礦區(qū)深部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法

毛先成， 張苗苗， 鄧　浩， 鄒艷紅， 陳　進(jìn)

(1.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)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083)

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礦區(qū)深部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法

毛先成1,2， 張苗苗1,2， 鄧浩1,2， 鄒艷紅1,2， 陳進(jìn)1,2

(1.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)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083)

針對(duì)深部隱伏礦定位難題，經(jīng)多年研究，提出以定位模型-成礦信息-三維預(yù)測(cè)為主線的隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法。礦體定位概念模型實(shí)現(xiàn)成礦規(guī)律到礦化分布規(guī)律的轉(zhuǎn)換，獲得礦體空間定位量化指標(biāo)；采用形態(tài)分析、距離場(chǎng)或緩沖區(qū)分析、蝕變場(chǎng)分析等空間分析方法，分析和定量提取成礦信息指標(biāo)；采用非線性多元回歸、三維模糊證據(jù)權(quán)等方法，建立礦體三維預(yù)測(cè)模型，對(duì)深部立體單元的品位、金屬量和含礦性進(jìn)行預(yù)測(cè)。以安徽銅陵鳳凰山銅礦和金川銅鎳硫化物礦床為例，展開(kāi)礦區(qū)深部三維可視化預(yù)測(cè)研究。結(jié)果顯示，該方法能夠適用于不同類型礦床的深部找礦工作，對(duì)于深部找礦具有重要意義。

隱伏礦體；定位概念模型；成礦信息；三維可視化預(yù)測(cè)；安徽銅陵；甘肅金川

0　引　言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量日益增加，同時(shí)易于找尋的露頭礦、近地表礦日趨減少,一批20世紀(jì)五六十年代建設(shè)投產(chǎn)的大中型礦山保有儲(chǔ)量逐漸枯竭，多數(shù)已進(jìn)入危機(jī)礦山行列。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外礦山的勘探情況和現(xiàn)行探采技術(shù)分析，我國(guó)大多數(shù)礦山深部仍具有巨大的找礦潛力(趙鵬大等，2004)，因此尋找深部第二成礦空間成為促進(jìn)礦山找礦工作新突破的重要途徑。

礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)始于20世紀(jì)50年代(Allais，1957)，經(jīng)歷了起步、發(fā)展、成熟等階段后，目前已進(jìn)入科學(xué)化、定量化和數(shù)字化階段。在起步和發(fā)展階段，各國(guó)進(jìn)行了廣泛、大量的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)理論方法研究和應(yīng)用(Harris,1969；Sinclair et al., 1970；Agterberg, 1971)，礦產(chǎn)資源定量預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)逐步趨于完善和實(shí)用，突出性代表成果是：國(guó)際地科聯(lián)IGCP98專題推出的6種礦產(chǎn)資源定量預(yù)測(cè)方法，國(guó)內(nèi)外通用的礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)理論及方法(趙鵬大等，1994；Agterberg，1974；Zhao，1992)，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提倡的“三步式”資源評(píng)價(jià)法(Singer，1993)，我國(guó)學(xué)者提出的綜合信息預(yù)測(cè)(王世稱等，1989，2000)和地質(zhì)異常致礦理論(趙鵬大等，1991，1993)。

20世紀(jì)90年代，隨著GIS相關(guān)理論及方法的蓬勃發(fā)展，GIS技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，形成了以空間數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS空間分析為技術(shù)支撐、以多元地學(xué)空間數(shù)據(jù)集成-多元成礦信息提取與融合-礦產(chǎn)資源潛力制圖為核心流程的礦產(chǎn)資源數(shù)字化預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)體系(肖克炎等，2000；葉天竺等，2007；Agterberg et al.，1993；Bonham-Carter et al.，1995；Harris et al.，2000，2007；Asadi et al.，2001；Kemp et al., 2001；Porwal et al., 2010)，其理論和方法已成為目前開(kāi)展礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)的主流方法，廣泛應(yīng)用于區(qū)域礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)工作中。

