隱伏礦體三維綜合信息成礦預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用

楊振華

（云南省地礦局物化探隊(duì)，云南 昆明 652100）

我國(guó)擁有著十分豐富的礦產(chǎn)資源，而科學(xué)的礦產(chǎn)資源勘查及開(kāi)發(fā)能有效提高資源利用效率，但是隱伏礦面臨諸多的深部探測(cè)問(wèn)題，如何進(jìn)行隱伏礦的預(yù)測(cè)及探測(cè)一直是礦產(chǎn)勘查中重要研究方向。本文便是建立在理論分析法以及技術(shù)分析法的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的隱伏礦體三維綜合信息情況預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，利用三維信息技術(shù)提煉和總結(jié)勘查技術(shù)及方法，探索提升礦產(chǎn)勘查的信息化程度，并為礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)以及利用打上良好基礎(chǔ)。

1 隱伏礦體成礦預(yù)測(cè)的流程及方法

為了進(jìn)一步提升本文論述的科學(xué)性和有效性，文章以云南某隱伏礦體的勘查為例，結(jié)合隱伏礦體的實(shí)際預(yù)測(cè)情況進(jìn)行針對(duì)性分析，建立在文獻(xiàn)分析法的基礎(chǔ)上，分析了當(dāng)前較為常見(jiàn)的三維信息綜合情況技術(shù)，以其具體的應(yīng)用效果以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行針對(duì)性論述。

1.1 數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建管理

在落實(shí)隱伏礦體三維成礦預(yù)測(cè)之前，必須要通過(guò)地質(zhì)勘查以及實(shí)際的生產(chǎn)資料搜集，了解地質(zhì)礦產(chǎn)的實(shí)際情況和相關(guān)數(shù)據(jù)信息。綜合信息的具體類(lèi)型來(lái)講，涉及到了平面地質(zhì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)體系[1]。需要針對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及編碼，這其中需要利用當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，打造智能化的數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，與各方主體進(jìn)行對(duì)接，例如一線(xiàn)的勘探人員通過(guò)電子設(shè)備進(jìn)行勘探，將勘探的結(jié)果數(shù)據(jù)直接上傳至控制中心，控制中心會(huì)結(jié)合數(shù)據(jù)的類(lèi)型進(jìn)行自動(dòng)的傳輸以及儲(chǔ)存，將其儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。而數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息可以直接對(duì)接各類(lèi)三維程控軟件，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線(xiàn)、面、體的系統(tǒng)化管理。

1.2 地質(zhì)建模及數(shù)據(jù)融合

需要將前期勘探過(guò)程中形成的鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、中斷數(shù)據(jù)等相關(guān)信息進(jìn)行融合，可以直接通過(guò)當(dāng)前的信息化軟件進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)處理。綜合近些年的實(shí)際技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)來(lái)看，三維地質(zhì)建模技術(shù)已經(jīng)可以建立在原有三維環(huán)境的基礎(chǔ)上，針對(duì)各項(xiàng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)[2]。這對(duì)于發(fā)現(xiàn)并且開(kāi)發(fā)地質(zhì)結(jié)構(gòu)深層的隱伏礦體來(lái)講有極強(qiáng)的促進(jìn)作用，但是由于當(dāng)前部分鉆探工作的深度有限，對(duì)于深層次的隱伏礦體開(kāi)發(fā)也會(huì)造成一定的限制。如圖1所示便是地質(zhì)數(shù)據(jù)融合以及三維建模的具體流程。

圖1 地質(zhì)數(shù)據(jù)管理及三維建模流程

這其中涉及到了當(dāng)前較為常見(jiàn)的地球物理方法，是建立在深邊部地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息探測(cè)的基礎(chǔ)上打造的成礦方式。例如重力勘探主要是分析地質(zhì)體的實(shí)際密度，測(cè)量地質(zhì)體與周邊巖石之間的密度差異，然后分析其重力異常情況。這樣可以確定地質(zhì)體所處的空間位置，分析其形狀和大小規(guī)模。

磁法勘探是建立在地層內(nèi)部各種巖石以及礦體磁性差異的基礎(chǔ)上構(gòu)建的成礦體系，能夠有效定位地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同磁異常表現(xiàn)。該種方式的效率較高，同時(shí)投入成本較低，受到地域限制較小，應(yīng)用的范圍較廣，因此在當(dāng)前的隱伏磁性地質(zhì)體的勘測(cè)中有一定的突出效果。

