基于证据权重法的雪峰山中段金矿矿集区找矿远景预测

孔 旭，密文天，辛 杰，迟瀚韬,5，胡 隽，杨镇郢

(1.数学地质四川省重点实验室，成都 610059；2.中南大学 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，长沙 410083；3.内蒙古工业大学矿业学院，呼和浩特 010051；4.西北地质大学，西安 710069；5.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083；6.湖南省地质矿产勘查开发局407队，怀化 418000)

0 引言

雪峰山中段金矿矿集区位于南华板块与扬子板块的过渡区域(图1(a))、江南造山带西部、雪峰弧形构造带南西部，主要包括铁坡山和塘湾两个5万图幅[1]，是湖南金腰带的重要组成部分。目前该地区已发现21处金矿床(点)，其中已探明储量的大型矿床有铲子坪金矿[2]、中型矿床有大坪金矿[3]，区域找矿潜力巨大。何谷先[4]对雪峰山地区金矿床地质特征及分布规律做了详细研究，指出该地区存在包含变质热液型金矿床及岩浆热液型金矿在内的五种金矿类型，共约319处金矿床(点)，存在极大的找矿潜力;刘湘勤[5]在研究雪峰山中段砂岩层控型金矿时指出该类型金矿在研究区具有分布广、品位富及工业价值大等特点，区域成矿地质背景优越;李华芹[6]通过对铲子坪和大坪金矿含金石英脉同位素测年及石英流体包裹体的研究表明两金矿形成于印支期大规模的区域性逆冲-推覆作用及相伴生酸性岩浆侵位的区域背景下，区域找矿潜力大。

图1 雪峰山中段金矿矿集区地质简图

前人的研究多针对单一金矿床或区域上的大比例尺金矿成矿研究与预测，而该地区金矿的中比例尺成矿研究工作仍然缺失，目前区内1:50 000区调、矿调及相应的物化探工作已基本完成，具备中比例尺找矿预测相关条件，因此为进一步推进雪峰山中段金矿资源勘查工作的深入开展，研究区急需展开中比例尺找矿的相关研究。目前，雪峰山中段已发现部分大中型金矿床、诸多小型金矿床及金矿点，结合该区已发现金矿床的找矿模型，区内找矿的关键问题为中比例尺矿集区找矿。自上世纪80年代Bonham Carter等[7]首次将证据权重法用于石英脉型金矿的成矿预测研究以来，该方法的发展及应用已较为成熟，在国内的多个矿产资源预测及潜力评价项目中起到了很大的作用[8-15]。我们的研究重点为雪峰山中段的金矿找矿方向，通过对雪峰山中段的地质、矿产、物探、化探和遥感等资料的分析研究，建立了GIS空间数据库,并应用证据权重法为雪峰山中段金矿矿集区找矿远景做合理预测，以期为今后雪峰山中段的勘查方向及工作部署提供有力依据和找矿思路。

1 区域地质背景

1.1 地层

本区前寒武纪地层主要包括青白口系、南华系和震旦系，古生代地层以寒武系和奥陶系为主，而第四系则零星分布(图1(b))。青白口系高涧群是本区基底地层，由硅质岩、砂质板岩和浅变质碎屑岩等组成；南华系主要由冰碛岩组成；震旦系主要由炭泥质、硅泥质岩组成；寒武系主要由碳酸盐岩、硅质岩和黑色页岩构成；奥陶系为一套钙质、砂泥质、炭质碎屑岩组合；第四系由河流相冲积岩层等构成。本区金矿主要赋存于高涧群和南华系等浅变质岩系中，地层的Au背景值较高(如高涧群和南华系的Au含量平均值分别为41.89×10-9和20.51×10-9，比上地壳的Au含量平均值3.5×10-9高出6倍～12倍)，是区内金矿的主要矿源层。此外，这些地层呈现出Au、As、Sb、Pb和 W等异常特征较为明显(图2(f)、图2(g)、图2(h))。