然而，上述礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)方法的形成和發(fā)展主要源于中小比例尺的全球性和區(qū)域性礦產(chǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，工作范圍大多屬于2維或2.5維，因此難以適應(yīng)和滿足大型礦山可接替資源找礦向深邊部三度空間發(fā)展的要求。為了將礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)理論和方法有效地應(yīng)用于大型礦山深部找礦預(yù)測(cè)，需要在上述理論和方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展真三維的三維地質(zhì)建模、空間分析和非線性預(yù)測(cè)技術(shù)，以達(dá)到礦山深部的隱伏礦體立體定位定量預(yù)測(cè)要求。三維地質(zhì)建模技術(shù)的日臻成熟與實(shí)用(Houlding，1992，1994)，為礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)的三維化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。目前，基于三維地質(zhì)建模技術(shù)的三維成礦預(yù)測(cè)方法正在逐步發(fā)展成為深部資源的關(guān)鍵技術(shù)與方法(陳建平等，2007；毛先成等，2010；肖克炎等，2012；袁峰等，2014)。

針對(duì)礦山深部隱伏礦體立體定位定量預(yù)測(cè)的要求，在以往研究積累(毛先成等，1988a，1988b；毛先成，2006)的基礎(chǔ)上，提出基于三維地質(zhì)建模和三維空間分析的礦區(qū)深部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法與技術(shù)框架。此方法已在安徽銅陵鳳凰山銅礦、福建丁家山鉛鋅礦床、山東大尹格莊金礦和夏甸金礦、廣西田林—大新錳礦、甘肅金川銅鎳礦深部找礦預(yù)測(cè)工作中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。

1　方法與模型

為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)深部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)，首先要實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)集成和成礦規(guī)律分析，形成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)及礦體定位概念模型，分別為預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)。基于已建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用三維地質(zhì)建模技術(shù)建立三維地質(zhì)體模型；在成礦概念模型指導(dǎo)下，基于三維地質(zhì)體模型，采用三維地質(zhì)體形態(tài)分析、距離場(chǎng)分析等空間分析技術(shù)定量提取成礦信息，分析成礦信息和礦化分布間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；最終構(gòu)建反映找礦變量到礦化變量映射關(guān)系的三維預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)三維空間中礦化分布的三維定量預(yù)測(cè)。

1.1礦體定位概念模型

礦體定位概念模型實(shí)現(xiàn)礦床對(duì)象的成礦環(huán)境、成礦規(guī)律到礦化分布規(guī)律的轉(zhuǎn)換，指導(dǎo)三維成礦信息分析和礦體空間定位量化指標(biāo)提取，為礦區(qū)深部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)提供知識(shí)驅(qū)動(dòng)。依據(jù)礦床的成礦模式和成礦規(guī)律，分析控礦地質(zhì)條件和礦化富集規(guī)律，歸納礦體定位規(guī)律，形成礦體定位概念模型。成礦信息包括控制礦床礦體定位與分布的主要地質(zhì)因素及相關(guān)地質(zhì)體和找礦標(biāo)志。表1所示概念模型列出了控制礦體空間定位的常見(jiàn)地質(zhì)體與控礦因素及其分析方法和表達(dá)模型。

表1　礦體定位概念模型

1.2礦床三維地質(zhì)建模

礦床三維地質(zhì)模型是揭示地質(zhì)體空間分布規(guī)律、實(shí)現(xiàn)成礦信息定量提取的前提和基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的地質(zhì)體三維模型構(gòu)建方法主要是利用鉆孔數(shù)據(jù)、勘探剖面、地震資料等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，尤其是在研究程度較高的礦區(qū)，采用鉆孔數(shù)據(jù)和勘探剖面進(jìn)行地質(zhì)體三維建模能實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)體表面形態(tài)和內(nèi)部屬性的精細(xì)表達(dá)。