1.3 地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間分析和控礦因素的定位

針對(duì)三維地質(zhì)體的空間特征以及形態(tài)進(jìn)行分析，主要應(yīng)用的方法為三維空間差值法、形態(tài)分析法，這兩種方式較為常見(jiàn)，同時(shí)也有其他的技術(shù)體系具備應(yīng)用效果，本文不對(duì)其進(jìn)行論述。首先三維空間差值法主要是定位三維空間分布的實(shí)際特點(diǎn)，針對(duì)不同元素的異常特征進(jìn)行定位，其中涉及到距離冪次反比插值法、克里格插值法等，在當(dāng)前的三維成礦預(yù)測(cè)中有較大的應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了應(yīng)用，并且取得了較好效果。

三維形態(tài)分析法則可以直接提取地質(zhì)體內(nèi)，不同區(qū)域或者整體區(qū)域的形態(tài)特點(diǎn)。采取的技術(shù)體系通常為趨勢(shì)面剩余分析方法、多級(jí)分解方法，這其中多級(jí)分解方法是基于變異函數(shù)打造的分析方式，這兩種方式有著統(tǒng)一的優(yōu)勢(shì)，首先具有較高的連續(xù)性，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷層，另外變異程度較小。但是在針對(duì)地景結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行勘探時(shí)，容易出現(xiàn)超覆情況。

另外也有學(xué)者在三維地質(zhì)體形態(tài)中增加了數(shù)學(xué)形態(tài)分析法，通過(guò)多種形態(tài)學(xué)的方式進(jìn)行融合分析，這樣能夠快速的定位地質(zhì)體的趨勢(shì)以及起伏形態(tài)。

1.4 多維多元控礦信息融合及預(yù)測(cè)

多維多元控礦信息能夠?yàn)殡[伏礦體的定位以及預(yù)測(cè)奠定良好基礎(chǔ)，因此在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，在利用空間分析方法獲取二維以及三維控礦因素之外，還需要利用化探以及物探技術(shù)進(jìn)行多種數(shù)學(xué)模型以及方法的融合，這樣可以及時(shí)地挖掘并且提取隱藏性的框框因素。

通常來(lái)講地質(zhì)異常是成礦預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)依據(jù)，但是在部分地質(zhì)異常的狀態(tài)下，還會(huì)疊加多種地質(zhì)作用，這種異常信息的不斷疊加導(dǎo)致了整體的地質(zhì)體特征存在復(fù)雜性和多樣性。因此如何從復(fù)雜的背景場(chǎng)中，提取并且分解地質(zhì)體的實(shí)際特點(diǎn)，尤其是進(jìn)行弱異常元素的定位，是當(dāng)前數(shù)據(jù)分析工作的關(guān)鍵內(nèi)容[3]。

而從技術(shù)體系的應(yīng)用角度來(lái)講，近些年非線(xiàn)性理論中的分型以及多維分形理論和歧義性理論，逐步發(fā)展，并且打造了奇異性指數(shù)模型以及多維分形差值模型，并且廣泛應(yīng)用到了地球化學(xué)和地球物理異常識(shí)別中。這些模型能夠直接在大量的原始數(shù)據(jù)中定位多維分形特征，還可對(duì)其內(nèi)蘊(yùn)的非線(xiàn)性異常特征進(jìn)行分離和提取，以獲取更為有效的異常及弱異常信息。

1.5 三維定位定量預(yù)測(cè)

首先從理論角度上來(lái)講，針對(duì)隱伏礦體進(jìn)行定位定量預(yù)測(cè)，可以針對(duì)其數(shù)據(jù)落實(shí)降維之后，再采用傳統(tǒng)的二維成礦預(yù)測(cè)方法進(jìn)行作業(yè)。與其他的多種預(yù)測(cè)方法進(jìn)行比較，這種方式也具有一定的可行性，從其步驟來(lái)講，首先需要計(jì)算或者度量預(yù)測(cè)信息體內(nèi)的多種控礦信息和已經(jīng)定位的找礦標(biāo)志，分析二者之間產(chǎn)生的實(shí)際關(guān)系，定量評(píng)價(jià)各控礦信息對(duì)隱伏礦體的指示作用。接下來(lái)需要利用成礦預(yù)測(cè)方法，獲取地質(zhì)體空間內(nèi)的所有成礦概率以及有利程度，最后通過(guò)圈定隱伏礦體找礦標(biāo)靶進(jìn)行最終結(jié)果的評(píng)價(jià)。

