陳風(fēng)河王建興董國(guó)明陳薇（河北省地礦局探礦技術(shù)研究院燕郊065201　河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)　唐山063000石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源學(xué)院　石家莊050031）

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模糊證據(jù)權(quán)法在承德多金屬礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

陳風(fēng)河①王建興①董國(guó)明②陳薇③
（①河北省地礦局探礦技術(shù)研究院燕郊065201②河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)唐山063000③石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源學(xué)院石家莊050031）

摘要承德地區(qū)燕山期酸性巖體和斷裂構(gòu)造發(fā)育，成礦條件優(yōu)越，是河北省鉛鋅銀多金屬礦床富集區(qū)。本文在成礦規(guī)律和控礦因素研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合證據(jù)權(quán)模型中點(diǎn)-面空間相關(guān)關(guān)系顯著性指標(biāo)t值，提取了燕山期酸性巖體、斷裂及其交叉點(diǎn)，化探異常、火山巖盆地和變質(zhì)結(jié)晶基底等證據(jù)圖層。各證據(jù)層的權(quán)重計(jì)算結(jié)果顯示，采用局部奇異性方法圈定的組合異常和S-A異常分解法圈定的綜合異常具有重要的找礦價(jià)值。對(duì)各證據(jù)層采用模糊證據(jù)權(quán)模型進(jìn)行了成礦信息綜合，預(yù)測(cè)結(jié)果與已知礦床分布情況吻合度較高。對(duì)其中的兩處靶區(qū)野外踏勘驗(yàn)證均具有礦化顯示，表明預(yù)測(cè)結(jié)果可用于指導(dǎo)承德地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦床的找礦工作。

關(guān)鍵詞多金屬礦床模糊證據(jù)權(quán)承德

承德地區(qū)是河北省鉛鋅銀多金屬礦床的主要富集區(qū)，區(qū)內(nèi)積累了大量的地質(zhì)、物探、化探等方面的測(cè)試資料和勘查成果，對(duì)上述多源信息簡(jiǎn)單的累積會(huì)導(dǎo)致成礦信息的過(guò)高或過(guò)低估計(jì)，因此采用何種有效的信息處理方法和技術(shù)進(jìn)行地、物、化、遙等數(shù)據(jù)處理和信息提取，獲取與礦產(chǎn)資源有關(guān)的綜合信息，這是信息綜合和集成工作的難題。近年來(lái)為解決各種地質(zhì)變量之間及它們與礦產(chǎn)之間的數(shù)量或統(tǒng)計(jì)關(guān)系，各國(guó)地質(zhì)學(xué)家提出了一些行之有效的預(yù)測(cè)模型。其中，證據(jù)權(quán)模型是最常用和已被證實(shí)在資源評(píng)價(jià)領(lǐng)域取得較好的找礦效果的模型之一，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛用于多元信息綜合和空間決策支持系統(tǒng)。由于在證據(jù)權(quán)法中，證據(jù)層通常為二態(tài)或三態(tài)圖，對(duì)于具連續(xù)屬性的數(shù)據(jù)（如化探、物探等圖層）最常用的方法是將其離散成二態(tài)或三態(tài)圖層。證據(jù)圖層在離散化過(guò)程中會(huì)存在信息遺失問(wèn)題，Agterberg and Cheng(2002)針對(duì)上述問(wèn)題，提出了模糊證據(jù)權(quán)方法，克服了普通證據(jù)權(quán)方法在離散圖層易造成信息損失的不足。

本文在總結(jié)分析承德地區(qū)區(qū)域成礦規(guī)律和找礦標(biāo)志的基礎(chǔ)上，首次采用模糊證據(jù)權(quán)法對(duì)該區(qū)域鉛鋅銀多金屬礦成礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。從預(yù)測(cè)效果看，部分預(yù)測(cè)靶區(qū)野外踏勘驗(yàn)證已見(jiàn)到礦化體，表明預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高野外找礦指導(dǎo)價(jià)值。

1　區(qū)域成礦條件

承德地區(qū)的地層為古宙-古元古代的變質(zhì)基底及中-新元古代巨厚的碎屑巖-碳酸鹽巖系，古生界、中生界與新生界蓋層。

太古宙-古元古代基底中深變質(zhì)巖系廣泛出露于研究區(qū)北部地區(qū)。巖性為角閃斜長(zhǎng)片麻巖、二長(zhǎng)片麻巖、石榴二輝斜長(zhǎng)麻粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖等。原巖以基性、中基性火山巖為主。巖石經(jīng)歷了較普遍的韌性變形及中深變質(zhì)作用，局部地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的混合巖化。

