基于三維地球化學(xué)勘探的金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型構(gòu)建

（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）

圍巖蝕變是熱液型礦床的重要組成部分，也是熱液型礦床的主要特征之一。因?yàn)闊嵋撼傻V作用常伴有熱液交代蝕變，所以蝕變圍巖與伴生礦體也有密切的成因和空間關(guān)系。對金礦而言，除伴生砂金、硫化銅鎳外，其余金礦均為熱液礦床[1]。蝕變帶是找礦的重要標(biāo)志之一，為勘探指數(shù)概念模型構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支持。以成礦信息的提取為核心，對金礦深層結(jié)構(gòu)推理三維地質(zhì)。通過三維空間分析等手段，建立了找礦指標(biāo)集。雖然目前的成礦信息提取方法可以量化控礦作用的地質(zhì)體、成礦結(jié)構(gòu)和成礦構(gòu)造，但在一定程度上，成礦信息的提取依賴于地質(zhì)勘探指標(biāo)的施工經(jīng)驗(yàn)，依靠的是地質(zhì)知識和提取礦化信息的方法，礦化信息的有效性和完整性難以得到較好的保證[2]。

因此，在三維化探的基礎(chǔ)上，建立了金礦深部構(gòu)造推斷的三維模型。近年來，隨著三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展，建立可定量表達(dá)地質(zhì)體特征的三維可視化模型已成為研究的熱點(diǎn)。已有的地質(zhì)鉆探資料很難覆蓋研究區(qū)的深層，很難定量描述蝕變帶的深層特征，不能獲取其三維建模的關(guān)鍵形態(tài)參數(shù)。為此，提出了基于三維地球化學(xué)勘探的金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型構(gòu)建方法。通過對變區(qū)中心深度和厚度的分析，設(shè)計(jì)了變區(qū)強(qiáng)度的定量表達(dá)和變區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的仿真算法，實(shí)現(xiàn)了對變區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的定量表達(dá)。

1 三維地球化學(xué)勘探原理

地質(zhì)地球化學(xué)暈屬于原生暈范疇，該特征在深部構(gòu)造推斷中有廣泛應(yīng)用。其特征主要是：

①斷裂原生暈樣取代了傳統(tǒng)的固定網(wǎng)格化探樣品，使與成礦直接有關(guān)的地質(zhì)體集成礦性更強(qiáng)，元素異常信息更豐富，更易發(fā)現(xiàn)地下深部金礦；②在解釋異常機(jī)理時(shí)，充分考慮了地質(zhì)構(gòu)造對礦暈的控制，更加方便[3]。

由于三維地質(zhì)模型的形狀決定了斷裂形態(tài)在礦化過程中的主導(dǎo)地位，為了更全面地表達(dá)地質(zhì)體的初始形狀，模型用簡單而緊湊的形狀描述面法向量來表示原始地質(zhì)體的三維特征。三維地質(zhì)模型的地表法向量反映地質(zhì)體的局部走向和傾角，也可確定三維模型中每一個(gè)頂點(diǎn)的法向量。通過構(gòu)建三角形法向量模型，再遍歷與給定頂點(diǎn)相連，保證所有三角形平均單位法向量方向相同，其計(jì)算公式如下：

根據(jù)單位法向量的平均值，分析金礦床深部結(jié)構(gòu)圍巖蝕變與三維地球化學(xué)異常之間映射機(jī)理。

構(gòu)造地球化學(xué)樣品是從地表裂縫中提取的，地殼構(gòu)造的地球化學(xué)異常是深部流體活動強(qiáng)度和圍巖蝕變的直接反應(yīng)。深部構(gòu)造地球化學(xué)異常的強(qiáng)度與深部熱液流體活動的強(qiáng)度及深部圍巖蝕變能力有關(guān)，深部熱液流體沿?cái)鄬踊蛄严渡仙?。?gòu)造地球化學(xué)異常強(qiáng)度與深部圍巖蝕變強(qiáng)度之間存在正相關(guān)關(guān)系，但不能確定其深度。目前尚無數(shù)學(xué)模型來描述地表構(gòu)造強(qiáng)度與深部圍巖蝕變的強(qiáng)度和深度之間的定量關(guān)系，因此，需利用現(xiàn)有的地球化學(xué)異常、深部圍巖位置變化、蝕變強(qiáng)度數(shù)據(jù)，構(gòu)建金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型。

2 金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型構(gòu)建

深部蝕變帶的空間分布與三維構(gòu)造的地球化學(xué)異常有一定關(guān)系，根據(jù)這一關(guān)系推導(dǎo)出深部蝕變帶的三維空間形態(tài)，從而獲取關(guān)鍵的形態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)深部蝕變帶的三維重建[4]。侵蝕帶分為強(qiáng)侵蝕單元和非侵蝕型侵蝕單元，其能模擬侵蝕區(qū)的特征，并能量化侵蝕強(qiáng)度，這為將侵蝕信息作為勘探指標(biāo)信息進(jìn)行三維定量礦化推理提供了必要前提。形成深蝕變帶時(shí)，在上部和淺部都留下成礦熱液活動痕跡，淺部化探異常與深部蝕變帶之間存在著以下關(guān)系：

（1）深層蝕變帶綜合蝕變強(qiáng)度與地表地球化學(xué)異常呈正相關(guān)，從合成蝕變強(qiáng)度角度可以看作所有蝕變單元垂直方向蝕變強(qiáng)度的累積值。

（2）在同一條件下，蝕變帶越淺，蝕變帶越深，地表形成的地球化學(xué)異常就越弱。而地表同樣發(fā)生的地球化學(xué)異常，則可能是由淺部蝕變強(qiáng)度弱的蝕變帶或深部蝕變強(qiáng)度強(qiáng)的蝕變帶引起的。因而，地表化探異常與蝕變綜合強(qiáng)度和蝕變帶深度之間存在著一定的相關(guān)性。

