基于證據權重法的雪峰山中段金礦礦集區找礦遠景預測

孔 旭，密文天，辛 杰，遲瀚韜,5，胡 雋，楊鎮郢

(1.數學地質四川省重點實驗室，成都 610059；2.中南大學 有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室，長沙 410083；3.內蒙古工業大學礦業學院，呼和浩特 010051；4.西北地質大學，西安 710069；5.中國地質大學 地球科學與資源學院，北京 100083；6.湖南省地質礦產勘查開發局407隊，懷化 418000)

0 引言

雪峰山中段金礦礦集區位于南華板塊與揚子板塊的過渡區域(圖1(a))、江南造山帶西部、雪峰弧形構造帶南西部，主要包括鐵坡山和塘灣兩個5萬圖幅[1]，是湖南金腰帶的重要組成部分。目前該地區已發現21處金礦床(點)，其中已探明儲量的大型礦床有鏟子坪金礦[2]、中型礦床有大坪金礦[3]，區域找礦潛力巨大。何谷先[4]對雪峰山地區金礦床地質特征及分布規律做了詳細研究，指出該地區存在包含變質熱液型金礦床及巖漿熱液型金礦在內的五種金礦類型，共約319處金礦床(點)，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指出該類型金礦在研究區具有分布廣、品位富及工業價值大等特點，區域成礦地質背景優越;李華芹[6]通過對鏟子坪和大坪金礦含金石英脈同位素測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模的區域性逆沖-推覆作用及相伴生酸性巖漿侵位的區域背景下，區域找礦潛力大。

圖1 雪峰山中段金礦礦集區地質簡圖

前人的研究多針對單一金礦床或區域上的大比例尺金礦成礦研究與預測，而該地區金礦的中比例尺成礦研究工作仍然缺失，目前區內1:50 000區調、礦調及相應的物化探工作已基本完成，具備中比例尺找礦預測相關條件，因此為進一步推進雪峰山中段金礦資源勘查工作的深入開展，研究區急需展開中比例尺找礦的相關研究。目前，雪峰山中段已發現部分大中型金礦床、諸多小型金礦床及金礦點，結合該區已發現金礦床的找礦模型，區內找礦的關鍵問題為中比例尺礦集區找礦。自上世紀80年代Bonham Carter等[7]首次將證據權重法用于石英脈型金礦的成礦預測研究以來，該方法的發展及應用已較為成熟，在國內的多個礦產資源預測及潛力評價項目中起到了很大的作用[8-15]。我們的研究重點為雪峰山中段的金礦找礦方向，通過對雪峰山中段的地質、礦產、物探、化探和遙感等資料的分析研究，建立了GIS空間數據庫,并應用證據權重法為雪峰山中段金礦礦集區找礦遠景做合理預測，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和找礦思路。

1 區域地質背景

1.1 地層

本區前寒武紀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基底地層，由硅質巖、砂質板巖和淺變質碎屑巖等組成；南華系主要由冰磧巖組成；震旦系主要由炭泥質、硅泥質巖組成；寒武系主要由碳酸鹽巖、硅質巖和黑色頁巖構成；奧陶系為一套鈣質、砂泥質、炭質碎屑巖組合；第四系由河流相沖積巖層等構成。本區金礦主要賦存于高澗群和南華系等淺變質巖系中，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)，是區內金礦的主要礦源層。此外，這些地層呈現出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找礦模型

1.2 構造

研究區斷裂構造以NE—NNE向為主，次為NW向，局部為SN向(圖1(b))。斷裂、裂隙和褶皺等構造形式是大部分礦(床)點和礦化點形成的重要控制因素之一，構造不僅起到了導礦和容礦的作用，也主導了巖漿活動、氣液蝕變等成礦條件地發生和演變。其中加里東期多發育韌性剪切帶，下泥盆統地層可見巖石倒轉及整體拉長等強烈褶皺變形，流劈理發育，層理廣泛被置換，普遍發育窗棱構造、A型褶皺、鉤狀褶皺、拉伸礫石、壓力影等各種小構造，在變形強烈地段發育構造片巖、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，中部以發育一系列中、低角度疊瓦狀逆沖斷層為特征，北部主要表現為NEE向的右行逆沖推覆斷裂變形。無論是其本身產生的應變能，還是溝通地下深部熱流，強烈的韌性剪切變形和斷裂變形均能產生良好的熱力學條件，導致或促進成礦物質的活化和遷移。區內褶皺對成礦影響較小，印支—燕山期褶皺使區內巖層產生片理、劈理化帶及層間石英脈，為金礦的形成提供了豐富的儲礦空間，尤其是背斜和向斜的核部附近有利于成礦物質的聚集。

