金属矿山深部资源三维智能预测理论与方法

当前,中国主要矿产大多面临后备资源不足问题,在大中型矿山深部寻找可接替资源已成为保障主要矿产的战略措施。然而,金属矿山深部找矿预测面临着矿床深部结构不清、深部控矿规律隐蔽、深部矿体空间定位难度大等关键问题,亟须建立适应矿山真三维空间要求的矿产资源预测与评价新理论并取得关键技术突破。针对这些问题,自20世纪80年代开始,笔者通过持续的探索和研究创新,先后提出隐伏矿体立体定量预测、深部资源三维可视化预测,最终提出并建立深部资源三维智能预测理论与方法,实现了矿床深部三维结构重建的自动化与精细化、深部控矿规律表征的定量化与透明化、深部成矿空间矿体定位的精准化与智能化。该理论与方法主要包括成矿系统分析与找矿概念模型构建、矿床深部结构贝叶斯数据同化三维精细重建、矿床深部地质结构三维几何-物质分析与成矿信息提取、深部矿体空间定位规律深度学习与三维预测等重要方法与关键技术。该理论与方法先后在山东胶西北金矿集区、甘肃金川铜镍矿等地取得成功应用,在矿区深部探获厚度大、高品位矿体,取得深部找矿突破。

铬污染迁移修复过程自适应仿真外挂系统计算与三维可视化数值模拟

铬污染迁移修复过程数值模拟是研究铬渣遗留场地铬污染三维时空分布,优化铬污染治理方案的重要手段。由于铬渣遗留场地存在三维结构及参数的时空异质性和修复技术的综合多样性,现有的数值模拟技术无法准确地模拟复杂场地铬污染迁移修复过程,为了解决这一问题,本文提出了铬污染迁移转化与修复过程模拟引擎–自适应外挂耦合计算架构及仿真范式。以某铬渣遗留场地为例,结合场地勘探数据,实验室数据以及监测数据,利用铬污染迁移修复过程模拟引擎–自适应外挂耦合计算架构,进行铬污染迁移修复过程模拟,得到了场地铬污染三维时空分布情况。

顾及构造改造的胶西北大尹格庄金矿床三维成矿预测

矿床在形成后常被构造改造,但现有三维成矿预测中对其关注较少。笔者选择胶东半岛大尹格庄构造蚀变岩型金矿为研究对象,采用基于不规则三角网(TIN)的构造复原方法还原被断裂错断的矿体与控矿断裂的三维结构,开展复原前后的矿化空间/控矿因素对比分析并实现深边部三维成矿预测。结果表明,构造复原方法消除了断裂和矿体被错断产生的空间距离及倾角变化;复原后的矿化分布具有更强的空间自相关性,被错断区域的矿化分布由分散变为连续。此外,相同参数下,复原后的预测模型比复原前模型具有更高的性能,说明对复原后的矿化分布和控矿指标之间的关联关系表达更加显著。因此,顾及构造改造的三维成矿预测有利于预测结果的准确性,可为大尹格庄矿床深部找矿工作提供可靠参考。

胶东焦家金矿床成矿过程热液蚀变化学反应数值模拟

焦家金矿床是胶东金矿集区中典型的破碎带蚀变岩型金矿床,存在明显的蚀变分带特征,然而,热液蚀变分带的形成条件及金沉淀化学反应的空间位置尚不够明确。本文利用TOUGHREACT软件对焦家金矿床含矿热液与围岩化学反应进行了模拟,旨在定量探讨该矿床热液蚀变过程。通过分析含矿热液与围岩发生的化学反应,构建热液蚀变成矿概念模型,模拟计算不同温压条件下成矿流体组分化学平衡浓度以及pH值的变化,研究成矿过程热液蚀变矿物的溶解与沉淀机制。模拟结果显示, Au+的化学平衡浓度在温度从280℃降至180℃的过程中呈明显下降趋势, Fe2+化学平衡浓度与Au+呈现相似的变化趋势,表明金矿物最佳成矿温度范围为180~280℃,成矿流体中Fe2+与[Au(HS)2]-络合物发生置换还原反应,促使金沉淀析出;不同温度和压力条件对成矿元素化学平衡浓度变化的影响表明,温度是控制金沉淀化学反应的关键因素,压力影响相对较小;而pH值模拟结果表明,热液蚀变反应过程中成矿流体pH值升高,成矿环境从酸性逐渐转变为中性、碱性,与传统地质手段分析结果一致,验证了模拟结果的有效性。上述研究结果表明,在温度驱动力作用下,成矿流体沿断裂侧向运移与围岩持续叠加的蚀变作用,形成了蚀变分带;在紧靠断裂带下盘的黄铁绢英岩化带,由于易发生多种蚀变的叠加以及成矿温度、pH值的变化,有利于金的沉淀富集。

