許逢明，趙院冬，李成立，崔 健，吳大天，孫 巍

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽 110034；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國地質(zhì)調(diào)查局牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江牡丹江 157000；4.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京 210007)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人類社會對礦產(chǎn)資源的需求不斷擴大。然而已知礦產(chǎn)資源短缺，礦產(chǎn)資源的找尋難度不斷加大，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源的供需矛盾日益加大(陳建平,2019)。為了緩解礦產(chǎn)資源日益緊張的供需矛盾，在地表礦、淺部礦、易識別礦難以發(fā)現(xiàn)的情況下，找礦工作必須向地球深部進軍，開拓深部找礦空間，向深部索要能源資源，以保障國家的能源資源安全。取得深部找礦突破的關(guān)鍵在于查清深部地質(zhì)體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建深部地質(zhì)體三維模型，并開展深部找礦預(yù)測，圈定找礦靶區(qū)(陳建平,2019；毛先成等,2020)。

傳統(tǒng)深部三維地質(zhì)體模型通?；诘V床或礦體尺度，主要利用礦山開發(fā)及詳查勘探過程中的中段平面圖、勘探線剖面圖及海量鉆孔數(shù)據(jù)資料，利用顯式建模技術(shù)進行大比例尺三維地質(zhì)體建模，用于礦產(chǎn)資源/儲量估算及深邊部成礦預(yù)測(Kaufmann and Martin,2008;Zanchi et al.,2009;胡橋等,2018)。隨著找礦難度的加大，近些年基于礦集區(qū)尺度的三維地質(zhì)建模及深部找礦預(yù)測已成為研究的熱點,取得了不少研究成果，代表性的有：嚴(yán)加永等(2009)以銅陵礦集區(qū)1:5萬航磁數(shù)據(jù)三維反演成像為基礎(chǔ)，結(jié)合物理性質(zhì)參數(shù)和地質(zhì)信息，識別和圈定了礦集區(qū)巖體的空間分布；王功文等(2011)利用重磁數(shù)據(jù),在定性解譯地質(zhì)信息的基礎(chǔ)上,開展二度半正演方法定量解譯研究,并運用三維位場概率成像方法反演，解譯了欒川鉬礦集區(qū)的深部地質(zhì)體；祁光等(2014)在先驗地質(zhì)信息、反射地震剖面約束下，利用重磁三維反演技術(shù)建立了廬樅礦集區(qū)3D地質(zhì)-地球物理模型，初步闡明了基底、巖體、礦體、地層之間的空間分布及對應(yīng)關(guān)系;陳輝等(2015)以巖石物性和12條地質(zhì)剖面信息為約束，通過自主研發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)了重磁數(shù)據(jù)三維反演，解譯了九瑞礦集區(qū)主要地層和巖體分布特征；史蕊等(2018)在遷安鐵礦集區(qū)提出基于地質(zhì)與重磁數(shù)據(jù)進行三維地質(zhì)體建模，并采用信息量法進行了深部成礦預(yù)測；湯井田等(2018)在廬樅礦集區(qū)北部的礬山-將軍廟地區(qū)開展了三維音頻大地電磁數(shù)據(jù)采集工作，利用模塊化三維反演并行代碼ModEM開展了實測數(shù)據(jù)的三維反演，通過電性模型及其他地質(zhì)資料的綜合解釋，分別勾畫出了火山巖地層的厚度和深部侵入巖的分布范圍；王功文等(2021)在山東焦家-三山島、招平南段和遼寧五龍、青城子礦集區(qū)較系統(tǒng)地收集和構(gòu)建了地學(xué)大數(shù)據(jù)(礦集區(qū)-礦田-礦床尺度的地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理、遙感、地質(zhì)工程與地理高程等)，開展了礦集區(qū)三維地質(zhì)建模，并利用普通證據(jù)權(quán)、增強證據(jù)權(quán)、模糊證據(jù)權(quán)、邏輯斯蒂回歸、信息量和隨機森林等六種方法,開展了四個礦集區(qū)的勘探變量集成及其C-V分形的A、B、C三類靶區(qū)優(yōu)選。