1.3 巖漿巖

巖漿巖在本區出露面積大，主要為中華山巖體(位于研究區南西部，印支期)和黃茅園巖體(位于研究區北東部，印支期為主)，其次在研究區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花崗巖為主，外接觸帶附近見金礦化現象，顯示與成礦關系密切。黃茅園巖體以花崗閃長巖和二長花崗巖為主，與早泥盆世地層呈侵入接觸，巖體內多發育NE、NW及SN向脈巖，結合周邊已知金礦床推測該期巖漿活動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 研究區內金礦特征及找礦模式

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

表1 雪峰山中段金礦床成礦規律特征一覽表

研究區內金礦主要分布在青白口系和下南華統等老地層中，礦床受地層與構造的雙重控制，并與巖漿巖的侵入有一定的關系。前人諸多研究成果[16-27]表明雪峰山中段金礦成因類型為蝕變巖型金礦，這種類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區間，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系密切，其成礦規律特征見表1。

通過對雪峰山中段金礦礦集區的成礦規律特征進行研究后發現，該研究區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所有金礦床(點)賦礦地層均為新元古界青白口系高澗群和下南華統，因此，高澗群和下南華統是重要的找礦標志(圖2(a))。

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

3)韌性剪切帶控礦：提取自1:200 000區域資料，區域上延伸較遠，較為連續，主要表現為板巖及粉沙質板巖等軟弱巖石的片理化，寬度十幾米至數百米，是含金熱液重要的導礦和配礦因素(圖2(c))。

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

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

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

3 預測變量提取與構置

根據收集到的湖南雪峰山中段金礦礦集區相關地質資料和相關圖件，建立了該地區區域地質數據庫(1：50 000)、化探數據庫(1：50 000)、遙感數據庫(1：50 000)和礦產地質數據庫(1：50 000)等多元地學數據庫，采用MAPGIS進行統一管理，遵照證據權重模型的實施流程，對雪峰山中段金礦礦集區找礦潛力進行評估，確定新的找礦遠景區。

3.1 預測范圍及參數設置

雪峰山中段金礦礦集區面積約956 km2，多元地學數據庫比例尺以1：50 000為主，結合研究區面積及證據權重統計分析要求的單元數量等因素，采用1：50 000比例尺對研究區進行成礦遠景的分析和預測，研究區共有3 825個有效的0.5 km×0.5 km的單元格。

圖3 礦(床)點與地層、斷層緩沖區、褶皺緩沖區以及中酸性巖體外接觸帶緩沖區的關系

3.2 預測變量的分析與提取

據雪峰山中段金礦礦集區的地質特征及找礦模型，提取以下多元地質信息作為預測變量。

1)地層：區內所有巖金礦床(點)均賦存于新元古界地層(青白口系高澗群和下南華統，(圖3(a))，因此，下南華統和高澗群地層可作為本次預測的地層變量。

2)斷裂構造：斷裂構造對區內蝕變巖型金礦的有顯著的控制作用，大部分金礦(比例為86%)發育于斷裂0.5 km范圍內(圖3(b))，因此本次預測其緩沖區半徑設為0.5 km。

3)褶皺構造：褶皺構造尤其是背斜構造的內部虛脫空間較為發育，往往成為顯著的配礦及容礦構造，對區內蝕變巖型金礦的有顯著的控制作用，大部分金礦(比例為57%)發育于褶皺軸部1 km范圍內(圖3(c))，因此本次預測其緩沖區半徑設為1 km。

4)韌性剪切帶：區內含有多條韌性剪切帶，其周邊常被列為找礦重點區，韌性剪切帶作為顯著的金礦找礦標志而成為重要的預測變量。

5)巖漿巖外接觸帶：區內中酸性巖體較為發育，巖漿巖的侵入為其附近地層中金活化及運移提供了熱源，由于大多數金礦(比例為76%)形成于巖體外接觸帶2 km～8 km以內(圖3(d))，因此將巖體外接觸2 km～8 km作為預測變量。

6)化探變量：區內1:50 000水系沉積物中Au、As、Sb、Pb和W熟悉化探異常較發育，元素組合好并與金礦床(點)耦合性好，因此本次預測選擇Au、As、Sb、Pb和W的異常作為預測變量。