中新元古界、古生界在承德平泉-古北口斷裂以南地區(qū)非常發(fā)育，以角度不整合覆蓋于早前寒武紀(jì)基底之上，巖性主要為海相富鎂碳酸鹽巖及碎屑巖、粘土巖等組成。研究區(qū)北部中生代火山巖地層發(fā)育。新生界廣泛分布于裂谷型盆地內(nèi)。

燕山地區(qū)斷裂及褶皺構(gòu)造均非常發(fā)育，特別是中生代期間構(gòu)造變形最為強(qiáng)烈。構(gòu)造線方向早期以近東西向?yàn)橹?，晚期主要為NE-NNE向，在局部地區(qū)也發(fā)育一些NW向構(gòu)造。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)可劃分為太古宙、元古宙、加里東、海西、印支、燕山六個(gè)旋回，其中燕山旋回巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈，其規(guī)模及影響最大，與內(nèi)生貴金屬、多金屬礦床有直接聯(lián)系。

承德及鄰區(qū)在各地質(zhì)歷史時(shí)期均發(fā)生過(guò)強(qiáng)度不同的火山活動(dòng)，但以中生代陸內(nèi)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，其中燕山期火山噴發(fā)強(qiáng)度達(dá)到高峰，形成了廣泛分布的基性-中酸性-堿性火山巖系。

2　控礦因素提取

研究顯示，承德地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦床空間上多形成與酸性斑巖體有關(guān)的淺成中低溫?zé)嵋盒偷V床[1-4]。為定量分析巖體、斷裂等控礦因素對(duì)多金屬礦床形成和分布的控制作用，本次采用證據(jù)權(quán)法提供的度量點(diǎn)（已知多金屬礦床）-面（巖體或斷裂緩沖區(qū)）空間相關(guān)關(guān)系顯著性的指標(biāo)t值[5]，t值越大，說(shuō)明空間相關(guān)關(guān)系越強(qiáng)，通常t＞1.96可以認(rèn)為空間相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)顯著性。利用該功能可確定礦床（點(diǎn)）與斷層或巖體之間的最佳緩沖區(qū)間，以此確定最佳找礦部位。

2.1燕山期酸性巖體

首先從中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提供的1∶20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖上提取燕山期酸性巖體，隱伏花崗巖巖體利用河北省重力和磁法解譯結(jié)果?？紤]到地球物理解譯結(jié)果的不確定性，本次酸性隱伏巖體邊界的確定選取了重力和磁法解譯的共同區(qū)域，以減少解譯結(jié)果的不確定性。最后將地質(zhì)圖酸性巖體和解譯的隱伏巖體進(jìn)行合并，作為承德研究區(qū)內(nèi)控制多金屬礦床形成和分布的酸性巖體進(jìn)行緩沖區(qū)分析。考慮巖體內(nèi)部及外圍均可能形成多金屬礦床，緩沖區(qū)分析時(shí)以巖體為邊界，制作了巖體內(nèi)部和外部?jī)煞N類(lèi)型緩沖區(qū)。計(jì)算結(jié)果顯示距離酸性巖體邊界到500 m處為找礦最佳地段。證據(jù)權(quán)方法提供的相關(guān)性系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量分別為C=2.16和t=4.72。該圖層將作為證據(jù)圖層參與預(yù)測(cè)。

2.2構(gòu)造

斷裂構(gòu)造不僅是區(qū)域范圍內(nèi)巖漿上升的通道，也是礦床沉積、富集的有利空間部位。本次根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提供的1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖，提取了研究區(qū)范圍內(nèi)各種類(lèi)型斷裂構(gòu)造。在GIS平臺(tái)中對(duì)提取的斷裂構(gòu)造進(jìn)行緩沖區(qū)分析，以確定礦體賦存在最佳區(qū)間。以500 m為寬度，繪制了10個(gè)等間距緩沖區(qū)。結(jié)果顯示最佳空間相關(guān)系數(shù)所對(duì)應(yīng)的距離為500 m，距斷裂500 m之后，相關(guān)性呈顯著下降趨勢(shì)（圖1）。即斷裂對(duì)已知礦床空間分布的最佳控礦距離為500 m。證據(jù)權(quán)方法提供的相關(guān)性系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量分別為C=1.56和t=3.46。該圖層將作為證據(jù)圖層參與預(yù)測(cè)。

圖1　采用證據(jù)權(quán)方法計(jì)算礦床空間分布與斷裂緩沖區(qū)的相關(guān)關(guān)系

由于斷裂交叉點(diǎn)是構(gòu)造應(yīng)力分布和巖石受損程度分布的特殊部位，對(duì)熱液礦床來(lái)說(shuō)，構(gòu)造交匯點(diǎn)分布范圍應(yīng)力分布變化較強(qiáng)，是熱液系統(tǒng)如溫度、壓力、介質(zhì)的物理性質(zhì)等易發(fā)生變化的部位，因此是熱液型礦床形成和分布的重要條件，也是構(gòu)造控礦系統(tǒng)的重要組成部分。本次構(gòu)造交匯點(diǎn)的獲得是在ARCGIS平臺(tái)中借助空間分析功能實(shí)現(xiàn)的，緩沖區(qū)寬度和緩沖區(qū)數(shù)目與上述斷層緩沖區(qū)參數(shù)相同。

