證據權法在成礦預測中的應用——以湖北通城地區鈹礦的成礦預測為例

鄧 杰 ，李雄偉 ，黃建軍 ，張 旭 ，胡金旺 ，周 磊 ，吳 濤

（1.湖北省地質調查院，武漢 430034；2.湖北省第四地質大隊，湖北 咸寧 437100）

成礦預測是在科學預測理論的指導下，通過剖析成礦地質條件、深入研究礦化信息、總結成礦規律，進而圈定不同級別預測區或找礦靶區的一項綜合性的工作[1-5]。只有根據已有的工作程度和技術經濟發展條件，研究成礦規律，圈定成礦區帶，才可能指出目前還沒有發現而將來可能或應當發現的礦床，從而提出部署礦產調查工作的建議。成礦預測工作貫穿于地質礦產勘查工作的全過程[6]。

從地質演化角度來看，礦床是地質歷史時期多次地質事件耦合作用而形成的一種特殊產物。由于各種地質事件在時空上的差異性，也就決定了礦床形成的復雜性和特殊性。由于以往各種成礦信息的綜合與地質人員的經驗有著很大的關系，對于地質、物探、遙感和化探等綜合信息的提取分析往往只有少部分從事成礦規律和成礦預測年限較長和經驗較豐富的地質工作者才能做到，從而大大的制約了各種綜合信息的使用范圍。而MORPAS系統可以對地質、物探、化探和遙感數據進行直接的調用和操作，可以提高礦產資源預測的效率和縮短資源評價的周期[7-9]。由Agterberg等和Bonham-Carter等提出的證據權重法是基于MORPAS礦產資源評價系統的主要方法之一，其主要運用的是相似類比法，即在相似的地質條件下賦存有相似的礦床，將與已知礦床的地質背景相似的地區作為成礦遠景區或圈定為找礦靶區[10]。此法以地質、礦產、物探、化探、遙感等數據資料作為證據圖層，以現代地質成礦理論為指導，應用MORPAS軟件提取與礦產有關的信息，通過統計途徑計算各類證據圖層所提供的權重，定量地評價各證據圖層指示找礦作用的大小，計算成礦后驗概率的相對大小，從而確定有利的成礦部位[11]。

由于研究對象的復雜性，成礦預測作為普查找礦的前期工作，其預測的準確性及可靠性是決定普查找礦效果的重要措施，它也是礦產勘查領域的前沿與熱點[12]。通城地區發育百余處鈹礦點，前幾年已開展過初步的多金屬成礦規律及成礦遠景的定性分析，但是尚未開展綜合性的定量分析和預測，且工作多圍繞銅、鎢、錫等礦床開展。本文在前人成果基礎上，以通城地區鈹等稀有金屬為例，開展地、物、化、遙等多源綜合信息成礦預測方法研究，以期為一線地質找礦人員充分挖掘已有的地物化遙綜合信息拋磚引玉。

1 成礦地質背景

追蹤地質構造事件，建立區域成礦模式是尋找內生金屬礦產，進行成礦預測的基礎[1]。研究區范圍為 113°42′0″-113°57′0″，29°3′0″-29°18′0″，屬欽州－杭州成礦帶（簡稱欽杭帶）西段，大地構造上屬于揚子與華夏兩個古陸塊在晚古元古代碰撞拼接帶北緣的江南隆起帶中段（圖1）。欽杭帶于中晚侏羅世復活，沿其發育一系列銅多金屬和鎢錫多金屬礦產，構成了一個罕見的板內多金屬成礦帶[13-15]。

從較小尺度講，本區位于多數學者所謂的湘東北地區的東北角。研究區外圍冷家溪群出露面積較大，為一套厚數千米深水－半深水相的淺變質巖（低綠片巖相）復理石濁積巖和火山巖建造。其中構造主要由一系列NNE向的走滑深斷裂如汩羅－新寧斷裂（新灰斷裂）、長沙－平江斷裂（長平斷裂）和瀏陽－醴陵－衡東斷裂等組成，這些斷裂將該區分割成系列相間的斷隆和斷陷，自NW向SE分為洞庭盆地、幕阜山－望湘斷隆、長沙－平江斷陷盆地、瀏陽－衡東斷隆、醴陵－攸縣斷陷盆地。區域內整體上表現為由一系列NNE向斷裂所控制的雁列式盆－嶺構造格局，系晚中生代以來發展的產物[17-19]，經歷了武陵、晉寧（雪峰）、加里東、印支、早燕山、晚燕山以及喜山等多階段沉積－構造演化[20-21]。