但是這種方式在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)存在一定滯后性，因此還需要利用其他的方法進(jìn)行疊加，比如信息量法、泛函方法、證據(jù)權(quán)方法等，這其中證據(jù)全方法，建立在貝葉斯定律的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)功能進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠達(dá)成精細(xì)化的目的，將每一類(lèi)的地學(xué)信息當(dāng)作一種證據(jù)因子，結(jié)合證據(jù)和事實(shí)之間的條件概率進(jìn)行疊加分析，這樣能夠有效提升成礦概率。

2 隱伏礦體三維綜合信息成礦技術(shù)的具體應(yīng)用

綜合上文論述可知，綜合信息成礦技術(shù)的類(lèi)型較多，可以結(jié)合實(shí)際的施工需求進(jìn)行針對(duì)性選擇，這樣才可以全面提升成礦預(yù)測(cè)的靈活性以及科學(xué)性。為了確保技術(shù)體系，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠起到較高的價(jià)值和效率，還需要結(jié)合具體的應(yīng)用方法以及注意事項(xiàng)進(jìn)行探討，這樣才可以有效滿(mǎn)足我國(guó)礦產(chǎn)資源勘探以及發(fā)展需求。綜合來(lái)講可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用分析。

2.1 三維地質(zhì)模型的構(gòu)建

建立在傳統(tǒng)的成礦理論以及勘探模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析利用當(dāng)前的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)整體的礦田內(nèi)部狀態(tài)以及實(shí)際情況進(jìn)行勘探，其中涵蓋了地質(zhì)、鉆孔、物性以及物探。首先結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果，以及鉆孔的數(shù)據(jù)，分析了礦區(qū)內(nèi)的多條地質(zhì)剖面圖，然后針對(duì)淺層的位置進(jìn)行三維立體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。接下來(lái)利用重力法、磁法、AMT、CSAMT等多種地球物理數(shù)據(jù)方法[4]，針對(duì)剖面的深層次地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)的演算，獲取了多條地質(zhì)物探綜合剖面，在此基礎(chǔ)上結(jié)合地質(zhì)物探的綜合剖面打造三維模型。

另外又利用物性數(shù)據(jù)針對(duì)地質(zhì)模型落實(shí)正演計(jì)算，這樣能夠有效避免其中存在的誤區(qū)，通過(guò)和掃面地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)信息的對(duì)比，修改了原有的地質(zhì)物探剖面以及三維地質(zhì)模型，最終完成了礦田的三維地質(zhì)建模以及數(shù)據(jù)融合工作。

基于礦田得出的三維地質(zhì)模型，針對(duì)區(qū)域內(nèi)的鐵礦床進(jìn)行了初步的預(yù)測(cè)和分析。比如在某礦產(chǎn)開(kāi)采的過(guò)程中，前期的地質(zhì)勘探結(jié)果顯示該鐵礦床多產(chǎn)出于閃長(zhǎng)巖體和黃馬青組下段地層的接觸帶位置，其形態(tài)受背斜和巖體隆起形態(tài)控制，閃長(zhǎng)巖巖體是白象山礦床的主要圍巖和成礦母巖，巖體侵入受到斷裂構(gòu)造和背斜鞍部的層間裂隙控制；另外磁鐵礦體與閃長(zhǎng)巖體之間的磁化率特征較高，在利用以上技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的同時(shí)，針對(duì)礦床的整體情況模式以及具體情況規(guī)律，對(duì)斷層、背斜軸、閃長(zhǎng)巖體、下段地層進(jìn)行了地質(zhì)特征空間分析及控礦因素提取。從技術(shù)角度來(lái)講，巖石結(jié)構(gòu)隆起位置的提取方法，利用隆起程度分析方法進(jìn)行作業(yè)，建立在控礦因素定位的基礎(chǔ)上，分析周邊環(huán)境對(duì)地質(zhì)體產(chǎn)生的實(shí)際影響，并且圈出了影響范圍。結(jié)合這些數(shù)據(jù)，定位了礦床的具體預(yù)測(cè)模型，利用證據(jù)權(quán)方法進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。由此驗(yàn)證了該種方式具有實(shí)用性以及有效性預(yù)測(cè)的結(jié)果，顯示高概率區(qū)域主要位于研究區(qū)域的南部局部區(qū)域以及中部地區(qū)，能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)礦田內(nèi)已知的鐵礦床和其他小型的隱伏鐵礦床，預(yù)測(cè)效果良好，且效率較高。

