基于三维地球化学勘探的金矿床深部结构推断三维模型构建

（甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020）

围岩蚀变是热液型矿床的重要组成部分，也是热液型矿床的主要特征之一。因为热液成矿作用常伴有热液交代蚀变，所以蚀变围岩与伴生矿体也有密切的成因和空间关系。对金矿而言，除伴生砂金、硫化铜镍外，其余金矿均为热液矿床[1]。蚀变带是找矿的重要标志之一，为勘探指数概念模型构建提供数据支持。以成矿信息的提取为核心，对金矿深层结构推理三维地质。通过三维空间分析等手段，建立了找矿指标集。虽然目前的成矿信息提取方法可以量化控矿作用的地质体、成矿结构和成矿构造，但在一定程度上，成矿信息的提取依赖于地质勘探指标的施工经验，依靠的是地质知识和提取矿化信息的方法，矿化信息的有效性和完整性难以得到较好的保证[2]。

因此，在三维化探的基础上，建立了金矿深部构造推断的三维模型。近年来，随着三维地质建模技术的发展，建立可定量表达地质体特征的三维可视化模型已成为研究的热点。已有的地质钻探资料很难覆盖研究区的深层，很难定量描述蚀变带的深层特征，不能获取其三维建模的关键形态参数。为此，提出了基于三维地球化学勘探的金矿床深部结构推断三维模型构建方法。通过对变区中心深度和厚度的分析，设计了变区强度的定量表达和变区内部结构的仿真算法，实现了对变区内部结构的定量表达。

1 三维地球化学勘探原理

地质地球化学晕属于原生晕范畴，该特征在深部构造推断中有广泛应用。其特征主要是：

①断裂原生晕样取代了传统的固定网格化探样品，使与成矿直接有关的地质体集成矿性更强，元素异常信息更丰富，更易发现地下深部金矿；②在解释异常机理时，充分考虑了地质构造对矿晕的控制，更加方便[3]。

由于三维地质模型的形状决定了断裂形态在矿化过程中的主导地位，为了更全面地表达地质体的初始形状，模型用简单而紧凑的形状描述面法向量来表示原始地质体的三维特征。三维地质模型的地表法向量反映地质体的局部走向和倾角，也可确定三维模型中每一个顶点的法向量。通过构建三角形法向量模型，再遍历与给定顶点相连，保证所有三角形平均单位法向量方向相同，其计算公式如下：

根据单位法向量的平均值，分析金矿床深部结构围岩蚀变与三维地球化学异常之间映射机理。

构造地球化学样品是从地表裂缝中提取的，地壳构造的地球化学异常是深部流体活动强度和围岩蚀变的直接反应。深部构造地球化学异常的强度与深部热液流体活动的强度及深部围岩蚀变能力有关，深部热液流体沿断层或裂隙上升。构造地球化学异常强度与深部围岩蚀变强度之间存在正相关关系，但不能确定其深度。目前尚无数学模型来描述地表构造强度与深部围岩蚀变的强度和深度之间的定量关系，因此，需利用现有的地球化学异常、深部围岩位置变化、蚀变强度数据，构建金矿床深部结构推断三维模型。

2 金矿床深部结构推断三维模型构建

深部蚀变带的空间分布与三维构造的地球化学异常有一定关系，根据这一关系推导出深部蚀变带的三维空间形态，从而获取关键的形态参数，实现深部蚀变带的三维重建[4]。侵蚀带分为强侵蚀单元和非侵蚀型侵蚀单元，其能模拟侵蚀区的特征，并能量化侵蚀强度，这为将侵蚀信息作为勘探指标信息进行三维定量矿化推理提供了必要前提。形成深蚀变带时，在上部和浅部都留下成矿热液活动痕迹，浅部化探异常与深部蚀变带之间存在着以下关系：

（1）深层蚀变带综合蚀变强度与地表地球化学异常呈正相关，从合成蚀变强度角度可以看作所有蚀变单元垂直方向蚀变强度的累积值。

（2）在同一条件下，蚀变带越浅，蚀变带越深，地表形成的地球化学异常就越弱。而地表同样发生的地球化学异常，则可能是由浅部蚀变强度弱的蚀变带或深部蚀变强度强的蚀变带引起的。因而，地表化探异常与蚀变综合强度和蚀变带深度之间存在着一定的相关性。

