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    顧及構(gòu)造改造的膠西北大尹格莊金礦床三維成礦預(yù)測(cè)

    2023-10-11 12:11:56毛先成王春錟劉占坤陳進(jìn)鄧浩王金利
    西北地質(zhì) 2023年5期
    關(guān)鍵詞:復(fù)原礦化礦床

    毛先成,王春錟,劉占坤,*,陳進(jìn),鄧浩,王金利

    (1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410083;2.中南大學(xué)有色資源與地質(zhì)災(zāi)害探查湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

    隨著淺部礦產(chǎn)資源的消耗和枯竭,資源勘查工作向“第二成礦空間”發(fā)展,深部三維成礦預(yù)測(cè)已成為當(dāng)前找礦工作的重點(diǎn)領(lǐng)域(Liu et al.,2005;趙鵬大,2007)。近年來(lái),大量學(xué)者在前期研究的基礎(chǔ)上整合并建立了礦產(chǎn)資源三維成礦預(yù)測(cè)的理論方法,可抽象為三維地質(zhì)模型構(gòu)建-成礦信息定量提取-三維預(yù)測(cè)模型構(gòu)建3 個(gè)基本過(guò)程(陳建平等,2007;肖克炎等,2012;Mao et al.,2019;陳進(jìn)等,2020a;鄧浩等,2021),定量表征礦化分布、成礦信息及二者的關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)深部礦產(chǎn)資源勘查的立體化、定量化、透明化,為深部找礦提供重要參考。

    礦床的形成、改造和保存明顯受構(gòu)造控制,成礦構(gòu)造對(duì)礦床和礦體的分布具有顯著的控制和指示作用(Huston et al.,2012;Bray et al.,2014;Lu et al.,2016;Lebrun et al.,2017;Liu et al.,2021a)。因此,成礦構(gòu)造等相關(guān)地質(zhì)體的三維建模是三維成礦預(yù)測(cè)的重要前提,為開(kāi)展三維結(jié)構(gòu)分析、成礦信息提取、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建提供重要的模型數(shù)據(jù)支撐(Mao et al.,2019;Liu et al.,2021b;Wang et al.,2022;Chen et al.,2022;邱芹軍等,2022)。但由于地質(zhì)演化的復(fù)雜性,礦床形成后常出現(xiàn)構(gòu)造改造活動(dòng),這些改造作用往往破壞了原始礦化空間結(jié)構(gòu)與構(gòu)造控礦信息(Deng et al.,2019;Hronsky,2019),使得在當(dāng)前成礦空間分析獲得的礦化規(guī)律存在偏差,提取的成礦信息可能是扭曲的、混雜的,進(jìn)而嚴(yán)重影響深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的有效性和可靠性。因此,開(kāi)展礦產(chǎn)資源三維成礦預(yù)測(cè),需要顧及成礦后的構(gòu)造改造作用,以準(zhǔn)確查明構(gòu)造改造前深部成礦構(gòu)造對(duì)礦化空間定位的控制機(jī)制,從而保證深部礦產(chǎn)資源定量預(yù)測(cè)的可靠性。

    膠東半島是中國(guó)最大的金成礦省,其中85%以上的金資源賦存于膠西北招遠(yuǎn)-萊州成礦帶3 條NE-NNE 走向區(qū)域斷層(招平斷裂、焦家斷裂、三山島斷裂)內(nèi),具有典型的構(gòu)造控礦特征(宋明春等,2018;毛先成等,2020)。大尹格莊熱液型金礦床是膠西北金礦集區(qū)主要的超大型礦床之一,其主要的控礦、導(dǎo)礦及儲(chǔ)礦構(gòu)造為招平斷裂,且在成礦后期,招平斷裂被礦區(qū)內(nèi)的大尹格莊斷裂錯(cuò)斷(徐述平等,2010;Yang et al.,2014;Liu et al.,2021a)。近年來(lái),大尹格莊礦床已經(jīng)開(kāi)展了一系列三維成礦預(yù)測(cè)研究并取得了良好的效果(陳進(jìn)等,2020a,2020b;鄧浩等,2020),然而當(dāng)前大多數(shù)成礦預(yù)測(cè)研究都是基于現(xiàn)存空間的招平斷裂三維模型開(kāi)展的(陳進(jìn)等,2020a,2020b;鄧浩等,2020),未能考慮大尹格莊斷裂對(duì)礦床的錯(cuò)斷作用對(duì)預(yù)測(cè)模型及結(jié)果的影響。因此,在大尹格莊礦床成礦預(yù)測(cè)中顧及構(gòu)造改造作用,有利于將成礦構(gòu)造、地質(zhì)體、礦化及空間均恢復(fù)到成礦期的狀態(tài),建立更加有效三維成礦預(yù)測(cè)模型,從而降低深邊部找礦工作的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。

