滕菲，張燕，張素榮，邢怡

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

利用證據(jù)權(quán)重法進(jìn)行綜合信息礦產(chǎn)資源預(yù)測—以大興安嶺北部地區(qū)為例

滕菲，張燕，張素榮，邢怡

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

證據(jù)權(quán)重法是一種重要的礦產(chǎn)資源預(yù)測方法，它是基于二值圖像的地學(xué)統(tǒng)計方法，通過對與礦產(chǎn)資源相關(guān)的地學(xué)信息的疊加分析進(jìn)行預(yù)測，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)驅(qū)動、易于編程實現(xiàn)。筆者通過對大興安嶺北部地區(qū)金礦預(yù)測實驗，證明證據(jù)權(quán)重法數(shù)學(xué)預(yù)測模型對區(qū)域成礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性,同時在與ARCGIS系統(tǒng)結(jié)合后,可對多源信息進(jìn)行空間位置綜合處理并形成新的綜合變量,能更全面、客觀的反映地質(zhì)體空間特征,使成礦預(yù)測更加準(zhǔn)確。

地理信息系統(tǒng);證據(jù)權(quán)重法;成礦預(yù)測;證據(jù)層

隨著大量的多源地學(xué)信息數(shù)據(jù)的積累，以及成礦預(yù)測學(xué)科自身的不斷發(fā)展，如何適應(yīng)形勢的變化，充分利用這些豐富的資料，快速、經(jīng)濟有效地進(jìn)行成礦預(yù)測，就成了地質(zhì)工作者面臨的一個重大問題。當(dāng)前地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)具備了在計算機輔助下對地質(zhì)、地理、地球物理、地球化學(xué)和遙感等多源地學(xué)信息進(jìn)行集成管理、有效綜合與分析的能力，而空間信息的綜合分析方法是決定GIS應(yīng)用水平的關(guān)鍵[1-4]。目前應(yīng)用的方法有很多種，包括布爾邏輯、代數(shù)方法、模糊邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、秩相關(guān)分析、信息量、判別分析、聚類分析和證據(jù)權(quán)重法等[5-7]。證據(jù)權(quán)重法是基于二值圖像的地學(xué)統(tǒng)計方法，通過對與礦產(chǎn)資源相關(guān)的地學(xué)信息的疊加分析進(jìn)行預(yù)測，其中每一種地學(xué)信息都作為預(yù)測的一個證據(jù)因子，而每一個證據(jù)因子對礦產(chǎn)資源預(yù)測的貢獻(xiàn)由其權(quán)重值確定。相對于其他方法而言，其運行由數(shù)據(jù)驅(qū)動、亦可專家干預(yù)[8]，對證據(jù)因子權(quán)重的解釋通俗易懂，其計算結(jié)果后驗概率即為成礦概率，直觀明了，顯示出實用、易用等優(yōu)勢，是國際地學(xué)領(lǐng)域使用GIS技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源評價預(yù)測一種非常受重視的計算方法。筆者以大興安嶺北部地區(qū)為例，對證據(jù)權(quán)重法的特點方法、實現(xiàn)過程等進(jìn)行了詳細(xì)探討，希望能為區(qū)域礦產(chǎn)預(yù)測工作提供可借鑒的方法經(jīng)驗。

1 證據(jù)權(quán)重法

1.1 方法原理

證據(jù)權(quán)重法是加拿大數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)家Agterberg提出的一種地學(xué)統(tǒng)計方法，通過對一些與礦產(chǎn)形成相關(guān)的地學(xué)信息圖層的加權(quán)疊加復(fù)合來進(jìn)行礦產(chǎn)遠(yuǎn)景區(qū)的預(yù)測。其基礎(chǔ)是將地質(zhì)評價模型轉(zhuǎn)換為“網(wǎng)格模型”，針對每一網(wǎng)格上信息數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)值計算，結(jié)合GIS技術(shù)對各種有利成礦因素（證據(jù)層）進(jìn)行有效綜合的數(shù)學(xué)預(yù)測評價。只要所輸入的圖層合理，選擇條件適當(dāng)，計算結(jié)果就客觀可信[9]。

