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孔旭, 密文天, 莫雄, 谢敏涛, 蒋国林, 符长亮. 基于MRAS证据权重法的湖南怀化地区金矿成矿预测[J]. 物探与化探, 2016,40(3): 467-474.
KONG Xu, MI Wen-Tian, MO Xiong, XIE Min-Tao, JIANG Guo-Lin, FU Chang-Liang. Metallogenic prediction of gold deposits with weighting of evidence based on MRAS in Huaihua area,Hunan Province[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(3): 467-474.
Doi:10.11720/wtyht.2016.3.6  
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基于MRAS证据权重法的湖南怀化地区金矿成矿预测
孔旭1, 密文天2, 莫雄3, 谢敏涛1, 蒋国林1, 符长亮1
1.湖南省地质矿产勘查开发局407队,湖南 怀化 418000
2.内蒙古工业大学 矿业学院,内蒙古 呼和浩特 010051
3.云南省地质调查院,云南 昆明 650216
通讯作者: 密文天(1982-),男,博士后,2010年博士毕业于成都理工大学古生物学与地层学专业,现从事生物有机成矿及地球化学研究工作工作。E-mail:miwentian1982@163.com

作者简介: 孔旭(1984-),男,硕士,毕业于成都理工大学,现从事区域矿产成矿研究工作工作。

收稿日期: 2015-03-21
基金: 兰州大学甘肃省西部矿产资源重点实验室开放课题(WCRMGS-2014-06); 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY14067)
摘要

怀化地区金矿成矿研究程度低,为提高该地区研究级别,首次采用了基于MRAS的证据权重法对该地区金矿进行成矿预测。在充分收集、整理该地区各种地质、矿产、构造、物探、化探和遥感资料的基础上,建立怀化地区金矿多元地学空间数据库。在系统总结怀化地区金矿成矿规律的基础上,重建了该地区的金矿找矿模型,提取并构置了新元古代地层、断裂、航磁-60~0 nT、Au化探异常、Cu化探异常、Pb化探异常、Sb化探异常、Zn化探异常、岩浆岩、遥感推断环形构造、遥感推断线性构造、重力5~20 mGal和30~55 mGal、Au矿物重砂异常和其他矿物重砂异常等14个预测要素作为证据因子。预测网格单元划分采用2.5 km×2.5 km并进行了后验概率计算,根据后验概率计算值的分布特征将怀化地区的预测区块划分为A、B、C三个等级,并圈定了10个找矿靶区。根据找矿靶区的面积、已发现矿床(点)的数量和后验概率平均值等对找矿靶区进行了分级,最终将找矿靶区分为Ⅰ级找矿靶区4处,Ⅱ级找矿靶区3处,Ⅲ级找矿靶区3处。

关键词: 成矿预测; 金矿; 证据权重法; MRAS; 怀化; 湖南
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)03-0467-08 doi: 10.11720/wtyht.2016.3.6
Metallogenic prediction of gold deposits with weighting of evidence based on MRAS in Huaihua area,Hunan Province
KONG Xu1, MI Wen-Tian2, MO Xiong3, XIE Min-Tao1, JIANG Guo-Lin1, FU Chang-Liang1
1.No.407 Geological Party,Hunan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Huaihua 418000,China2.Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China
3.Geological Survey Institute of Yunnan Province,Kunming 650216,China
Abstract