    筆者在大尹格莊金礦床開(kāi)展顧及構(gòu)造改造的三維成礦預(yù)測(cè),采用基于不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)的被錯(cuò)斷斷層復(fù)原建模方法,對(duì)成礦構(gòu)造三維模型及成礦空間進(jìn)行復(fù)原,在復(fù)原前后的三維模型的基礎(chǔ)上,分別進(jìn)行礦化空間和控礦因素分析,并利用支持向量機(jī)和局部加權(quán)回歸構(gòu)建三維預(yù)測(cè)模型,探討成礦構(gòu)造復(fù)原對(duì)三維成礦預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性的影響,為大尹格莊礦床的深部礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)工作提供定量、可靠的信息指導(dǎo)。

    1 地質(zhì)背景與概念模型

    膠東半島位于華北克拉通東南緣(圖1),以五蓮-煙臺(tái)斷裂為界,西北為膠北地體,東南為蘇魯造山帶(Song et al.,2015;Yu et al.,2018)。膠西北大尹格莊金礦位于膠北地體,出露地層主要為前寒武紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶基底,包括新太古代膠東群、古元古代荊山群/粉子山群和新元古代蓬萊群,其中膠東群由英云閃長(zhǎng)-奧長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖(TTG)、片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖和變粒巖組成(Xie et al.,2014;Jiang et al.,2016)。中生代大規(guī)模的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)產(chǎn)出了廣泛展布的中生代花崗巖,主要有晚侏羅世玲瓏、欒家河花崗巖,早白堊世郭家?guī)X、艾山、韋德山花崗巖和一系列鎂鐵質(zhì)-長(zhǎng)英質(zhì)巖脈。

    圖1 膠東半島區(qū)域地質(zhì)圖(修改自楊立強(qiáng)等,2014)Fig.1 Simplified geological map for the Jiaodong Peninsula

    膠東半島斷裂構(gòu)造發(fā)育,NNE-NE 向斷裂為主要的控礦構(gòu)造,目前已發(fā)現(xiàn)的超大型金礦均產(chǎn)于膠東半島西北部的NNE-NE 向的招平斷裂帶、焦家斷裂帶和三山島斷裂帶;EW-NEE 向斷裂主要表現(xiàn)為弧形褶皺帶和斷裂構(gòu)造帶,形成時(shí)間跨度較大,多被后期斷裂構(gòu)造改造;NW 向斷裂發(fā)育規(guī)模較小,活動(dòng)時(shí)間晚于金成礦時(shí)間(120 Ma),部分截切NNE-NE 向斷裂(圖1)。

    大尹格莊金礦床位于招平斷裂帶中段(圖2),是典型的破碎蝕變巖型金礦。礦區(qū)內(nèi)招平斷裂帶走向NE-NNE,傾向SE,傾角約為40°,寬度為40~80 m,上盤(pán)為膠東群變質(zhì)巖,下盤(pán)為玲瓏花崗巖,斷裂面附近發(fā)育典型的糜棱巖、碎裂巖,反映出脆性-韌性變形特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)發(fā)育近EW 向的大尹格莊斷裂,為成礦期后構(gòu)造(圖3),傾向NNE,傾角為43°~60°,寬度為1~5 m,將招平斷裂帶及大尹格莊金礦床錯(cuò)斷為兩部分,但形態(tài)上并未發(fā)生扭曲(圖3)。

    圖2 大尹格莊礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(Yang et al.,2016)Fig.2 Geological map of the Dayingezhuang deposit

    圖3 大尹格莊礦床70 號(hào)勘探線剖面圖Fig.3 No.70 section of the Dayingezhuang deposit

    大尹格莊金礦體絕大多數(shù)產(chǎn)于斷裂面下盤(pán)的絹英巖化花崗巖和絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖,礦化連續(xù)穩(wěn)定,與斷裂面具有一致的空間變化規(guī)律,呈舒緩波狀展布。礦石以蝕變巖型礦石為主,也有少量石英-硫化物脈型礦石。蝕變巖型礦石主要呈細(xì)脈浸染狀和網(wǎng)脈浸染狀產(chǎn)出于主斷裂面附近,金品位通常<7 g/t。石英脈型礦石多以脈狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)出于次級(jí)斷裂或區(qū)域斷層遠(yuǎn)端,金品位較高,大多為7~207 g/t(李洪奎等,2017)。大尹格莊金礦床中兩種礦化呈穿插/膠結(jié)或伴生關(guān)系。礦石中的主要載金礦物為銀金礦,以獨(dú)立礦物或與多金屬硫化物、碲/鉍礦物共生形式出現(xiàn)(Yang et al.,2016;Liu et al.,2021a)。