現(xiàn)階段礦集區(qū)三維地質(zhì)體建模主要采用的是基于先驗地質(zhì)條件約束的重磁數(shù)據(jù)二維三維物性反演，很少采用重磁電三維聯(lián)合反演。多數(shù)學(xué)者側(cè)重于如何構(gòu)建三維地質(zhì)體模型，深部成礦預(yù)測方法研究相對薄弱，且主要采用的是基于二值數(shù)據(jù)的找礦信息量法及證據(jù)權(quán)法等(史蕊等，2018；俞嘉嘉等，2021)，少數(shù)采用基于連續(xù)數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)方法，如隨機森林、支持向量機及邏輯斯蒂回歸等方法(向杰等，2019；張士紅和肖克炎，2020；王功文等，2021)。

筆者通過實施科技部重點研發(fā)計劃“典型礦集區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)與礦體定位”課題，選擇多寶山礦集區(qū)為研究對象，基于地質(zhì)及巖石物性約束的重磁電三維反演，在綜合地質(zhì)剖面解譯成果的基礎(chǔ)上，依托Micromine平臺，構(gòu)建礦集區(qū)3000 m以淺精細(xì)三維地質(zhì)體模型，并以多寶山、銅山銅礦體三維實體模型為先驗數(shù)據(jù)模型，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)找礦模型，提取與成礦有關(guān)勘探變量，采用邏輯斯蒂回歸等機器學(xué)習(xí)方法，開展深部找礦預(yù)測并圈定深部找礦靶區(qū)，對優(yōu)選靶區(qū)給予鉆探證實，經(jīng)驗證深部發(fā)現(xiàn)厚大銅鉬礦體，實現(xiàn)了多寶山礦集區(qū)重大找礦突破。本次預(yù)測所獲得的靶區(qū)成果將為該區(qū)進一步深部找礦勘探提供方向。同時，本文所采用的技術(shù)方法流程可為其它礦集區(qū)深部找礦提供方法借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)和礦床特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

黑龍江多寶山礦集區(qū)位于嫩江市以北150 km，處于興安地塊的東北緣(圖1a)，是興蒙造山帶的重要組成部分，早古生代為多寶山島弧，晚古生代在島弧之上疊加了罕達(dá)氣弧間裂谷，中生代盆嶺構(gòu)造巖漿活動強烈。由北東向和北西向兩組斷裂構(gòu)造形成的多寶山-寬河菱環(huán)形構(gòu)造控制了區(qū)內(nèi)地層、巖漿和礦產(chǎn)的分布,是大興安嶺成礦省東烏珠穆沁旗-嫩江銅、鉬、金、銀、銻、鉛、鋅、鎢、錫成礦帶的重要組成部分。礦集區(qū)內(nèi)發(fā)育早古生代斑巖型-淺成低溫?zé)嵋盒豌~金礦，有多寶山銅礦、銅山銅礦和爭光金礦(向安平等，2012；Hao et al.，2015；Gao et al.，2017)等，均具有大型以上規(guī)模(圖1a)，礦集區(qū)外圍發(fā)育大量的中生代巖漿熱液礦床，如矽卡巖型三礦溝鐵銅金礦、小多寶山鐵銅礦、關(guān)鳥河鎢礦等(鄧軻等，2017；楊賀等，2020)，整個多寶山地區(qū)礦產(chǎn)資源潛力巨大。

礦集區(qū)內(nèi)沉積地層主要有奧陶系、志留系和泥盆系等古生界和少量三疊系、白堊系中生界(圖1b)。其中與成礦關(guān)系最為密切的是中奧陶統(tǒng)多寶山組，主要由形成于島弧-活動陸緣環(huán)境的鈣堿性火山巖組成。侵入巖以奧陶紀(jì)花崗閃長(斑)巖和中晚三疊世更長花崗巖、早中侏羅世花崗閃長巖、二長花崗巖為主。奧陶紀(jì)花崗閃長(斑)巖分布面積較大，侵入早古生代地層，是銅鉬礦成礦的主要巖漿巖；閃長巖、閃長玢巖規(guī)模較小，呈巖株和巖脈狀侵入多寶山弧盆系。

圖1 黑龍江多寶山礦集區(qū)構(gòu)造位置(a，據(jù)張興洲等,2006修改)及地質(zhì)礦產(chǎn)圖(b，據(jù)①修改)

1.2 礦床特征

多寶山銅(鉬)礦和銅山銅(鉬)礦是東北地區(qū)重要的銅礦資源供給地。從20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)歷了5個階段的勘探評價工作，基本查明淺層礦體形態(tài)規(guī)模和資源潛力，但對深部礦產(chǎn)資源的勘查評價上沒有太多實質(zhì)進展。

