證據權法在河北豐寧地區銀鉛鋅多金屬礦成礦預測中的應用

滕菲，彭麗娜，孟慶龍 ，邢怡

（1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津300170；2.中國石油大港油田勘探開發研究院，天津300270；3.中國地質調查局華北地質科技創新中心，天津300170）

豐寧地區地處華北陸塊北緣的多金屬成礦帶，該區多金屬找礦工作已經開展的相當深入，前人積累了豐富的數據資料，也取得了大量的找礦成果[1-3]。進一步的攻深找盲工作對多專業信息的綜合研究提出了更高要求。當前，與GIS技術結合的找礦預測方法有很多種，包括代數方法、模糊邏輯神經網絡、秩相關分析、判別分析、聚類分析和證據權法等，其應用大大提高了礦產資源預測與評價的效率[4-9]。相較其它方法，“證據權”法基于二值圖像，其運行可由數據驅動、亦可專家干預，具有實用、靈活等優勢，是國際地學領域使用的一種重要找礦預測方法。目前國內不同專家、學者對一些主要成礦區帶、礦床進行了基于證據權法的礦產資源預測工作，均取得了良好的找礦效果[10-15]。豐寧地區尚未開展過此類區域性的綜合找礦預測工作。本文以此為契機，充分收集區內地質、物化遙等多源地學信息，建立地質找礦空間“網格數據模型”，主要采用相似類比的方法建立預測模型，結合對典型探礦地質條件和地質異常的綜合分析[16-19]，利用證據權法開展綜合找礦預測。

1 區域地質背景

豐寧地區處于華北陸塊北緣的EW向燕遼多金屬成礦帶與NNE向上黃旗-烏龍溝多金屬成礦帶的交切復合部位。以豐寧-隆化斷裂帶為界，南北兩分為華北北緣隆起帶及燕遼中元古裂谷帶兩個構造單元。構造格局以東西、北北東-北東為主，控制了區內中生代火山-沉積盆地的展布。與成礦相關的中生代侵入巖多分布在火山帶外緣的隆起部位，如千層背、窟窿山等，或產于火山巖盆地的淺成-超淺成侵入體，如豐寧白草、東猴頂、牛圈子壩等。早前寒武紀地層作為盆地基底，主要出露有單塔子巖群和紅旗營子巖群。紅旗營子巖群主要分布于豐寧-隆化斷裂帶上及其北側，空間上呈近東西向展布。這套巖系Ag、Pb、Zn、Cu、Mo等元素的豐度值高。形成大量的鉛鋅銀、鉬礦床，如：蔡家營、牛圈-營房鉛鋅銀礦、撒岱溝門鉬礦等大型礦床。許多和中生代巖漿活動有關的鉛鋅銀、鉬礦床也都產于紅旗營子群殘塊周圍，是本區多金屬礦的主要礦源層[20]。受環太平洋構造域影響，區內中生代造山運動強烈，誘發了大規模中、酸性火山噴發，巖漿侵入活動，成為本區最重要的成礦爆發期[21]。其中以下白堊統張家口組火山巖及燕山期淺成-超淺成侵入巖與區內銀多金屬成礦關系最為密切（圖1）。

2 成礦有利信息提取

圖1 豐寧地區地質簡圖Fig.1 Geological map in Fengning region

筆者結合對區域上典型礦床的綜合研究，依據成礦地質條件和找礦標志[22-26]，初步建立找礦預測模型，基于MAPGIS平臺，從已建立多元地質信息數據庫中提取巖石、地層、構造、重磁、化探、遙感等多個成礦有利要素層。根據不同要素與已知礦產地空間關系，對部分要素進行不同方向緩沖分析，并研究該要素與已知礦床（點）的關聯程度[27]。

2.1 有效證據因子提取方法

基于找礦預測模型，研究初步提取的各個證據因子的權重值及其與響應因子的相關程度，其相關參數包括：W+、W－、C、S（C）等。權重W－表示當前證據因子中某一特定類別存在時，對響應因子的影響程度；權重W－表示當前證據因子中某一特定類別不存在時，對響應因子的影響程度。對比值C是度量響應因子與證據因子之間相關性的有效依據。學生化對比值Stud（C）是度量對比值C的顯著性水平的有效證據（表1），可以由如下公式計算得到：