數(shù)學(xué)原理如下：假設(shè)研究區(qū)被劃分成為T個等大小的網(wǎng)格（區(qū)域劃分網(wǎng)格單元要以保證一個網(wǎng)格中至多出現(xiàn)一個已知礦點為基礎(chǔ)），提取相關(guān)信息。其中有D個網(wǎng)格單元含有已知礦（床）點，提取的每個變量看作獨立的證據(jù)因子（以下稱證據(jù)因子）。對于任意一個證據(jù)因子，其對成礦貢獻(xiàn)的權(quán)重定義為：分別為證據(jù)因子存在區(qū)和不存在區(qū)的權(quán)重值，如果原始數(shù)據(jù)缺失，那么權(quán)重值為0；其中B為這個因子存在的網(wǎng)格單元總數(shù)，-B為這種因子不存在的網(wǎng)格單元總數(shù)。-B=T-B;-D為不含礦單元數(shù)；條件概率：

利用證據(jù)權(quán)重法計算出各個變量的W＋和W－值；控礦地質(zhì)因素與礦床產(chǎn)出狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)性強弱，可以通過正負(fù)權(quán)的差值大小來度量，即：Cj=W+j+W-j, Cj值越大表示該地質(zhì)標(biāo)志的找礦指示性越好,若Cj= 0，表示該找礦標(biāo)志對有礦與無礦無指示意義；Cj＞0表示有利于成礦，Cj＜0表示不利于成礦。

對于n個證據(jù)因子，若它們都關(guān)于礦點條件獨立，則研究區(qū)任一網(wǎng)格單元k為礦點的可能性，用后驗概率對數(shù)表示為：

根據(jù)該公式，后驗概率為:P=O/(1+O)。后驗概率P代表了單個單元格內(nèi)找礦的有利度，根據(jù)后驗概率提出找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

1.2 方法優(yōu)越性

證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源評價相對于其它基于GIS的礦產(chǎn)資源評價方法相比，還具有如下優(yōu)點：易于編程，易于組合多圖件模式；預(yù)測過程中以礦產(chǎn)產(chǎn)出的空間位置為基礎(chǔ)，并在空間位置最有效、最直接的表達(dá)形式，即可在圖形上進(jìn)行操作；對證據(jù)因子權(quán)重的解釋通俗易懂，正負(fù)權(quán)重的差值直接指示了證據(jù)因子（找礦標(biāo)志）與礦的相關(guān)程度；證據(jù)因子的處理簡單，只需離散到二值圖像即可，調(diào)整閥值使正負(fù)權(quán)重的差值C達(dá)最大，則用該閥值離散成二值圖像為最佳；能處理缺失信息的區(qū)域，只需設(shè)其權(quán)重為0即可，不需對數(shù)據(jù)空白區(qū)進(jìn)行人為的插值；計算結(jié)果是后驗概率，代表了單個單元格內(nèi)找礦的成礦概率，直觀明了；可采用單純數(shù)據(jù)驅(qū)動方法運行，也可采用人工干涉，即專家證據(jù)權(quán)重法，在運行過程中加入經(jīng)驗、認(rèn)識，綜合預(yù)測，驅(qū)動方式靈活[10-12]；可實現(xiàn)基于GIS的證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源評價的軟件豐富。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)處于古西伯利亞板塊南緣，額爾古納斷褶帶、內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系和上黑龍江斷陷的接合部位（圖1）?；鹕交顒訌娏遥谎嗌狡诨鹕綆r大片覆蓋。區(qū)內(nèi)地層分布廣泛但比較零星，除中上寒武統(tǒng)，中石炭統(tǒng)外，自元古界至第四系全新統(tǒng)均有出現(xiàn)，以中、新生界最為發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿活動十分頻繁，具有多期次的特點。侵入巖以燕山期中酸性、酸性花崗巖類最發(fā)育，分布南北存在差異性，南部分布廣泛，北部分布相對很少。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，以金、銅、鉛、鋅等礦床為主。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置Fig.1 Geotectonic position o f the study area