多寶山銅(鉬)礦床由4個礦帶215個礦體組成，其中主礦體14個。礦體主要賦存于奧陶紀(jì)花崗閃長巖體中，局部賦存于多寶山組一段(圖2)。主要蝕變有硅化、鉀化、絹云母化、青磐巖化、碳酸鹽化，與銅鉬礦化密切關(guān)系的是絹云母化帶。

圖2 多寶山銅(鉬)礦床地質(zhì)圖(據(jù)①修改)

銅山銅(鉬)礦床主要由3個主礦體及從屬礦體群組成，礦體受成礦后銅山斷裂控制，其中①號、②號礦體位于銅山斷裂的上盤，賦存于多寶山組蝕變安山巖、凝灰?guī)r中，③號礦體位于斷裂下盤，賦存于蝕變花崗閃長巖中(圖3)。礦化蝕變類型整體與多寶山銅礦一致。

圖3 銅山銅(鉬)礦床地質(zhì)平面圖(a)及剖面圖(b)(據(jù)①修改)

2 三維地質(zhì)建模

2.1 礦區(qū)尺度三維地質(zhì)建模

本次研究系統(tǒng)搜集整理了多寶山、銅山銅礦區(qū)有關(guān)的地質(zhì)勘探資料(勘探報告和礦區(qū)地質(zhì)圖、礦區(qū)地形圖、勘探線剖面圖、中段平面圖等圖件)(圖4)、鉆孔資料等860余份,建立了包含70條勘探線剖面、23份中段平面、427個鉆孔(總進尺18.4萬米)的礦區(qū)地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(圖5)。

圖4 多寶山-銅山礦區(qū)勘探線剖面

圖5 多寶山-銅山礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)

在Micromine三維建模軟件平臺下，通過在勘探線剖面圖上勾勒、提取不同地質(zhì)體、蝕變帶、礦化體的邊界輪廓，然后在中段平面圖、鉆孔約束下應(yīng)用顯式建模法，將不同剖面上同一地質(zhì)體輪廓進行連接，構(gòu)建各地質(zhì)體、蝕變體、礦體的線框模型，最后通過三維布爾運算處理空間關(guān)系，建立了多寶山斑巖銅(鉬)礦床(4 km2，600 m以淺)及銅山斑巖銅(鉬)礦床(3 km2，800 m以淺)兩個礦床三維地質(zhì)模型。

2.1.1 多寶山銅(鉬)礦床

多寶山銅(鉬)礦床建模地質(zhì)體主要有：奧陶系中統(tǒng)多寶山組一段(O1d1)、中奧陶世中?；◢忛W長巖(γδO2)、花崗閃長斑巖(γδπO2)、中晚三疊世更長花崗巖(γgT2-3)和礦體(①至④號)共5類(圖6)。從三維地質(zhì)模型中可以看出①、②、④號礦帶主要位于花崗閃長巖體中，③號礦帶主體位于花崗閃長巖中，部分位于多寶山組一段。

圖6 多寶山礦區(qū)各類地質(zhì)體三維實體模型

三維模型顯示蝕變體分帶清晰，由內(nèi)至外主要有：鉀長石石英化(KQ)、黑云母鉀長石化(KB)、石英絹云母化(QS)、綠泥石絹云母化(MS)、青磐巖化(P)、碳酸鹽化(C)(圖7)。主礦體主要與綠泥石絹云母化蝕變密切相關(guān)。

圖7 多寶山礦區(qū)蝕變分帶三維實體模型

2.1.2 銅山銅(鉬)礦床

銅山銅(鉬)礦床建模地質(zhì)體主要有：中奧陶統(tǒng)多寶山組一段(O1d1)、銅山組(O2t)、奧陶紀(jì)花崗閃長巖(γδO2)、銅山斷層(F)、礦體(①至③號)等組成(圖8)。①、②號礦體位于斷層上盤多寶山組一段(O1d1)中；③號礦體位于斷層下盤奧陶紀(jì)花崗閃長巖(γδO2)中。

