，，，

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2.國家海洋局第二海洋研究所,浙江 杭州 310012)

0 引 言

甘肅白銀廠礦田面臨著接替資源量不足的困境，幾十年來，白銀礦田及其周邊開展了大量的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、遙感等方面的找礦工作，但效果并不理想，因此，如何合理利用已有資料進行再次開發(fā)，在礦田深部和外圍找到新的接替資源，成為今后找礦工作的一道難題。成礦預(yù)測工作中多元找礦信息綜合化是礦產(chǎn)資源勘查和評價的重要趨勢，尤其是基于GIS的多元信息資源綜合評價方法和技術(shù)的發(fā)展，使礦產(chǎn)定量預(yù)測水平和效率大幅提高(矯東風(fēng)等，2005)。MORPAS(Metal Ore Resources Perambulation and Analysis System)礦產(chǎn)預(yù)測系統(tǒng)，可以把GIS與數(shù)學(xué)方法有機結(jié)合，進一步實現(xiàn)礦產(chǎn)預(yù)測的智能化、可視化，使礦產(chǎn)預(yù)測工作更加方便、靈活、有效(蘇紅旗等，1999)。以白銀礦田及外圍地區(qū)火山成因塊狀硫化物礦床為研究對象，在對其成礦模式剖析的基礎(chǔ)上，提取了與成礦有關(guān)的地質(zhì)、地球化學(xué)等多元信息，利用 MORPAS平臺，采用證據(jù)權(quán)重法對該區(qū)進行了銅多金屬成礦預(yù)測研究，分析了該地區(qū)的成礦前景和找礦潛力，為該地區(qū)的礦產(chǎn)資源勘查和再開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)礦產(chǎn)資源概述

白銀地區(qū)位于北祁連加里東褶皺帶東段，是我國最重要的海相火山成因塊狀硫化物(VMS)礦床產(chǎn)地(彭素霞等，2012)。研究區(qū)位于甘肅省白銀市以北約15 km處。區(qū)內(nèi)地層自寒武系至第四系均有出露(圖1)，下古生界地層分布于北部及中部，中生界地層分布于東部及中南部，新生界則零星分布于全區(qū)，以東北和西南部較為集中。其中，中、上奧陶統(tǒng)基性火山巖、寒武系中統(tǒng)白銀廠和寒武系火山雜巖，分別為北部火山巖帶豬嘴啞巴式銅鉛礦床和中部火山巖帶白銀廠式銅多金屬礦床的賦礦層位。區(qū)域構(gòu)造總體為一大的單斜構(gòu)造，次級褶皺發(fā)育(彭秀紅，2007)。斷裂構(gòu)造以NEE向和NW向為主(高兆奎等，2009)。礦田為復(fù)式背斜構(gòu)造：白銀廠復(fù)式背斜，礦床位于石英角斑巖、石英角斑凝灰?guī)r為核心的短軸背斜構(gòu)造內(nèi)。區(qū)域內(nèi)巖漿活動強烈，侵入巖比較發(fā)育，巖漿作用分異連續(xù)，基性、中基性、中性、酸性火山巖發(fā)育齊全。

圖1 白銀礦田地質(zhì)簡圖

研究區(qū)VMS礦床的空間分布和定位均嚴格受火山機構(gòu)的控制(任有祥等，1995；李向民等，1998)?；鹕綆r的空間分布受斷裂的控制，各個噴發(fā)中心沿古構(gòu)造方向分布并形成北、中2條與成礦有關(guān)的火山巖。目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的金屬礦床(點)達80多處，規(guī)模最大的是位于中部火山巖帶的折腰山、火焰山、小鐵山、四個圈、銅廠溝以及石青硐礦床。其中石青硐礦床與白銀礦田有著相似的地質(zhì)背景和成礦條件，具有形成與白銀礦田相似的大、中型礦床的基礎(chǔ)條件(趙軍等，2006)，且以深部隱伏礦床為主(吳輝，2005)。而北部火山巖帶主要有銀硐溝、豬嘴啞巴2個小型塊狀硫化物礦床。