圖1 幕阜山復式巖體西南部地質簡圖(據文獻[16]修改)Fig.1 Geological map of Southwestern Mu fushan complex bat holith

研究區內約90%的面積為花崗巖類分布區，屬晚侏羅世幕阜山復式巖體。此巖體受NNW或NE向斷裂控制，與其西南部的望湘巖體均呈巖基狀產出，整體呈NE向展布。在研究區范圍內該期巖體主體以二云母二長花崗巖廣泛分布為特征，表明其形成于表殼泥質沉積物的熔融作用，其可能為區域深部伸展動力學背景下的巖石學記錄。此外，發育的黑云母二長花崗巖和花崗閃長巖反映巖漿活動過程中可能存在幔源物質的參與。圍巖形成的穹隆構造表明巖體是以底辟式強力侵位的。區內東北角有少量寒武紀－志留紀地層，巖性主要為白云質灰巖、粉砂巖和頁巖等，與巖體為侵入接觸關系，存在少量矽卡巖化。區內礦產主要為鈹礦、螢石礦、大理石礦和稀土礦，其中鈹礦化點近百余處，且與錫、鎢和其它稀有金屬的礦化異常具有較好的伴生關系。

2 MORPAS系統和證據權法的簡介

2.1 MORPAS系統簡介

礦產資源評價的過程就是信息的搜集、整理、處理、成礦信息的提取、綜合分析、成礦區帶或找礦靶區的確定以及成果表示的過程。MORPAS資源評價系統包含基礎地質數據庫與地物化遙綜合處理分析系統兩大部分，能夠有效實現從數據管理、數據分析處理到資源評價預測等一系列過程。它包括8個子系統:地質異常與信息綜合、物化探異常分析、遙感圖象分析、數據驅動與挖掘、分形濾波與空間主成分、神經網絡、數據融合、平剖面圖取值、地質圖切剖面和鉆孔柱狀對比圖等。這幾大模塊幾乎覆蓋了地質類工作常用的處理功能，特別是地質異常與信息綜合模塊提高了地質資料的定量化及各類信息綜合處理的程度，促進了找礦預測工作的高效開展[22]。

2.2 證據權法簡介

證據權法是加拿大數學地質學家Agterberg（1990）[23]提出的基于二值圖像的地學統計方法。其原理是通過一種統計分析模式將與礦產形成相關的各類地學信息作為一系列證據圖層進行疊加復合分析從而圈定成礦遠景區，其中每個證據因子的權重值表征了其對成礦預測的貢獻。這種方法在礦產資源評價中有著廣泛的應用。其步驟主要包括三個方面:礦床（點）出現的先驗概率的計算；各證據圖層權重值的計算及優選；各網格單元后驗概率的計算。通過對所有網格單元進行定量的信息綜合并計算每一個單元內出現的后驗概率，可以得出各單元后驗概率。其代表的是該單元礦床產出的可能性，后驗概率的值越大，則其成礦的可能性越大。因此，據后驗概率等時線分布的高值區即可以圈定找礦遠景區[22]。

3 湖北通城地區鈹礦的成礦預測

3.1 通城地區鈹礦主要預測準則

由于本區雨水充沛，植被發育，風化作用強烈，嚴重的制約了鐵染和羥基遙感異常在區內找礦中的應用，但其對于遙感構造的解譯具有一定的輔助作用。因此，本次主要選擇巖漿巖、構造和水系沉積物多元素化探異常作為該區鈹錫及相關稀有金屬礦床預測的主要依據。根據世界上鈹礦的一般性特點，結合本區中已發現的鈹礦點的異常特征，確定出該區鈹礦的預測準則。

