張慶海 胥迎紅 李調(diào)麗

（1.GENERAL MⅠNⅠNG GROUP，LDA；2.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司；3.中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司）

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對各種礦 產(chǎn)資源的需求也大幅度增加，國內(nèi)主要礦產(chǎn)資源品位低，貧礦多而富礦少，規(guī)模小，人均占有的資源儲量非常低。當(dāng)前國內(nèi)礦產(chǎn)資源供給很難滿足國內(nèi)高速發(fā)展的要求，因此礦產(chǎn)資源對外依存度不斷上升，越來越多的企業(yè)開始海外風(fēng)險勘查及礦業(yè)項目并購，以便保障國家資源供給［1］。境外資源勘查面臨一系列問題，如可供開發(fā)的新礦床發(fā)現(xiàn)概率低和勘查風(fēng)險高，因此，急需探索找礦新技術(shù)等［2-3］，以便實現(xiàn)海外資源勘查快速突破。

陳江等［4］在評價四川鹽源地區(qū)資源潛力過程中，依據(jù)ASTER遙感數(shù)據(jù)提取蝕變礦化信息，結(jié)合典型勘查模型，利用模糊邏輯和指數(shù)邏輯對蝕變礦物的氧化含量和豐度進(jìn)行了分析，最終圈定找礦靶區(qū)，經(jīng)過工程驗證，實現(xiàn)了快速找礦效果。劉耀輝等［5］通過研究礦床成礦規(guī)律，指導(dǎo)盧安夏盆地深邊部找礦，總結(jié)容礦巖石、控礦構(gòu)造、礦化富集規(guī)律，以加強(qiáng)礦產(chǎn)資源勘查和項目開發(fā)管理能力。

以往找礦方法多是單一勘查技術(shù)的應(yīng)用，尚未涉及綜合找礦標(biāo)志識別問題。為此，本研究在分析老撾主要銅礦類型基礎(chǔ)上，針對性地設(shè)計一種綜合找礦標(biāo)志判別方法，以便為老撾銅礦綜合找礦提供一種快速、高效的手段。

1 綜合找礦標(biāo)志判別方法

1.1 老撾主要銅礦的成礦信息三維空間構(gòu)建

在本次設(shè)計中，進(jìn)行老撾主要銅礦的成礦信息三維空間的構(gòu)建，過程如下。

（1）在定量提取成礦信息時，其數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是地質(zhì)體三維模型，即通過控礦因素的定量表達(dá)，獲得礦物主體的空間分布特點以及成礦地質(zhì)的條件［6］。因此，可以結(jié)合統(tǒng)計學(xué)理論，分析影響老撾礦化空間分布的地質(zhì)因素，進(jìn)一步在數(shù)據(jù)上為綜合找礦標(biāo)志和方向帶來助力。

老撾主要銅礦的空間分布在一定程度上受地質(zhì)體形態(tài)的影響，通過對老撾主要銅礦床成礦信息的三維空間分析，可以實現(xiàn)對主要銅礦床復(fù)雜地質(zhì)體走向和起伏程度的定量提?。?］，主要步驟敘述如下。

首先，采用A代表老撾主要銅礦的地質(zhì)體對象，Bhall表示球形結(jié)構(gòu)元素，采用形態(tài)濾波變換處理老撾主要銅礦的地質(zhì)體，變換之后的地質(zhì)體輪廓光滑程度往往都是由球形結(jié)構(gòu)元素的半徑來確定的［8］，那么形態(tài)濾波變換可以表示為

（1）開閉濾波：

（2）閉開濾波：

接著，采用全局集合運(yùn)算的方式，計算原始老撾主要銅礦地質(zhì)體A和綜合找礦趨勢形態(tài)ψ(A)，可以得到老撾主要銅礦地質(zhì)體的外凸部分集合和內(nèi)凸部分集合，計算公式為

（1）外凸部分集合：

（2）內(nèi)凸部分集合：

最后，利用趨勢—剩余分析的相關(guān)理論［9］，基于老撾主要銅礦地質(zhì)體趨勢和凹凸部分的信息提取結(jié)果，結(jié)合歐式距離變換，定量提取老撾主要銅礦地質(zhì)體的起伏程度，通過改變球形結(jié)構(gòu)元素的半徑，實現(xiàn)多個尺度下主要銅礦成礦信息的提取。

