礦床成礦模型的地球化學找礦預測系統設計及應用

張文煜

（甘肅省地質礦產勘查發開局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

當代全球對礦產資源的需求量在不斷增加，而地表中的礦產資源逐漸減少，找礦工作主要由地表礦、淺部礦、易識別礦向隱伏礦、難識別礦轉移，礦床定位預測因而成為成礦學研究的前沿和熱點。礦床的成礦預測需要綜合多源數據來預測研究區[1]。在當前的找礦預測工作中，由于需要應用多種地質空間數據管理與分析系統、遙感圖像處理軟件、礦產預測決策型軟件和金屬礦產資源快速評價系統等多種軟件，找礦效率低?，F提出了一種地球化學找礦預測系統，以有效解決目前找礦工作中的效率問題。從數字勘探模型開始，利用多種數據對成礦預測過程進行深入研究，結合證據方法和MAPGIS 組件應用技術，來提升數字搜索引擎功能，實現多種來源的地質信息的提取與合成，并將其應用于礦產勘查當中。

1 地球化學找礦預測硬件系統設計

在找礦預測系統的設計開發中，充分考慮了多種數據、多樣化的應用需求以及業務的快速變化等特點，采用了系統平臺的靈活性和輕量相匹配的框架+插件結構，滿足找礦系統的可擴展、實用、可重復、穩定等要求，同時也便于后期的升級。以地球化學特征作為找礦預測的判斷標準，將整個系統按業務邏輯劃分為表示層、業務層和數據層，并從系統設計角度將其劃分為硬件、數據庫和功能軟件三部分。

其中硬件設備提供了對找礦預測功能實現的硬件支持，具體包括初始地質數據的采集和找礦預測結果輸出兩個方面。該設計系統硬件主要運用鉆井及遙感改裝設備，從而提升初始數據的采集精度。在實際運行過程中，進行分層勘探時，通過內部電機裝置提供勘探點上的壓力，由中央控制器設置井深并采集底巖樣品[2]。

2 地球化學找礦預測系統數據庫設計

該設計系統數據庫設計結合系統應用程序環境，以構建滿足系統需求的最佳數據庫模型，從而可以有效地存儲和共享數據，以滿足不同用戶的應用程序需求。遵循標準性、一致性、獨立性、擴展性、安全性、有效性和冗余性等原則，在系統數據庫中存儲所需的地質信息。成礦預測系統存儲和處理的數據具有清晰的空間特征，廣泛的來源和復雜的結構，其中包括地質數據、地球物理和地球化學勘測數據以及遙感數據。該數據類型具有一個共同的特征：包含有關空間結構和屬性信息特征，還可能包含圖形、圖像與時間信息，其中屬性數據庫主要存儲現場觀測中記錄的巖性特征數據等，以及來自實驗室測試的數據，例如時間、位置、數據量、數量、大小、地理配準以及其他描述對象空間位置的描述性數據。

3 地球化學找礦預測系統軟件功能設計

成礦預測是運用基礎地質和礦床地質理論及相關技術手段，分析成礦區域條件及找礦信息，推斷潛在礦床及其特征。該系統軟件功能運行程序大致分為六個步驟：首先確定成礦預測范圍、主要預測礦種、所需比例尺和原始基礎工作等；下一步將對各類地質報告和圖件、地球物化探、重砂測量及遙感影像等地質資料進行系統整理；以此為基礎，進行包括已知類型和未知類型的成礦地質背景和勘探信息的研究工作，重點研究與成礦有關的構造背景；并且提出一種方法，其中探索性信息在成礦預測中起直接指導作用；對地質、礦產、地球化學、地球物理、水文、遙感等信息進行綜合研究，并制作各種圖件；通過分析找礦信息，確定指標和預測標志，并繪制成礦預測圖，將基本搜索信息都反映在系統界面中。

3.1 采集礦床地質信息

利用單元格形式進行分割，對標準處理硬件設備采集到的數據進行量化處理，以矩陣排列信息，然后對其進行圖像分析處理，具體的采集過程可以表示為：

該矩陣采用X、Y 兩軸相結合的方法，通過坐標間的重新劃分，確定礦化位置的均值和方差，執行二次圖像分析，從礦化之間的關系中分離出所需的數據點，重新劃分單元格，設置可變系數，提取數據并實現目標模塊功能。