3.1.1 巖漿巖

本區鈹礦的成礦作用主要與晚侏羅世受太平洋板塊向NW向俯沖所引起陸內伸展誘發的巖漿作用有關。與我國南方幾省的鎢、鉬、鈹共生礦床完全一致，在空間上和成因上有關的母巖是酸性花崗巖。含礦巖漿巖主要具有如下特征:

①時代:主要為晚侏羅世，同位素年代學數據集中于151～154 Ma。本次成礦作用屬于毛景文等（2011）[13]和華仁民等（2005）[24]所總結的與晚侏羅世陸殼重熔花崗巖有關的W、Sn和Nb-Ta等金屬大規模成礦作用。

②規模、形態、產狀:成礦巖體多為復式巖體，多期侵入，呈巖基和巖株產出，形態復雜，侵位較深。

③圍巖:區內復式巖體的侵入層位主要為中元古代冷家溪群及早古生代地層，為一套類復理石建造及淺海相碳酸鹽－碎屑巖建造，當圍巖為碳酸鹽巖時，可形成矽卡巖化，礦化不明顯。熱液交代型和偉晶巖型鈹礦主要出露于二云母二長花崗巖中，次為白云母二長花崗巖，在花崗閃長巖和黑云母二長花崗巖中少有出露。

④巖石組合:區內花崗巖類具有從中性向酸性分異的演化特征，巖石類型有花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖、二云母二長花崗巖和白云母二長花崗巖等。與稀有金屬礦床有關的花崗質巖漿往往被認為源于地殼本身，而且經歷過多階段分異演化作用，由不相容元素（稀有金屬元素）和揮發組分在最晚階段的小巖體聚集并成礦[25-26]。在本區內巖體演化和礦化也顯示了相同的特征。從形成時代由早到晚，由花崗閃長巖到白云母二長花崗巖，黑云母的含量逐漸減少，白云母和石英的含量逐漸增加，斜長石的基性成分逐漸減少，含 U、Th、Zr、Hf、Ti的礦物逐漸減少，而含Be、Li的礦物逐漸增加，同成分的花崗偉晶巖與相對應的花崗巖變化一致。鈹礦化多發育于二云母二長花崗巖或白云母二長花崗巖及穿插于該巖體中的偉晶巖脈。

⑤蝕變和礦化特征。通城地區鈹礦基本可分為兩類:一類為分異期生成，產于偉晶巖脈中心部位，呈自形晶鑲嵌于未經交代的微斜長石和石英中；另一類為交代期生成，此期生成的綠柱石或鈮鉭鐵礦，晶體較小，呈自形晶產于交代帶中。區內分異期偉晶巖型鈹礦具有相似的分帶特征，屬白云母-微斜長石型。由中心向外依次為塊狀石英帶、塊狀微斜長石帶、中粗粒偉晶巖、準文象偉晶巖、文象偉晶巖和二云母二長花崗巖，其中稀有金屬礦物主要產于塊狀石英帶和微斜長石帶的接觸帶，靠近塊狀石英帶區域含量往往較高，綠柱石直徑可達10cm（圖2）。

在半封閉條件下，熔漿充填裂隙依次結晶形成帶狀偉晶巖，隨著系統的開放，富含揮發分及稀有金屬元素的熱液由花崗巖或深部向裂隙或節理移動并匯集，在此過程中，隨著礦液不斷的交代花崗巖及早期形成的礦物，Al和K元素的逐步增多，F等酸性元素的逐步減少，使得像Al、Be等在中性溶液中不穩定的兩性元素大量的以綠柱石、黃玉和云母等形式沉淀，其它稀有元素如鎢、錫、鉬等也以黑鎢礦、錫石和輝鉬礦等礦物形式沉淀，從而在中心部位或擠入裂隙形成礦脈[27]。

本區偉晶巖中稀有元素以鈹、鈮和鉭為主，也有鋰、鋯、鈦等。稀有元素除在造巖礦物中有大量分散外（如鈮、鉭在云母類中含量較高），大多形成了單獨礦物。本區主要鈹礦物有綠柱石，鋰礦物有鋰輝石和鋰云母，鈮、鉭礦物有鈮鉭鐵礦類、錫鉭鐵礦和鉭錫礦等。