    為定量表達(dá)構(gòu)造形態(tài)特征及其控礦影響,發(fā)現(xiàn)全面、客觀、深層次的控礦規(guī)律,結(jié)合大尹格莊金礦床與招平斷裂帶緊密的空間關(guān)系,總結(jié)歸納大尹格莊金礦的礦體預(yù)測(cè)概念模型(表1)。

    2 研究方法

    在建立的招平斷裂面三維模型、大尹格莊礦體三維結(jié)構(gòu)模型和礦體定位概念模型的基礎(chǔ)上,恢復(fù)斷裂面和礦體的原始形態(tài),通過(guò)對(duì)幾何結(jié)構(gòu)和物質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的深入分析,查明深部成礦構(gòu)造對(duì)礦化空間定位的制約,定量提取有利成礦信息,進(jìn)行大尹格莊深部資源預(yù)測(cè)及對(duì)比,具體流程如圖4 所示。

    圖4 顧及構(gòu)造改造的大尹格莊金礦三維成礦預(yù)測(cè)流程圖Fig.4 Three-dimensional mineral prospectivity modeling flowchart of the Dayingezhuang gold deposit with structural reconstruction

    2.1 基于TIN 模型的成礦構(gòu)造復(fù)原方法

    構(gòu)造復(fù)原方法關(guān)注成礦期后構(gòu)造活動(dòng)的改造影響,是恢復(fù)被構(gòu)造改造或破壞的地質(zhì)體原始形態(tài)、復(fù)原打亂的礦化信息、得到地質(zhì)體原始模型的有效手段。成礦構(gòu)造初始模型是根據(jù)斷裂信息進(jìn)行三維地質(zhì)建模得到的斷裂面三角網(wǎng)(TIN)模型,構(gòu)造復(fù)原的實(shí)質(zhì)是將組成主裂面TIN 模型的所有三角形頂點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)原。在三維初始模型的基礎(chǔ)上,提取相交的兩條斷裂面的相交線為標(biāo)志線,將標(biāo)志線進(jìn)行微分與復(fù)原;根據(jù)待復(fù)原點(diǎn)距標(biāo)志線的距離設(shè)定衰減系數(shù)與衰減函數(shù),得到任意待復(fù)原點(diǎn)的復(fù)原后坐標(biāo)。

    (1)提取與微分標(biāo)志線

    對(duì)被錯(cuò)斷的主裂面Tm和切割面Tc進(jìn)行求交運(yùn)算,得到2 條被錯(cuò)斷斷層的復(fù)原標(biāo)志線Li,i=1,2,如公式(1)所示。設(shè)標(biāo)志線與勘探剖面圖的交點(diǎn)為特征點(diǎn)Q(圖5a)。

    圖5 斷層被錯(cuò)斷的剖面表現(xiàn)形式(a)和復(fù)原向量計(jì)算示意圖(b)Fig.5 (a) Profile showing the offset fault and (b) schematic diagram of recovery vectors

    所有特征點(diǎn)可構(gòu)成兩兩配對(duì)的特征點(diǎn)集合A1,A2,如公式(2)所示。

    式中:M為標(biāo)志線段數(shù);m和n為特征點(diǎn)序號(hào)。

    對(duì)標(biāo)志線進(jìn)行微分,將每段標(biāo)志線微分成N段,得到微分點(diǎn)集合B1,B2,如公式(3)所示。

    式中:B1和B2為微分點(diǎn)集合;N為每段標(biāo)志線微分段數(shù);k為微分點(diǎn)序號(hào)。

    (2)微分點(diǎn)的復(fù)原向量計(jì)算

    微分點(diǎn)需要向一定的方向平移一段距離進(jìn)行復(fù)原(復(fù)原向量,如圖5b 所示)。由于微分點(diǎn)是兩兩配對(duì)的,假設(shè)P1k,P2k為一對(duì)配對(duì)點(diǎn),即斷裂被錯(cuò)斷前的同一點(diǎn),則P1k的復(fù)原向量應(yīng)為 (P2k-P1k)/2,P2k的復(fù)原向量應(yīng)為(P1k-P2k)/2。微分點(diǎn)復(fù)原后的坐標(biāo)可由公式(4)得出,C1k2k和C2k1k分別表示P1k和P2k平移后的坐標(biāo)。