In order to improve the gold metallogenic research level of the Huaihua area,the authors carried out metallogenic prediction of gold deposits with weighting of evidence based on MRAS for the first time in this paper.The multiple geological database in Huaihua area was built based on the data of geology,mineral resources,tectonics,geophysics,geochemistry and remote sensing.The regional gold prospecting model of the study area was built on the basis of systematical analysis of metallogenic characteristics of the gold deposits,and the prediction factors included Neo-Proterozoic strata,faults,aeromagnetic (Δ T) anomaly zones from 0 to -60 nT,Au-,Cu-,Pb-,Sb-,Zn geochemical anomalies,igneous rocks,remote sensing interpretation of the linear and ring-shaped structures,gravity anomalies from 5 to 20 mGal and from 30 to 55 mGal,gold heavy sand anomalies and other heavy sand anomalies.The study area was divided into 2.5 km×2.5 km blocks firstly,and then the posterior probability of the block unit was calculated.According to the cumulative frequency distribution features of posterior probability,the block units were classified into A,B or C levels.In addition,10 gold prospecting targets were delineated according to the geological features and distribution characteristics of the block unit.Finally,according to the mean posterior probability,the size of the prospecting target and the sites of the discovered gold mineralization and deposits (ore spots),the prospecting targets were divided into 4Ⅰ-level targets , 3Ⅱ-level targets and 3Ⅲ-level targets.

Keyword: metallogenic prediction; gold deposits; weighting of evidence; MRAS; Huaihua area; Hunan Province

怀化地区金成矿带位于扬子板块和南华板块的过渡地带, 即江南地轴或雪峰弧形构造带。该地区金矿床赋存于新元古代浅变质岩系, 如冷家溪群、板溪群、高涧群和南华系等地层。目前已发现金矿床(点)100余处, 矿床类型主要为热液型金矿。已探明储量的大型矿床有沃溪金矿(开采历史超过130年)、铲子坪金矿和漠滨金矿等, 显示出该地区有巨大的找金潜力。

由于怀化地区是湖南省重要金成矿带和黄金产区, 因此该地区的金矿研究工作一直受到了地质学家的特别关注。1989年, 湖南省地质矿产局407队完成了“ 湘西地区金矿成矿条件及找矿方向研究” [1]; 1994年, 湖南省地质矿产局407队完成“ 湘西地区金矿成矿地质条件及找矿方向研究” [2]和“ 铲子坪地区金矿大比例尺成矿预测” [3]; 1994年, 宜昌地质研究所和湖南省地质矿产局407队合作, 完成了“ 湖南省雪峰山地区金矿成矿条件及远景预测” [4]; 1997年, 湖南省地质研究所完成了“ 雪峰弧形构造带与金锑矿成矿关系” 涉及本区[5]; 1998年, 由中国科学院地质力学研究所承担, 湖南省地质矿产勘查开发局407队参加, 合作完成了“ 黔阳地区金锑矿控矿条件及靶区优选” [6]; 2005年, 曹进良等完成了“ 湖南洪江桐溪地区金矿大比例矿预测” [7]。上述研究成果为怀化地区的金矿成矿预测奠定了一定的基础, 但只是针对单一金矿床或金矿田的研究, 并没有对该地区金矿进行整体资源潜力预测和评价。

为了进一步推进怀化地区金矿资源勘查工作的深入开展, 提高该地区金矿成矿研究级别, 并为该地区的金矿找矿提供新的突破方向, 对怀化地区金矿开展区域成矿预测工作变得非常迫切。

MRAS是中国地质科学院成矿远景区划室开发的一套基于MapGIS平台的非常成熟矿产资源评价软件[8], 被广泛应用于国内的矿产资源成矿预测和潜力评价项目[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]。

笔者依托湖南省怀化地区成矿规律及找矿方向研究项目, 对怀化地区的地质、矿产、物探、化探和遥感等资料进行了全面收集, 建立了MAPGIS空间数据库, 并采用矿产资源MRAS评价系统中的矿产资源评价模块— — 证据权重找矿模型, 对该地区的金矿资源找矿潜力进行了预测和评价。

1 区域地质背景
1.1 地层

本区地层出露比较齐全, 从古老的冷家溪群到最新的第四系均有出露, 其中分布最广的地层为板溪群、南华系、震旦系、寒武系及中生界, 而冷家溪群及上古生界地层只有零星分布(图1)。冷家溪群为活动型火山杂陆屑复理石建造; 板溪群为类复理石建造夹碳酸盐建造; 南华系— 震旦系为冰水沉积建造、碳酸锰建造、浅海沉积建造和碳酸盐岩建造; 寒武系— 志留系为硅质岩建造、黑色页岩建造和碳酸盐岩建造; 中泥盆世— 早三叠世为碳酸盐建造和含煤碎屑岩建造; 晚三叠世— 白垩系为红色复陆屑建造和含铜砂岩建造; 古近系— 第四系为砂岩、砂砾岩和砾岩等粗碎屑岩建造。