上式中，S（C）、S（W+）、S（W－）依次表示對比值C、權重W+、權重W－相應的方差。各個證據因子的權重方差可以依據如下公式計算得到：

在要求研究區單元面積至多僅能包含一個礦床（點）的前提下，D為含有一個礦床（點）的單元數，即已知礦床（點）數。Bj為證據因子j在研究區范圍內存在的單元數。因此，Stud（C）可以作為進一步篩選、提取有效證據因子的衡量指標。

在ArcSDM 的Weights of Evidence（WofE）模塊中，依據Calculate Weights功能，可以計算上述相關參數。一般地，根據Stud（C）將證據因子劃分為四類：主要影響因子（值大于1.96）、參與評價的重要影響因子（值介于1.28~1.96之間）、參與評價的次要影響因子（值介于0.542~1.28之間）、以及非影響因子（值小于0.542）。

2.2 有利巖石、地層信息

區內基底最下部變質巖系和張家口組酸性、中酸性火山-次火山巖系是區內陸相火山巖型銀（鉛鋅）礦床主要的礦源層。而中生代同熔型和重熔型花崗巖屬重要的成礦母巖。

表1 學生化對比值S（C）與對比值C顯著性水平的對應關系Table1 Relativity between Stud（C）and the important degree of C

區內銀（多金屬）礦床（點）多產于白堊系張家口組（火山巖盆地）地層邊緣隆起區。因此選取其外邊界進行緩沖分析，采用ArcSDM中WofE模塊的Calculate Weights功能，計算不同緩沖距離下該要素對于已知鉛鋅銀礦床（點）的權重，選取對比值C為最大值時的外緩沖范圍（2 km）作為進一步用以研究的成礦預測要素（圖2）。進行二值化處理，計算其證據因子響應度。計算結果顯示（表2）該要素的Stud（C）（等于1.292 3）顯著性水平90%～95%，且對比值（等于0.366 2）、權重（等于0.243 2）均可接受。因此，該要素適合作為最終參與成礦后驗概率計算的證據因子。

同理篩選出新太古界單塔子群、早元古界紅旗營子群地層要素（主要重熔變質巖系）1.5 km以內的外緩沖范圍、中生代中酸性侵入巖要素在2 km以內的緩沖范圍作為最終參與成礦后驗概率計算的證據因子。

2.3 構造信息

圖2 張家口組（火山巖）地層緩沖與礦產關系圖Fig.2 Relationship between Zhangjiakou strata buffers and minerals

表2 張家口組（火山巖）地層證據因子響應度Table 2 Responsivity of Zhangjiakou strata evidence-gene

區內構造格局受EW 向基底構造豐寧-隆化及NNE 向上黃旗-烏龍溝等深大斷裂控制，區內北北東、北西西兩組密集發育的斷裂構成明顯的棋盤格構造，這一規律與地球化學場中的Pb、Zn等元素的異常分布和地球物理場異常排列完全吻合，異常的高強度主要出現在斷裂交叉部位即棋盤格構造的交點上。棋盤格控礦模式明顯，而火山機構和火山盆地又受控于棋盤格構造。礦床往往產于火山斷陷盆地一側（如牛圈銀（金）礦）[28]，或圍繞火山機構呈環狀分布[29]（千佛寺Pb、Zn、Ag礦點）。筆者提取區內已知地質構造，并將基于重磁-遙感綜合推斷的線性構造要素（斷裂）作為補充，綜合形成本區線性構造預測要素圖層。根據成礦相關度的計算結果，選取區內線性構造0.9 km緩沖范圍作為參與進一步研究的證據因子。

2.4 重磁異常信息

重磁異常為地質構造解釋提供了依據，同時重磁異常梯級帶作為異常高低變化的過渡帶，往往反映了斷裂構造或巖石與地層等的接觸帶，與找礦關系十分密切[30-33]。據此，筆者依據研究區1/20萬重力資料，1/5萬航磁資料分別對研究區的重磁異常梯級帶進行了提取，分別計算0.1～3.5 km（以0.1 km 遞增）不同緩沖半徑下重磁異常梯級帶要素對比值。根據對比值C為最大值原則，確定航磁梯級帶在1.8 km內的緩沖（圖3）、重力梯級帶2.3 km內的緩沖（圖4）作為進一步用以研究的成礦預測要素。統計結果表明落入重、磁異常梯級帶的礦產地分別為37個和50個，占研究區礦床總數的67%和90%。從統計結果可以看出中比例尺重力資料更多反映了區域的構造格局，大比例尺航磁資料局部細節更豐富，對尋找鉛鋅銀礦更為有利。

