基于MRAS证据权重模型的河南老湾地区金矿成矿预测

魏从玲，陈建立，郭鹏

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 郑州 450001)

0 引言

MRAS是一款基于MapGIS平台开发的，为GIS矿产资源评价提供数据管理、方法模型与成果表达的软件，它可以解决地质、物探、化探等信息提取及多元信息综合等问题[1]，并进行可视化多元地学信息GIS评价处理[2]。MRAS在矿产资源评价方面运用非常成熟[3]，国内普遍用来做矿产资源成矿预测和潜力评价[4-10]。

河南省桐柏县老湾地区是河南省一处重要的黄金产地，处于秦岭褶皱系东段，桐柏—大别有色贵金属成矿带上。多年来，众多勘查、科研单位先后在此做了大量工作，对区内金矿床地质特征、金矿物的赋存状态和成矿物质来源、成岩成矿年代、成矿因素和控矿条件、构造体系演化等做了一系列的研究，并取得了诸多成果[11-25]。目前，老湾地区已发现了10多处金矿床(点)，并已提交一处超大型金矿床；对区内金矿床的地质特征以及控矿因素等也有了较为全面的认识，构建了区内金矿找矿模型，并基于找矿模型对区内的找矿前景进行了评价和预测。本次研究通过分析老湾地区的控矿因素，收集老湾地区地质、化探等资料，首次利用MRAS软件中的证据权重模型，采用定量化的方法，对老湾地区的金矿资源潜力进行远景预测和评价。

1 区域地质背景

老湾地区金成矿带位于桐柏北部地区，处于北为松扒断裂、南为老湾断裂、西为泌阳凹陷、东为吴城盆地，呈NWW向展布的一条狭长地带中(图1)。

区内主要赋矿地层是中元古界龟山岩组， 主要岩性为二云石英片岩、斜长角闪片岩、斜长角闪岩和变质石英岩等。它是一套具有较强构造混杂作用的带状无序变质地层，呈层状、似层状或透镜状，整体呈NWW—SEE向平行于区域构造线展布，北侧以松扒断裂与秦岭岩群呈断层接触，南侧以老湾断裂与肖家庙岩组呈断层接触。

图1 老湾地区金矿带区域地质简图[15]Fig.1 Region geological map of Laowan Gold Belt

区内的金矿主要赋存在NWW向展布的韧性剪切带中，区内地层经长期的多期次变质、变形等作用，形成了许许多多的构造岩片及混杂岩带，除控制矿带南北两侧边界的老湾、松扒两个区域性断裂构造外，带内低序次的剪切、走滑构造也极为发育，岩层中的片理、劈理、糜棱构造十分发育，加上多期次的成矿作用，使区内地质构造显得十分复杂。

区内岩浆活动强烈，酸性和基性岩浆岩均较发育，尤以燕山期岩浆岩最为发育，主要有矿带南部的老湾花岗岩体和矿带北侧的花岗斑岩脉带，另发育有石英钠长斑岩脉和少数煌斑岩脉[17-19]，其中花岗斑岩与成矿关系密切。

2 控矿因素分析

控矿因素和成矿条件研究是矿产预测的重要基础。老湾地区金成矿带经历了华北板块与扬子板块分离、汇聚、俯冲和碰撞的演变过程，形成了以韧性构造变形为主，脆韧性构造变形叠加，并伴有岩浆侵入的复杂构造变形带。成矿作用伴随着构造的演化发生和发展，形成了具有韧性剪切变质热液和岩浆热液叠加的复合型矿化类型；矿化受地层、构造、岩浆岩等多因素控制[19]。

1) 地层：区内所有的金矿床和金矿点均产于老湾韧性剪切带所夹持的龟山岩组地层中。而龟山岩组地层金平均含量11.17×10-9，是地壳丰度值的3倍多，龟山岩组既是金矿的主要赋矿围岩，也是成矿物质的主要来源，具有矿源层特点。

2) 构造：区内构造活动贯穿于整个成矿过程，是成矿和控矿的重要因素。不同层次、不同类型的韧性和脆性断裂构造控制了区内金矿脉的分布和产出特征。其中南部的老湾断裂和北侧的松扒断裂规模大、切割深，具有多期活动特点，是重要的控岩控矿构造，两条断裂构造的形态和产状控制了区内矿脉的分布范围、展布方向和形态特征。

区内断裂构造的多期次活动和走滑运动造成赋矿地层龟山岩组早期发生深层次的韧性剪切变形，伴随着变质作用促使龟山岩组地层中成矿物质活化，金成矿物质初步富集；晚期发生浅层次的脆—韧性剪切变形为含金成矿流体提供了运移通道和容矿构造空间；主断裂之间的一系列NWW向次级断裂为岩脉侵位和热液矿脉的就位提供了充足的空间，对金矿成矿作用控制效应更为直接和明显，控制了矿床和矿点的分布范围及产出位置。