（2）考慮到不同程度的圍巖蝕變，老撾主要銅礦的成礦信息三維空間分析過程中，蝕變帶可以反映出老撾主要銅礦體的空間分布規(guī)律［10］。對于任意一個銅礦床的礦化立體單元Mi，該單元會受到周圍所有單元的影響，影響程度受單元之間的距離約束，在球形范圍內(nèi)，采用距離加權(quán)場描述老撾主要銅礦的礦化立體單元［11］。

假設(shè)在一個指定的范圍內(nèi)，存在蝕變帶立體單元m個，其蝕變場的計算方法：將老撾主要銅礦礦化立體單元與時變立體單元重合，場強(qiáng)的計算就是蝕變強(qiáng)度與周圍加權(quán)蝕變場強(qiáng)的累加，未重合部分的立體單元按照兩者之間距離平方的反比法加權(quán)計算蝕變強(qiáng)度，即

式中，M1表示2個立體單元重合的立體單元；i1表示重合立體單元的蝕變強(qiáng)度；j表示緩沖區(qū)內(nèi)部蝕變立體單元的編號；ij表示蝕變強(qiáng)度；N表示蝕變立體單元集合；dj表示歐氏距離。

1.2 綜合找礦標(biāo)志信息提取

參考光譜與像元光譜之間的矢量夾角表示曲線之間的相似程度，通過選擇合適的閾值，歸納并分類未知像元，達(dá)到識別綜合找礦標(biāo)志和方向信息的目的［12］，步驟如下。

未知像元計算公式為

式中，x表示像元光譜；y表示參考光譜。

對每一個像元光譜曲線X進(jìn)行分解，得到p個子分量，dpi表示能量分解系數(shù)，每一個子分量對應(yīng)的能量可以表示信號的能量，計算公式為

信號的總能量可以分解成不同子分量的能量和，即

綜合找礦標(biāo)志信息對應(yīng)的小波能量可以反映出每一個子分量的能量分布情況［13］，而能量分布情況可以通過計算子分量能量與綜合找礦標(biāo)志及方向信息總能量之比得到，計算公式為

信息熵是用來衡量每一種概率分布中包含綜合找礦標(biāo)志及方向信息量的大小，將每一個綜合找礦標(biāo)志及方向信息熵統(tǒng)計量定義為

通過計算每一個綜合找礦標(biāo)志及方向信息熵統(tǒng)計量，構(gòu)造p維找礦標(biāo)志及方向信息熵特征矢量T表示為

老撾主要銅礦中，由于不同種類礦物的診斷性光譜特征是不同的，可以反映出每一個子分量的能量分布特性，進(jìn)而分析出綜合找礦標(biāo)志信息熵統(tǒng)計量的差異［14］。因此，通過構(gòu)造綜合找礦標(biāo)志信息熵特征矢量，描述老撾主要銅礦的礦物光譜曲線特征，找到綜合找礦標(biāo)志及方向信息熵矢量差異比較大的特征區(qū)間，并為其設(shè)置權(quán)重，計算參考光譜與像元光譜之間的矢量夾角，根據(jù)夾角的余弦值來匹配老撾綜合找礦的蝕變礦物，達(dá)到提取綜合找礦標(biāo)志的目的。

1.3 綜合找礦標(biāo)志確定

本研究以老撾納勐銅礦區(qū)為例，說明成礦信息三維空間分析法的應(yīng)用。該礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于北東向瑯勃拉（Luangprabang）邦構(gòu)造—火山弧和北西向長山（Truongson）構(gòu)造—火山弧的交接部位，其深部斷裂和島弧的發(fā)育導(dǎo)致巖漿侵入和火山活動的多階段性，分布廣泛，相關(guān)成礦系列多樣，以銅礦為主，伴生金。納勐銅礦為典型的斑巖—矽卡巖多金屬礦床。