2 證據(jù)權(quán)法

證據(jù)權(quán)法是一種以貝葉斯條件概率為基礎(chǔ)的多源信息定量評價方法，其基本思路是將分別賦以不同權(quán)值的專題圖數(shù)據(jù)(證據(jù))在GIS環(huán)境下進行空間疊加和分析，生成具有不同含礦概率值的網(wǎng)格專題圖，這種定量分析結(jié)果反映了不同的含礦潛力分析區(qū)在空間上的分布，并以可視化圖形的方式圈定出成礦遠景區(qū)。其數(shù)學(xué)原理及計算關(guān)鍵在于得到前驗概率、證據(jù)權(quán)重、后驗概率值(劉星等，2003；Agterberg et al，2012)。該方法可分解為4個步驟(胡鵬等，2009)：(1) 資料矢量化，建立空間數(shù)字數(shù)據(jù)庫；(2) 根據(jù)礦床勘查模型提取目標(biāo)礦床類型的預(yù)測證據(jù)層；(3) 計算各個證據(jù)圖層的權(quán)重值；(4) 綜合各證據(jù)圖層，圈定成礦有利地段。

3 成礦條件分析

3.1 地層與成礦

研究區(qū)出露的地層主要有(由老到新)中下寒武統(tǒng)、中寒武統(tǒng)、奧陶系、下志留統(tǒng)、上三疊統(tǒng)、下侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)以及新近系、第四系。為確定有利的地層組合，對白銀廠礦區(qū)及其外圍銅礦床(點)和地層作空間相交分析(圖2)，有16個礦床(點)落在下古生界地層中。對大、中、小型礦床分別賦值125、25、5，計算成礦強度(黃海峰等，2003)，結(jié)果見表1。由圖2、表1可知：主要含礦地層奧陶系(O)中基性火山巖和寒武系(C-)火山雜巖集中了87.5%的銅礦點。故選取奧陶系(O)和寒武系(C-)地層作為預(yù)測證據(jù)層。

圖2 地層含礦性直方圖

表1 白銀廠礦區(qū)及其外圍銅礦床(點)信息表

注:成礦強度=某一地層中產(chǎn)出的礦產(chǎn)當(dāng)量/該地層的出露面積

3.2 巖漿巖與成礦

白銀廠礦區(qū)及其外圍的巖體從超基性巖到花崗巖都有出露，以中性-酸性侵入體為主，其形成時代從元古代到新生代，含礦巖體時代主要為早古生代巖體?；?超基性侵入體的巖石類型有輝綠巖、輝長巖、蛇紋石化橄欖巖。前人通過航磁數(shù)據(jù)對研究區(qū)內(nèi)的隱伏巖體進行了推斷，所推斷的隱伏巖體大致沿NWW向深大斷裂分布。

對區(qū)內(nèi)18個銅礦床(點)和地表出露巖體作空間分析，礦區(qū)南帶有2個礦床(點)落在加里東中期侵入的花崗巖體上，通過對研究區(qū)內(nèi)礦區(qū)南帶與銅鉛鋅礦床成礦有關(guān)的酸性花崗巖和老虎山地區(qū)塞浦路斯型成礦有關(guān)的玄武巖作緩沖區(qū)分析，可以確定最佳的巖體緩沖區(qū)。對不同緩沖半徑的緩沖區(qū)與礦床(點)空間疊加分析，統(tǒng)計在不同緩沖半徑下礦床(點)落入緩沖區(qū)的個數(shù)(圖3)。由圖3可知，礦點數(shù)隨巖體緩沖半徑增大而增多，當(dāng)巖體緩沖半徑大于2.1 km以后，礦點數(shù)不再增加，即16個礦床中的12個落在2.1 km的緩沖區(qū)范圍之內(nèi)， 因此選取緩沖區(qū)半徑為2.1 km作為預(yù)測證據(jù)層。

圖3 落入不同半徑的巖體緩沖區(qū)的礦床(點)個數(shù)統(tǒng)計圖

3.3 斷層與成礦關(guān)系

研究區(qū)線性構(gòu)造發(fā)育，按其展布形態(tài)主要可分3組：NWW向、NW向和NE向。其中NWW向在區(qū)內(nèi)最為發(fā)育，走向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，規(guī)模較大，密集成束。運用空間分析功能對斷裂進行緩沖分析，可以確定最佳的斷層緩沖區(qū)，通過對斷層緩沖區(qū)與礦點空間疊加分析，并統(tǒng)計礦床(點)到斷層的距離，發(fā)現(xiàn)18個銅礦床(點)中有16個分布在斷層的3 km的緩沖區(qū)內(nèi)。但銅礦點出現(xiàn)密集頻率較高的區(qū)域主要集中在2.1 km范圍之內(nèi)。通過對礦床與緩沖區(qū)的面積分析，選擇3 km礦床密度(礦床個數(shù)與面積比)為0.000 124，而選取2.1 km礦床密度為0.000 262，考慮到進一步增加距離，礦床密度不再明顯增加以及斷裂對成礦的影響域，因此最終選取緩沖區(qū)半徑為2.1 km作為預(yù)測證據(jù)層(圖4)。