三維地質(zhì)體模型主要包括線框模型和塊體模型，線框模型能直觀地顯示地質(zhì)體三維形態(tài)，便于數(shù)據(jù)更新，但無(wú)法表示地質(zhì)體內(nèi)部屬性，且不便于進(jìn)行空間分析；塊體模型則支持地質(zhì)體內(nèi)部屬性描述和真三維表達(dá)。圖1為新屋里巖體的線框模型和塊體模型。

圖1　新屋里巖體線框模型(a)和塊體模型(b)Fig.1　Wireframe model (a) and block model (b) of the Xinwuli rock mass

1.3成礦信息三維空間分析

成礦信息三維空間分析的目的是提取可以用于指導(dǎo)找礦的空間信息(即成礦信息)。成礦信息的定量提取是以地質(zhì)體三維模型為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以礦體的空間分布特征和成礦地質(zhì)條件等地質(zhì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)，將定性的控礦因素進(jìn)行定量表達(dá)，從統(tǒng)計(jì)角度分析地質(zhì)因素對(duì)礦化空間分布的影響，從而為成礦預(yù)測(cè)模型的建立提供數(shù)據(jù)。

1.3.1地質(zhì)體三維形態(tài)分析礦化空間分布通常在一定程度上受到相關(guān)地質(zhì)體形態(tài)的影響和控制，本次研究采用空間分析的方法提取形態(tài)控礦指標(biāo)(毛先成等，2010)。為了實(shí)現(xiàn)各類超覆、彎曲等復(fù)雜地質(zhì)體的趨勢(shì)、凹凸和起伏程度的定量提取，框架采用一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)與歐氏距離變換的地質(zhì)體三維形態(tài)分析方法，具體步驟如下。

(1) 以A代表地質(zhì)體對(duì)象，Bball代表球形結(jié)構(gòu)元素(球體具有各向同性的特點(diǎn)),采用形態(tài)濾波對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行濾波變換，獲取平滑的趨勢(shì)形態(tài)(圖2)，變換后的地質(zhì)體輪廓光滑程度取決于球形結(jié)構(gòu)元素的半徑，形態(tài)濾波變換可表達(dá)為：

開(kāi)閉濾波：

ψ(A)=A°Bball·Bball

(1)

閉開(kāi)濾波：

ψ(A)=A·Bball°Bball

(2)

圖2　新屋里巖體原始(a)和趨勢(shì)形態(tài)(b)柵格模型Fig.2　Raster models of original (a) and trend shape (b) of the Xinwuli rock mass

(2) 通過(guò)對(duì)原始地質(zhì)體A和趨勢(shì)形態(tài)ψ(A)進(jìn)行全局集合運(yùn)算(式3、4)，可得到地質(zhì)體的外凸部分集合Dpeak(A)和內(nèi)凹部分集合Dvalley(A)，如圖3所示。

凸部分：

(3)

凹部分：

(4)

圖3　新屋里巖體外凸(a)和內(nèi)凹(b)柵格模型Fig.3　Raster models for convex part (a) and concave part (b) of the Xinwuli rock mass

(3) 基于趨勢(shì)-剩余分析方法的思想，在提取地質(zhì)體趨勢(shì)與凹凸部分的基礎(chǔ)上，借助歐氏距離變換實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體表面起伏程度的定量提取。

在此基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)多個(gè)尺度下的定量分析，可以通過(guò)改變球形結(jié)構(gòu)元素的半徑，由上述步驟(1)—(3)完成多級(jí)形態(tài)指標(biāo)的提取(圖4)。

圖4　新屋里巖體形態(tài)因素柵格模型Fig.4　Raster models showing morphological factors of the Xinwuli rock mass(a) first level undulation; (b) second level undulation

1.3.2控礦因素距離場(chǎng)分析地質(zhì)體之間的距離或地質(zhì)空間中某點(diǎn)到地質(zhì)體的距離，可以表示地質(zhì)體之間的空間臨近性，并反映地質(zhì)體對(duì)成礦空間中某點(diǎn)的影響(毛先成等，2010)。通過(guò)距離場(chǎng)分析，建立斷層距離場(chǎng)、巖體熱力場(chǎng)等場(chǎng)模型。將點(diǎn)到地質(zhì)體的距離定義為兩者之間的最近距離，選擇歐氏距離作為控礦因素距離場(chǎng)的空間度量。