上述地层中, 冷家溪群、板溪群和南华系等新元古界浅变质岩系是本区金矿的赋存地层, 这些地层中Au背景值较高, 如冷家溪群Au含量一般为(7~25)× 10-9、平均19.46× 10-9、最高含量为37.78× 10-9, 远远高于上地壳的平均Au含量3.5× 10-9, 为本区金矿的形成提供了丰富的矿源层。此外, 这些地层在化探方面表现为Au、Cu、Pb、Zn和Sb化探异常较为发育, 并具有显著的浓集中心, 元素组合好, 异常面积大, 峰值高, 主要沿断裂构造破碎带分布。

图1 怀化地区地质简要

1.2 构造

区内断裂变形构造极其发育, 构造线方向以北东向为主, 次为北西、东西向, 局部发育近南北向断裂。

1.3 岩浆岩

岩浆岩在本区出露面积较少, 主要为中华山花岗岩(印支期)和白马山复式岩体(加里东期— 印支期— 燕山期), 其次还有少量基性超基性岩脉沿着区域深大断裂零星出露。

2 区域金矿特征及区域找矿模式

怀化地区目前已发现岩金矿产地142处, 其中大型矿床3处(沃溪金矿、铲子坪金矿和淘金冲金矿), 中型矿床1处(平茶金矿), 小型矿床29处, 矿(化)点109处。

有关怀化地区金矿的成因类型, 前人对此已做了较为详细的研究 1626, 根据前人的研究成果, 怀化地区金矿成因类型可分为蚀变岩型金矿和石英脉型金矿(表1)。蚀变岩型金矿还可细分为破碎带蚀变岩型、韧脆性剪切带蚀变岩型和破碎蚀变砂岩型; 石英脉型金矿可细分为顺层石英脉型和切层石英脉型(切层石英脉型还可细分为单脉型和脉带型)。蚀变岩型金矿的形成与高温成矿热液活动有关, 而石英脉型金矿的形成则与低温成矿热液活动有关, 随着成矿热液越来越接近地表, 高温成矿热液便逐渐演化为低温成矿热液。以沃溪金矿为例, 沃溪金矿类型在浅部表现为石英脉型金矿, 而随着深度的增加矿化石英脉的围岩蚀变也逐渐增强, 在垂深超过1 000 m的地下深处其金矿类型则转变为了蚀变岩型金矿。由此可见, 蚀变岩型金矿和石英脉型金矿实为同一成矿系统在不同空间上的表现, 因此本次针对怀化地区金矿的成矿预测把他们作为同一种类型(即热液型金矿)来进行评价。

表1 怀化地区金矿成因类型及典型矿床

图2所示为怀化地区金矿找矿模型, 总结规律如下。

1) 研究区内的所有金矿床(点)均赋存于冷家溪群、板溪群和南华系等新元古界地层, 因此, 新元古界地层是重要找矿标志(图2a)。

2) 本区的金矿类型主要为热液型(蚀变岩型和石英脉型), 断裂构造(出露及推测)是其重要的控矿构造, 他既为含金热液的流动提供通道, 也为金矿的形成提供容矿空间, 因此是重要的找矿标志(图2b)。

3) 遥感解译线构造反映了本区大中型断裂, 这些大中型断裂的活动, 既活化了地层中的Au元素形成含金热液, 同时也是含金热液的导矿构造; 遥感解译环形构造反映了隐伏岩体、岩钟、岩突及环形矿化蚀变带的分布, 与本区金矿成矿也有较高的相关性。因此, 遥感解译线构造和环形构造都是重要的找矿标志(图2c)。