目前工作區(qū)工程揭露斷續(xù)長已達(dá)2.5 km，傾向延伸大于500 m，并且沿走向傾向未封閉，礦體的傾向延伸方向（勘探線南端）還沒有施工深孔進(jìn)行深部控制，從矽卡巖型礦床的成礦機(jī)理來看，深部存在尋找富大礦體的可能性。因此，本次實驗獲取的研究樣品主要取自地表中段、東段的銅礦體鉆探控制工程，共取26件樣品，其中銅礦體礦石研究樣品8件，鋅礦體礦石研究樣品10件，鐵銅礦體礦石研究樣品8件，所有樣品取自不同礦體的不同部位，代表了不同性質(zhì)的礦石加工技術(shù)性能。1∶1萬高精度磁測掃面工作主要追尋納勐礦區(qū)東部的南部灰?guī)r與北部花崗巖接觸部位的矽卡巖巖體、礦化體的走向及賦存狀態(tài)。工作區(qū)東部測區(qū)范圍8.4 km2，共布設(shè)31條測線，測線方向為南北方向。

共獲得了巖石、蝕變巖石、礦石標(biāo)本的磁性參數(shù)測定結(jié)果，礦區(qū)磁鐵礦、磁黃鐵礦及含磁鐵礦、磁黃鐵礦的矽卡巖與銅、鉛、鋅矽卡巖礦石、矽卡巖及圍巖的磁化率、剩余磁化強(qiáng)度有著明顯的磁性差異，如表1所示。

?

表1中，第一類是礦區(qū)內(nèi)的磁鐵礦、磁黃鐵礦及含磁鐵礦、磁黃鐵礦的矽卡巖以及銅、鉛、鋅矽卡巖礦石。這類地質(zhì)體的磁化率、剩余磁化強(qiáng)度都比較高，很容易與圍巖以及不含礦的矽卡巖進(jìn)行區(qū)分。第二類是不含礦矽卡巖。由于矽卡巖中不含礦化，磁性相對礦體比較弱小，但相對花崗巖、灰?guī)r及大理巖來說又比較高，其磁化率和剩余磁化強(qiáng)度處于中間位置。第三類是各類花崗巖和灰?guī)r及大理巖。這類巖體是本地區(qū)的大部分類型，大多不具備磁性，是一個很好的背景場區(qū)域。

值得一提的是，花崗巖及灰?guī)r基本無磁性，矽卡巖具弱—中等磁性，因此可以認(rèn)為該異常是由在灰?guī)r和花崗巖接觸帶部位的矽卡巖所引起，在東西2個高值區(qū)，矽卡巖化更加強(qiáng)烈，有可能形成矽卡巖型金屬礦床。

以上3類地質(zhì)體有著明顯的磁性差異，很適合采用高精度磁法測量方式來進(jìn)行地質(zhì)勘探，即獲取綜合找礦標(biāo)志。其中，與找礦標(biāo)志密切相關(guān)的主要為矽卡巖化、硅化和碳酸鹽化。

（1）矽卡巖化。工作區(qū)內(nèi)最為常見的蝕變類型，與礦化有著密切的關(guān)系，是最直接的找礦標(biāo)志。當(dāng)巖漿熱液與碳酸鹽圍巖交代強(qiáng)烈時，在接觸帶多形成鈣鐵輝石矽卡巖和石榴石矽卡巖，或兩者之間的過渡類型；當(dāng)巖漿熱液沿碳酸鹽圍巖裂隙充填交代時，則多形成符山石矽卡巖化；有時在接觸帶的外側(cè)灰?guī)r中也發(fā)育透輝石化。

（2）硅化。當(dāng)后期巖漿熱液沿早期花崗巖中的裂隙侵入時，硅化作用使裂隙兩側(cè)的巖石明顯變硬，石英顆粒次生加大；另一種為灰?guī)r熱液蝕變后的產(chǎn)物，較為常見。硅化作用往往伴有一定的礦化，因而也是一種重要的找礦標(biāo)志。

（3）碳酸鹽化。一種為灰?guī)r受巖漿熱液的影響發(fā)生重結(jié)晶，顆粒加大變粗常變?yōu)闂l帶狀大理巖，在礦區(qū)中較為常見；另一種為后期形成的碳酸鹽細(xì)脈，沿碳酸巖裂隙充填。