3 區(qū)域找礦模型

筆者在分析了研究區(qū)地層、構(gòu)造、巖漿巖等地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,對該區(qū)金礦床的地質(zhì)特征和控礦因素進(jìn)行了分析和總結(jié),建立了金礦區(qū)域找礦模型[13]-[17]。

（1）賦礦地層：二十二站組、甘河組、倭勒根群大網(wǎng)子組、興華渡口期片麻巖、修峰組、塔木蘭溝組、光華組。

（2）控礦巖漿巖（侵入巖）：主要以燕山期中酸性侵入巖為主，其它時期中酸性侵入巖次要。

（3）主要控礦構(gòu)造：NE和NW及WE向。

（4）指示有礦的重力異常以密度異常區(qū)為主，即主要為高密度體內(nèi)的低密度體或低密度體內(nèi)的高密度體。

（5）指示有礦的航磁異常為正異常。

（6）與礦化有關(guān)的地球化學(xué)異常主要有Au、Cu、Pb、Zn。

4 預(yù)測流程

4.1 預(yù)測要素的提取

（1）建立研究區(qū)礦床(點)和成礦作用有關(guān)的證據(jù)因子專題數(shù)據(jù)庫。

分別建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫（包括地層、構(gòu)造、巖漿巖、礦床(點)數(shù)據(jù)）、地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫（被確認(rèn)與金礦有密

切共生及伴生關(guān)系的Au、Cu、Pb、Zn等元素）、金礦床(點)數(shù)據(jù)庫、遙感數(shù)據(jù)庫（利用TM遙感圖像對區(qū)內(nèi)的線環(huán)構(gòu)造進(jìn)行校正、解譯）、地球物理數(shù)據(jù)庫（重力、磁力異常），作為基本證據(jù)層統(tǒng)一投影存儲在MAPGIS、ARCGIS地圖庫中。

（2）對于每一個證據(jù)因子專題數(shù)據(jù)庫，提取與試驗區(qū)成礦關(guān)系密切的控礦因素，生成新的圖層，即證據(jù)層。以地質(zhì)數(shù)據(jù)庫為例：根據(jù)所建立金礦區(qū)域地質(zhì)找礦模型，針對可能與礦產(chǎn)相關(guān)地質(zhì)要素，在MAPGIS平臺下，初步劃分出57個地質(zhì)圖層(表1)，其中控礦巖漿巖主要以燕山期中酸性侵入巖為主，控礦構(gòu)造以北東向、北西、東西向為主，與成礦關(guān)系密切地層主要有中生界的侏羅系和白堊系甘河組等6組及興華渡口期花崗片麻巖，其它成礦相關(guān)圖層還包括火山巖、潛火山巖、糜棱巖、脈巖、礦產(chǎn)地等。

（3）提取礦點圖層，劃分網(wǎng)格單元

單元格面積的設(shè)置要保證一個單元格中最多只出現(xiàn)一個礦床（點）（訓(xùn)練點）。故單元格面積的確定是根據(jù)已知礦床（點）的多少決定的。實驗區(qū)所有的金礦床（點）11個，將礦床（點）的文件轉(zhuǎn)換為Arcview下的shape格式，并將建立模型的單元格面積設(shè)置為1 km2，搜索含礦網(wǎng)格單元，生成含礦網(wǎng)格圖層。

4.2 預(yù)測模型的建立

（1）證據(jù)因子的選擇、定量化

地質(zhì)證據(jù)因子：將所提取賦礦地層、控礦巖漿巖、控礦斑巖、脈巖轉(zhuǎn)換成grid格式，考慮到控礦巖漿巖、控礦斑巖、脈巖等熱液活動有一定影響范圍，利用A rc-Wofe的緩沖分析功能，分別進(jìn)行緩沖分析，緩沖半徑以1 km為間隔，并計算各緩沖半徑的C（正負(fù)權(quán)重的差值），燕山期中酸性侵入巖最大的C（1.0014）緩沖半徑為7 km，因此選緩沖半徑7 km作為其影響區(qū)域。同理，選緩沖半徑5 km作為控礦斑巖、脈巖的影響區(qū)域。下面控礦構(gòu)造以此為例，介紹相關(guān)地質(zhì)要素圖層緩沖半徑計算過程?？氐V構(gòu)造是線文件，利用MAPGIS的空間檢索功能檢索出構(gòu)造線方向為NE和NW及EW向的所有斷裂構(gòu)造，從遙感影像解譯的線、環(huán)構(gòu)造與原有構(gòu)造合為一個證據(jù)層。再將其轉(zhuǎn)換為shape格式，利用Arc-Wofe的功能，對其進(jìn)行緩沖分析，緩沖半徑以1 km為間隔，并計算各緩沖半徑的C（表2），最大的C（0.591）緩沖半徑為8 km。