在基于柵格數(shù)據(jù)的空間分析中，立體單元到地質(zhì)體的最近距離就是尋求立體單元中心到地質(zhì)體塊體距離集合的最小值，求取該距離最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)空間中所有點(diǎn)進(jìn)行距離量算，找出其中距離最小的點(diǎn)。當(dāng)研究柵格數(shù)目十分巨大時(shí)，需要大量的距離量算，使得計(jì)算查找速度非常緩慢，但是，通過(guò)距離變換能夠?qū)崿F(xiàn)快速的距離量算。利用藺宏偉等(2003)提出的三維帶符號(hào)的歐氏距離變換(3-SEDT)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)距離變換，以快速計(jì)算出每一個(gè)立體單元到地質(zhì)體的最近距離，圖5給出了安徽銅陵鳳凰山橫向張性斷層因素和巖體熱力場(chǎng)因素的柵格模型。

圖5　鳳凰山礦田控礦因素距離場(chǎng)Fig.5　Distance field of the ore-controlling factors in the Fenghuangshan ore field(a) transverse tensile fault factors; (b) thermal field factors of rock mass

1.3.3圍巖蝕變的蝕變場(chǎng)強(qiáng)分析成礦過(guò)程伴隨不同程度的圍巖蝕變，因而蝕變帶可在某種程度上反映礦體的空間分布規(guī)律，蝕變帶場(chǎng)強(qiáng)反映了蝕變對(duì)礦化立體單元的影響程度。對(duì)于任意一個(gè)礦化立體單元Mi，它受到周圍所有蝕變立體單元N的影響，這種影響程度的強(qiáng)弱受二者距離約束，因此可在一定的球形范圍內(nèi)，采用按距離加權(quán)的場(chǎng)來(lái)描述礦化立體單元的蝕變場(chǎng)指標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)：設(shè)在一定范圍內(nèi)，有m個(gè)蝕變帶立體單元，每個(gè)立體單元的蝕變場(chǎng)按照以下方法計(jì)算：(1) 礦化立體單元與蝕變立體單元重合，即該礦化立體單元為蝕變立體單元，場(chǎng)強(qiáng)為該立體單元的蝕變強(qiáng)度與周圍加權(quán)蝕變場(chǎng)強(qiáng)的累加。(2) 未重合的立體單元直接按距離平方反比法，對(duì)其蝕變強(qiáng)度進(jìn)行加權(quán)。

(5)

式(5)中，M1為礦化立體單元與蝕變立體單元重合立體單元，i1為礦化立體單元與蝕變立體單元重合立體單元的蝕變強(qiáng)度，j為緩沖區(qū)內(nèi)蝕變立體單元編號(hào)，m為緩沖區(qū)內(nèi)蝕變立體單元個(gè)數(shù)，ij為蝕變帶立體單元的蝕變強(qiáng)度，N為緩沖區(qū)內(nèi)所有蝕變立體單元集合，dj為礦化立體單元離蝕變帶立體單元的歐氏距離。圖6為大尹格莊金礦蝕變帶場(chǎng)強(qiáng)因素模型。

圖6　大尹格莊金礦蝕變帶場(chǎng)強(qiáng)因素Fig.6　Field intensity factors of alteration zones in the Dayin′gezhuang gold deposit

1.4三維預(yù)測(cè)建模

預(yù)測(cè)模型可定量揭示地質(zhì)空間中找礦指標(biāo)與成礦信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，另一方面，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)分布的隱伏礦體進(jìn)行定位定量預(yù)測(cè)。礦化指標(biāo)包括立體單元平均品位、金屬量以及含礦性指標(biāo)，由于含礦性指標(biāo)在地質(zhì)意義上是指在單元內(nèi)找到工業(yè)礦體的概率，與品位及金屬量指標(biāo)計(jì)算方法不同，因此可分別建立不同的預(yù)測(cè)模型對(duì)立體單元的品位、金屬量和含礦性指標(biāo)進(jìn)行估值預(yù)測(cè)。采用非線性多元回歸模型建立品位及金屬量預(yù)測(cè)模型，利用三維模糊證據(jù)權(quán)模型計(jì)算立體單元含礦性指標(biāo)。