图2 雪峰山中段金矿矿集区找矿模型

1.2 构造

研究区断裂构造以NE—NNE向为主，次为NW向，局部为SN向(图1(b))。断裂、裂隙和褶皱等构造形式是大部分矿(床)点和矿化点形成的重要控制因素之一，构造不仅起到了导矿和容矿的作用，也主导了岩浆活动、气液蚀变等成矿条件地发生和演变。其中加里东期多发育韧性剪切带，下泥盆统地层可见岩石倒转及整体拉长等强烈褶皱变形，流劈理发育，层理广泛被置换，普遍发育窗棱构造、A型褶皱、钩状褶皱、拉伸砾石、压力影等各种小构造，在变形强烈地段发育构造片岩、千枚岩和糜棱岩。印支—燕山期则以脆性变形为主，其中南部以形成左行中、高角度压剪断裂为主要特征，中部以发育一系列中、低角度叠瓦状逆冲断层为特征，北部主要表现为NEE向的右行逆冲推覆断裂变形。无论是其本身产生的应变能，还是沟通地下深部热流，强烈的韧性剪切变形和断裂变形均能产生良好的热力学条件，导致或促进成矿物质的活化和迁移。区内褶皱对成矿影响较小，印支—燕山期褶皱使区内岩层产生片理、劈理化带及层间石英脉，为金矿的形成提供了丰富的储矿空间，尤其是背斜和向斜的核部附近有利于成矿物质的聚集。

1.3 岩浆岩

岩浆岩在本区出露面积大，主要为中华山岩体(位于研究区南西部，印支期)和黄茅园岩体(位于研究区北东部，印支期为主)，其次在研究区北西部一带还有少量基性超基性群沿着NE向深大断裂分布(图1(b))。其中中华山岩体以印支期黑云母二长花岗岩为主，外接触带附近见金矿化现象，显示与成矿关系密切。黄茅园岩体以花岗闪长岩和二长花岗岩为主，与早泥盆世地层呈侵入接触，岩体内多发育NE、NW及SN向脉岩，结合周边已知金矿床推测该期岩浆活动不仅为金矿形成提供热力，还可能将周边地层中的Au元素萃取到热液中，最终富集成矿。

2 研究区内金矿特征及找矿模式

目前，雪峰山中段已发现金矿床(点)21个，其中大型矿床1个(铲子坪金矿)，中型矿床1个(大坪金矿)，小型矿床及矿点19个。

表1 雪峰山中段金矿床成矿规律特征一览表

研究区内金矿主要分布在青白口系和下南华统等老地层中，矿床受地层与构造的双重控制，并与岩浆岩的侵入有一定的关系。前人诸多研究成果[16-27]表明雪峰山中段金矿成因类型为蚀变岩型金矿，这种类型的金矿成矿温度较高(如铲子坪金矿的成矿流体包裹体均一温度主要为两个区间，分别为160℃～220℃和280℃～360℃[28-29])，矿床的形成与中高温成矿热液的成矿作用关系密切，其成矿规律特征见表1。

通过对雪峰山中段金矿矿集区的成矿规律特征进行研究后发现，该研究区存在以下六种控矿因素。

1)地层控矿：雪峰山中段金矿矿集区所有金矿床(点)赋矿地层均为新元古界青白口系高涧群和下南华统，因此，高涧群和下南华统是重要的找矿标志(图2(a))。

2)断裂构造：提取自1:50 000区域资料，多以脆性断裂为主，延伸较短，区内断裂构造控矿作用明显，为含矿热液的运移和金矿床的形成提供了空间，是重要的导矿构造和容矿构造，为找矿指明方向。(图2(b))。

3)韧性剪切带控矿：提取自1:200 000区域资料，区域上延伸较远，较为连续，主要表现为板岩及粉沙质板岩等软弱岩石的片理化，宽度十几米至数百米，是含金热液重要的导矿和配矿因素(图2(c))。