4) 重力异常梯度带可以反映和地壳厚度陡变和地壳深部存在深大断裂, 此外在岩浆活动带及一些隆起区出现明显重力负异常带, 因此重力异常可作为怀化地区金矿找矿的标志(图2d)。

5) 研究区一些长期活动的深大断裂两侧岩石均有磁性异常, 尤其是成群成带的基性— 超基性岩磁性较明显, 因此磁异常可作为怀化地区金矿找矿的标志(图2e)。

6) 研究区的岩浆岩较为发育, 尤其是在雪峰山弧形构造带上的中华山岩体和白马山复式岩体, 另外在本区深大断裂附近还有零星分布的基性超基性岩脉。虽然在岩浆岩内部难以形成金矿, 但岩浆岩为地层中金的活化迁移提供了热源, 为金的进一步富集起到关键作用, 因此, 岩浆岩是本区金矿找矿的重要标志(图2f)。

7) 研究区内的1∶ 20万水系沉积物中, Au、Cu、Pb、Sb和Zn化探异常具浓集中心、元素组合好及主要沿断裂构造破碎带分布的特征, 异常面积大、峰值高、质量浓度分带明显部位往往对应已发现金矿床(点), 因此Au、Cu、Pb、Sb和Zn的化探异常是重要的找矿标志(图2g)。

8) 研究区内1∶ 20万Au重砂异常往往与相关的水系沉积物异常相伴出现, 对区内找矿具有重要指导意义。此外, 区内1∶ 20万Cu、Pb、Zn、Hg、As和Sb重砂异常与已知金矿床(点)有一定的相关性, 对本区金矿找矿也有一定的指导意义(图2h)。

图2 怀化地区金矿找矿模型

以上地质、矿产、物探、化探、重砂、遥感等方面找矿标志共同构成了怀化金矿找矿模型, 作为模型中的预测要素。

3 预测变量提取与构置

根据湖南省怀化地区成矿规律及找矿方向研究收集到的地质、矿产、构造、物探、化探和遥感等资料和相关图件, 建立了该地区区域地质数据库(1∶ 20万)、化探数据库(1∶ 20万)、遥感数据库(1∶ 50万)、重力数据库(1∶ 50万)、航磁数据库(1∶ 50万)和矿产地数据库(1∶ 20万)等多元地学数据库, 并使用MapGIS 6.7软件进行统一管理。建立、完善多元地学数据库之后, 遵照证据权重模型的实施流程[8], 对怀化地区进行成矿预测和评价, 并重新划分找矿远景区。

3.1 预测软件选择与参数设置

预测软件采用的是矿产资源评价系统MRAS下的证据权重模型。成矿预测范围是怀化地区, 面积总计为27 600 km2。由于使用的多元地学数据以1∶ 20万为主, 1∶ 50万为辅, 并考虑到研究区的面积大小及保证证据权重统计分析所必须的单元数 2728, 本次成矿预测采用1∶ 25万比例尺, 单元格大小设置为2.5 km× 2.5 km, 有效单元格共计 4 806 个。

3.2 预测变量的分析与提取

根据前述怀化地区金矿特征及找矿模式总结出的找矿标志, 分析和提取以下综合信息作为预测变量。

1) 地层:由于本区金矿主要分布于冷家溪群、板溪群和南华系等新元古界地层, 因此选用新元古界(Pt3)地层作为金矿预测的地层变量, 该预测变量在网格单元内的出现对于金矿预测有重要意义。

2) 断裂构造:包括出露及推测的断裂构造, 本区的金矿是热液型金矿(石英脉型金矿或蚀变岩型金矿), 断裂构造对金矿床的形成均有明显的控制作用, 考虑到大多数金矿发育于区域断裂1~2 km影响范围内, 本次预测选取1.5 km作为缓冲半径。

3) 遥感解译构造:遥感解译线构造反映了本区大、中型断裂, 这些断裂是本区金矿成矿热液的主要导矿构造; 考虑到大多数金矿床(点)发育于遥感解译线构造约3 km影响范围内, 本次预测选取 3.0 km 作为缓冲半径。遥感解译环形构造反映了隐伏岩体、岩钟、岩突及环形矿化蚀变带的分布, 与本区金矿成矿也有较高的相关性。因此, 选用遥感解译线构造3.0 km缓冲区和环形构造作为预测变量。