1.4.1非線性多元回歸模型非線性多元回歸模型通過(guò)描述體元的單個(gè)成礦信息與品位、金屬量之間的關(guān)系，提取出與礦化指標(biāo)呈線性關(guān)聯(lián)關(guān)系的找礦信息指標(biāo)，最后建立找礦指標(biāo)與礦化指標(biāo)間的多元線性回歸模型。

成礦信息指標(biāo)非線性變換方法為：(1) 計(jì)算地質(zhì)空間范圍內(nèi)已知立體單元的礦化指標(biāo)和成礦信息指標(biāo)值，生成單個(gè)成礦信息指標(biāo)與礦化指標(biāo)關(guān)系的散點(diǎn)圖；(2) 以散點(diǎn)圖為依據(jù)，構(gòu)建礦化指標(biāo)與之間成礦信息指標(biāo)的非線性變換的數(shù)學(xué)模型；(3) 根據(jù)非線性變換模型對(duì)成礦信息指標(biāo)進(jìn)行非線性變換，得到與礦化指標(biāo)線性相關(guān)的新的找礦信息指標(biāo)。

礦化指標(biāo)與找礦信息指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在數(shù)學(xué)上可以表達(dá)為找礦信息變量空間到礦化變量空間的映射，其函數(shù)化表達(dá)模型為MV=f(GV)，MV為礦化變量空間，GV為找礦信息變量空間。由于找礦信息指標(biāo)與礦化指標(biāo)具有顯著的線性相關(guān)性，所以該模型MV=f(GV)可以實(shí)例化為多元線性回歸模型：

(6)

式(6)中，MVk為MV中的礦化變量，GVj為GV中的找礦信息指標(biāo)，Bk0，Bk1，…，Bkp為線性函數(shù)的待求參數(shù)，ε為期望值為零的隨機(jī)變量。參數(shù)Bk0，Bk1，…，Bkp可通過(guò)對(duì)GV和MV在地質(zhì)空間控制區(qū)域中離散化單元的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析獲得。

1.4.2三維模糊證據(jù)權(quán)模型三維模糊證據(jù)權(quán)模型是普通證據(jù)權(quán)的改進(jìn)模型，它將傳統(tǒng)二維證據(jù)權(quán)法擴(kuò)展到三維空間中，并通過(guò)“模糊度”概念將原來(lái)二值化的證據(jù)因子變?yōu)橐粋€(gè)模糊集合，該模型計(jì)算得到的后驗(yàn)概率可作為立體單元的含礦性指標(biāo)。

假設(shè)地質(zhì)空間包含n個(gè)等體積的立方體單元，其中有D個(gè)含礦單元，含礦單元賦值為1，不含礦單元賦值為0。假設(shè)共有n個(gè)證據(jù)因子，將證據(jù)因子Aj(j=1,2,3,…,n)的屬性值分為mj個(gè)區(qū)間類，立體單元k的后驗(yàn)概率計(jì)算過(guò)程如下。

(1) 計(jì)算正、負(fù)權(quán)重值及差值C:

(7)

(8)

(2) 計(jì)算模糊權(quán)重值:

(9)

式中，j=1,2,3,…,n;t=1,2,3,…,mj;Ujt(x)通過(guò)對(duì)每一個(gè)證據(jù)因子的Cjt歸一化求得。

(3) 計(jì)算后驗(yàn)概率。對(duì)于n個(gè)證據(jù)因子，研究區(qū)任一單元k為含礦單元的可能性優(yōu)劣比的對(duì)數(shù)表示：

(10)

