金礦床成礦結(jié)構(gòu)特征及找礦預測模型分析

劉文龍

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

黃金在生產(chǎn)與生活中起到相當關(guān)鍵的作用，不僅被廣泛運用到通信、化工等領域，更成為關(guān)鍵的全球性戰(zhàn)略資源。但隨著近些年來，金礦床開采規(guī)模的逐漸增加，黃金開采量不但沒有逐漸增加反而持續(xù)減少。這主要是因為隨著金礦床開采量的增加，礦產(chǎn)資源逐漸減少，其開采率不斷縮減[1]。因此，想要進一步完成金礦床資源開采，加大金礦資源的勘探力度是處理黃金供應與需求之間矛盾的關(guān)鍵途徑之一。因此，通過對金礦床成礦結(jié)構(gòu)特征及找礦預測模型分析，以金礦床周圍地層巖石與巖漿等相關(guān)信息分析為依據(jù)，對金礦床成礦結(jié)構(gòu)進行整體考量，從而制定找礦預測模型，有效提高金礦床開采率。

1 金礦床成礦結(jié)構(gòu)特征

1.1 地層

金礦床地層中發(fā)育形成碳酸鹽與其他巖組交互形成碎屑巖，其底部多為砂質(zhì)白云巖，且存在巖溶孔隙與角礫狀結(jié)構(gòu)，能夠有效轉(zhuǎn)移含礦熱液。頂部地層形成的泥晶白云巖由于結(jié)構(gòu)緊密，其化學活動性較差，能夠較好的屏蔽Au元素活動，有利于礦床形成。地層圍巖化學性質(zhì)與物理性質(zhì)對成礦作用有著極大影響，形成時間較長的地層含金量較高，且地層中Au元素背景值越高，成礦越容易。地層中以Au元素為主，伴生元素為Ag、As、Sb、Mo等在礦區(qū)內(nèi)呈不均勻狀態(tài)分布，具有富集礦成礦特征[2]。地層中Au元素豐度值在不同礦石中含量也不同，地層中各礦石為成礦提供物質(zhì)來源。同時，地層中存在火山碎屑巖、火山巖等脆性巖石，巖石較為容易發(fā)生碎裂，有利于成礦熱液的運移沉淀。良好的地層條件為成礦提供了物質(zhì)條件基礎，有利于成礦流體地層中的金富集成礦。礦石混合體作為成礦物質(zhì)的主要來源，也是As元素生產(chǎn)的關(guān)鍵物質(zhì)，部分堿性溶液隨著其含量增長Au元素溶解度也隨之增長。在一部分堿性熱溶液中，金礦中所含Au元素與As礦物呈現(xiàn)出正比關(guān)系。在巖漿運動過程中，Au元素逐漸聚集，這一運動過程激活了As元素，使Au元素含量進一步增加。

1.2 巖漿巖

金礦床中火山巖漿活動為Au元素活化、遷移與聚集提供了所需的熱源與熱液。在通常情況下，巖漿的升高會在很大程度上出現(xiàn)極大的沖擊力，使得周圍淺部圍壓巖層在很大程度上出現(xiàn)裂隙與剝離面，同時巖漿運動所帶來的龐大內(nèi)能會很大程度上會產(chǎn)生雜巖體、角礫巖的環(huán)狀或放射狀斷裂，形成Au元素沉淀及礦液轉(zhuǎn)移所需的空間[3]。因此，金礦床中銅石雜巖體邊緣接觸帶及淺層脆性較大的巖區(qū)，為Au元素最為有利的成礦位置。區(qū)域巖漿巖種類分布面積不大，但種類較多。局部含有超基性巖、基性巖、中性巖等。巖漿巖性包括基性、中性、酸性火山巖以及較多次火山巖。根據(jù)巖漿巖形成時期與構(gòu)造背景不同，其存在物質(zhì)建造也存在一定差別。金屬礦物以黃銅礦、毒砂、褐鐵礦為主，并伴有少量金銀礦、閃鋅礦、磁鐵礦以及自然金等，非金屬礦物則以伊利石、絹云母、斜長石、高嶺石等為主。礦石結(jié)構(gòu)大多為自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，同時存在部分其他結(jié)構(gòu)。圍巖蝕變以多為低溫蝕變，且沒有明顯蝕變分界線。以礦體為中心，向依次劃分為外、中、內(nèi)三部分。外帶區(qū)以黃鐵礦、鈉長石、綠泥石為標志礦物；中帶區(qū)以方解石、黃鐵礦、石英、絹云母為標志礦物；內(nèi)帶區(qū)以黃鐵礦、石英為標志礦物。

1.3 化學元素

金礦床中Te元素主要源于地幔，在礦床中基性、超基性巖石中硫化物溶液發(fā)生分離作用時Te元素出現(xiàn)聚積。Te元素主要以HTe-形態(tài)存留于礦熱液，隨著環(huán)境中多金屬硫化物礦化而逐漸轉(zhuǎn)變成為氧化環(huán)境，Te元素代替S元素形成碲化物，對Te元素的找礦擁有重要指導作用。Ag作為伴生成分，在礦床中與Au元素極大程度緊密共生，且Au品味會隨著Ag品位的提升而增加，其相關(guān)性其決定了Ag元素對找礦具有重要指導作用。巖漿則能夠使地幔中成礦熱液中Au元素與As元素增加，豐富礦液中金質(zhì)，因此As元素也經(jīng)常被視為Au伴生元素之一。