圖4 礦床與斷裂的距離統(tǒng)計

此外，由于地質(zhì)復(fù)雜度是衡量某一單元子區(qū)相對于研究區(qū)復(fù)雜程度的度量(廖崇高等，2001)。地層組合熵異常是地層邊界、巖體接觸帶、構(gòu)造切割等因素的度量。斷裂交點數(shù)反映了斷裂構(gòu)造的復(fù)雜程度，2個變量往往與成礦有一定的相關(guān)關(guān)系(廖崇高，2001)。因而提取研究區(qū)地層組合熵，并結(jié)合斷裂交點數(shù)，構(gòu)置綜合變量:地質(zhì)復(fù)雜度=地層組合熵×(1+斷裂交點數(shù))，作為預(yù)測證據(jù)層。

3.4 化探找礦信息提取

通過對1∶20萬水系沉積物化探數(shù)據(jù)進行聚類分析，選取Cu、As、Pb、Hg、Zn、Bi、Ag、Au、Sb 共9種成礦及伴生元素作為白銀廠礦區(qū)及其外圍地區(qū)銅礦勘查的重要指示元素，在循環(huán)剔除特異值后，采用均值與 2 倍標(biāo)準差之和(μ+2σ)作為異常下限，提取找礦異常信息。為了突出找銅礦的目的，運用相關(guān)系數(shù)加權(quán)累加歸一法來計算累加指數(shù)F的異常下限(吳軒等，2006)作為地球化學(xué)綜合異常證據(jù)層，即：

F=0.298w(Cu)+0.198w(As)+0.192w(Pb)+0.169w(Hg)+0.157w(Zn)+0.071w(Bi)+0.06w(Ag)+0.013w(Au)+0.004w(Sb)

4 綜合信息證據(jù)權(quán)預(yù)測模型

證據(jù)權(quán)重法預(yù)測模型是根據(jù)已知礦床(點)與各種控礦條件之間的條件概率來確定每種條件的權(quán)重值，然后推廣到全區(qū)，既可以對多金屬礦床進行預(yù)測，也可以對特定成因礦種進行綜合預(yù)測(趙江南等，2009)。根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況，確定工作比例尺為1∶20萬。

(1) 根據(jù)實際資料水平、采用的評價模型及已知銅礦床(點)分布情況，以單元格大小2 km×2 km對預(yù)測區(qū)進行網(wǎng)格單元劃分。研究區(qū)共劃分了單元數(shù)4 536個，其中有礦單元18個，即先驗概率為0.003 968。

(2) 經(jīng)過上述成礦條件分析，可建立白銀廠礦區(qū)及外圍銅礦資源找礦概念模型(表2)。將各個證據(jù)圖層與網(wǎng)格文件進行相交分析，依據(jù)評價模型確定地質(zhì)變量，在 MORPAS平臺上，以提取的各個變量為自變量，以預(yù)測的銅礦為應(yīng)變量，計算各個變量的權(quán)重(表2)。

表2 綜合有利證據(jù)權(quán)值參數(shù)表

(3) 通過各個權(quán)重的大小，將證據(jù)層與礦床(點)的相關(guān)程度C值進行排序。分析結(jié)果表明，各證據(jù)因子對成礦的指示作用依次為(由大到小)：組合元素地球化學(xué)異常、斷裂等密度、C-地層、O地層、斷裂緩沖區(qū)、地質(zhì)復(fù)雜度、巖體緩沖區(qū)、斷裂交點數(shù)、斷裂條數(shù)、Cu元素異常、斷裂平均方位、地層組合熵、斷裂優(yōu)益度，即Cu、As、Pb、Hg、Zn、Bi、Ag、Au、Sb組合元素地球化學(xué)異常和含礦有利的地層在該地區(qū)找礦中起到主要的指示作用，斷裂也具有較強的找礦指示意義，而Cu單元素異常以及地層的組合對于礦床的指示作用相對較弱。