上述各個預測要素一起組成了雪峰山中段金礦礦集區預測模型的主要變量。

4 證據權重法原理及應用

證據權重法是根據已知礦床(點)與預測變量間的條件概率對各個預測變量的權重進行判斷，然后應用多元地學數據對研究區內的礦產資源進行成礦預測[30-34]。本次預測的模擬對象單元為雪峰山中段確定的21個金礦床(點)，對11個預測變量間的證據權重進行計算，然后算出預測單元的成礦機率。其中，預測變量證據權重即對比度C的計算公式為式(1)。

C=W+-W-

W+=ln{O(d/j)/O先驗}

(1)

表2 預測變量相關系數矩陣表

表3 雪峰山中段金礦礦集區成礦預測變量先驗概率

證據權重(對比度)C表示已知礦床點與預測變量的相關性;W+代表各預測變量存在的權重值;W-代表各預測變量缺失的權重值，二者之差代表證據權重(對比度)C。C>0指示預測變量對成礦有利；C<0指示預測變量對成礦不利；C=0，表示該預測變量無指示意義。雪峰山中段金礦礦集區預測變量的先驗概率和證據權重見表2和表3。

使用證據權重法的重要前提是所有證據因子都是條件獨立或弱條件獨立[35-36]，證據權重法的條件獨立性檢驗方法主要包括綜合檢驗法、新綜合檢驗法和成對檢驗法等[37]。但由于地質成礦系統的復雜性，各證據因子要達到數學統計上的絕對獨立性是很難的，地質學者可以根據研究區具體的成礦規律及模型，合理選擇相對獨立的預測要素作為證據圖層[38-39]。

表4 雪峰山中段金礦礦集區成礦預測變量證據權重

圖4 雪峰山中段金礦礦集區成礦預測圖

表5 雪峰山中段金礦礦集區找礦遠景區

根據前面的成礦規律研究的基礎上，筆者選取了與成礦關系密切的地層、構造、巖體巖體外接觸帶和水系化探等11個預測要素作為證據因子。對證據因子進行因子分析表明(表2)，各因子之間的相關系數絕對值均不大于0.4，說明各證據因子之間的相關性較差，可以作為證據因子。

5 找礦遠景區的圈定

圖4為通過證據權重法計算得出的雪峰山中段金礦礦集區成礦預測后驗概率網格圖。根據后驗概率累積頻率圖(圖5)上的三個拐點(D,E,F)對應的后驗概率分為四個區間，選后驗概率值大的三個區間作為找礦有利區塊。其中，C級網格區塊后驗概率區間為0.18 >P>0.01，B級網格區塊后驗概率區間為0.65>P>0.18，A級網格區塊后驗概率區間為P>0.65。

根據找礦網格區塊分布特點及雪峰山中段金礦礦集區地質特征，本次預測圈出了找礦遠景區4個(表5)。其次，筆者還對區內找礦遠景區進行了分級，分級依據包括找礦遠景區面積、找礦遠景區內部網格區塊的后驗概率平均值、賦礦地層和已發現礦床(點)數量等，共圈出 I 級找礦遠景區1處，Ⅱ級和Ⅲ級找礦遠景區各1處。I級找礦遠景區為大坪金礦找礦遠景區和鏟子坪金礦找礦遠景區，目前這兩個遠景區內已發現鏟子坪和大坪等大中型金礦，已發現小型金礦床共計14個；在中山—響溪Ⅱ級金礦找礦遠景區內已發現了響溪、中山和淘金坑等小型金礦床；而在字溪—狗皮溪Ⅲ金礦找礦遠景區內也發現了字溪金礦床(點)，顯示出該礦區周邊及深部仍存在較好的找礦潛力。

圖5 后驗概率(P)累積頻率圖

6 結論

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

2)基于MRAS證據權重法對雪峰山中段金礦礦集區進行成礦預測，提取構置11個預測變量作為證據因子，劃分了A、B、C三級網格區塊，確定了I級找礦遠景區2處，Ⅱ級找礦遠景區處和Ⅲ級找礦遠景區1處。

3)綜合分析后認為，I級找礦遠景區內部的A級網格區塊具有較好的找金潛力，是本區今后金礦找礦的重點突破的區域。

4)受證據權重法的局限性，在統計先驗概率時無法考慮已有礦床點的規模，只能機械的記錄礦床點的數量，同理各個證據因子的規模也無法考量，使得預測結果可能存在一定的誤差。