3) 岩浆岩：区内多种迹象表明岩浆岩与矿化有关，是金矿化的重要物质来源和能量来源。老湾花岗岩体的延伸方向与区内矿脉的展布方向一致，岩体和区内的金矿体在空间上有共生(伴生)关系。老湾金矿带岩体、地层和矿石铅同位素组成和微量元素的测试分析表明，岩浆岩与矿石的化学组成、同位素特征有相似性和同源性[18-23]，区内岩浆活动为该地区金矿化的必要条件。

4) 围岩蚀变：区内围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化，其中由硅化生成的含金属硫化物石英脉与金矿化的关系最为密切，往往形成金矿体。绢云母化由白云母蚀变而来，代表着热液改造后的结果，往往与金矿化关系密切。绿帘石化常常伴随有硅化以及绢云母化。碳酸盐化多发生在成矿晚期，标志着热液成矿作用的结束，亦是找矿的良好标志。

5) 化探异常：区内矿致异常元素组合复杂，Au-As-Sb-Ag是区内的特征元素组合，以Au、As、Sb、Ag为主的多金属元素组合的化探异常往往是工业矿体存在的有利地段，有时伴生Cu、Pb、Zn组成的综合异常。

3 MRAS证据权重模型

MRAS软件的空间数据库是以矢量数据结构为主体形成的，可根据空间数据库对成矿信息进行提取分析，并对多元空间成矿信息进行资源潜力的综合评价[2]。

证据权重模型的主要原理是以计算各种地质因素及找矿标志的权重大小为基础，利用Bayes先验概率与后验概率转换的相互关系，定量计算预测单元成矿后验概率的大小，从而达到快速圈定资源预测靶区的目的[26-27]。

证据权重模型进行成矿预测有5个基本步骤：

1) 通过控矿因素和成矿条件的研究，确立地质因素与矿化的关系，提取构置预测变量。

2) 计算各预测变量的先验概率，研究预测变量存在时，矿床(点)出现和不出现的条件概率，以及预测变量不存在时，矿床(点)出现和不出现的条件概率。

3) 对各预测变量和矿床(点)做空间分析处理，计算预测变量的权重值W+、W-和C值，对预测变量进行优化选择。

4) 对优选出的预测变量进行条件独立性检验，进一步对预测变量进行优化，剔除相关性过高的预测变量。

5) 计算各预测单元的后验概率值，生成成矿预测远景潜力图。

4 老湾地区金矿成矿预测

4.1 预测变量的分析与提取

根据老湾金矿带的控矿因素和成矿条件的分析研究，提取以下控矿因素作为预测变量(图2)。

1) 地层：区内的金矿全部分布于龟山岩组地层中，本次成矿预测将龟山岩组(1∶5万)作为地层变量(图2a)。

2) 断裂构造：老湾韧性剪切带(1∶5万)是本区主干构造(图2b)，它控制了区内金矿脉的分布和产出。而平行于老湾断裂的NWW向的脆性断束则具体控制着矿带内金矿体的空间分布、形态、产状及变化，是区内金矿主要的容矿构造。脆性断束(1∶5万)对成矿的影响范围是0～50 m[28]，因此选择50 m作为脆性断束的缓冲半径(图2c)。

图2 老湾地区金矿成矿预测变量示意Fig.2 Variable map of metallogenic prediction in Laowan Gold Belt

3) 岩浆岩：区内的岩浆岩(1∶5万)是金矿化的重要物质来源和能量来源，岩浆活动为该地区金矿化的必要条件。岩浆岩对成矿的影响范围是0～150 m[28]，因此选择150 m作为岩体的缓冲半径(图2d)。

4) 化探异常：As和Sb是金矿的前缘指示元素，地表有Au、As化探异常，往往指示深部有盲矿存在[29]。而Au、As、Sb、Ag是区内的特征元素组合，本区1∶5万水系沉积物中的Au、As、Sb、Ag元素组合异常好，并与金矿床套合性好，将1∶5万水系沉积物中的Au、As、Sb、Ag单元素异常作为本次研究的预测变量(图2f、g、h、i)，异常下限分别为Au 2.3×10-9、As 9.5×10-6、Sb 0.8×10-6、Ag 85×10-6。

5) 与Au有关的蚀变带：区内的围岩蚀变伴随整个成矿过程，蚀变带是找矿的良好标志。因此选择与Au有关的蚀变带(1∶1万)作为金矿预测的变量(图2e)。

4.2 先验概率的计算统计

预测区面积108 km2，地质构造较为复杂；提取的预测变量以1∶5万为主，1∶1万为辅。本次预测综合各种因素和数据，提取了9种预测变量，采用1∶5万比例尺图幅，经过多次实验，采用0.10 km×0.10 km单元格网度[30-31]，有效单元格共3 607个。选择区内13处已存在的金矿床(点)为模型单元，综合确定9种预测变量和已存在金矿床(点)的位置关系，统计各预测变量的先验概率。区内各预测变量先验概率统计结果见表1。