空間相關(guān)性隨著緩沖區(qū)邊界的分布顯示，最佳空間相關(guān)系數(shù)所對(duì)應(yīng)的距離為2 000 m，距斷裂交叉點(diǎn)2 000 m之后，相關(guān)性雖有變化，但總體呈下降趨勢(shì)。也就是說(shuō)，斷裂交叉點(diǎn)對(duì)已知礦床空間分布的最佳控礦距離為2 000 m，證據(jù)權(quán)方法提供的相關(guān)性系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量分別為C=1.63和t=3.09。該圖層將作為證據(jù)圖層參與預(yù)測(cè)。

2.3化探異常

隨著地質(zhì)找礦工作的進(jìn)展，化探異常中一些所謂“高、大、全”的異常越來(lái)越少，面臨更多的是弱小異常的識(shí)別和提取，即所謂成礦弱信息的識(shí)別和提取。針對(duì)承德地區(qū)地球化學(xué)低緩異常，本次采用陳秋明等學(xué)者近年來(lái)提出的局部奇異性方法[6-8]圈定了與多金屬礦床相關(guān)奇異性組合異常。采用S-A異常分解法圈定了與多金屬礦床分布有關(guān)的綜合異常。將上述兩個(gè)化探異常圖用于遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)中。

已有的研究顯示，燕山期巖漿噴發(fā)形成的火山巖盆地為成礦的有利部位。緩沖區(qū)分析時(shí)，以盆地邊界為中心，制作了內(nèi)、外緩沖區(qū)。緩沖區(qū)間隔為1 km，以等間距繪制了10 km緩沖區(qū)。計(jì)算結(jié)果顯示距離火山巖盆地6~7 km和8.5~9 km兩個(gè)地段為賦礦最佳地段。兩個(gè)區(qū)域證據(jù)權(quán)方法提供的相關(guān)性系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量分別為C=1.59，1.58和t=2.05，2.03。相關(guān)系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量較大，具有較高的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此該圖層可作為證據(jù)圖層參與預(yù)測(cè)。

紅旗營(yíng)子群為鉛鋅銀多金屬礦床的初始礦源層，燕山期重熔巖漿的形成亦與該地層有密切的成因聯(lián)系。對(duì)冀北120多個(gè)鉛鋅銀礦床、礦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表明，76%的鉛鋅銀礦床產(chǎn)于以紅旗營(yíng)子群為基底的北部地區(qū)，16%產(chǎn)于南部中上元古界分布區(qū)，僅8%的小型礦點(diǎn)產(chǎn)于太古宇基底內(nèi)。如蘭閆、馮家洼、牛家、阿明代、三百頃、沿家溝、三溝、葵花村、孫家莊、蔡家營(yíng)、青羊溝、沙巴爾汰及營(yíng)房等鉛鋅銀礦床均賦存于以紅旗營(yíng)子群變質(zhì)巖系為結(jié)晶基底的火山巖盆地中或其邊緣處。

計(jì)算結(jié)果顯示，紅旗營(yíng)子群分布區(qū)與其他地層區(qū)域相比，相關(guān)性系數(shù)和學(xué)生統(tǒng)計(jì)量分別為C=0.57 和t=1.11。與其它證據(jù)圖層相比，紅旗營(yíng)子群地層與礦床分布相關(guān)性是相對(duì)較低的。

3　成礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)

證據(jù)權(quán)法（Weights of evidence modeling）是加拿大數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)家Agterberg提出的基于二值圖像的一種地學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，是一種在假設(shè)條件獨(dú)立的前提下綜合證據(jù)因子的定量預(yù)測(cè)方法。其出發(fā)點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)學(xué)，即統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)里既有某地質(zhì)標(biāo)志，又有礦產(chǎn)地的面積；某標(biāo)志與礦產(chǎn)同時(shí)出現(xiàn)的概率越大，其找礦意義無(wú)疑越重要，其權(quán)重值也就越大。將統(tǒng)計(jì)單元各獨(dú)立找礦信息因子進(jìn)行加權(quán)綜合，便可得到不同級(jí)別的遠(yuǎn)景區(qū)。

