金礦地質(zhì)特征，本次預(yù)測圈出了8個找礦遠景區(qū)(見表4)。根據(jù)成礦遠景區(qū)塊后驗概率平均值把找礦遠景區(qū)劃分成Ⅰ級找礦遠景區(qū)4處，Ⅱ級找礦遠景區(qū)4處。

由圖5和表4可知，Ⅰ級找礦遠景區(qū)內(nèi)后驗概率平均值較高，成礦地質(zhì)條件較好，且Ⅰ級找礦遠景區(qū)內(nèi)均已發(fā)現(xiàn)金礦床(點)，具有較好的金礦找礦潛力，可優(yōu)先安排勘查工作；Ⅱ級找礦遠景區(qū)內(nèi)后驗概率平均值略低，成礦地質(zhì)條件一般，且已發(fā)現(xiàn)金礦床點較少，或者無已發(fā)現(xiàn)現(xiàn)金礦床點，說明有一定找礦潛力，但是尚需更多的工作驗證。

表4 老灣地區(qū)金礦找礦遠景區(qū)

5 結(jié)論

1) 研究分析了老灣地區(qū)金礦的控礦因素和成礦條件，確定了該區(qū)金礦化受地層、構(gòu)造、巖漿巖、圍巖蝕變和地球化學異常等多因素控制。

2) 提取構(gòu)置了9個預(yù)測變量，分別為地層、韌性剪切域、脆性斷束50 m緩沖區(qū)、巖漿巖150 m緩沖區(qū)、與Au有關(guān)的蝕變帶以及Au、As、Sb、Ag 1∶5萬水系沉積物單元素異常；基于證據(jù)權(quán)重模型，采用MRAS軟件對老灣地區(qū)金礦進行了成礦預(yù)測，劃分出A、B、C三級成礦遠景區(qū)塊，圈出Ⅰ級找礦遠景區(qū)4處，Ⅱ級找礦遠景區(qū)4處。

3) 結(jié)合老灣地區(qū)金礦地質(zhì)特征，綜合分析后認為，圈出的找礦遠景區(qū)中Ⅰ級找礦遠景區(qū)具有較好的金礦找礦潛力，特別是彭家老莊至北楊莊的Ⅰ1找礦遠景區(qū)，后驗概率平均值高，成礦地質(zhì)條件好，面積大，已發(fā)現(xiàn)礦床點數(shù)多，是老灣地區(qū)今后金礦勘查的重點區(qū)域。