式(10)中，j=1,2,3,…,n;t=1,2,3,…,mj;k=1,2,3，…,n。立體單元k的后驗(yàn)概率P為：

(11)

2　應(yīng)用實(shí)例

基于礦區(qū)深部隱伏礦體三維預(yù)測(cè)可視化方法，以安徽銅陵鳳凰山銅礦和金川銅鎳硫化物礦床為例，開(kāi)展礦區(qū)深部三維可視化成礦預(yù)測(cè)研究。

2.1安徽銅陵鳳凰山銅礦三維預(yù)測(cè)

安徽銅陵鳳凰山銅礦是長(zhǎng)江中下游多金屬成礦帶中典型的矽卡巖型銅礦礦床，位于新屋里巖體西部，礦區(qū)主礦體呈似板狀和不規(guī)則透鏡狀產(chǎn)出于新屋里巖體與三疊系灰?guī)r的接觸帶。眾所周知，巖漿巖是矽卡巖型礦床中的重要成礦地質(zhì)條件，新屋里巖體既是鳳凰山銅礦的成礦母巖，又為成礦熱液的運(yùn)移提供持久的動(dòng)力，還影響了局部應(yīng)力場(chǎng)。構(gòu)造條件上，礦區(qū)成礦作用受區(qū)域和局部應(yīng)力場(chǎng)共同控制，尤其是巖漿上侵時(shí)形成的相關(guān)構(gòu)造。接觸帶構(gòu)造被認(rèn)為是礦區(qū)最主要的控礦因素(劉亮明等，2008；瞿泓瀅等，2010；彭省臨等，2012)，但礦體就位也間接受到新屋里向斜、巖體侵位擠壓形成的擠壓褶皺構(gòu)造和橫向張性斷層的控制。

基于安徽銅陵鳳凰山礦田的礦體定位預(yù)測(cè)概念模型，以新屋里巖體三維模型作為分析的對(duì)象模型，利用上述三維成礦信息空間分析技術(shù)，定量提取成礦信息，描述這些控礦因素三維分布的場(chǎng)變量為：(1) 巖體熱力場(chǎng)因素；(2) 巖體形態(tài)因素，即一級(jí)起伏和二級(jí)起伏；(3) 接觸面構(gòu)造因素，即原始接觸面與趨勢(shì)接觸面的夾角；(4) 橫向張性斷層因素；(5) 擠壓遠(yuǎn)應(yīng)力場(chǎng)因素；(6) 褶皺構(gòu)造因素。根據(jù)礦化指標(biāo)和成礦信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立該地區(qū)的三維預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)結(jié)果如圖7，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果在鳳凰山新屋里巖體西緣圈定深部找礦立體靶區(qū)。

圖7　安徽銅陵鳳凰山礦田預(yù)測(cè)結(jié)果柵格模型Fig.7　Raster models showing prediction results of the Fenghuangshan ore field in Tongling, Anhui(a) copper grade; (b) copper metal quantity

2.2金川銅鎳硫化物礦床三維預(yù)測(cè)

金川銅鎳硫化物礦床位于華北板塊龍首山隆起帶，礦體產(chǎn)于基性—超基性巖墻中，屬于古大陸內(nèi)的小侵入體礦床(湯中立等，2007)。目前，金川礦床的成礦模式多被解釋為巖漿通道系統(tǒng)成礦(田毓龍等，2009；蘇尚國(guó)等，2010，2014；曾認(rèn)宇等，2013a；Chen et al.,2013)，但巖漿通道系統(tǒng)成礦十分復(fù)雜，巖體侵位時(shí)，巖墻產(chǎn)狀較緩，而巖體中存在的硫化物密度較大，在上升過(guò)程中受到重力分異的影響，故會(huì)向下富集，礦體尤其是富礦多集中在巖體的中下部，因此成礦不僅受到了巖漿本身影響，而且還與通道產(chǎn)狀、形態(tài)、巖漿流速、重力分異等因素密切相關(guān)。另外，金川礦體最主要的控制因素是構(gòu)造(曾認(rèn)宇等，2013b)，特別是斷裂，不僅控制了成礦作用，為礦體形成提供場(chǎng)所，還對(duì)已形成的巖體、礦體進(jìn)行了改造。