根據上述含礦巖漿巖的特征，總結出該區鈹錫礦的預測準則為:偉晶巖型鈹礦的形成與其賦存的晚侏羅世晚期二云母二長花崗巖具有密切的成因關系。

圖2 通城黃龍綠柱石礦脈平面圖Fig.2 Geological plan of Huang longberyl-bearingvein in Tong chengarea

3.1.2 構造

由于區域存在多期次構造的疊加，本區內構造形跡復雜，其中加里東運動和燕山運動最為強烈。在晚二疊世－早三疊世及白堊紀區內發育過較強烈的裂谷活動，形成十分醒目的北東向深大斷裂，將區域切割成一系列的盆、隆相間的NE向構造塊體。這些NE向深大斷裂是導巖、導礦構造，控制著深部巖漿的上升與侵位。不同方向、不同尺度構造的交匯部位，容易成為巖漿及熱液系統活動的中心，控制著巖體的最終就位和礦床的形成。此外，晚中生代－新生代的構造對早期構造和形成的礦床具有不同程度的改造作用。

礦脈的分布規律，受礦區局部構造控制。區內發育同源但不同期次侵入的花崗巖體，鈹礦化一般與較晚期分異演化的侵入體有關。當此侵入體在巖漿晚期冷凝時會形成一系列原生破裂構造，如橫節理、縱節理、層節理、斜節理和邊緣逆斷層等，為含礦偉晶巖提供了就位空間，也為富含揮發分和稀有元素的熱液提供了運移通道，使稀有元素發生再次富集。此外，早期形成的NNE向主干斷裂旁側的次級斷裂或其與次級斷裂的交匯部位、不同方向斷裂交匯部位以及不同巖性之間的接觸部位均為礦體形成的有利部位。值得一提的是，裂隙空間過大，礦液容易分散；過小則不利于礦液的運輸，對成礦均不利；與成礦有利的是規模不大但連通性較好的細脈，既利于運礦又利于儲礦。

綜上所述，通城地區鈹錫礦的構造預測準則為:

①NE向深大斷裂及其附近，相對于淺構造具有更大的影響范圍和找礦意義。

②不同方向和不同尺度構造的交匯部位及其周圍是找礦的有利部位。

③花崗巖體內部的原生破裂構造。

3.1.3 水系沉積物地球化學

受植被、高差和埋深等條件的影響，不能簡單地以水系沉積物中鈹或錫的高值區作為找礦方向。本文收集了1:20萬的水系沉積物化探數據，數據顯示與稀有金屬成礦有關的24種元素和地殼克拉克值比較，其中 Fe、Mg、Ca、Ti、Mn、Nb、La、Y、Mo、P等元素偏低，而與酸性巖漿活動有關的Li、Be、B、Si、K、Zr、Sn、W、Bi、Th、U、F 等元素則相對較高。前者虧損，后者富集，表明通城地區陸殼屬于富含酸性巖漿巖年輕陸殼，具有良好的稀有金屬成礦專屬性。且鈹礦相關的元素組合（Be、Li、Sn、Be、U、F）與已知礦點具有較好的套合。因此，本文認為元素組合異常范圍基本能夠作為找礦信息。鈹錫礦的預測準則如下:

①規模與強度:大面積、高強度的成礦元素異常是重要的找礦場所。

②元素組合:元素組合（Be、Li、Sn、Bi、U、F）套合越好，找礦意義就越大。鈹、錫和鈾作為主要的成礦元素，而鋰、氟和鉍作為高溫熱液礦床的伴生元素，兩者均出現，則表明可能形成與殼源重熔型花崗巖有關的高溫熱液礦床。

3.2 基礎資料收集和基礎數據庫的建立

項目在實施過程中收集了大量地質勘查中所積累的地質、礦產、物探、化探和遙感等資料，通過對上述資料進數字化、數據處理和綜合分析，編制了較齊全且內容豐富的圖件，并提取了有關信息進行本次找礦預測工作[1]。