    (3)待復(fù)原點(diǎn)復(fù)原向量計(jì)算

    設(shè)定搜索半徑r,求得搜索半徑r范圍內(nèi)所有標(biāo)志線微分點(diǎn)的復(fù)原向量,對(duì)微分點(diǎn)的復(fù)原向量進(jìn)行距離平方反比加權(quán),得到主裂面TIN 模型的任意待復(fù)原點(diǎn)的復(fù)原向量。

    式中:di為待復(fù)原點(diǎn)到微分點(diǎn)的歐氏距離;Ri為微分點(diǎn)的復(fù)原向量。

    (4)待復(fù)原點(diǎn)復(fù)原后坐標(biāo)的計(jì)算

    由于不同位置切割面給斷裂面造成的影響不同,所以復(fù)原向量相同的兩個(gè)待復(fù)原點(diǎn),平移幅度可能是不同的:距標(biāo)志線較近的待復(fù)原點(diǎn),復(fù)原時(shí)平移的幅度較大,距標(biāo)志線較遠(yuǎn)的待復(fù)原點(diǎn),切割面給斷裂面帶來(lái)的影響較小,復(fù)原時(shí)平移幅度也較小。因此在計(jì)算待復(fù)原點(diǎn)復(fù)原坐標(biāo)時(shí),引入待衰減距離dw和距離衰減系數(shù)w以表達(dá)不同位置處待復(fù)原點(diǎn)的平移程度,其中待衰減距離dw的計(jì)算見(jiàn)公式(6),距離衰減系數(shù)w的計(jì)算見(jiàn)公式(7),復(fù)原后坐標(biāo)C1的計(jì)算見(jiàn)公式(8)。

    式中:di為待復(fù)原點(diǎn)到標(biāo)志線微分點(diǎn)的歐氏距離。

    式中:dr為衰減半徑;dw為待衰減距離。

    式中:C0為待復(fù)原點(diǎn)的復(fù)原前坐標(biāo);w為距離衰減系數(shù);為 公式(5)求得的復(fù)原向量。

    2.2 礦化空間及控礦因素分析方法

    (1)礦化空間分析

    礦化空間分析是根據(jù)勘探工程數(shù)據(jù)、鉆孔采樣數(shù)據(jù)和礦體三維模型等信息進(jìn)行礦化分析,建立礦化空間分布模型,即,通過(guò)礦化空間變異結(jié)構(gòu)建模與分析,對(duì)已知區(qū)中各個(gè)塊體(立體單元)的礦化指標(biāo)(Au 品位和金屬量AuMet)進(jìn)行估值,定量表征礦化的空間分布。

    (2)控礦因素分析

    控礦因素分析是以大尹格莊金礦床礦體定位概念模型為知識(shí)驅(qū)動(dòng),采用三維空間分析手段對(duì)距離場(chǎng)、傾角、陡緩轉(zhuǎn)換、形態(tài)起伏等成礦構(gòu)造三維形態(tài)特征進(jìn)行提取的過(guò)程。

    距離場(chǎng)分析:獲取礦化塊體單元到控礦主裂面的距離分布函數(shù),表征斷裂面對(duì)該塊體單元礦化的影響程度。在三維空間中將距離(dF)定義為立體單元到斷裂面的最小歐式距離,并規(guī)定位于斷裂面上盤(pán)的單元距離為正,位于斷裂面下盤(pán)的單元距離為負(fù)。

    斷裂面形態(tài)起伏分析:揭示波狀起伏的斷裂面形態(tài)對(duì)金的控礦作用。選擇不同尺度的搜索半徑對(duì)主斷裂面進(jìn)行多級(jí)形態(tài)濾波,得到多級(jí)趨勢(shì)面(一般包括一級(jí)和二級(jí))。將斷裂面中點(diǎn) (x,y)的高程值分解為趨勢(shì)面高程值T(x,y)和剩余趨勢(shì)面R(x,y),則Z(x,y)=T(x,y)+R(x,y)。剩余趨勢(shì)面的值R表示點(diǎn) (x,y)處的波動(dòng),大于零則該點(diǎn)位于斷裂面的下凹部分,反之位于上凸部分。