圖8 銅山礦區(qū)各類地質(zhì)體實體模型

斷層上盤蝕變以綠泥石-絹云母化(MS)和青磐巖化(P)為主，靠近斷層為綠泥石-絹云母化(MS)，遠(yuǎn)離斷層為青磐巖化(P)(圖9)。①、②號礦體主要賦存在綠泥石-絹云母化蝕變帶中。斷層下盤蝕變分帶比較明顯，靠近斷層、深部主要為鉀長石-石英化(KQ)，遠(yuǎn)離斷層逐漸變?yōu)闉槭?絹云母化(QS)、綠泥石-絹云母化(MS)和青磐巖化(P)，③號礦體賦存于石英-絹云母化帶中。

圖9 銅山礦區(qū)各類蝕變分帶實體模型

2.1.3 斑巖型銅礦區(qū)域找礦地質(zhì)模型

根據(jù)多寶山、銅山銅礦的礦床尺度三維地質(zhì)模型特征，再結(jié)合前人對該地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)、成礦規(guī)律及成礦模式的認(rèn)識(劉楊等，2008；向安平等，2012；蔡文艷，2020)，本文梳理總結(jié)了多寶山礦集區(qū)斑巖型銅礦區(qū)域找礦模型(表1)。

表1 斑巖型銅礦區(qū)域找礦模型

2.2 礦集區(qū)尺度三維地質(zhì)建模

為查明礦集區(qū)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，在收集多寶山礦集區(qū)1:5萬高精度重力測量及1:1萬航磁測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開展實施了84 km2的1:2.5萬地質(zhì)填圖和廣域電磁測量(網(wǎng)度150 m×150 m)工作(圖10)，采集相關(guān)地質(zhì)體巖石物性標(biāo)本,并進行統(tǒng)計分析。

圖10 多寶山礦集區(qū)廣域電磁法實際材料圖

2.2.1 重磁電三維物性反演

對重磁數(shù)據(jù)通過向上延拓進行重、磁異常場分離處理，區(qū)分深源和淺源場，提取剩余重磁異常作為目標(biāo)場，以巖石物性及鉆孔數(shù)據(jù)為約束，進行三維重磁物性反演。為了更清晰反映盆地的總體格架和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重力采用上延3 km后的剩余場作為目標(biāo)場，磁力采用匹配濾波后的剩余場作為目標(biāo)場，為了消除邊界效應(yīng)，重磁采用150 m×150 m×75 m的矩形體為基本剖分單元，各方向的剖分?jǐn)?shù)分別為：東向：136個，北向：143個，深度方向：75個，共剖分了1458600(約145.8萬)個網(wǎng)格單元。

在具體反演工作中，采用多次精細(xì)反演、多次對比研究的方法，每獲得一次反演結(jié)果，都切取二維重力、磁力反演剖面，并與相應(yīng)的廣域電磁法反演剖面對比研究，再結(jié)合巖石物性、鉆孔數(shù)據(jù)及1:2.5地質(zhì)圖等地質(zhì)約束資料，調(diào)整參數(shù)反復(fù)反演計算，最后確立重磁三維物性反演模型。

重力最終采用的主要參數(shù)值為：各方向相關(guān)系數(shù)αs=0.0001，αx=1，αy=1，αz=1，即在三個方向上的平滑度一致。參考模型采用零空間模型，即背景密度值設(shè)置為0。為了抵消場源到觀測面的距離造成的衰減，反演時采用深度加權(quán)，加權(quán)因子為2。重力反演經(jīng)過34次迭代后，迭代擬合均方誤差(RMS)達(dá)5%時完成反演計算。

磁力最終采用的主要參數(shù)值為：各方向相關(guān)系數(shù)αs=0.00015，αx=1，αy=1，αz=1，即在三個方向上的平滑度一致。參考模型采用零空間模型，即背景磁化率值設(shè)置為0。為了抵消場源到觀測面的距離造成的衰減，反演時采用深度加權(quán)，加權(quán)因子為3。磁力反演經(jīng)過42次迭代后，迭代擬合均方誤差(RMS)達(dá)8%時完成反演計算。

電法三維反演主要采用的是中南大學(xué)戴世坤老師的“廣域電磁三維反演成像解釋一體化系統(tǒng)”，其采用積分方程、譜方法和有限元相結(jié)合的高效高精度數(shù)值模擬方法，應(yīng)用了帶地形反演和帶源反演技術(shù)，采用六面體剖分，迭代次數(shù)12次，擬合誤差小于5%，完成反演計算。