腐蚀带三维形貌模拟的关键是确定其厚度和中心深度，而这两个参数与地球化学异常密切相关。因而，在地化异常、厚度和中心深度参数变化区重叠区域的地球化学勘探和开采强度相同的情况下，与映射模型建立了蚀变带线性回归，当地球化学异常达到一定强度时，可获得蚀变带中心深度和厚度，实现蚀变带的三维模拟。

根据腐蚀区域腐蚀强度从腐蚀中心到边缘逐渐减弱的原则，设计了一种腐蚀强度定量表达方法，主要包括两种腐蚀强度单元：强腐蚀和非强腐蚀单元：强腐蚀强度单元是指内部和外部不同强度的腐蚀强度的累积强度，而强腐蚀强度单元是指内部和外部不同强度的腐蚀强度的累积强度，通常具有较强的正相关和矿化空间；非强腐蚀强度单元是指内部和外部不同强度的腐蚀强度的腐蚀强度的累积。

公式（2）中，P表示蚀变单元内在变化强度；n表示蚀变单元个数；λ表示蚀变强度影响参数；L表示不同蚀变单元之间的距离；L’表示蚀变影响极限距离。

由厚成图模型提供的蚀变带三维形貌参数只解决蚀变带外部形貌的三维建模问题，然而由于缺少钻探和分析资料，无法确定其内部构造，无法进行深层腐蚀。侵蚀带强蚀变单元和非强蚀变单元分布特征，腐蚀带中的所有腐蚀单元都会受到至少一个强腐蚀单元的影响。用边界条件模拟了蚀变带的内部结构。利用设定的阈值，可以找到变化区域最外层。强蚀变单元受蚀变单元设置的影响，根据蚀变区蚀变强度的分布特点，改变中心变化单元，使这两个变化单元共同构成整个蚀变带，强变元集合求得变元集和强变元集之间的差集。

金矿床蚀变带模型的建立主要是针对构造控制的蚀变带，即蚀变带的埋深和产状与构造相似。用三维线框模型模拟了蚀变带的三维形状，从而描述了其空间分布和形状。蚀变带三维线框模型的建立过程与典型地质体模型的建立过程相似，腐蚀变带(或在一系列剖面上的腐蚀矿物)的外轮廓线依次相连形成腐蚀单元，变带侧面特征是确定各截面上蚀变带外部轮廓重要因素。

基于上述内容，构建金矿床深部结构推断三维模型，如表1所示。

表1 金矿床深部结构推断三维模型

相对于人工建立找矿指数推断模型，基于三维化探的推断三维模型在找金深部构造找矿中具有很多优势。第一，在三维化探模型基础上，通过数据传输和转换，较好地建立了断裂面到有利成矿点的复杂映射关系；二是基于三维化探模型逐层提取矿化特征，在网络顶部可获得显著性和指示性矿化特征表达。在此基础上，利用三维化探模型，可以直接根据矿床的三维构造初始形态，对受构造控制的金矿床，尤其是构造形态控制较大的金矿床进行勘探，在人工建立推断模型时，避免了主观地质找矿指标局限性。

3 结语

以金矿为例分析了在三维地球化学勘探基础上，建立金矿深层构造推断三维模型的方法。将三维地质模型作为输入，测量三维地质模型与成矿信息之间关联性。用这种方法建立了一个金矿深部构造三维模型，指出了金矿深部成矿的有利位置。尽管用这种方法建立的三维预测模型明显优于以传统找矿指标为基础的其他预测模型，但仍存在一些局限性。深层网络模型的数据传输机制非常复杂，不能很好地解释三维输入特征如何转化为矿化优势，导致该模型利用效率不能达到最高。因此，在今后研究进程中，进一步运用网络模型解释方法，揭示和深化深部网络模型所蕴涵的地质内涵，为开展区域深部找矿奠定基础。