3.2 搭建礦床成礦模型

成礦模式的搭建主要是模擬斷層的波形和空間展布，并將力學作用和化學作用相結合進行分析，為總結成礦規律提供數據支持?？氐V構造的表面是三維空間中的一種復雜的曲面，對于勘探礦體，可以通過編制勘探線剖面，隧道平面圖，斷裂表面輪廓圖和3D 表面圖來了解空間形狀。在進行淺水調查時，斷裂控制定律不能用于預測深部礦體。假設可以獲得斷裂表面的波形函數，則可以計算深度波形。設復雜的斷裂面波形為Z(X,Y)，這是由n 個方向、振幅、波長和起點不同的單向正弦波合成的結果。如果能找出每一個單向波參數Ai、li、Bi，即振幅、波長、方向角，由此可合成確定的波形函數。斷層剪切運動模擬，目的是研究礦化時期斷層的運動規律：一是通過野外觀察，對成礦階段斷層活動規律進行定性判斷；二是根據斷層平面中的波形數據模擬斷層在不同方向上的運動過程，并逐點計算塌陷空間，生成斷層在礦化階段的運動方向，并與斷層厚度和礦化強度的斷層波形數據進行比較，找出最接近的斷層運動方向。

3.3 提取與分析礦床地球化學特征規律

通過建立成礦模型，提取和分析成礦地球化學特征，總結出與不同類型礦產資源相對應的化學特征演化規律。礦床的基本成礦指示元素可根據蝕變巖、礦石和礦區巖石的元素差異確定。以金礦床為例，分別有Au、As、Cd、Pb、Ag、B、Bi、W、Rb、Zn、Sb、Sn 等十二個礦石地球化學特征元素，且各特征元素的富集系數均大于1.5。

3.4 實現地球化學找礦預測

根據區域化探數據得到目標礦體元素異常圖，將目標礦體元素按異常濃度進行劃分：一倍異常濃度下限、二倍異常濃度下限以及四倍異常濃度下限分別對應異常外、中、內帶。同時利用累頻地球化學圖像進行分析，并在中帶和內帶范圍內圈定找礦預測區。

綜合礦體目標元素的分布特征、分布規律、規模、異常強度、區域及濃度分帶率，并與成礦區帶、控礦地層、巖體、控礦構造的空間關系等信息，確定其找礦預測區。從圈定的預測區域來看，金屬量的預測值為：

4 系統應用測試

該地球化學找礦預測系統采用綜合二次開發模式。使用面向對象的可視化編程語言作為開發平臺，可以充分利用礦石礦化建模軟件的強大功能（用于空間數據處理）和可視化編程語言（用于應用程序開發），實現礦床成礦建模工具軟件的集成二次開發。Maplnfo 公司的Maplnfo Professional7.0 及 其 基 于OCX 技 術 的GIS 功能組件MapX4.5 是一個礦床建模工具：屬性數據庫采用Microsoft Access 2000；開發工具為Visual C++6.0，它是一種面向對象的可視化高級編程語言。

選擇已開發的礦床作為此次實驗的研究對象，收集該礦床的開發數據將其作為礦床成礦模型的導入數據并得出對應的模型構建結果，收集該研究區域內的礦床位置和礦床金屬產量并以此作為預測系統運行的對比標準。將三種預測系統得出的結果進行對比，得出預測誤差，如表1 所示。

表1 系統預測誤差測試結果

從表1 中可以看出，三種找礦預測系統的平均預測誤差分別為2.978kT、1.540kT 和0.140kT，由此可見設計的找礦預測系統的預測誤差更小，即預測精準度更高，將其應用到實際的找礦工作中可以提供更加精準的數據參考，即應用價值更高。

5 結語

綜上所述，該設計系統通過分析地質構造的演變過程、礦床成因、礦化關系、構造應力場、成礦元素運移富集特征、流體包裹體以及同位素特征等，實現對礦床找礦預測系統的優化，從系統測試結果來看，設計的預測系統相比于傳統系統的預測精度更高，然而在系統測試中只對礦體的產量進行測試，但對于礦床位置的預測未進行測試，需要在未來的工作中進行補充。