2.2.2 礦集區(qū)尺度三維地質(zhì)體建模

在三維重磁電物性反演模型的基礎(chǔ)上，切取廣域電磁法采集剖面位置的重力、磁力、廣域電磁反演斷面及部分剖面采集的二維地震斷面，結(jié)合地表圖切地質(zhì)剖面及鉆孔數(shù)據(jù)，進行重磁電綜合地質(zhì)解譯(圖11)。共解譯了93條地質(zhì)剖面(骨干剖面29條，重點礦區(qū)剖面32條，普通剖面40條)，獲取了礦集區(qū)深部(3000 m以淺)高精度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征信息。在此基礎(chǔ)上，在Micromine平臺下,采用基于輪廓線的顯式剖面法進行三維地質(zhì)體建模。

圖11 170線重、磁、電綜合地質(zhì)解譯斷面

建模過程主要分為：(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，將Surfer文件格式的2D地球物理綜合解譯地質(zhì)剖面圖，經(jīng) Auto CAD 的DXF格式、Mapgis的WL格式轉(zhuǎn)為 Micromine 的STR格式文件，其間發(fā)生線文件的坐標(biāo)校正、三維變換等操作，最終形成多寶山礦集區(qū)各類地質(zhì)體三維輪廓線線串模型(圖12)。(2)剖面連接建模，從93條剖面上逐個提取不同建模單元(地層、巖漿巖、斷裂構(gòu)造)的線串，依次將同一建模單元相鄰的線串相連形成線框文件，經(jīng)鉆孔等校正后，進行賦屬性和反復(fù)校驗、布爾運算，建立三維地質(zhì)體模型。

圖12 多寶山礦集區(qū)各類地質(zhì)體三維輪廓線線串模型

(1)三維地層模型

由多寶山礦集區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖可知(圖1),礦集區(qū)出露的地層主要為奧陶系多寶山組及少量銅山組。由于銅山組與多寶山組地層物性差異較小，且銅山組規(guī)模較小，因而將兩者合并為一體，統(tǒng)一命名奧陶系(O)。從三維地質(zhì)模型圖可知，在礦集區(qū)南部，奧陶系保存相對較完整，殘留厚度200～2200 m，總體具有西南側(cè)厚，中北部及南部薄，自南西向北東呈現(xiàn)出厚、薄交替變化的特征，巖體發(fā)育地區(qū)地層缺失或厚度急劇減薄。其余地層建模單元包括前奧陶系基底(物探解釋推斷)(An)、三疊系(T)等(圖13)。

圖13 地層三維實體模型

(2)三維巖體模型

多寶山礦集區(qū)主要的巖漿巖建模單元分為中晚三疊世花崗閃長巖(γδT2-3)、中奧陶世花崗閃長巖(γδO2)和早白堊世閃長巖脈(δ)等3類。巖體三維實體模型顯示(圖14)，中奧陶世花崗閃長巖(γδO2)主要分布于礦集區(qū)中部多寶山-銅山礦區(qū)，少量分布在西南部等地，呈巖株狀產(chǎn)出；中晚三疊世花崗閃長巖(γδT2-3)主要分布在礦集區(qū)東北角，呈巖枝狀產(chǎn)出；早白堊世閃長巖脈(δ)呈巖株、巖脈狀均勻分布在礦集區(qū)。

圖14 巖體三維實體模型

(3)三維斷裂模型

從三維斷裂模型顯示，礦集區(qū)斷裂較發(fā)育，規(guī)模變化大，在多寶山礦集區(qū)共解釋出9條大小規(guī)模不同的斷裂(圖15)。這些斷裂構(gòu)造分為北西向、北北西向、北東向、和近東西向，尤以北西向和北東向斷裂構(gòu)造最為發(fā)育。北東向、北西向為共軛斷裂構(gòu)造，共同構(gòu)成了多寶山礦集區(qū)的基本構(gòu)造格架。

