金礦床成礦結構特征及找礦預測模型分析

劉文龍

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

黃金在生產(chǎn)與生活中起到相當關鍵的作用，不僅被廣泛運用到通信、化工等領域，更成為關鍵的全球性戰(zhàn)略資源。但隨著近些年來，金礦床開采規(guī)模的逐漸增加，黃金開采量不但沒有逐漸增加反而持續(xù)減少。這主要是因為隨著金礦床開采量的增加，礦產(chǎn)資源逐漸減少，其開采率不斷縮減[1]。因此，想要進一步完成金礦床資源開采，加大金礦資源的勘探力度是處理黃金供應與需求之間矛盾的關鍵途徑之一。因此，通過對金礦床成礦結構特征及找礦預測模型分析，以金礦床周圍地層巖石與巖漿等相關信息分析為依據(jù)，對金礦床成礦結構進行整體考量，從而制定找礦預測模型，有效提高金礦床開采率。

1 金礦床成礦結構特征

1.1 地層

金礦床地層中發(fā)育形成碳酸鹽與其他巖組交互形成碎屑巖，其底部多為砂質(zhì)白云巖，且存在巖溶孔隙與角礫狀結構，能夠有效轉移含礦熱液。頂部地層形成的泥晶白云巖由于結構緊密，其化學活動性較差，能夠較好的屏蔽Au元素活動，有利于礦床形成。地層圍巖化學性質(zhì)與物理性質(zhì)對成礦作用有著極大影響，形成時間較長的地層含金量較高，且地層中Au元素背景值越高，成礦越容易。地層中以Au元素為主，伴生元素為Ag、As、Sb、Mo等在礦區(qū)內(nèi)呈不均勻狀態(tài)分布，具有富集礦成礦特征[2]。地層中Au元素豐度值在不同礦石中含量也不同，地層中各礦石為成礦提供物質(zhì)來源。同時，地層中存在火山碎屑巖、火山巖等脆性巖石，巖石較為容易發(fā)生碎裂，有利于成礦熱液的運移沉淀。良好的地層條件為成礦提供了物質(zhì)條件基礎，有利于成礦流體地層中的金富集成礦。礦石混合體作為成礦物質(zhì)的主要來源，也是As元素生產(chǎn)的關鍵物質(zhì)，部分堿性溶液隨著其含量增長Au元素溶解度也隨之增長。在一部分堿性熱溶液中，金礦中所含Au元素與As礦物呈現(xiàn)出正比關系。在巖漿運動過程中，Au元素逐漸聚集，這一運動過程激活了As元素，使Au元素含量進一步增加。

1.2 巖漿巖

金礦床中火山巖漿活動為Au元素活化、遷移與聚集提供了所需的熱源與熱液。在通常情況下，巖漿的升高會在很大程度上出現(xiàn)極大的沖擊力，使得周圍淺部圍壓巖層在很大程度上出現(xiàn)裂隙與剝離面，同時巖漿運動所帶來的龐大內(nèi)能會很大程度上會產(chǎn)生雜巖體、角礫巖的環(huán)狀或放射狀斷裂，形成Au元素沉淀及礦液轉移所需的空間[3]。因此，金礦床中銅石雜巖體邊緣接觸帶及淺層脆性較大的巖區(qū)，為Au元素最為有利的成礦位置。區(qū)域巖漿巖種類分布面積不大，但種類較多。局部含有超基性巖、基性巖、中性巖等。巖漿巖性包括基性、中性、酸性火山巖以及較多次火山巖。根據(jù)巖漿巖形成時期與構造背景不同，其存在物質(zhì)建造也存在一定差別。金屬礦物以黃銅礦、毒砂、褐鐵礦為主，并伴有少量金銀礦、閃鋅礦、磁鐵礦以及自然金等，非金屬礦物則以伊利石、絹云母、斜長石、高嶺石等為主。礦石結構大多為自形-半自形粒狀結構，同時存在部分其他結構。圍巖蝕變以多為低溫蝕變，且沒有明顯蝕變分界線。以礦體為中心，向依次劃分為外、中、內(nèi)三部分。外帶區(qū)以黃鐵礦、鈉長石、綠泥石為標志礦物；中帶區(qū)以方解石、黃鐵礦、石英、絹云母為標志礦物；內(nèi)帶區(qū)以黃鐵礦、石英為標志礦物。

1.3 化學元素

金礦床中Te元素主要源于地幔，在礦床中基性、超基性巖石中硫化物溶液發(fā)生分離作用時Te元素出現(xiàn)聚積。Te元素主要以HTe-形態(tài)存留于礦熱液，隨著環(huán)境中多金屬硫化物礦化而逐漸轉變成為氧化環(huán)境，Te元素代替S元素形成碲化物，對Te元素的找礦擁有重要指導作用。Ag作為伴生成分，在礦床中與Au元素極大程度緊密共生，且Au品味會隨著Ag品位的提升而增加，其相關性其決定了Ag元素對找礦具有重要指導作用。巖漿則能夠使地幔中成礦熱液中Au元素與As元素增加，豐富礦液中金質(zhì)，因此As元素也經(jīng)常被視為Au伴生元素之一。