    坡度分析:表達(dá)控礦斷裂的產(chǎn)狀特征,反映斷裂產(chǎn)狀對(duì)成礦的影響。本文建立的斷裂面模型為T(mén)IN模型,TIN 模型的任意ΔABC 的方程可表示為z=ax+by+c,坡度gF=。

    斷裂面陡緩轉(zhuǎn)換分析:反映斷裂面由陡變緩/由緩變陡部位對(duì)成礦流體運(yùn)移和礦質(zhì)沉淀的影響。通過(guò)給定距離緩沖區(qū)內(nèi)TIN 模型的陡緩轉(zhuǎn)換點(diǎn)對(duì)陡緩轉(zhuǎn)換程度(cF)進(jìn)行計(jì)算:cF=。其中m為緩沖區(qū)內(nèi)陡緩轉(zhuǎn)換點(diǎn)的個(gè)數(shù),i為轉(zhuǎn)換點(diǎn)的點(diǎn)號(hào),iVi為轉(zhuǎn)換點(diǎn)的強(qiáng)度,dVi為礦化體元到陡緩轉(zhuǎn)換點(diǎn)的歐氏距離。

    2.3 三維預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方法

    預(yù)測(cè)模型構(gòu)建的過(guò)程實(shí)際上是尋求控礦因素到礦化分布的關(guān)聯(lián)關(guān)系的過(guò)程,即構(gòu)建控礦變量到礦化變量非線性映射的數(shù)學(xué)模型。借助構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型和已有的地質(zhì)模型,可以開(kāi)展礦床深邊部的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)研究(Yu et al.,2022)。本研究利用支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)和局部加權(quán)線性回歸(Locally weighted linear regression,LWR)2 種方法分別構(gòu)建大尹格莊礦床的分類(lèi)預(yù)測(cè)模型和回歸預(yù)測(cè)模型。

    (1)支持向量機(jī)分類(lèi)

    SVM 是按監(jiān)督學(xué)習(xí)方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二元分類(lèi)的廣義線性分類(lèi)器,它實(shí)現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則的全局優(yōu)化(Zuo et al.,2011)。支持向量機(jī)的分類(lèi)邊界是通過(guò)訓(xùn)練樣本求解的最大距超平面(圖6)。

    圖6 支持向量機(jī)分類(lèi)示意圖Fig.6 Diagram of support vector machine classification

    (2)局部加權(quán)線性回歸

    LWR 是一種非參數(shù)學(xué)習(xí)算法,與線性回歸(Linear regression,LR)這種參數(shù)學(xué)習(xí)算法的不同之處在于:參數(shù)學(xué)習(xí)算法的參數(shù) θ一旦確定就不會(huì)改變且不需要保留訓(xùn)練樣本,而非參數(shù)學(xué)習(xí)算法每進(jìn)行一次預(yù)測(cè)就需要重新學(xué)習(xí)一組參數(shù)θ,θ是變化的且需要保留訓(xùn)練樣本。LWR 的數(shù)學(xué)原理是,給定訓(xùn)練集,對(duì)于每一個(gè)需要預(yù)測(cè)的xi都需要找到合適的 θ使得式10 的值達(dá)到最小。

    式中:Wi為權(quán)重值并受窗寬h控制。

    不難看出,LWR 相比LR 多了權(quán)重值Wi,并且距離x近的樣本點(diǎn)權(quán)重值大,反之權(quán)重值則越小,可以理解為L(zhǎng)WR 是在每個(gè)預(yù)測(cè)樣本處進(jìn)行局部的線性回歸。

    3 結(jié)果與討論

    3.1 顧及構(gòu)造改造的三維地質(zhì)模型

    筆者收集大尹格莊礦區(qū)的地質(zhì)平面圖、勘探線剖面圖、鉆孔柱狀圖及地球物理數(shù)據(jù),采用顯式三維地質(zhì)建模技術(shù),建立招平主斷裂、大尹格莊斷裂三維線框模型及金礦體塊體模型。現(xiàn)有勘探工程揭露,大尹格莊的構(gòu)造-礦化-蝕變帶平均厚度超過(guò)50 m,金品位在空間具有平緩變化的特點(diǎn),偶見(jiàn)高品位礦化。考慮到該特征和數(shù)據(jù)計(jì)算量,選擇5 m3的礦體塊體單元,該尺寸大小能兼顧礦化的整體性和異質(zhì)性(圖7)。