圖15 斷裂三維實體模型

3 多寶山礦集區(qū)深部找礦預(yù)測

本次多寶山礦集區(qū)深部找礦預(yù)測基于以地質(zhì)條件為約束的重磁電三維物性反演，通過綜合剖面解譯，建立三維地質(zhì)體模型。以多寶山、銅山銅礦體三維地質(zhì)模型為先驗數(shù)據(jù)模型，根據(jù)斑巖銅礦區(qū)域找礦模型，利用“立方體預(yù)測模型”法(陳建平等，2014，2017)，提取與成礦有關(guān)二值變量(地層、巖體、構(gòu)造)、連續(xù)變量(重、磁、電)等7個勘探變量。利用GeoCube 3.0軟件(Li et al.,2016；王功文等,2021)邏輯斯蒂回歸深層次機器學(xué)習(xí)集成模塊(Agterberg et al.,1993；Schaeben，2014)，開展了研究區(qū)的多元地學(xué)勘探變量集成，經(jīng)由ROC模型(Obuchowski,2003;王運生等,2007；劉藝梁等,2010；柏堅和俞樂,2011)評估后驗概率。在可靠后驗概率的基礎(chǔ)上，利用C-V分形方法計算閾值以圈定深部找礦有利靶區(qū)(Jesus et al.,2013；李瑞喜等，2014)，并對找礦靶區(qū)開展評級評價。其具體流程見圖16。

圖16 三維地質(zhì)建模與定量預(yù)測評價技術(shù)流程圖

3.1 深部成礦預(yù)測方法介紹

邏輯斯蒂回歸是機器學(xué)習(xí)模型中一種重要的多元信息集成算法，已經(jīng)被廣泛用于礦產(chǎn)資源定量預(yù)測與評價以及區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價等方面(Agterberg et al.,1993；Emmanuel and Carranza，2001)。邏輯回歸模型屬概率型非線性回歸模型，通常用于研究因變量為二分類或多分類觀察結(jié)果與影響因素(自變量)之間關(guān)系。應(yīng)用邏輯斯蒂回歸進行礦產(chǎn)資源定量預(yù)測與評價，可以將已知礦床看作因變量，將控礦地質(zhì)變量看作二分類或多分類的自變量，應(yīng)用其算法預(yù)測未知區(qū)域礦床出現(xiàn)的后驗概率。邏輯斯蒂回歸算法可以獲得預(yù)測因子聯(lián)合分布的真條件概率，并且響應(yīng)變量是對數(shù)線性形式(Schaeben,2014),且不需要各個控礦變量之間滿足條件獨立假設(shè)，該算法更適合因變量與自變量之間呈非線性關(guān)系。

ROC模型即接收者操作特征曲線(Receiver Operating Characteristic Curve)，是反映敏感性和特異性連續(xù)變量的綜合指標(biāo)(Obuchowski,2003;王運生等,2007)。ROC曲線上每個點反映著對同一信號刺激的感受性，用來評估多元信息集成后驗概率的精度和可靠性。其通過AUC(Area Under Curve)值(定義為ROC曲線下的面積)，來衡量預(yù)測模型的準(zhǔn)確度(劉藝梁等,2010；柏堅和俞樂,2011)。由于ROC曲線一般都處于y=x這條直線的上方，所以AUC的取值范圍一般在0.5和1之間，值越大則代表模型預(yù)測準(zhǔn)確度越高。

豐度-體積(C-V)分形理論作為一種重要的非線性數(shù)學(xué)方法，近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地球化學(xué)異常提取、成礦遠(yuǎn)景區(qū)劃分等地學(xué)研究的各個領(lǐng)域中(Afzal et al.,2011;李曉輝等，2011；Jesus et al.,2013;李瑞喜等，2014；劉治博等，2017)。分形是局部和整體以某種方式相似，它們的局部和整體的某種相似性并不是在任何尺度上都成立的，通常只是在某些特定的尺度范圍內(nèi)才成立分形。而且地質(zhì)現(xiàn)象中產(chǎn)生的分形大多數(shù)屬于無規(guī)則的分形，其特點是不具有嚴(yán)格的自相似性，只是在統(tǒng)計意義上是自相似的，體現(xiàn)在雙對數(shù)統(tǒng)計圖中即具有相同或相似特征的一類事物通常近似分布于同一條直線段上。用最小二乘法分段擬合直線，背景值和遠(yuǎn)景區(qū)可以對應(yīng)于不同的斜率值，不同線段所對應(yīng)的分界值往往可作為區(qū)分背景區(qū)和遠(yuǎn)景區(qū)或者是不同級別遠(yuǎn)景區(qū)的臨界值。

