基于三維地球化學勘探的金礦床深部結構推斷三維模型構建

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，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。因為熱液成礦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志之一，為勘探指數概念模型構建提供數據支持。以成礦信息的提取為核心，對金礦深層結構推理三維地質。通過三維空間分析等手段，建立了找礦指標集。雖然目前的成礦信息提取方法可以量化控礦作用的地質體、成礦結構和成礦構造，但在一定程度上，成礦信息的提取依賴于地質勘探指標的施工經驗，依靠的是地質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，在三維化探的基礎上，建立了金礦深部構造推斷的三維模型。近年來，隨著三維地質建模技術的發展，建立可定量表達地質體特征的三維可視化模型已成為研究的熱點。已有的地質鉆探資料很難覆蓋研究區的深層，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鍵形態參數。為此，提出了基于三維地球化學勘探的金礦床深部結構推斷三維模型構建方法。通過對變區中心深度和厚度的分析，設計了變區強度的定量表達和變區內部結構的仿真算法，實現了對變區內部結構的定量表達。

1 三維地球化學勘探原理

地質地球化學暈屬于原生暈范疇，該特征在深部構造推斷中有廣泛應用。其特征主要是：

①斷裂原生暈樣取代了傳統的固定網格化探樣品，使與成礦直接有關的地質體集成礦性更強，元素異常信息更豐富，更易發現地下深部金礦；②在解釋異常機理時，充分考慮了地質構造對礦暈的控制，更加方便[3]。

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

根據單位法向量的平均值，分析金礦床深部結構圍巖蝕變與三維地球化學異常之間映射機理。

構造地球化學樣品是從地表裂縫中提取的，地殼構造的地球化學異常是深部流體活動強度和圍巖蝕變的直接反應。深部構造地球化學異常的強度與深部熱液流體活動的強度及深部圍巖蝕變能力有關，深部熱液流體沿斷層或裂隙上升。構造地球化學異常強度與深部圍巖蝕變強度之間存在正相關關系，但不能確定其深度。目前尚無數學模型來描述地表構造強度與深部圍巖蝕變的強度和深度之間的定量關系，因此，需利用現有的地球化學異常、深部圍巖位置變化、蝕變強度數據，構建金礦床深部結構推斷三維模型。

2 金礦床深部結構推斷三維模型構建

深部蝕變帶的空間分布與三維構造的地球化學異常有一定關系，根據這一關系推導出深部蝕變帶的三維空間形態，從而獲取關鍵的形態參數，實現深部蝕變帶的三維重建[4]。侵蝕帶分為強侵蝕單元和非侵蝕型侵蝕單元，其能模擬侵蝕區的特征，并能量化侵蝕強度，這為將侵蝕信息作為勘探指標信息進行三維定量礦化推理提供了必要前提。形成深蝕變帶時，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系：

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

（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異常就越弱。而地表同樣發生的地球化學異常，則可能是由淺部蝕變強度弱的蝕變帶或深部蝕變強度強的蝕變帶引起的。因而，地表化探異常與蝕變綜合強度和蝕變帶深度之間存在著一定的相關性。

腐蝕帶三維形貌模擬的關鍵是確定其厚度和中心深度，而這兩個參數與地球化學異常密切相關。因而，在地化異常、厚度和中心深度參數變化區重疊區域的地球化學勘探和開采強度相同的情況下，與映射模型建立了蝕變帶線性回歸，當地球化學異常達到一定強度時，可獲得蝕變帶中心深度和厚度，實現蝕變帶的三維模擬。

根據腐蝕區域腐蝕強度從腐蝕中心到邊緣逐漸減弱的原則，設計了一種腐蝕強度定量表達方法，主要包括兩種腐蝕強度單元：強腐蝕和非強腐蝕單元：強腐蝕強度單元是指內部和外部不同強度的腐蝕強度的累積強度，而強腐蝕強度單元是指內部和外部不同強度的腐蝕強度的累積強度，通常具有較強的正相關和礦化空間；非強腐蝕強度單元是指內部和外部不同強度的腐蝕強度的腐蝕強度的累積。

公式（2）中，P表示蝕變單元內在變化強度；n表示蝕變單元個數；λ表示蝕變強度影響參數；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，無法確定其內部構造，無法進行深層腐蝕。侵蝕帶強蝕變單元和非強蝕變單元分布特征，腐蝕帶中的所有腐蝕單元都會受到至少一個強腐蝕單元的影響。用邊界條件模擬了蝕變帶的內部結構。利用設定的閾值，可以找到變化區域最外層。強蝕變單元受蝕變單元設置的影響，根據蝕變區蝕變強度的分布特點，改變中心變化單元，使這兩個變化單元共同構成整個蝕變帶，強變元集合求得變元集和強變元集之間的差集。

金礦床蝕變帶模型的建立主要是針對構造控制的蝕變帶，即蝕變帶的埋深和產狀與構造相似。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。

基于上述內容，構建金礦床深部結構推斷三維模型，如表1所示。

表1 金礦床深部結構推斷三維模型

相對于人工建立找礦指數推斷模型，基于三維化探的推斷三維模型在找金深部構造找礦中具有很多優勢。第一，在三維化探模型基礎上，通過數據傳輸和轉換，較好地建立了斷裂面到有利成礦點的復雜映射關系；二是基于三維化探模型逐層提取礦化特征，在網絡頂部可獲得顯著性和指示性礦化特征表達。在此基礎上，利用三維化探模型，可以直接根據礦床的三維構造初始形態，對受構造控制的金礦床，尤其是構造形態控制較大的金礦床進行勘探，在人工建立推斷模型時，避免了主觀地質找礦指標局限性。

3 結語

以金礦為例分析了在三維地球化學勘探基礎上，建立金礦深層構造推斷三維模型的方法。將三維地質模型作為輸入，測量三維地質模型與成礦信息之間關聯性。用這種方法建立了一個金礦深部構造三維模型，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測模型明顯優于以傳統找礦指標為基礎的其他預測模型，但仍存在一些局限性。深層網絡模型的數據傳輸機制非常復雜，不能很好地解釋三維輸入特征如何轉化為礦化優勢，導致該模型利用效率不能達到最高。因此，在今后研究進程中，進一步運用網絡模型解釋方法，揭示和深化深部網絡模型所蘊涵的地質內涵，為開展區域深部找礦奠定基礎。