4) 重力:统计表明, 本区约80.9%的已知金矿床(点)分布在重力异常5~20 mGal和30~55 mGal 的范围内, 这说明重力异常5~20 mGal和30~55 mGal对本区金矿找矿具有一定的指导意义, 因此选择重力异常5~20 mGal和30~55 mGal作为预测变量。

5) 航磁:区域1∶ 40万航磁Δ T等值线-60.0~0.0 nT之间的范围与区域断裂重合度较好, 并且统计表明约65.8%的已知金矿床(点)分布在该范围内, 因此定义航磁Δ T等值线-60.0~0.0 nT区间范围作为预测变量。

6) 岩浆岩:经过统计分析, 发现距离岩浆岩体约5 km范围内最有利于金矿的形成, 因此选择5 km作为岩浆岩体的缓冲半径。

7) 化探变量:1∶ 20万水系沉积物中Au、Cu、Pb、Sb和Zn化探异常往往对应已发现金矿床(点), 因此选择Au、Cu、Pb、Sb和Zn的异常范围作为预测变量。

8) 重砂变量:根据前述研究结果, 选用Au重砂异常范围和Cu-Pb-Zn-Hg-As-Sb重砂异常范围作为预测变量。

以上地质、矿产、物探、化探和遥感等方面找矿标志共同构成了怀化地区金矿预测的预测变量。

4 证据权重法原理及应用

证据权重法预测模型原理是根据已知矿床点与预测变量之间的条件概率来确定各预测变量的权重值, 之后推广应用到全区, 实现多源地学数据对评价矿种的成矿预测 2931。

本次预测以怀化地区已知的142个金矿床(点)为模型单元, 分析与提取14个预测变量, 计算各预测变量的证据权重值, 最后计算研究区内各个单元的成矿概率。证据权重法预测变量证据权重C的计算公式如下:

C=W+-W-, W+=ln{O(d/j)/O先验}, W-=ln{O(d̅/j)/O先验},

其中:

O(d/j)=P(d/j)1-P(d/j), O(d̅/j)=P(d̅/j)1-P(d̅/j), P(d/j)=N证据层出现含矿单元格数N单元格总数, O先验=P先验1-P先验, P(d̅/j)=N证据层不出现含矿单元格数N单元格总数, P先验=N含矿单元格数N单元格总数。

证据权重C表示预测变量与已知矿床点的相关性, 各预测变量存在的权重值为W+, 为各预测变量缺失的权重值为W-, 证据权重C=W+-W-。C绝对值越大表示找矿指示性越好, C绝对值越小表示找矿指示性越差; C> 0说明该预测变量有利于成矿, C< 0说明该预测变量不利于成矿, C=0说明该预测变量对找矿没有指示意义。怀化地区金矿成矿预测变量先验概率和证据权重分别见表2和表3。

表2 怀化地区金矿成矿预测变量先验概率
表3 怀化地区金矿成矿预测变量证据权重

使用证据权模型进行成矿预测的一个重要前提是所有预测变量都是条件独立的。如果一个预测变量的存在取决于另一个, 把两个预测变量都当做证据因子时, 就会导致后验概率的过高或过低, 因此需要对各个预测变量进行独立性检验。近年来, 为解决预测变量的条件不独立问题, Agterberg等提出了加权修正证据权重模型[32], 成秋明等提出了增强证据权重模型(BoostWofE)[33, 34], 从而使得证据权重模型的条件不独立问题在一定程度上得以克服。