斷裂極大程度上為地幔含礦熱液的逐步提升提供了空間，并同時吸收巖群中產(chǎn)生的金質(zhì)。前鋒巖漿升高過程中的沖擊力會導致周圍淺部圍壓較小巖層出現(xiàn)大量裂縫，在其內(nèi)部填充的巖漿冷卻后慢慢形成封閉環(huán)境，其內(nèi)部溫度與壓力也隨之增加[4]。如果巖漿活動的熱液內(nèi)部壓力超出圍巖承受范圍，則會出現(xiàn)隱爆情況，從而在封閉環(huán)境中進入斷裂及碎裂巖孔隙中與地表水混合。完成圍巖間的水巖交換，改變了圍巖中的成分及屬性，形成富含礦物與揮發(fā)成分的潛火山巖漿期后熱液。隨著地層中物理化學條件的改變，Au與Ag元素慢慢累積，在經(jīng)過蝕變與疊加礦化后逐漸形成金礦床。

2 金礦床找礦預測模型

根據(jù)金礦床成礦結(jié)構(gòu)，建立一個具有較強預測性能的找礦預測模型。利用礦床結(jié)構(gòu)認證相關(guān)數(shù)據(jù)形成三維模型，從而達到深層次控礦特征與找礦指標。由于考慮到模型非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集影響，需要形成一種直觀的解決方案，構(gòu)建出空間直觀三維模型[5]。在模型構(gòu)建中，直接構(gòu)建三維模型需要大量訓練樣本。因此模型采用樣本要求較小的二維CNN，捕捉空間相關(guān)數(shù)據(jù)，形成骨干網(wǎng)絡構(gòu)成深度網(wǎng)絡模型。其構(gòu)建流程，如圖1所示：

圖1 找礦預測模型構(gòu)建流程

由于礦床導礦構(gòu)造與容礦構(gòu)造中包含了熱液的圈閉、運移與沉淀。因此對斷裂面形態(tài)與分布開展深度學習，在給定成礦結(jié)構(gòu)條件下首先提取地質(zhì)模型形狀描述，并計算目標體元到模型的投影距離，將其作為目標體元主要裂面制約反應。在這一基礎上，地質(zhì)模型的形狀描述與投影深度多為二維多通道圖像。因此，利用模型獲取礦化具體現(xiàn)實性特征，并建立人工建立找礦指標。通過推斷目標區(qū)域成礦概率，完成找礦預測。利用找礦模型獲得礦床高危信息特征，同時能夠考慮到成礦空間中蘊涵的更廣的成礦信息。這種預測模型，相較于以往預測模型能夠更好針對礦床空間內(nèi)某點做出找礦指示，并且不會對測試性能產(chǎn)生影響。

找礦預測模型中根據(jù)礦床表面特征反應地質(zhì)區(qū)域局部走向與傾角，因此模型中計算計算每個頂點的法向量。通過計算每個模型的法向量，將所有與給定頂點相連接，得到單位法向量平均值，其公式為：

其中，∏為連接到頂點集合；απi為頂點連接形狀πi的面積；N(πi)為頂點連接形狀πi的法向量。

根據(jù)礦石分布熱河特征，利用其熱傳導與熱擴散理論來尋找N0區(qū)域內(nèi)P1與P2兩點間t時刻的熱流：

其中，λi為礦體第i個特征值；φi為礦體第i個特征向量。

找礦模型中由于表面幾何敏感，從而反映出固定幾何形狀。在給定點P在模型中形態(tài)特征在給定點P的形態(tài)特征上，繼承了熱核形狀特征，允許其從多尺度上捕獲制定時間內(nèi)的相鄰信息，同時其對噪聲與形狀擾動具有魯棒性，對三維找礦預測模型誤差并不敏感。

對于找礦預測模型中的噪聲與擾動所具有的不變形與魯棒性，其基本思想為在測定，某一區(qū)域表面處目標時，其表面離子演化受到波函數(shù)控制。若其表面有一位置位置離子，測定其能量近似值，并利用期望值計算能量概率分布。在目標特征測量隨時間變化獲取成礦平均概率，并在各范數(shù)中呈相互正交，簡單選擇適當目標能量分布來描述模型表征與實際匹配情況。

3 結(jié)語

金礦床成礦結(jié)構(gòu)特征及找礦預測模型分析中可以發(fā)現(xiàn)。金礦床大多呈透鏡狀、條帶狀及似層狀，受斷裂構(gòu)造控制。通過對金礦床地質(zhì)、地層以及化學元素等指標分析，從而總結(jié)礦床成礦特征。根據(jù)成礦結(jié)構(gòu)特征提出一種預測效果更為精準的找礦預測模型。以礦化信息定量關(guān)聯(lián)為基礎，建立三維預測模型，提供礦床深部成礦指示。相較于以往找礦模型，這一找礦預測模型有效性與準確性準得到較大提升，為今后金礦床資源評估提供更加可靠數(shù)據(jù)。