2.2 大比例尺三維成礦技術(shù)的應(yīng)用

大比例尺三維成礦是建立在前期數(shù)據(jù)提取以及地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，打造的融合新技術(shù)。針對(duì)整體礦區(qū)預(yù)測(cè)得出的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行整合和匯總，數(shù)據(jù)涵蓋了地質(zhì)、鉆孔、物性、物探等數(shù)據(jù)，力求能夠在大比例尺條件下針對(duì)整體礦區(qū)的隱伏礦體進(jìn)行全方位預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)作業(yè)開(kāi)展的過(guò)程中，首先結(jié)合具體的礦區(qū)尺度，打造了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，搜集了相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，依靠地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)以及地質(zhì)剖面圖，針對(duì)整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬構(gòu)建，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)圖2a、b，基于地質(zhì)體三維模型，依據(jù)前文所述的鐵礦床成礦模式和勘探模型，研究采用三維隆起形態(tài)分析三維緩沖區(qū)分析等多種空間分析方法，對(duì)斷層、地磁異常、下段地層下界面、閃長(zhǎng)巖體以及閃長(zhǎng)巖巖體隆起區(qū)域多種控礦因素建立了控礦因素距離場(chǎng)[5]，詳細(xì)見(jiàn)圖2c、d；并依次分別采用證據(jù)權(quán)方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)礦區(qū)深邊部進(jìn)行了大比例尺三維成礦預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2e、f。這種方法適用于當(dāng)前絕大部分的礦床定位以及三維分析。

圖2 礦區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果

預(yù)測(cè)過(guò)程中，證據(jù)權(quán)方法采用二值化后的控礦因素距離場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則直接采用控礦因素距離場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。因此，較之證據(jù)權(quán)方法預(yù)測(cè)結(jié)果，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測(cè)獲得的成礦概率可分級(jí)別較多。然而，上述兩種預(yù)測(cè)方法獲取的預(yù)測(cè)結(jié)果均能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出已知礦體的空間位置，并在其深邊部預(yù)測(cè)出多個(gè)成礦有利區(qū)域，均可為開(kāi)展進(jìn)一步的勘探找礦研究提供數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)以上這兩種方式，不僅可以詳細(xì)的定位礦產(chǎn)資源的具體位置以及實(shí)際形態(tài)，還可以打造動(dòng)態(tài)性的調(diào)整方案，能夠結(jié)合具體的地理環(huán)境以及已知條件進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，靈活性以及適應(yīng)性較強(qiáng)，可以有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前部分隱伏礦體勘探期間存在的難題。

3 結(jié)語(yǔ)

受到我國(guó)礦產(chǎn)資源分布以及地質(zhì)變化的影響，部分隱伏礦體的預(yù)測(cè)成為了當(dāng)前礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)的難題，但是整體的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)體系在不斷進(jìn)行優(yōu)化，文章給出了建立在隱伏礦體三維綜合信息定量預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的新型技術(shù)體系，融合了地質(zhì)三維建模、二維信息定位、三維空間分析等相關(guān)技術(shù)。不僅可以滿(mǎn)足碘伏礦體三維成礦預(yù)測(cè)的實(shí)際需求，也能夠真正為當(dāng)前的礦產(chǎn)行業(yè)技術(shù)優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)對(duì)比驗(yàn)證之后，確定該種方法具有實(shí)用性以及有效性，能夠結(jié)合大比例尺三維成礦預(yù)測(cè)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能夠降低找礦勘查的風(fēng)險(xiǎn)，也可以全面提升找礦和成礦的信息化程度，從而為我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。