根據(jù)金川銅鎳硫化物礦床的成礦規(guī)律可知，礦體的空間分布主要受超基性巖體底板形態(tài)、頂?shù)装逑鄬?duì)距離、巖漿通道、斷層等地質(zhì)因素影響。在此基礎(chǔ)上定量提取成礦信息，包括指標(biāo)：(1) 巖漿通道中心線距離場(chǎng)；(2) 斷層距離場(chǎng)；(3) 頂?shù)装逑鄬?duì)距離；(4) 底板趨勢(shì)面距離場(chǎng)。利用多元線性回歸模型和三維模糊證據(jù)權(quán)模型建立金川礦區(qū)預(yù)測(cè)模型，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和可視化表達(dá)。預(yù)測(cè)結(jié)果如圖8所示，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果并結(jié)合地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)在金川礦區(qū)深部圈定有利找礦靶區(qū)。

3　結(jié)　論

(1) 針對(duì)深部隱伏礦定位難題，提出以定位模型-成礦信息-三維預(yù)測(cè)為主線的隱伏礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法。

(2) 礦體定位概念模型實(shí)現(xiàn)成礦規(guī)律到礦化分布規(guī)律的轉(zhuǎn)換，三維空間分析獲得成礦信息定量指標(biāo)，礦體三維預(yù)測(cè)模型對(duì)深部體元的含礦性、品位和金屬量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(3) 安徽銅陵鳳凰山銅礦和金川銅鎳硫化物礦床三維可視化預(yù)測(cè)實(shí)例研究表明，礦體三維可視化預(yù)測(cè)方法適用于不同類型礦床的隱伏礦體三維定位定量預(yù)測(cè)，為深部找礦提供三維可視化定位定量指導(dǎo)。

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Three-dimensional visualization prediction method for concealed ore bodies in deep mining areas

MAO Xiancheng1,2, ZHANG Miaomiao1,2, DENG Hao1,2, ZOU Yanhong1,2, CHEN Jin1,2

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, Changsha 410083, Hunan, China; 2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

With the decreasing number of shallow deposits, exploration has gradually moved to deep mining areas. As a result, searching for a new deep metallogenic space is regarded as a new way to make breakthrough in ore prospecting. In order to solve the problem of locating concealed ore bodies, this work proposed a 3D visualization prediction method for concealed ore bodies based on previous research. The key of the method is ″location model-metallogenic information-3D prediction″. This conceptual model for ore body location realizes the transformation of metallogenic regularity to mineralization distribution regularity, and obtains the quantitative index of orebody space localization. We used morphological analysis, distance field or buffer analysis, alteration field analysis methods to analyze and quantitatively extract the metallogenic information index. Using nonlinear regression analysis and 3D fuzzy weights of evidence method, we established a 3D prediction model to predict the ore grade, metal quantity and ore-bearing property for the deep stereo-units. This work took the Fenghuangshan copper mine in Tongling of Anhui and Jinchuan Cu-Ni (PGE) sulfide deposit as examples to conduct 3D visualization prediction in deep mining areas. The results show that this method can be applied to the deep prospecting work of different types of ore deposits, and that the predicted results are true and reliable and have great significance for deep ore prospecting.

concealed ore body; conceptual model for location; metallogenic information; 3D visualization prediction; Tongling in Anhui; Jinchuan in Gansu

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.363

2016-06-21；編輯：詹庚申

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472301), 中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(2015CX008), 新疆維吾爾自治區(qū)高層次人才工程項(xiàng)目

毛先成(1963—), 男, 教授, 博士, 主要從事隱伏礦三維預(yù)測(cè)與地學(xué)信息技術(shù)研究工作, E-mail: xcmao@126.com

P612

A

1674-3636(2016)03-0363-09