(4) 應(yīng)用證據(jù)權(quán)法進行預(yù)測需要各證據(jù)因子之間滿足條件獨立。如果一個控礦因素的存在取決于另一個控礦因素，把這2個因素都作為證據(jù)層就會過高或過低估計后驗概率，使得預(yù)測結(jié)果發(fā)生偏差(趙江南等，2009)。故對這13個證據(jù)因子采用相關(guān)性分析進行獨立性檢驗(表3)，結(jié)果表明，斷裂條數(shù)(L9)、斷裂等密度(L10)、斷裂優(yōu)益度(L6)之間的相關(guān)系數(shù)均比較大，因為它們都是由斷層產(chǎn)生的變量，因此僅選取斷裂等密度用于模型評價。而構(gòu)置綜合變量地質(zhì)復(fù)雜度(L13)時已包含斷裂交點數(shù)(L7)，故放棄選擇該變量。其余變量間的相關(guān)系數(shù)均較小，滿足本研究預(yù)測要求。

表3 變量相關(guān)系數(shù)矩陣表

注：L1-C-地層；L2-O地層；L3-地層組合熵；L4-巖體緩沖區(qū)；L5-斷裂平均方位；L6-斷裂優(yōu)益度；L7-斷裂交點數(shù)；L8-巖體緩沖區(qū)；L9-斷裂條數(shù)；L10-斷裂等密度；L11-Cu元素異常；L12-組合元素地球化學(xué)異常；L13-地質(zhì)復(fù)雜度

(5) 排除C值是負值，W-值很小，選擇W+值比較大、同時C值也較大的。結(jié)合本區(qū)控礦條件分析，完成變量優(yōu)選，最后確定構(gòu)置的證據(jù)圖層為：O地層、C-地層、斷裂緩沖區(qū)、綜合化探異常、地質(zhì)復(fù)雜度、斷裂等密度、巖體緩沖區(qū)。根據(jù)綜合權(quán)重值，在MORPAS平臺上生成綜合證據(jù)權(quán)異常等值線圖(圖5)。

圖5 白銀廠及其外圍銅礦成礦預(yù)測及遠景區(qū)圈定

5 遠景區(qū)圈定及優(yōu)選

利用MORPAS的空間分析，將大于前驗概率預(yù)測圖與已知礦床(點)進行疊加，發(fā)現(xiàn)除了2個礦點以外，所有的礦床(點)都落在后驗概率大于先驗概率的區(qū)域內(nèi)，且已知礦床的空間分布特征與后驗概率的分布特征極為類似，表明預(yù)測結(jié)果可信。

根據(jù)后驗概率的大小和已知礦床(點)的分布情況，建立找礦后驗概率與礦床累計概率之間的關(guān)系(圖6)，可用于劃分遠景區(qū)。

圖6 找礦后驗概率與礦床累計概率圖

在上述遠景區(qū)圈定的前提下，根據(jù)各找礦遠景區(qū)相對成礦可能性的大小和各找礦標(biāo)志，如地球化學(xué)異常、地層、礦與構(gòu)造的關(guān)系等諸方面因素進行綜合比較，對遠景區(qū)進行評價和優(yōu)劣排序，將上述找礦靶區(qū)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3級(圖5)，劃分標(biāo)準如下。

(1) Ⅰa號遠景區(qū)：位于白銀廠礦田及其小外圍。該區(qū)落在高權(quán)重區(qū)，含礦概率60%左右，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，已知的主要大型礦床以及少量中小型礦床都落在其中。同時，遠景區(qū) Cu、Pb、Zn 等元素組合異常均非常發(fā)育，異常吻合程度高，襯度值高，主要出露地層為奧陶系火山巖，褶皺、斷裂等構(gòu)造較為發(fā)育。該區(qū)正在進行井下開采，為在井下巷道中施工鉆孔創(chuàng)造了條件。2010年，在小鐵山和火焰山之間施工鉆孔，見到了較厚的工業(yè)礦體。故將區(qū)域確定為今后的找礦工作重點，且應(yīng)著重深部，找尋隱伏礦床的可能性較大。