在證據(jù)權(quán)方法中，證據(jù)層通常為二態(tài)或三態(tài)圖，對(duì)于具連續(xù)屬性的數(shù)據(jù)，最常用的方法是將其離散成二態(tài)或三態(tài)圖層，離散化過(guò)程中將會(huì)造成信息遺失。為了克服以上困難，將不確定性減到最小，Cheng and Agterberg(1999)提出了模糊證據(jù)權(quán)法(fuzzy weights of evidence)。模糊證據(jù)權(quán)法是對(duì)傳統(tǒng)證據(jù)權(quán)方法的推廣[9]。模糊證據(jù)權(quán)法用多值模糊隸屬度函數(shù)(0≤μ(A)≤1)把證據(jù)層定義為模糊集，普通證據(jù)權(quán)法中的二值或三值模式是模糊集的特殊情形。

本次采用該方法對(duì)承德地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦床的成礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。本次預(yù)測(cè)精度確定為1∶20萬(wàn)，按此預(yù)測(cè)精度將研究區(qū)劃分為2 km×2 km的網(wǎng)格9 867個(gè)。研究區(qū)已知多金屬礦床數(shù)目為20個(gè)，預(yù)測(cè)的先驗(yàn)概率為0.002。

從各證據(jù)層的權(quán)重計(jì)算表（表1）可以看出，采用主成分分析法對(duì)奇異性理論所圈的單元素異常進(jìn)行組合形成的組合異常圖，在靶區(qū)預(yù)測(cè)中影響程度最高，相關(guān)系數(shù)大，達(dá)11.72，其次是采用S-A分解方法確定的綜合異常，相關(guān)系數(shù)與奇異性組合異常接近，為11.2。地質(zhì)方面的證據(jù)圖層（斷裂、斷裂交叉點(diǎn)、酸性巖體和火山巖盆地）在靶區(qū)預(yù)測(cè)中起到的作用基本接近，相關(guān)系數(shù)在6.06~6.82，但遠(yuǎn)低于化探異常圖層。片麻巖在找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)中的作用最低，相關(guān)系數(shù)僅為0.57，這與采用已知礦床（點(diǎn)）與片麻巖進(jìn)行相關(guān)性分析所得結(jié)論相吻合。計(jì)算結(jié)果表明，承德地區(qū)尋找鉛鋅銀多金屬礦床的有效方法是化探元素異常分布區(qū)，其次為成礦地質(zhì)條件制約。紅旗營(yíng)子群對(duì)多金屬礦床的控制作用較弱。預(yù)測(cè)結(jié)果圖顯示（圖2），絕大部分已知礦床（點(diǎn)）位于后驗(yàn)概率的高值區(qū)，表明所選的模型預(yù)測(cè)效果較好，預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的指導(dǎo)找礦價(jià)值。

表1　證據(jù)權(quán)圖冊(cè)計(jì)算結(jié)果表

圖2　模糊證據(jù)權(quán)方法預(yù)測(cè)結(jié)果圖

根據(jù)模糊證據(jù)權(quán)法預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合成礦地質(zhì)條件和已知多金屬礦床（點(diǎn)）分布情況，優(yōu)選了成礦條件優(yōu)越的龍頭山、張木南溝兩個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行野外踏勘驗(yàn)證。龍頭山找礦遠(yuǎn)景區(qū)構(gòu)造發(fā)育，巖石蝕變強(qiáng)烈。對(duì)該區(qū)進(jìn)行了磁法和電法測(cè)量，共圈定出8個(gè)異常帶，進(jìn)一步肯定了該區(qū)的找礦前景。張木南溝成礦遠(yuǎn)景區(qū)斑狀混合巖和張家口組火山巖中均可見(jiàn)到硅化、黃鐵礦化、絹云母化等蝕變，蝕變程度強(qiáng)烈，礦化信息強(qiáng)烈。

通過(guò)對(duì)圈定的找礦靶區(qū)野外踏勘和工程驗(yàn)證表明，提取的證據(jù)層能夠正確反映承德地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦床的控礦要素，選擇的模糊證據(jù)權(quán)方法能夠有效綜合各證據(jù)層信息，預(yù)測(cè)結(jié)果可信度高，其預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展找礦工作部署具有重要的參考意義。

4　結(jié)論

（1）承德地區(qū)鉛鋅銀多金屬礦床受燕山期酸性巖體和斷裂構(gòu)造控制，其最佳的找礦范圍均為據(jù)巖體和斷裂邊界500 m范圍內(nèi)。

（2）承德地區(qū)多金屬礦床找礦最有利的手段和方法為化探異常，其次為斷裂和巖體分布區(qū)，變質(zhì)結(jié)晶基底對(duì)多金屬礦床的控制作用最弱。

（3）從預(yù)測(cè)結(jié)果與已知礦床的吻合度和所圈遠(yuǎn)景區(qū)的野外踏勘驗(yàn)證情況看，模糊證據(jù)權(quán)法預(yù)測(cè)結(jié)果可用于指導(dǎo)野外找礦實(shí)踐工作。

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收稿：2015-04-10

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.02.022