以上述獲取的相關(guān)找礦標(biāo)志為基礎(chǔ)，為了清晰地獲得礦區(qū)及周邊地區(qū)的構(gòu)造痕跡，對構(gòu)造的密度值、構(gòu)造方位產(chǎn)生的異常值、構(gòu)造中心對稱程度、構(gòu)造中交點數(shù)值等角度反射的出構(gòu)造特征延伸到三維空間上［15］，探索對成礦有聯(lián)系的信息，進(jìn)而為找礦標(biāo)志和方向提供預(yù)測。

由于構(gòu)造模型和塊體模型的橫截面深度不同，系統(tǒng)會據(jù)此自動生成構(gòu)造線和截面網(wǎng)絡(luò)，因此，對不同深度平面上的構(gòu)造線進(jìn)行研究，在截面網(wǎng)格上對應(yīng)位置的塊體上加載特征立方體單元，以中心對稱程度來描述構(gòu)造巖漿活動的規(guī)律，對斷裂帶的緩沖區(qū)域進(jìn)行分析，即可得出斷裂構(gòu)造帶的獨特之處［16］。在構(gòu)造帶塊體上下兩截面所處的塊體的差值能獲得兩截面之間的塊體信息構(gòu)造密度和構(gòu)造頻數(shù)，將其定量化，能夠形容一構(gòu)造發(fā)育的特征。通過分析老撾主要銅礦特征，除了區(qū)域性構(gòu)造，局部構(gòu)造特征也同樣可以進(jìn)行定量化的研討，采用方位異常度定量法分析老撾礦產(chǎn)的構(gòu)造方向及展布情況［17］。同理，觀察三維空間上的地質(zhì)構(gòu)造分布情況和發(fā)育情況在水平以及垂直方向上的特征，具體步驟如下。

（1）劃分主干斷裂分布區(qū)域。通過本次研究實際搜集的區(qū)域1∶5萬TEM影像圖，定量計算構(gòu)造點的數(shù)量來描述構(gòu)造的交匯特點；老撾地區(qū)的銅礦構(gòu)造的復(fù)雜程度，整個區(qū)域銅礦格架的整體特性是通過對緩沖區(qū)域中提取三維構(gòu)造頻率數(shù)量也就是網(wǎng)格中斷裂構(gòu)造形成的數(shù)量［18］。

（2）計算構(gòu)造等密度。構(gòu)造等密度是通過計算單位面積內(nèi)構(gòu)造線的密度情況，反映出該區(qū)域內(nèi)斷裂的發(fā)育程度，計算公式為

式中，j表示找礦標(biāo)志和方向的第j個塊體；Lj表示構(gòu)造等密度指標(biāo)；li表示第i條線性體被截取的長度；S表示塊體邊長；nj表示構(gòu)造總條數(shù)。

（3）提取找礦標(biāo)志及方向的主干構(gòu)造。主干斷裂分布區(qū)域的劃分是根據(jù)構(gòu)造等密度與構(gòu)造頻數(shù)的比值來確定的。構(gòu)造等密度、構(gòu)造頻數(shù)分別體現(xiàn)斷裂的長度、斷裂條數(shù)，等密度與頻數(shù)的比值大，說明這一區(qū)域斷裂長度大于數(shù)量，也就是說長斷裂發(fā)育得好［19］。

（4）提取找礦標(biāo)志及方向的局部構(gòu)造。構(gòu)造頻數(shù)除以構(gòu)造等密度得出的值作為局部構(gòu)造的定量化指標(biāo)。斷裂的數(shù)量較多、總長度較小的位置就是構(gòu)造頻數(shù)與等密度比值的高值區(qū)域，體現(xiàn)了局部區(qū)域的整體性。除此之外，還可以采用構(gòu)造方位異常度去定義局部構(gòu)造分析。要提取主干構(gòu)造以及局部構(gòu)造，需要計算數(shù)據(jù)列。1個塊屬性數(shù)據(jù)衍生另外1個新的字段屬性稱之為數(shù)據(jù)列計算，進(jìn)行計算的2個部分可以是數(shù)字、塊屬性、2個或者多個塊屬性，但是參與的2個數(shù)據(jù)必須是同一種數(shù)據(jù)類型［20-21］。一些特征的獲取通常是通過數(shù)據(jù)列計算實現(xiàn)，例如反映主體構(gòu)造特征值以及用于知識模型指導(dǎo)下的預(yù)測，都是通過等密度與頻數(shù)比值實現(xiàn)。權(quán)重值與塊屬性的乘積是一個屬性的預(yù)測權(quán)重，通過很多個屬性相加之和進(jìn)行運(yùn)算獲取最后的預(yù)測。