腐蝕帶三維形貌模擬的關(guān)鍵是確定其厚度和中心深度，而這兩個(gè)參數(shù)與地球化學(xué)異常密切相關(guān)。因而，在地化異常、厚度和中心深度參數(shù)變化區(qū)重疊區(qū)域的地球化學(xué)勘探和開采強(qiáng)度相同的情況下，與映射模型建立了蝕變帶線性回歸，當(dāng)?shù)厍蚧瘜W(xué)異常達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，可獲得蝕變帶中心深度和厚度，實(shí)現(xiàn)蝕變帶的三維模擬。

根據(jù)腐蝕區(qū)域腐蝕強(qiáng)度從腐蝕中心到邊緣逐漸減弱的原則，設(shè)計(jì)了一種腐蝕強(qiáng)度定量表達(dá)方法，主要包括兩種腐蝕強(qiáng)度單元：強(qiáng)腐蝕和非強(qiáng)腐蝕單元：強(qiáng)腐蝕強(qiáng)度單元是指內(nèi)部和外部不同強(qiáng)度的腐蝕強(qiáng)度的累積強(qiáng)度，而強(qiáng)腐蝕強(qiáng)度單元是指內(nèi)部和外部不同強(qiáng)度的腐蝕強(qiáng)度的累積強(qiáng)度，通常具有較強(qiáng)的正相關(guān)和礦化空間；非強(qiáng)腐蝕強(qiáng)度單元是指內(nèi)部和外部不同強(qiáng)度的腐蝕強(qiáng)度的腐蝕強(qiáng)度的累積。

公式（2）中，P表示蝕變單元內(nèi)在變化強(qiáng)度；n表示蝕變單元個(gè)數(shù)；λ表示蝕變強(qiáng)度影響參數(shù)；L表示不同蝕變單元之間的距離；L’表示蝕變影響極限距離。

由厚成圖模型提供的蝕變帶三維形貌參數(shù)只解決蝕變帶外部形貌的三維建模問題，然而由于缺少鉆探和分析資料，無法確定其內(nèi)部構(gòu)造，無法進(jìn)行深層腐蝕。侵蝕帶強(qiáng)蝕變單元和非強(qiáng)蝕變單元分布特征，腐蝕帶中的所有腐蝕單元都會受到至少一個(gè)強(qiáng)腐蝕單元的影響。用邊界條件模擬了蝕變帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。利用設(shè)定的閾值，可以找到變化區(qū)域最外層。強(qiáng)蝕變單元受蝕變單元設(shè)置的影響，根據(jù)蝕變區(qū)蝕變強(qiáng)度的分布特點(diǎn)，改變中心變化單元，使這兩個(gè)變化單元共同構(gòu)成整個(gè)蝕變帶，強(qiáng)變元集合求得變元集和強(qiáng)變元集之間的差集。

金礦床蝕變帶模型的建立主要是針對構(gòu)造控制的蝕變帶，即蝕變帶的埋深和產(chǎn)狀與構(gòu)造相似。用三維線框模型模擬了蝕變帶的三維形狀，從而描述了其空間分布和形狀。蝕變帶三維線框模型的建立過程與典型地質(zhì)體模型的建立過程相似，腐蝕變帶(或在一系列剖面上的腐蝕礦物)的外輪廓線依次相連形成腐蝕單元，變帶側(cè)面特征是確定各截面上蝕變帶外部輪廓重要因素。

基于上述內(nèi)容，構(gòu)建金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型，如表1所示。

表1 金礦床深部結(jié)構(gòu)推斷三維模型

相對于人工建立找礦指數(shù)推斷模型，基于三維化探的推斷三維模型在找金深部構(gòu)造找礦中具有很多優(yōu)勢。第一，在三維化探模型基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換，較好地建立了斷裂面到有利成礦點(diǎn)的復(fù)雜映射關(guān)系；二是基于三維化探模型逐層提取礦化特征，在網(wǎng)絡(luò)頂部可獲得顯著性和指示性礦化特征表達(dá)。在此基礎(chǔ)上，利用三維化探模型，可以直接根據(jù)礦床的三維構(gòu)造初始形態(tài)，對受構(gòu)造控制的金礦床，尤其是構(gòu)造形態(tài)控制較大的金礦床進(jìn)行勘探，在人工建立推斷模型時(shí)，避免了主觀地質(zhì)找礦指標(biāo)局限性。

3 結(jié)語

以金礦為例分析了在三維地球化學(xué)勘探基礎(chǔ)上，建立金礦深層構(gòu)造推斷三維模型的方法。將三維地質(zhì)模型作為輸入，測量三維地質(zhì)模型與成礦信息之間關(guān)聯(lián)性。用這種方法建立了一個(gè)金礦深部構(gòu)造三維模型，指出了金礦深部成礦的有利位置。盡管用這種方法建立的三維預(yù)測模型明顯優(yōu)于以傳統(tǒng)找礦指標(biāo)為基礎(chǔ)的其他預(yù)測模型，但仍存在一些局限性。深層網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制非常復(fù)雜，不能很好地解釋三維輸入特征如何轉(zhuǎn)化為礦化優(yōu)勢，導(dǎo)致該模型利用效率不能達(dá)到最高。因此，在今后研究進(jìn)程中，進(jìn)一步運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)模型解釋方法，揭示和深化深部網(wǎng)絡(luò)模型所蘊(yùn)涵的地質(zhì)內(nèi)涵，為開展區(qū)域深部找礦奠定基礎(chǔ)。