    圖7 大尹格莊金礦區(qū)三維模型(a)和被錯(cuò)斷的招平主斷裂面及金礦體圖(b)Fig.7 (a) Three-dimensional models of the Dayingezhuang gold deposit and (b) local models showing the offset Zhaoping fault and gold orebodies

    大尹格莊三維模型顯示,招平斷裂帶在傾向和走向上均呈波狀起伏(圖7a),大尹格莊礦化帶形態(tài)近平行于斷裂帶,多產(chǎn)于斷裂帶下盤(pán)(圖7b)。傾向?yàn)镹E向的大尹格莊斷裂對(duì)招平斷裂帶及大尹格莊進(jìn)行了錯(cuò)斷,在礦區(qū)淺部發(fā)生了200~500 m 的位移,對(duì)礦區(qū)的主要礦化富集帶具有顯著的改造作用,在大尹格莊斷裂附近出現(xiàn)了明顯的錯(cuò)斷和無(wú)礦化帶(圖7b)。此外,大尹格莊1 號(hào)礦體及其鄰近的招平斷裂面位于大尹格莊斷裂的下盤(pán),向上進(jìn)行位移,2 號(hào)礦體及其鄰近的招平斷裂面位于大尹格莊斷裂的下盤(pán),向下進(jìn)行位移,導(dǎo)致目前的斷裂面及礦體的傾角均比被錯(cuò)斷前大。

    通過(guò)提取與微分招平斷裂與大尹格莊斷裂的相交線,結(jié)合大尹格莊斷裂對(duì)招平斷裂的錯(cuò)斷作用,確定了招平斷裂及附近金礦體錯(cuò)斷范圍(X=40 529 300~40 536 000,Y=4 118 000~4 124 000,Z=-61 800~200)。大尹格莊礦床的構(gòu)造復(fù)原算法首先提取被錯(cuò)斷范圍內(nèi)的招平斷裂TIN 模型數(shù)據(jù),并結(jié)合地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)設(shè)置相關(guān)參數(shù)(衰減半徑dr=300 m,搜索半徑r=500 m),將組成斷裂面TIN 模型的所有三角形頂點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)原,得到新的斷裂面TIN 模型。在此基礎(chǔ)上,采用待復(fù)原點(diǎn)復(fù)原向量與坐標(biāo)計(jì)算方法,對(duì)礦體塊體模型及鉆孔采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原,得到原始的礦體模型及樣品數(shù)據(jù)。復(fù)原后的地質(zhì)空間圖顯示:構(gòu)造復(fù)原方法消除了招平主斷裂面及大尹格莊1 號(hào)礦體、2 號(hào)礦體間被錯(cuò)段的空間距離(圖8),恢復(fù)了被錯(cuò)段區(qū)域較陡的傾角,使大尹格莊金礦區(qū)重新成為一個(gè)整體,基本呈現(xiàn)大尹格莊金礦體的原始分布特征。

    圖8 復(fù)原后的大尹格莊礦區(qū)三維模型(a)和復(fù)原后的招平主斷裂面及金礦體圖(b)Fig.8 (a) The reconstructed models of the Dayingezhuang gold deposit and (b) models of the Zhaoping fault and gold orebodies after reconstruction

    3.2 礦化空間及控礦因素分析

    (1)礦化空間分析

    筆者對(duì)復(fù)原前后的大尹格莊金礦塊體模型和鉆孔采樣數(shù)據(jù)分別進(jìn)行樣品組合等預(yù)處理,通過(guò)Surpac進(jìn)行變異函數(shù)的計(jì)算與擬合,構(gòu)建礦化的變異函數(shù)球狀模型。之后,采用克立格法對(duì)復(fù)原前后的金塊體的Au 品位進(jìn)行插值,計(jì)算各個(gè)塊體的金屬量(AuMet),得到復(fù)原前后成礦空間的礦化指標(biāo)。

    由表2 可知,復(fù)原后的成礦空間具有較小的空間相關(guān)度(C0/C0+C),說(shuō)明復(fù)原后的成礦空間礦體具有更強(qiáng)的空間自相關(guān)性,而復(fù)原后的變程a 增大,說(shuō)明金品位的空間自相關(guān)的距離值域增大。因此,大尹格莊金礦床的復(fù)原優(yōu)化了金礦體的礦化空間結(jié)構(gòu)。變異橢球體的空間方位與礦體的整體空間展布規(guī)律相似,由于部分礦體的復(fù)原并沒(méi)有改變礦體總體的產(chǎn)狀,所以復(fù)原前后創(chuàng)建的變異橢球體參數(shù)差異不大(表3)。