4)褶皱构造：提取自1:50 000区域资料，以背斜为主，其次为向斜构造。区域上延伸较远，背斜和向斜往往相伴出现呈复式背斜，是含金热液重要的配矿及容矿构造(图2(d))。

5)中酸性岩体(外接触带)：提取自1:50 000区域资料，岩性以二长花岗岩为主，岩浆岩的侵入为含金热液的形成提供了成矿物质来源，同时也为地层中金活化及运移提供了热源(图2(e))。

6)水系沉积物化探异常控矿：区内1:50 000水系沉积物中Au、As、Sb、Pb和W化探异常较发育，元素组合好并与含金断裂构造破碎带有着良好的套合性(图2(f)、图2(g)和图2(h))。

3 预测变量提取与构置

根据收集到的湖南雪峰山中段金矿矿集区相关地质资料和相关图件，建立了该地区区域地质数据库(1：50 000)、化探数据库(1：50 000)、遥感数据库(1：50 000)和矿产地质数据库(1：50 000)等多元地学数据库，采用MAPGIS进行统一管理，遵照证据权重模型的实施流程，对雪峰山中段金矿矿集区找矿潜力进行评估，确定新的找矿远景区。

3.1 预测范围及参数设置

雪峰山中段金矿矿集区面积约956 km2，多元地学数据库比例尺以1：50 000为主，结合研究区面积及证据权重统计分析要求的单元数量等因素，采用1：50 000比例尺对研究区进行成矿远景的分析和预测，研究区共有3 825个有效的0.5 km×0.5 km的单元格。

图3 矿(床)点与地层、断层缓冲区、褶皱缓冲区以及中酸性岩体外接触带缓冲区的关系

3.2 预测变量的分析与提取

据雪峰山中段金矿矿集区的地质特征及找矿模型，提取以下多元地质信息作为预测变量。

1)地层：区内所有岩金矿床(点)均赋存于新元古界地层(青白口系高涧群和下南华统，(图3(a))，因此，下南华统和高涧群地层可作为本次预测的地层变量。

2)断裂构造：断裂构造对区内蚀变岩型金矿的有显著的控制作用，大部分金矿(比例为86%)发育于断裂0.5 km范围内(图3(b))，因此本次预测其缓冲区半径设为0.5 km。

3)褶皱构造：褶皱构造尤其是背斜构造的内部虚脱空间较为发育，往往成为显著的配矿及容矿构造，对区内蚀变岩型金矿的有显著的控制作用，大部分金矿(比例为57%)发育于褶皱轴部1 km范围内(图3(c))，因此本次预测其缓冲区半径设为1 km。

4)韧性剪切带：区内含有多条韧性剪切带，其周边常被列为找矿重点区，韧性剪切带作为显著的金矿找矿标志而成为重要的预测变量。

5)岩浆岩外接触带：区内中酸性岩体较为发育，岩浆岩的侵入为其附近地层中金活化及运移提供了热源，由于大多数金矿(比例为76%)形成于岩体外接触带2 km～8 km以内(图3(d))，因此将岩体外接触2 km～8 km作为预测变量。

6)化探变量：区内1:50 000水系沉积物中Au、As、Sb、Pb和W熟悉化探异常较发育，元素组合好并与金矿床(点)耦合性好，因此本次预测选择Au、As、Sb、Pb和W的异常作为预测变量。

上述各个预测要素一起组成了雪峰山中段金矿矿集区预测模型的主要变量。

4 证据权重法原理及应用

证据权重法是根据已知矿床(点)与预测变量间的条件概率对各个预测变量的权重进行判断，然后应用多元地学数据对研究区内的矿产资源进行成矿预测[30-34]。本次预测的模拟对象单元为雪峰山中段确定的21个金矿床(点)，对11个预测变量间的证据权重进行计算，然后算出预测单元的成矿机率。其中，预测变量证据权重即对比度C的计算公式为式(1)。

C=W+-W-

W+=ln{O(d/j)/O先验}

(1)