（5）計算構(gòu)造優(yōu)益度。構(gòu)造優(yōu)益度是以2個線性構(gòu)造的夾角和控礦權(quán)重來評價與找礦標(biāo)志和方向之間的關(guān)系，構(gòu)造優(yōu)益度比較高的地方對找礦是非常有利的，計算公式為式中，ε表示構(gòu)造優(yōu)益度；Si表示第i線性體在截面內(nèi)的長度；ωi表示控礦權(quán)重；θ表示構(gòu)造條之間的夾角；αi表示第i條線性構(gòu)造的方位角。

（6）確定綜合找礦標(biāo)志及方向。通過計算構(gòu)造中心對稱度，確定綜合找礦標(biāo)志及方向，計算公式為

式中，Si表示第i條構(gòu)造體的截面長度；θˉ表示方位角。

綜上所述，利用斷裂分布區(qū)域的劃分，計算了構(gòu)造等密度；通過提取找礦標(biāo)志及方向的主干構(gòu)造和局部構(gòu)造，計算了構(gòu)造優(yōu)益度，確定了綜合找礦標(biāo)志及方向。

2 實驗對比分析

為了驗證成礦信息三維空間分析法作為老撾銅礦綜合找礦標(biāo)志及方向判斷方法的有效性，結(jié)合上述搜集的區(qū)域1∶5萬TEM影像圖，進(jìn)行遙感解譯，影像覆蓋了該礦區(qū)和周邊地區(qū)，完成了南北寬41 km、東西長98 km、面積共4 000 km2的遙感影像分析，生成實驗參數(shù)，將其輸入到MATLAB仿真軟件中，以初始仿真環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，以上述工作過程獲得的歷史數(shù)據(jù)為對照，進(jìn)行仿真實驗。

引入文獻(xiàn)［4］和文獻(xiàn)［5］的綜合找礦標(biāo)志及方向確定方法作對比，從擬合程度和動態(tài)度2個方面進(jìn)行測試。

3種綜合找礦標(biāo)志及方向確定方法的擬合程度對比結(jié)果如圖1所示，圓圈內(nèi)三角塊越多，說明擬合程度越高，反之則低。

從圖1的結(jié)果可以看出，老撾銅礦綜合找礦標(biāo)志及方向判斷方法的擬合程度是最高的，原因是該方法對老撾主要銅礦的成礦信息三維空間進(jìn)行了分析，定量提取了老撾主要銅礦地質(zhì)體的起伏程度，使得其擬合程度較高，為老撾找礦標(biāo)志和方向提供了理論支持。

3種綜合找礦標(biāo)志及方向確定方法的動態(tài)度對比結(jié)果如圖2所示。

從圖2的結(jié)果可以看出，成礦信息三維空間分析法作為老撾銅礦綜合找礦標(biāo)志及方向判斷方法與實際的吻合程度較高，原因是該方法在確定綜合找礦標(biāo)志及方向之前，提取了綜合找礦標(biāo)志及方向信息，利用構(gòu)造等密度和構(gòu)造優(yōu)益度2個指標(biāo)，確定了綜合找礦標(biāo)志及方向，使得該方法的動態(tài)度較好。

3 結(jié) 語

本研究提出了成礦信息三維空間分析法作為老撾銅礦綜合找礦標(biāo)志及方向判斷方法，通過分析老撾主要銅礦的成礦信息三維空間，提取了綜合找礦標(biāo)志信息，實現(xiàn)了綜合找礦標(biāo)志的確定。結(jié)果顯示，該方法在擬合程度和動態(tài)度方面具有更好的應(yīng)用效果。