    表2 復(fù)原前后變異函數(shù)擬合參數(shù)表Tab.2 Parameters for fitting the variance function before/after the reconstruction

    表3 復(fù)原前后各向異性橢球體參數(shù)表Tab.3 Anisotropic ellipsoidal parameters before/after the reconstruction

    由復(fù)原前后金品位XOY 投影等值線圖(圖9)可知,由于大尹格莊斷裂的錯(cuò)斷作用,被錯(cuò)斷區(qū)域復(fù)原前的礦化分布較為分散,品位在斷裂兩側(cè)各自存在獨(dú)立的高值區(qū)。復(fù)原后的礦體,品位高值區(qū)規(guī)則地向外發(fā)散,礦化分布更為連續(xù),消除了被斷層錯(cuò)斷而產(chǎn)生的礦化空白區(qū)。

    (2)控礦因素分析

    通過(guò)三維空間分析方法,定量提取復(fù)原前后大尹格莊金礦區(qū)的控礦因素(dF,waF,wbF,gF,cF),如圖10所示。

    大尹格莊礦床復(fù)原前后的控礦指標(biāo)分布如圖10a 所示,顯示出相似的控礦規(guī)律。距離分析結(jié)果表明,礦床高礦化的距離指標(biāo)分布在(-250,75)區(qū)間內(nèi),即金礦化富集在招平斷裂帶上盤(pán)75 m 至下盤(pán)250 m范圍內(nèi)(圖10b);起伏分析結(jié)果顯示,招平斷裂帶的起伏范圍主要為-50~50 m(圖10c~圖10d),且主要的礦化體元主要集中在下凹的斷裂面部位(waF<0,wbF<0);傾角和陡緩分析表明,金與斷裂傾角沒(méi)有明顯的規(guī)律性變化,但多數(shù)的礦化體元與傾角20°~55°的斷裂面相關(guān)(圖10e),傾角變化(陡緩轉(zhuǎn)換)在大尹格莊礦床大多小于3e-3°/m,顯示出平緩的起伏變化。此外,對(duì)比復(fù)原前后的大尹格莊礦床的礦化-控礦指標(biāo)散點(diǎn)圖顯示(圖10),復(fù)原后的金品位的平均水平降低,且復(fù)原后的控礦指標(biāo)相比復(fù)原前分布更加集中,離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布變少,說(shuō)明復(fù)原后的礦化分布更加集中且控礦斷裂的形態(tài)特征更加穩(wěn)定。

    3.3 預(yù)測(cè)模型構(gòu)建與對(duì)比分析

    三維預(yù)測(cè)建??梢灾庇^反映控礦變量和礦化變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,通過(guò)對(duì)比構(gòu)造復(fù)原前后的預(yù)測(cè)模型則可以分析構(gòu)造復(fù)原帶來(lái)的影響。在進(jìn)行預(yù)測(cè)模型構(gòu)建時(shí),考慮到空間尺度及計(jì)算效率,將塊體模型規(guī)則化為25m×25m×25 m 的塊體單元,共得到24 757 個(gè)(復(fù)原前)和24 977 個(gè)(復(fù)原后)立體單元數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行8∶2 的比例進(jìn)行分層采樣,分別得到訓(xùn)練集和驗(yàn)證集以開(kāi)展分類(lèi)和回歸預(yù)測(cè)建模。

    (1)分類(lèi)預(yù)測(cè)模型

    根據(jù)礦體定位概念模型(表1),將數(shù)據(jù)集標(biāo)記為含礦單元(IOre=1)和非含礦單元(IOre=0),利用訓(xùn)練集開(kāi)展復(fù)原前后的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建,并利用驗(yàn)證集進(jìn)行驗(yàn)證。為了確保預(yù)測(cè)模型主要體現(xiàn)數(shù)據(jù)本身的關(guān)聯(lián)程度,在利用SVM 建立復(fù)原前后預(yù)測(cè)模型時(shí),均采用高斯核函數(shù),標(biāo)準(zhǔn)化訓(xùn)練集變量,并使用交叉驗(yàn)證使模型達(dá)到最佳性能。此外,筆者選取多個(gè)分類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)復(fù)原前后的預(yù)測(cè)模型的性能進(jìn)行對(duì)比,如圖11 所示。