表2 预测变量相关系数矩阵表

表3 雪峰山中段金矿矿集区成矿预测变量先验概率

证据权重(对比度)C表示已知矿床点与预测变量的相关性;W+代表各预测变量存在的权重值;W-代表各预测变量缺失的权重值，二者之差代表证据权重(对比度)C。C>0指示预测变量对成矿有利；C<0指示预测变量对成矿不利；C=0，表示该预测变量无指示意义。雪峰山中段金矿矿集区预测变量的先验概率和证据权重见表2和表3。

使用证据权重法的重要前提是所有证据因子都是条件独立或弱条件独立[35-36]，证据权重法的条件独立性检验方法主要包括综合检验法、新综合检验法和成对检验法等[37]。但由于地质成矿系统的复杂性，各证据因子要达到数学统计上的绝对独立性是很难的，地质学者可以根据研究区具体的成矿规律及模型，合理选择相对独立的预测要素作为证据图层[38-39]。

表4 雪峰山中段金矿矿集区成矿预测变量证据权重

图4 雪峰山中段金矿矿集区成矿预测图

表5 雪峰山中段金矿矿集区找矿远景区

根据前面的成矿规律研究的基础上，笔者选取了与成矿关系密切的地层、构造、岩体岩体外接触带和水系化探等11个预测要素作为证据因子。对证据因子进行因子分析表明(表2)，各因子之间的相关系数绝对值均不大于0.4，说明各证据因子之间的相关性较差，可以作为证据因子。

5 找矿远景区的圈定

图4为通过证据权重法计算得出的雪峰山中段金矿矿集区成矿预测后验概率网格图。根据后验概率累积频率图(图5)上的三个拐点(D,E,F)对应的后验概率分为四个区间，选后验概率值大的三个区间作为找矿有利区块。其中，C级网格区块后验概率区间为0.18 >P>0.01，B级网格区块后验概率区间为0.65>P>0.18，A级网格区块后验概率区间为P>0.65。

根据找矿网格区块分布特点及雪峰山中段金矿矿集区地质特征，本次预测圈出了找矿远景区4个(表5)。其次，笔者还对区内找矿远景区进行了分级，分级依据包括找矿远景区面积、找矿远景区内部网格区块的后验概率平均值、赋矿地层和已发现矿床(点)数量等，共圈出 I 级找矿远景区1处，Ⅱ级和Ⅲ级找矿远景区各1处。I级找矿远景区为大坪金矿找矿远景区和铲子坪金矿找矿远景区，目前这两个远景区内已发现铲子坪和大坪等大中型金矿，已发现小型金矿床共计14个；在中山—响溪Ⅱ级金矿找矿远景区内已发现了响溪、中山和淘金坑等小型金矿床；而在字溪—狗皮溪Ⅲ金矿找矿远景区内也发现了字溪金矿床(点)，显示出该矿区周边及深部仍存在较好的找矿潜力。

图5 后验概率(P)累积频率图

6 结论

1)重新建立了雪峰山中段区域找矿模型，确定11个找矿标志，分别为青白口系、下南华统、韧性剪切带、断层缓冲区0.5 km、褶皱缓冲区1.0 km、岩体外接触缓冲区2 km～8 km、As、Sb、Au、Pb和W水系化探异常等。

2)基于MRAS证据权重法对雪峰山中段金矿矿集区进行成矿预测，提取构置11个预测变量作为证据因子，划分了A、B、C三级网格区块，确定了I级找矿远景区2处，Ⅱ级找矿远景区处和Ⅲ级找矿远景区1处。

3)综合分析后认为，I级找矿远景区内部的A级网格区块具有较好的找金潜力，是本区今后金矿找矿的重点突破的区域。

4)受证据权重法的局限性，在统计先验概率时无法考虑已有矿床点的规模，只能机械的记录矿床点的数量，同理各个证据因子的规模也无法考量，使得预测结果可能存在一定的误差。