2.5 化探、遙感異常信息

圖3 航磁梯級帶緩沖與礦產關系圖Fig.3 Relationship between aeromagnetic gradient buffers and minerals

圖4 重力梯級帶緩沖與礦產關系圖Fig.4 Relationship between gravity gradient buffers and minerals

Ag、Pb、Zn是研究區最主要的異常元素，呈明顯的帶狀展布。這些元素異常與北東向和北西向斷裂構造密切相關，均與已知礦床（點）對應吻合。這些元素異常強度高、規模大，套合清晰明顯，濃集中心顯著，規模大，是一組與熱液成礦有關的元素組合，是本區的主要成礦元素[34-35]。鑒于化探異常的直接指示作用，筆者未對單元素異常進行緩沖分析，而直接二值化，計算其證據因子響應度（圖5）。計算結果表明，Ag、Pb、Zn異常要素適合作為最終參與成礦后驗概率計算的證據因子。

在對區內遙感信息分析提取的基礎上，筆者對研究區羥基蝕變異常、鐵染蝕變異常進行二值化處理，進行與礦床（點）關聯程度的分析計算，權重W、對比值C等各項參數指標較低，因此確定該要素并不適合作為最終參與成礦后驗概率計算的證據因子。

圖5 銀地球化學異常與礦產關系圖Fig.5 Relationship between Ag geochemical anomalies and minerals

3 基于證據權模型的多元綜合信息成礦預測

3.1 成礦證據因子分析

根據前文分析成果，最終確定研究區銀多金屬礦成礦預測的證據因子歸納如表3。

表3 銀多金屬礦成礦預測證據權重參數表Table 3 Evidence-weight values of each evidence layer

3.2 證據權法進行找礦遠景評價

依據上述總結的研究區鉛鋅銀成礦預測證據權模型，基于各個證據專題因子的證據響應度，利用ArcSDM中的WofE模塊的Calculate Response功能，計算成礦后驗概率?；诔傻V后驗概率，利用ArcSDM中的WofE模塊的Area frequency Table功能，計算研究區鉛鋅銀成礦預測的成功率曲線（Success-Rate Curve，SRC），從而為成礦后驗概率進行分級提供依據。依據SRC曲線（圖6），將后驗概率分為四級（即成礦不利、成礦可行、成礦較為有利、成礦有利），分界點值依次為0.000 023（先驗概率值）、0.000 265、0.003 965，由此劃分3級成礦遠景區（圖7）。

總體來看，成礦后驗概率結果較好的體現了區內礦產地分布趨勢—以上黃旗斷裂帶及隆化斷裂帶為主要礦集區，預測遠景區與已知礦產地也有較好的對應關系，部分預測結果與已知礦產地或化探異常存在3～4 km的偏移，初步分析預測結果體現了物探預測要素對深部地質體的反映，為進一步開展深部找礦提供了有利信息。

圖6 成功率曲線圖Fig.6 Success-Rate Curve map

圖7 豐寧地區銀、鉛鋅礦遠景區劃圖Fig.7 Distribution of ore prospecting of Ag、Pb and Zn metal deposits

4 結論

（1）證據權重法預測模型是根據已知礦床（點）與各種控礦成礦要素之間的條件概率來確定每種預測要素的權重值，然后推廣到全區，其原理簡單而且易于實現。通過ArcSDM 系統與證據權法的結合，對大量多源信息進行優化綜合處理，提高了成礦預測工作效率和準確性。

（2）豐寧地區處在多金屬成礦帶交切復合部位，其地質找礦研究程度較高，礦產地分布多，物化探資料豐富，符合數據驅動證據權法的各項工作條件。預測結果涵蓋了區域內大部分鉛鋅銀礦產地，有較高可信度。部分預測結果與已知礦產地或化探異常存在一定空間位置偏移，是下一步深部找礦工作的重點。