3.2 深部有利成礦特征變量提取

參照多寶山礦集區(qū)廣域電磁法精度(150 m×150 m)，本次礦集區(qū)立方體塊模型按100 m×100 m×50 m單元塊建立，共有511177個單元塊。根據(jù)區(qū)域找礦模型(表1)，以多寶山銅礦、銅山銅礦為先驗數(shù)據(jù)模型(因變量)，以奧陶系(O)、奧陶紀(jì)花崗閃長巖體(γδO2)、北西、北東向斷裂緩沖(F)、視密度體、視電阻率體、磁化率體等6個變量為控礦地質(zhì)變量(自變量)，在三維空間將上述模型體屬性賦予已建立的礦集區(qū)立方體塊模型(圖17)。具體賦值方法如下：已知礦體、O、γδO2、F實體模型為二值型數(shù)據(jù)，礦集區(qū)立方體塊位于上述實體模型之內(nèi)，賦值1，位于上述實體模型之外，賦值0，其中斷裂經(jīng)實驗緩沖50 m、100 m、200 m，100 m緩沖恰好包含已知礦體，因而取斷裂緩沖100 m。視密度體、視電阻率、磁化率體模型為連續(xù)性數(shù)據(jù)，采用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)距離反比加權(quán)法為礦集區(qū)立方體模型賦值，調(diào)整搜素半徑大小，使每個立方體塊都有屬性值。其賦值結(jié)果見表2。

圖17 預(yù)測變量實體模型

表2 成礦有利特征變量

3.3 邏輯斯蒂回歸法成礦預(yù)測

將礦集區(qū)全部立方體塊屬性數(shù)據(jù)文件(圖18a)導(dǎo)入Geocube 3.0，利用邏輯斯蒂回歸算法進行有利成礦信息集成，計算各個單元塊成礦后驗概率，經(jīng)計算立方體單元塊成礦后驗概率范圍為0.00000060～0.07029824，建立成礦后驗概率立體圖(圖18b)，并統(tǒng)計了成礦后驗概率的分布曲線(圖18c)。

利用ROC曲線模型評估成礦后驗概率，其AUC值為0.88，接近1(圖18d)，表明后驗概率估算結(jié)果較為可靠。

圖18 邏輯斯蒂回歸法預(yù)測結(jié)果

3.4 深部找礦靶區(qū)評級與評價

利用C-V分形法劃分三級成礦遠(yuǎn)景區(qū)(圖19a)，其中一級遠(yuǎn)景區(qū)定義為傳統(tǒng)的找礦靶區(qū)。三級遠(yuǎn)景區(qū)劃分結(jié)果如下：按后驗概率≥0.005010，圈定三級(C級)成礦遠(yuǎn)景區(qū)，共8處(圖19b)；在三級遠(yuǎn)景區(qū)的基礎(chǔ)上，按后驗概率≥0.006094，圈定二級(B級)成礦遠(yuǎn)景區(qū)，共9處(圖19c)；在二級遠(yuǎn)景區(qū)的基礎(chǔ)上，按后驗概率≥0.007746，圈定一級(A級)成礦遠(yuǎn)景區(qū)(找礦靶區(qū))，共8處(圖19d)。

圖19 多寶山礦集區(qū)三級成礦遠(yuǎn)景區(qū)

在圈定找礦靶區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)靶區(qū)強度(強度C1=靶區(qū)體積V1×靶區(qū)后驗概率平均值P1)，結(jié)合靶區(qū)所在位置成礦地質(zhì)特征，對深部所圈靶區(qū)進行排序和優(yōu)選，并利用體積豐度法，根據(jù)多寶山、銅山銅礦銅礦石平均指標(biāo)，取礦石密度2.7 g/cm3,平均品位0.4%，預(yù)估靶區(qū)潛在銅資源量，其結(jié)果見表3。

3.5 靶區(qū)驗證

根據(jù)上述深部靶區(qū)評級評價的結(jié)果，排在第一位的是A-8靶區(qū)，其位于銅山銅礦床的南東方向，處于寶山組與奧陶紀(jì)花崗閃長巖體的接觸部位，成礦地質(zhì)背景較為有利。為此本次研究將A-8靶區(qū)作為深部鉆孔驗證的優(yōu)選區(qū)域。