(2) Ⅰb號遠景區(qū)：位于老虎山—豬嘴啞巴地區(qū)。該區(qū)落在中高權(quán)重區(qū)，含礦概率60%左右，成礦地質(zhì)條件較好。該區(qū)和白銀礦田酸性火山巖塊狀硫化物礦床具有類似的控礦特征。雖然研究程度遠低于白銀礦田，僅發(fā)現(xiàn)豬嘴啞巴等少數(shù)礦點，尚未發(fā)現(xiàn)大型銅礦床，但區(qū)內(nèi)Cu、Pb、Zn 等元素組合異常發(fā)育廣泛，襯度值高，且?guī)r漿活動較為強烈，火山作用較為強烈，故具有相當(dāng)?shù)臐摿Α?/p>

(3) Ⅰc號遠景區(qū)：位于銀硐溝一帶。該區(qū)落在高權(quán)重區(qū)，含礦概率接近60%。主要出露奧陶系基性火山巖，NW和近EW向的斷裂發(fā)育。Cu元素異常明顯，發(fā)現(xiàn)銀硐溝銅鉛鋅礦床，顯示該區(qū)良好的找礦前景。

(4) Ⅱa號遠景區(qū)：位于石青硐—朵家灘地區(qū)。該區(qū)落在中權(quán)重區(qū)。 NW向的斷裂發(fā)育，目前區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的銅多金屬礦床以浸染狀礦化為主，受區(qū)域上的火山巖空間展布的控制，產(chǎn)于細碧玢巖凝灰?guī)r夾石英角斑巖、無英斑石英角斑巖和石英角斑凝灰?guī)r中，同時受到構(gòu)造作用控制明顯。該區(qū)和白銀礦田具有同樣的地層、構(gòu)造，為銅礦的成礦富集提供了同樣的有利條件。

(5) Ⅱb號遠景區(qū)：位于大匣子—花鹿坪一帶。該區(qū)落在中低權(quán)重區(qū)，含礦概率約30%?；鹕交顒訌娏?，雖然沒有發(fā)現(xiàn)已知的礦床點，但前人工作表明，該區(qū)玄武巖、次安山巖及成分相當(dāng)?shù)娜蹘r和火山碎屑巖中均發(fā)現(xiàn)銅礦化，還見有與斜長花崗巖和石英閃長巖體有關(guān)的黃鐵礦化、銅、鉛鋅礦化存在。

(6) Ⅱc號遠景區(qū)：位于親青崖—胡麻水一帶。該區(qū)落在中權(quán)重區(qū)，含礦概率接近60%。主要出露奧陶系火山巖，雖然沒有發(fā)現(xiàn)已知的礦床點，但該區(qū)的成礦后驗概率較高(>0.7)且范圍比較廣。

(7) Ⅲa號遠景區(qū)：位于銀硐溝以北3 km一帶。該區(qū)落在中低權(quán)重區(qū)，含礦概率約30%。NW向斷裂發(fā)育，雖然異常值相對不高，但已發(fā)現(xiàn)一小型銅鉛鋅礦床，具有一定的找礦前景。

(8) Ⅲb、Ⅲc號遠景區(qū)：位于白銀廠礦田以南，鉛洞子溝以北一帶。該區(qū)落在低權(quán)重區(qū)，含礦概率不到30%。呈NS向展布，構(gòu)造較為簡單，區(qū)內(nèi)出露有花崗斑巖，Pb具有較高的異常值，僅發(fā)現(xiàn)礦化點，具有一定的找礦前景。

6 結(jié) 論

(1) 通過對白銀礦田及其外圍1∶20萬地質(zhì)、化探資料分析和找礦信息提取，在GIS平臺上確定VMS礦床的成礦地層主要為奧陶系中基性火山巖和中寒武統(tǒng)的變質(zhì)火山雜巖；與成礦有關(guān)的最佳斷裂影響帶為2.1 km的斷裂緩沖區(qū)，結(jié)合1∶20萬水系沉積物化探異常分析，建立該類礦床的證據(jù)權(quán)綜合信息找礦模型。

(2) 確定了白銀廠礦田及其外圍、老虎山—豬嘴啞巴地區(qū)和銀硐溝一帶為I級找礦遠景區(qū)，石青硐—朵家灘、大匣子—花鹿坪和親青崖—胡麻水地區(qū)為Ⅱ級找礦遠景區(qū)，銀硐溝以北2 km一帶和白銀廠礦田以南地區(qū)為Ⅲ級找礦遠景區(qū)，并分別對這些遠景區(qū)進行了找礦可能性分析。

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