3.3 預測單元的劃分

在礦產資源定量預測中，地質單元是將模型與地質多源信息聯系的橋梁，也是統計分析的基礎[1]。本次預測采用網格法劃分單元。在網格單元劃分過程中，主要考慮如下幾個方面:①預測成果所要求的比例尺大小；②研究區地質條件復雜的程度及已知礦床（點）的個數；③應滿足統計分析所必需的單元數目；④網格單元應覆蓋研究區范圍。

按經驗，最優面積與研究區的總面積和礦點的總數有關。筆者利用通城地區內生鈹礦點總數110作為預測單元的劃分依據，結合實際需要，采用0.5 km×0.5 km的網格單元，將研究區按網格劃分為4422個基本網格單元。

3.4 成礦信息的提取和綜合

建立在GIS上的基礎地質數據庫均是以點、線、面三種形式展現的，為了進行有效的預測和成果的解釋，應對其分別賦予相應的屬性并提取，如斷層以走向不同進行屬性賦值和提取，巖漿巖應以不同的巖性代號進行屬性賦值和提取等。對分類提取的地質變量應分類命名并存放。

通過MORPAS礦產資源評價系統對地質變量的點、線或面實體存在與否，屬性值，點實體分布密度，線分布密度，礦點與深大斷裂緩沖區范圍，地層或巖漿巖的組合熵值和種類數等進行分析和提取。對已經提取的地質變量有的還需要進行變換或組合，定義新變量，如（1+斷裂條數）×巖體種類數。

3.5 成礦標志的優選

由于本次編圖資料繁多，如何組織利用這些資料是證據權法圈定預測遠景區的關鍵。因此，筆者首先根據預測需要，將通城地區地質圖、地質礦產圖、化探成果系列圖件、水系重砂成果圖、航磁異常解釋圖、布格重力異常解釋圖等在MAPGIS系統上根據屬性類型分離為成礦標志圖層，對于線圖層如斷裂建立緩沖區。對這28個地質變量進行權重計算（表1）。

在礦產預測中，所選的地質變量并不是越多越好，通常要進行篩選。筆者的做法是，先計算各地質變量的權重，再將正權重由大到小排列，依次選取正權重值為較大正值且相互之間具有相對獨立性的因子，再由專家組確認。通過計算證據權重值進行成礦地質變量的優選，經優選后確定采用巖漿巖組合熵、NNE條數、、、航磁、重力、NNE緩沖區組合熵和Be、Bi、F、Li、Sn、U等化探異常等等15個地質變量參加計算和預測。

表1 通城地區鈹礦證據因子權重Table 1 Evidence factor weight of Beryllium deposits in Tongcheng area

3.6 預測過程與成果

采用礦產資源評價系統MORPAS中的證據權法進行定位預測，具體步驟為:①首先打開地質異常與信息綜合模塊，依次將在MAPGIS中所提取的點、線、面等實體添加至預測工程中，并均設置為編輯狀態；②根據研究區的范圍、比例尺及礦點設置網格單元，由于測區范圍不大，本次鈹礦預測中采用所有內生鈹礦點所設定的0.5 km×0.5 km網格單元作為預測的網格單元；③將點、線、面文件均網格化處理，生成一系列地質變量并賦值于各網格單元，與鈹礦點進行疊加分析，并將所有地質變量異常區作二值化處理；④選擇所用二值化的地質變量，計算其先驗概率、證據權重；⑤將正權重值按從大到小的順序排列，挑選正權重為正值且較大者，重新計算先驗和證據權重，當證據權重值均為正數時，轉入下一步；⑥證據因子獨立性檢驗；⑦計算后驗概率；⑧顯示成果:有兩種方法，一種是色塊圖，二是等時線圖。本次選擇的是后者，目的在于圈出找礦遠景區，為后續的找礦工作提供依據和方向。