证据权重模型的条件独立性检验方法有成对检验、综合检验和新综合检验等[35, 36, 37], 本次采用成对检验方法。在矿产资源评价系统MRAS软件中用成对检验方法进行独立验证的主要步骤包括:①运行MRAS软件并进入证据权重模型; ②打开矿点专题并添加证据因子; ③设置预测单元; ④设置预测模板; ⑤搜索含矿单元; ⑥选择证据因子; ⑦计算先验概率; ⑧计算证据权重; ⑨进行条件独立性检验(显著水平设置为0.05, 如果任意两个因子满足独立性要求则检验结果为独立, 否则为不独立); ⑩选择通过独立性检验的证据因子计算后验概率。使用MRAS软件进行证据因子独立性验证表明, 本次预测所采用的全部14个预测变量均通过独立性检验, 均可作为证据因子。

5 找矿靶区的圈定

图3所示为怀化地区利用该证据权重模型法计算得到的成矿预测后验概率网格。图4为网格单元后验概率(P)累积频率, 根据累计频率图上的3个拐点(D, E和F)所对应后验概率值, 可将网格单元的后验概率分为4个区间, 并取后验概率值较大的前3个区间作为有利的找矿远景区块。把P> 0.549 673的网格单元作为A级找矿远景区块, 0.202 911≤ P≤ 0.549 673的网格单元作为B级预测远景区块, 0.1218≤ P< 0.202 911的网格单元作为C级预测远景区块。

根据找矿预测远景区块分布及怀化地区金矿的地质特征, 共圈定了10个找矿靶区(表4)。通过找矿靶区内的预测远景区块后验概率平均值、面积和已发现矿床(点)数量等来划分找矿靶区级别:Ⅰ 级找矿靶区为成矿地质条件非常有利, 找矿潜力大, 可优先安排金矿找矿工作的地区; Ⅱ 级找矿靶区为矿床成矿条件有利, 工作基础一般, 有一定的找矿潜力的地区; Ⅲ 级找矿靶区为成矿条件差、工作基础差、找矿潜力差的地区。最终圈定出怀化地区金矿Ⅰ 级找矿靶区4处, Ⅱ 级找矿靶区3处, Ⅲ 级找矿靶区3处。

Ⅰ 级找矿靶区包括沃溪— 沈家垭金矿找矿靶区、五强溪— 陈家滩金矿找矿靶区、铲子坪— 大坪金矿找矿靶区和淘金冲— 漠滨— 大洪山金矿找矿靶区等4个。在沃溪— 沈家垭金矿找矿靶区, 目前已发现沃溪、沈家垭等大中型金矿, 在铲子坪— 大坪金矿

找矿靶区, 已发现铲子坪、青山洞等大中型金矿, 而其他两个Ⅰ 级靶区目前还仅发现一些矿点及小型金矿床, 说明该地区金矿还有很大的找矿前景。

图3 怀化地区金矿成矿预测

图4 后验概率(P)累积频率

表4 怀化地区金矿找矿靶区
6 结论

怀化地区金矿开采和勘查历史悠久, 目前已积累了大量的地质资料。首次使用MRAS证据权重法对这些地质资料进行处理和分析, 圈定出了怀化地区的金矿找矿靶区, 指出了该地区的找矿方向。

1) 重建了怀化地区金矿找矿模型。其中, 主要找矿标志包括新元古界地层、断裂、遥感解译的线构造和环形构造、重力布格异常等值线5~20 mGal 和30~55 mGal、航磁Δ T异常等值线-60~0 nT、中酸性岩体和基性超基性岩脉(出露)、化探异常和重砂异常。

2) 基于MRAS证据权重模型对怀化地区金矿成矿预测工作, 提取并构置了14个预测变量作为证据因子并计算了其证据权重, 所有预测变量均通过了独立性检验并参加了成矿后验概率计算, 划分出了A、B和C这三个等级预测远景区块, 圈定了找矿靶区10个。

3) 在对找矿靶区的成矿条件进行综合分析的基础上, 将找矿靶区分为Ⅰ 级找矿靶区4处, Ⅱ 级找矿靶区3处, Ⅲ 级找矿靶区3处, 从而为该地区的金矿勘查工作提供依据和辅助决策。

The authors have declared that no competing interests exist.

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