重磁異常證據(jù)因子：從區(qū)域找礦模型來看，局部重磁異常與礦關(guān)系密切，故對其進(jìn)行人工提取，作為一個證據(jù)因子，并轉(zhuǎn)換為grid格式。根據(jù)重力異常等值線圖，按10毫伽為間隔計算各重力等值線為閥值的異常區(qū)與礦相關(guān)程度C值，結(jié)果顯示當(dāng)?shù)戎稻€為-30毫伽時，C值獲得最大值3.9373（表3），故用此等值線為閥值，生成重力異常二值圖像并轉(zhuǎn)換成grid格式。根據(jù)航磁異常等值線圖，按100 nT為間隔計算各重力等值線為閥值的異常區(qū)與礦相關(guān)程度C值，結(jié)果顯示當(dāng)?shù)戎稻€為700 nT時，C值獲得最大值2.0628，故用此等值線為閥值，生成重力異常二值圖

像并轉(zhuǎn)換成grid格式。

表1 地質(zhì)證據(jù)層分類表Table 1 Geo logica levidence layers system

表2 斷裂構(gòu)造與金礦床(點)相關(guān)程度Table 2 Pertinency between fau lts and go ld deposits

化探異常證據(jù)因子：依據(jù)區(qū)域找礦模型，將研究區(qū)Cu、Au、Pb、Zn元素化探異常分別作為一個證據(jù)因子，并轉(zhuǎn)換為grid格式。化探異常作為地表元素富集的表象,對成礦遠(yuǎn)景區(qū)的圈定具有直接指示意義。對化探異常下限的設(shè)定，同樣采用C值最大來進(jìn)行優(yōu)選[18]。

表3 布格重力異常與金礦床（點）相關(guān)程度Table 3 Pertinency between bouguer gravity anom a lies and go ld deposits

（2）金礦證據(jù)因子的條件獨立性檢驗及其合并或篩選

利用Arc-Wofe條件獨立性檢驗功能，對上述所有證據(jù)因子進(jìn)行關(guān)于礦床（點）是否為條件獨立進(jìn)行檢驗，結(jié)果有多個證據(jù)因子之間不存在條件獨立，經(jīng)過反復(fù)對各證據(jù)因子的條件獨立性檢驗，剔除或合并條件獨立的證據(jù)因子，最后選取如下12個證據(jù)因子建立金礦證據(jù)權(quán)重模型，它們之間關(guān)于已知11個礦床（點）都是條件獨立的，也即通過了條件獨立性檢驗（表4）。概率值＜0.05表示對應(yīng)的證據(jù)因子之間不存在條件獨立。

表4 證據(jù)因子條件獨立性檢驗結(jié)果表Table 4 Testing resu lt o f cond itiona l dependency o f evidence-gene

4.3 預(yù)測結(jié)果及評價

（1）證據(jù)因子正負(fù)權(quán)重計算

在選定的證據(jù)因子通過條件獨立性檢驗后，計算它們的正負(fù)權(quán)重，其計算結(jié)果見表5。根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行分析可得出以下認(rèn)識:本實驗區(qū)侏羅紀(jì)和早白堊世地層與成礦關(guān)系密切;燕山期的中酸性巖漿巖在本區(qū)所占面積不大,但與金礦化的關(guān)系比較密切;構(gòu)造破碎帶與遙感解譯的線性構(gòu)造與金礦化的關(guān)系都比較密切;航磁、重力異常與金礦化也有一定的關(guān)系。