在MORPAS系統中，按照上述流程的分析本次獲得了如下認識:①雖然區內絕大部分為花崗巖體，但鈹礦點絕大多數分布于、、和等四種巖體之中，表示鈹礦與其具有較密切的成因關系；②NNE向斷層對鈹礦點的總體分布具有一定的控制作用，但礦體的具體就位還與其它構造有關，花崗巖原生破裂構造可能對鈹礦的形成有重要影響；③Be、Bi、F、Li、Sn 和 U 等 元素異常范圍與鈹礦具有較好套合，尤其是U和Bi異常。一般來講，巖漿分異演化過程中，從早到晚依次形成黑云母二長花崗巖、二云母二長花崗巖和白云母二長花崗巖，其伴隨著稀有元素地球化學的演化，依次發生 U 、Th、TR、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta、Be、Li、Rb、Cs等元素的礦化，黑云母二長花崗巖中以U、Th、TR、Zr、Hf、Ti、Nb 的礦化為主，白云母二長花崗巖則以 Be、Li、Rb、Cs的礦化為主，其中二云母二長花崗巖在稀有元素礦化方面介于二者之間，為一種過渡類型[28]。這也就更說明了本區礦化主要與二云母二長花崗巖有關，在此巖體中除找尋綠柱石和鋰輝石等礦物外，也應注意尋找富含U、Th、TR、Nb、Ta等元素礦物；④在本區鈹礦化與F、B等揮發份具有密切的關系，暗示區內稀有元素可能與這些揮發分形成相應的絡合物從而制約著熔體/流體體系的地球化學行為及成礦效應。已有的研究表明F、H2O、P、CO2等揮發分，不僅是稀有元素的重要礦化劑，如F與稀有金屬組成 [NbF7]3-、[TaF7]2-、[BeF4]2-、SnF4、[WO2F4]2-、LiF 等絡合物[29]，而且能夠促進富揮發分熔體快速與母巖漿分離，并能遷移較長距離[30]，充分的萃取花崗巖漿中的成礦元素，從而在花崗結晶體上部富集成礦[31]；⑤通過航磁和重力數據生成的等值線圖與礦點進行疊加分析所圍定的異常區，對鈹礦點的形成具有一定的控制作用，礦化可能與深部構造巖漿活動有關。

根據本次后驗概率等值線圖所圈定的找礦遠景區可知（圖3和圖4），已發現的鈹礦點大部分均落在預測區內，在其內進行加密路線過程中，發現區內偉晶巖脈異常發育，南部預測區北部發現有少量的鈮鉭鐵礦化現象，以及區內有相關單位在預測區進行鈾礦的勘探工作，這充分表明證據權重法在本區鈹礦及相關稀有金屬礦產預測中具有一定的可信度。

4 結論

于GIS技術的證據權法對通城地區做了以鈹為主的稀有金屬成礦遠景區預測工作，取得的主要認識如下:

（1）通城地區鈹礦證據權重法成礦銀子預測的證據因子為:晚侏羅世晚期侵入的二云母二長花崗巖是本區主要成礦巖體，特別是、、和等巖體；區內鈹礦點多分布在NE向斷裂旁側或其次級斷裂附近，巖體的原生構造對礦體的定位具有一定影響；Be、Li、Sn、Bi、U、F 等元素套合較好的地區是重要的找礦場所；鈹礦點往往分布于特定范圍的重力和航磁異常區；找礦有利部位一般位于單元格內NNE向斷層條數小于2和巖漿巖種類數介于1-5的地區。

圖3 通城地區鈹礦后驗概率等值線圖及遠景預測區Fig.3 Contour map of the posterior probability and prospecting potential area of Beryllium deposit prediction in Tongchengarea

圖4 通城地區地質礦產簡圖及遠景預測區Fig.4 Sketch map of rare metal deposits and prospecting potential area of Beryllium deposit prediction in Tongchengarea

（2）本次在通城地區圈定了兩處鈹礦遠景預測區。預測區Ⅱ中絕大多數已知鈹礦點位于預測區內，表明這些礦點周圍仍有較大資源潛力；預測區Ⅰ內目前已知礦點較少，但成礦后驗概率較高，該區應在今后的勘探工作中引到足夠重視。

（3）在MORPAS平臺中采用證據權法對地質、物探、化探等信息綜合處理，對巖體和斷裂進行了多角度的分析統計，提高資料的利用程度，與常規方法相比，預測工作更為客觀高效，并且預測精度更高，是今后礦產預測的重要方向。

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