表1 研究区各预测变量先验概率统计结果

4.3 各预测变量的权重值

预测变量的权重计算是为后验概率做数据上的准备，计算公式如下：

C=W+-W-，

其中：

式中：W+表示各预测变量出现时的权重值；W-表示各预测变量不存在时的权重值；C表示正负权重值的差值，C值越大该预测变量越能很好地指示找矿，C值越小表示该预测变量对找矿不能有很好的指示。C>0表明该预测变量对成矿有利，C<0表明该预测变量对成矿不利，C=0表明该预测变量对找矿缺乏指示意义。证据权重值统计结果见表2。

4.4 预测变量独立性检验

证据权重模型进行成矿预测要求参与预测的各变量都是条件独立或弱独立的，如果两个或几个预测变量具有相关性，会导致后验概率失真，因此需对参与预测的变量进行独立性检验。

本次对各预测变量做显著水平为0.05下的条件独立性检验，结果显示：参与预测的9个预测变量均相互独立，全部可以参与后验概率计算。预测变量的独立性检验结果见表3。

4.5 后验概率的计算及预测成果的表达

在完成前述工作的基础上，利用MRAS软件计算出每个网格单元成矿的后验概率。预测单元的后验几率Q计算公式如下：

表2 研究区各预测变量证据权重值统计结果

表3 研究区各预测变量独立性检验结果

(j=1,2,3,…,n)

后验概率：P=Q/(1+Q)。

本次预测计算出的后验概率最大值为0.999 997，最小值为0。根据后验概率累积频率(图3)，区内的后验概率可分为5个区间，但是后验概率处于0.457～0.573之间的网格单元数量较少(图4)，且较为分散；经过对比，把该部分网格单元并入后验概率为0.573～0.871的预测网格单元，更有利于圈出合理的成矿远景区，因此，选择处于0.185～0.457、0.457～0.871和>0.871的3个后验概率值较大区间的预测网格单元作为预测区块。其中网格后验概率P>0.871的为A级成矿远景区块，0.457

从老湾金矿带成矿预测后验概率色块(图5)可以看出，已知金矿床或矿点多数落入A级或B级成矿远景区块，C级成矿远景区块主要是在A级或B级成矿远景区块的周边，这与成矿区带从中心向边缘渐变的特征相吻合。

图3 后验概率累积频率Fig.3 Distribution of posterior probability’s cumulative frequency

图4 预测单元后验概率分布Fig.4 Histogram of posterior probability distribution of prediction unit

图5 老湾地区金矿成矿预测Fig.5 Metallogenic prognosis map of gold deposit in Laowan area

4.6 找矿远景区的圈定

根据预测网格分布区块特点及老湾地区金矿地质特征，本次预测圈出了8个找矿远景区(见表4)。根据成矿远景区块后验概率平均值把找矿远景区划分成Ⅰ级找矿远景区4处，Ⅱ级找矿远景区4处。

由图5和表4可知，Ⅰ级找矿远景区内后验概率平均值较高，成矿地质条件较好，且Ⅰ级找矿远景区内均已发现金矿床(点)，具有较好的金矿找矿潜力，可优先安排勘查工作；Ⅱ级找矿远景区内后验概率平均值略低，成矿地质条件一般，且已发现金矿床点较少，或者无已发现现金矿床点，说明有一定找矿潜力，但是尚需更多的工作验证。

表4 老湾地区金矿找矿远景区

5 结论

1) 研究分析了老湾地区金矿的控矿因素和成矿条件，确定了该区金矿化受地层、构造、岩浆岩、围岩蚀变和地球化学异常等多因素控制。

2) 提取构置了9个预测变量，分别为地层、韧性剪切域、脆性断束50 m缓冲区、岩浆岩150 m缓冲区、与Au有关的蚀变带以及Au、As、Sb、Ag 1∶5万水系沉积物单元素异常；基于证据权重模型，采用MRAS软件对老湾地区金矿进行了成矿预测，划分出A、B、C三级成矿远景区块，圈出Ⅰ级找矿远景区4处，Ⅱ级找矿远景区4处。

3) 结合老湾地区金矿地质特征，综合分析后认为，圈出的找矿远景区中Ⅰ级找矿远景区具有较好的金矿找矿潜力，特别是彭家老庄至北杨庄的Ⅰ1找矿远景区，后验概率平均值高，成矿地质条件好，面积大，已发现矿床点数多，是老湾地区今后金矿勘查的重点区域。