本次研究在前人認(rèn)識的基礎(chǔ)上(杜琦等2008；金山巖等2014；龐緒勇等，2017)，通過三維模型精確恢復(fù)了銅山斷裂三維運動學(xué)過程。銅山斷裂為成礦后逆沖推覆斷裂，發(fā)生由南東向北西方向的推覆作用，三維運動學(xué)參數(shù)為：向西平移745 m左右，向北平移783 m左右，垂向上上升688 m左右(另文發(fā)表)。以此恢復(fù)②號礦體原有空間位置，并圈定②號礦體在斷裂下盤殘留的礦體分布范圍。三維模型顯示斷裂下盤殘存的②號礦體與A-8靶區(qū)空間上存在交集區(qū)(圖20a、20b)，該位置作為驗證的優(yōu)選區(qū)域。

圖20 優(yōu)選靶區(qū)布設(shè)驗證鉆孔過程圖解

在Micromine平臺下，將斷裂下盤②號礦體與A-8靶區(qū)做空間交集布爾運算(圖20c)，得出進一步優(yōu)先驗證的空間范圍C(圖20d)。將C區(qū)內(nèi)后驗概率高于0.00919立方體格子作為鉆孔驗證的首選區(qū)域(圖20e)，布設(shè)驗證鉆孔(圖20f)。

對圈定的最優(yōu)靶區(qū)位置紫金礦業(yè)實施了鉆孔驗證，鉆孔累計進尺1748.57 m，在1148.41～1512.05 m新發(fā)現(xiàn)連續(xù)的銅(鉬)礦體，穿礦厚度達(dá)363.64 m(圖21)，與設(shè)計鉆孔的見礦位置較為一致。新發(fā)現(xiàn)的礦體銅最高品位達(dá)4.38%，實際平均品位0.74%，其中銅平均品位0.9%以上礦段9段，厚度2～34 m，累計厚度130 m；銅平均品位1%以上礦段12段，厚度2～18 m，累計厚度76 m。

最優(yōu)靶區(qū)的成功驗證，表明了本文礦集區(qū)深部成礦預(yù)測方法的有效性。本次預(yù)測所獲得的其余靶區(qū)成果將為該區(qū)進一步深部找礦勘探提供找礦方向。同時，本文所采用的技術(shù)方法流程可為其他礦集區(qū)深部找礦提供借鑒。

圖21 新發(fā)現(xiàn)隱伏礦體立體圖

4 結(jié)論

本文通過在多寶山礦集區(qū)開展重磁電三維反演，建立了礦集區(qū)三維地質(zhì)體模型；根據(jù)區(qū)域找礦模型，利用“立方體預(yù)測模型”方法，提取了多元地學(xué)勘探變量，并利用機器學(xué)習(xí)等方法開展了深部找礦預(yù)測，圈定了系列找礦靶區(qū)。

(1)基于礦區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料，以鉆孔數(shù)據(jù)為約束，利用系列中段平面顯式建模技術(shù)，建立了多寶山銅鉬礦及銅山銅鉬礦三維地質(zhì)體模型及蝕變分帶實體模型(比例尺1:1000)?；?3條重磁電綜合地質(zhì)剖面解譯成果，在Micromine平臺下，利用平行剖面法顯式建模技術(shù)，建立了多寶山礦集區(qū)3000 m以淺三維成礦地質(zhì)體實體模型(比例尺1:2.5萬)。

(2)在礦集區(qū)三維塊體模型的基礎(chǔ)上，利用“立方體預(yù)測模型”方法，提取了與成礦有關(guān)二值型變量(成礦有利地層、巖體、構(gòu)造)、連續(xù)型變量(重、磁、電)等7個勘探變量，利用GeoCube 3.0邏輯斯蒂回歸深層次機器學(xué)習(xí)集成模塊，開展了研究區(qū)的勘探變量集成，經(jīng)由ROC模型評估后驗概率，在可靠后驗概率的基礎(chǔ)上，利用C-V分形方法計算閾值以圈定找礦有利靶區(qū)，綜合圈定深部找礦靶區(qū)8處，預(yù)估潛在銅資源量634萬噸。

(3)通過對找礦靶區(qū)開展評級評價。篩選出了最優(yōu)找礦靶區(qū)，并進行了鉆探驗證，經(jīng)驗證深部發(fā)現(xiàn)厚大銅鉬礦體，實現(xiàn)了多寶山礦集區(qū)深部重大找礦突破。

[注 釋]

① 黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院.2019.黑龍江1:5萬多寶山銅礦幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].