斷裂極大程度上為地幔含礦熱液的逐步提升提供了空間，并同時吸收巖群中產(chǎn)生的金質(zhì)。前鋒巖漿升高過程中的沖擊力會導致周圍淺部圍壓較小巖層出現(xiàn)大量裂縫，在其內(nèi)部填充的巖漿冷卻后慢慢形成封閉環(huán)境，其內(nèi)部溫度與壓力也隨之增加[4]。如果巖漿活動的熱液內(nèi)部壓力超出圍巖承受范圍，則會出現(xiàn)隱爆情況，從而在封閉環(huán)境中進入斷裂及碎裂巖孔隙中與地表水混合。完成圍巖間的水巖交換，改變了圍巖中的成分及屬性，形成富含礦物與揮發(fā)成分的潛火山巖漿期后熱液。隨著地層中物理化學條件的改變，Au與Ag元素慢慢累積，在經(jīng)過蝕變與疊加礦化后逐漸形成金礦床。

2 金礦床找礦預測模型

根據(jù)金礦床成礦結構，建立一個具有較強預測性能的找礦預測模型。利用礦床結構認證相關數(shù)據(jù)形成三維模型，從而達到深層次控礦特征與找礦指標。由于考慮到模型非結構化數(shù)據(jù)集影響，需要形成一種直觀的解決方案，構建出空間直觀三維模型[5]。在模型構建中，直接構建三維模型需要大量訓練樣本。因此模型采用樣本要求較小的二維CNN，捕捉空間相關數(shù)據(jù)，形成骨干網(wǎng)絡構成深度網(wǎng)絡模型。其構建流程，如圖1所示：

圖1 找礦預測模型構建流程

由于礦床導礦構造與容礦構造中包含了熱液的圈閉、運移與沉淀。因此對斷裂面形態(tài)與分布開展深度學習，在給定成礦結構條件下首先提取地質(zhì)模型形狀描述，并計算目標體元到模型的投影距離，將其作為目標體元主要裂面制約反應。在這一基礎上，地質(zhì)模型的形狀描述與投影深度多為二維多通道圖像。因此，利用模型獲取礦化具體現(xiàn)實性特征，并建立人工建立找礦指標。通過推斷目標區(qū)域成礦概率，完成找礦預測。利用找礦模型獲得礦床高危信息特征，同時能夠考慮到成礦空間中蘊涵的更廣的成礦信息。這種預測模型，相較于以往預測模型能夠更好針對礦床空間內(nèi)某點做出找礦指示，并且不會對測試性能產(chǎn)生影響。

找礦預測模型中根據(jù)礦床表面特征反應地質(zhì)區(qū)域局部走向與傾角，因此模型中計算計算每個頂點的法向量。通過計算每個模型的法向量，將所有與給定頂點相連接，得到單位法向量平均值，其公式為：

其中，∏為連接到頂點集合；απi為頂點連接形狀πi的面積；N(πi)為頂點連接形狀πi的法向量。

根據(jù)礦石分布熱河特征，利用其熱傳導與熱擴散理論來尋找N0區(qū)域內(nèi)P1與P2兩點間t時刻的熱流：

其中，λi為礦體第i個特征值；φi為礦體第i個特征向量。

找礦模型中由于表面幾何敏感，從而反映出固定幾何形狀。在給定點P在模型中形態(tài)特征在給定點P的形態(tài)特征上，繼承了熱核形狀特征，允許其從多尺度上捕獲制定時間內(nèi)的相鄰信息，同時其對噪聲與形狀擾動具有魯棒性，對三維找礦預測模型誤差并不敏感。

對于找礦預測模型中的噪聲與擾動所具有的不變形與魯棒性，其基本思想為在測定，某一區(qū)域表面處目標時，其表面離子演化受到波函數(shù)控制。若其表面有一位置位置離子，測定其能量近似值，并利用期望值計算能量概率分布。在目標特征測量隨時間變化獲取成礦平均概率，并在各范數(shù)中呈相互正交，簡單選擇適當目標能量分布來描述模型表征與實際匹配情況。

3 結語

金礦床成礦結構特征及找礦預測模型分析中可以發(fā)現(xiàn)。金礦床大多呈透鏡狀、條帶狀及似層狀，受斷裂構造控制。通過對金礦床地質(zhì)、地層以及化學元素等指標分析，從而總結礦床成礦特征。根據(jù)成礦結構特征提出一種預測效果更為精準的找礦預測模型。以礦化信息定量關聯(lián)為基礎，建立三維預測模型，提供礦床深部成礦指示。相較于以往找礦模型，這一找礦預測模型有效性與準確性準得到較大提升，為今后金礦床資源評估提供更加可靠數(shù)據(jù)。