    圖11 大尹格莊礦床復(fù)原前后預(yù)測(cè)模型分類(lèi)性能對(duì)比Fig.11 Comparisons of classification performance of predictive models with and without reconstruction at the Dayingezhuang deposit

    (2)回歸預(yù)測(cè)模型

    回歸預(yù)測(cè)建模以金品位作為標(biāo)簽,利用LWR 分別構(gòu)建大尹格莊礦床復(fù)原前和復(fù)原后的回歸預(yù)測(cè)模型。與分類(lèi)預(yù)測(cè)建模相同,為了確保預(yù)測(cè)模型能反映復(fù)原前后數(shù)據(jù)集本身的關(guān)聯(lián)程度,采用相同的建模策略??氐V指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,并采用相同窗寬(h=0.1)控制擬合度,由此得到復(fù)原前后金品位(Au)的預(yù)測(cè)模型,并利用驗(yàn)證集進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)分析驗(yàn)證集的預(yù)測(cè)值和標(biāo)簽的擬合程度判斷回歸模型的性能優(yōu)劣,如圖12所示。

    圖12 大尹格莊礦床復(fù)原前(a)和復(fù)原后(b)的金品位回歸預(yù)測(cè)模型擬合度對(duì)比Fig.12 Comparisons of the fit of the gold grade regression prediction model (a) before and (b) after reconstruction of the Dayingezhuang deposit

    不難看出,無(wú)論是分類(lèi)預(yù)測(cè)結(jié)果還是回歸預(yù)測(cè)結(jié)果,復(fù)原后的預(yù)測(cè)模型(含礦性分類(lèi)模型、金品位回歸模型)的性能都明顯優(yōu)于復(fù)原前的預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型的性能表征了礦化變量與控礦指標(biāo)關(guān)聯(lián)關(guān)系的顯著程度,在采用相同預(yù)測(cè)建模方法和相同參數(shù)的同時(shí),復(fù)原后預(yù)測(cè)模型的性能越高,表明數(shù)據(jù)內(nèi)在的礦化-控礦規(guī)律越顯著,即構(gòu)造復(fù)原消除了大尹格莊斷裂的錯(cuò)斷對(duì)礦化分布和控礦因素的干擾,使得二者之間的關(guān)聯(lián)性更加顯著,更有利于準(zhǔn)確表征控礦指標(biāo)到礦化分布的映射規(guī)律。

    3.4 找礦靶區(qū)圈定

    根據(jù)構(gòu)造復(fù)原后的三維預(yù)測(cè)模型,在大尹格莊深邊部開(kāi)展三維成礦預(yù)測(cè),并依據(jù)找礦靶區(qū)的“最小空間、最大含礦率”的圈定原則,圈定了I 號(hào)靶區(qū)和II號(hào)靶區(qū)2 個(gè)找礦靶區(qū)(圖13)。靶區(qū)均位于已知礦區(qū)深部斷裂面形態(tài)起伏較為平穩(wěn)部位,整體呈現(xiàn)出NE 向、間隔式分布特征,與北部2 號(hào)礦體NE 向側(cè)伏規(guī)律一致,暗示大尹格莊金礦存在一條隱伏礦化帶。

    圖13 大尹格莊金礦床立體找礦靶區(qū)空間分布圖Fig.13 Spatial distribution of three-dimensional targets of the Dayingzhuang gold deposit

    4 結(jié)論

    (1)構(gòu)造復(fù)原消除了構(gòu)造改造對(duì)大尹格莊金礦區(qū)的錯(cuò)斷影響,恢復(fù)了大尹格莊礦床及控礦斷裂被改造前的原始形態(tài),為開(kāi)展三維成礦預(yù)測(cè)提供可靠的模型支撐。

    (2)復(fù)原后的大尹格莊金礦區(qū)礦化分布更為連續(xù),提取到的控礦指標(biāo)更為集中,說(shuō)明復(fù)原優(yōu)化了礦化分布的空間結(jié)構(gòu),使控礦斷裂形態(tài)特征及控礦因素更加穩(wěn)定。

    (3)復(fù)原后的預(yù)測(cè)模型能夠更顯著地表征礦化分布和控礦指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性更高。大尹格莊礦體深部存在兩個(gè)成礦潛力區(qū),下一步找礦工作可重點(diǎn)關(guān)注。

    致謝:感謝招金股份有限礦業(yè)公司湯磊、史啟發(fā)、郭永超等在資料收集和地質(zhì)調(diào)查中的大力支持。

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