（2）后驗概率計算

筆者根據(jù)每種條件的權(quán)重值計算得到實驗區(qū)的后驗概率等值線圖。并根據(jù)后驗概率值劃分3級有利預(yù)測成礦區(qū)（圖2）:把值域范圍（0.0046～0.0295）的預(yù)測單元作為Ⅰ級遠(yuǎn)景區(qū)，值域范圍（0.0015～0.0046)的預(yù)測單元作為Ⅱ級遠(yuǎn)景區(qū)，值域范圍(0.0005～0.0015)的預(yù)測單元作為III級遠(yuǎn)景區(qū)。分析表明已知礦點基本落入后驗概率出現(xiàn)的Ⅰ、Ⅱ級分布范圍內(nèi)，說明預(yù)測結(jié)果對已知條件沒有出現(xiàn)漏判；預(yù)測成礦遠(yuǎn)景區(qū)分布走向基本與區(qū)域內(nèi)的控礦構(gòu)造、巖漿巖分布一致，成礦作用明顯受NE和NW向的斷裂控制，預(yù)測好的區(qū)域基本都在NE和NW向斷裂的交匯處，出露地層均為實驗區(qū)內(nèi)有利含礦地層，表現(xiàn)出成礦受巖漿活動和層位以及斷裂的控制，這與區(qū)域內(nèi)已知金礦床特征相吻合；除了覆蓋已知

礦床（點）的區(qū)域外還有幾個預(yù)測區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)金礦床（點）。研究分析表明這一帶都位于較大斷裂帶的交匯帶上和大型巖體出露附近，并與已知礦床(點)具有相似的成礦條件，所以這一帶尚未發(fā)現(xiàn)礦床（點）的預(yù)測區(qū)應(yīng)該在下一步找礦勘探工作中引起足夠的重視。

表5 證據(jù)因子正負(fù)權(quán)重參數(shù)表Table 5 W eigh t pa ram e te rs o f evidence-gene

圖2 大興安嶺北部地區(qū)金成礦預(yù)測圖Fig.2 Go ld p rognosis m ap o f No rthDaxingan ling

5 結(jié)論

證據(jù)權(quán)重法預(yù)測模型是根據(jù)已知礦床（點）與各種控礦成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)，其原理簡單而且易于實現(xiàn)，既可以對多金屬礦床進(jìn)行預(yù)測，也可以對特定成因礦種進(jìn)行綜合預(yù)測。由于后驗概率是在大量地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)等圖層疊加操作的基礎(chǔ)上計算出來的，因此，其結(jié)果綜合反映了各種控礦因素和礦化信息對礦床的控制和指示意義。同時由于證據(jù)權(quán)重法著重對各控礦要素和礦床（點）間相互空間位置進(jìn)行分析，其和相關(guān)GIS軟件的結(jié)合滿足大量的空間疊加、復(fù)合分析的需求。

筆者在大興安嶺北部地區(qū)建立的基于GIS的證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源評價模型，反映該方法能夠在研究程度相對較低，但數(shù)據(jù)資料豐富的地區(qū)快速而有效應(yīng)用的特點，可供其它地區(qū)礦產(chǎn)資源評價工作借鑒。筆者認(rèn)為證據(jù)權(quán)重法礦產(chǎn)資源的評價工作，既可以在專家的指導(dǎo)下，用其實現(xiàn)專家的思想，也可以發(fā)揮證據(jù)權(quán)重法數(shù)據(jù)驅(qū)動對豐富資料充分利用的功能，作為專家思想的補充或旁證，為地質(zhì)找礦提供靈活、有效的預(yù)測工具，實現(xiàn)隱伏礦床的找礦突破。

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2014-07-31

中國地質(zhì)調(diào)查項目：區(qū)域地球物理成果集成與方法技術(shù)研究（1212011120915）

滕菲（1982-），女，工程師，2007年7月畢業(yè)于吉林大學(xué)數(shù)字地質(zhì)科學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事應(yīng)用地球物理研究，E-mail:tengbeibei2006@163.com。