金川铜镍硫化物矿床构造控矿定量分析

金川铜镍硫化物矿床是中国最大、世界第三大的岩浆熔离型铜镍硫化物矿床。前人对金川矿床成因及找矿勘查的研究多关注于岩浆来源和演化过程,对于构造控矿作用的定量化分析相对较少。本文综合地质图件资料和勘探工程数据,构建了金川矿床地质体的三维几何模型和包含Cu、Ni矿化分布信息的三维属性模型。随后运用空间距离分析、形态分析等方法定量提取了岩浆通道中轴线距离指标、断层空间距离指标、岩体顶底板距离比值指标、岩体底板起伏指标等构造控矿信息,并分析其矿化定位规律。结果表明:东、西岩体Ni、Cu品位等矿化指标与岩浆通道中轴线距离指标和断层距离指标具有明显的负相关关系。另外,西岩体矿化富集与岩体顶底板距离比值指标具有正相关关系,西岩体底板起伏指标取值为0 m或小于0 m时矿化富集更明显,而在东岩体这些趋势相对不明显。综上可知:F_(16-1)断层可能为早期的控矿断层,该断层以及其次级断裂可能为运移通道;金属硫化物倾向于在岩体底板的平缓处或较凹陷处富集成矿,尤以西岩体更为明显;推测西岩体原始产状较平缓,东岩体原始产状较陡峭。

胶东大尹格庄金矿床成矿过程数值模拟及其找矿意义

大尹格庄金矿床的形成涉及到构造变形、流体活动、热量传递和水岩反应等过程的相互耦合作用。利用FLAC3D数值模拟软件,结合现代矿化率概念,开展了大尹格庄金矿床力—热—流—化耦合的数值模拟,以探讨断裂、体积形变与化学过程耦合对金矿体就位的控制作用。研究结果表明:正体积应变、流体汇聚和金析出量(负矿化率)的高值区均位于控矿招平断裂倾角由陡倾向缓倾转换部位以及断裂局部起伏部位,与金矿体的实际空间分布相吻合,反映出成矿流体更多地汇聚、停留在这些部位,并发生强烈的化学反应,引起金的沉淀析出。这种多物理—化学过程在相同部位的耦合可能是控制大尹格庄金矿床形成的关键因素,基于该成矿规律,推测大尹格庄金矿区深部具有较大的成矿潜力。

基于非均衡数据的ADASYN-CatBoost测井岩性智能识别——以胶西北招贤金矿床为例

快速准确地识别覆盖区下伏地层与岩体,对于金属矿山地质找矿工作具有重要意义。针对矿床地层与岩体中复杂岩性分布的多样性和非均衡性,考虑测井响应特征与岩性之间的强非线性关系,提出了一种基于ADASYN非均衡数据处理和CatBoost机器学习的测井岩性智能识别方法。首先,利用ADASYN算法处理非均衡测井样本数据,根据小类样本加权分布生成合成样本;然后,采用CatBoost算法结合网格搜索以及十折交叉验证建立最优岩性识别模型;最后,通过模型输出的特征重要性及部分依赖图对岩性分类结果进行解译。以胶西北招贤金矿床实例测井数据为基础,针对10类岩性进行识别和解译分析,模型评价结果表明:测试集上的精确率、召回率和F1分数分别达到98.21%、98.20%和98.20%。将CatBoost岩性分类与GBDT、LightGBM算法进行对比,结果表明CatBoost分类效果最优,且均优于样本数据未均衡化处理的岩性识别效果。通过与实例录井剖面岩芯岩性进行对比,验证了模型分类结果的有效性。

危机矿山深部、边部隐伏矿体的三维可视化预测——以安徽铜陵凤凰山矿田为例

以安徽铜陵凤凰山矿田为例,通过综合地质研究,构建了矿体定位预测概念模型。在地质勘探数据和物化探数据集成的基础上,采用三维地质建模技术,对地层、构造、岩浆岩、矿体等地质体进行了推断和圈定,构建了地质体的线框模型与块体模型。基于定位预测概念模型和地质体三维块体模型,通过地质空间定义和立体单元划分,建立了岩体及其表面形态起伏、接触带、地层、褶皱、断层等控矿地质因素的三维栅格场模型。在定量分析控矿地质因素与矿化分布的关系的基础上,建立了反应这种关联关系的矿体立体定量预测模型。预测模型提供矿田深部(-1000m标高以上)所有50m×50m×50m立体单元的铜品位、铜金属量和含矿概率的预测结果。基于预测结果圈定了4个深部找矿立体靶区,为深部找矿工程的设计、布置提供尚未发现的隐伏矿体的位置、品位、金属量等信息的指导。

某铁合金厂地下水铬污染运移三维动力学过程数值模拟分析

地下水重金属污染运移规律对污染治理十分重要,重金属污染数值模拟是了解地下水重金属污染运移过程的重要手段,污染物运移模拟结果贴合实际变化规律很大程度上依赖于地下水重金属动力学运移模型、参数和算法的设置,国内尚缺乏可根据场地污染情况自定义数学模型与算法的地下水模拟软件。本文以铬污染为例,基于现有的勘察工程数据和实验得到的污染场地模型参数,构建铬污染运移三维动力学数学模型,自编模块实现有限差分离散化方法构建并求解三维数值模型,模拟六价铬在污染场地中的三维运移过程,为分析铬污染物运移规律提供技术支撑。

危机矿山深边部隐伏矿体立体定量预测研究——以广西大厂锡多金属矿床为例

危机矿山及老矿山深边部具有巨大的资源潜力,但深部潜在资源的寻找面临着巨大的困难和风险,这是由老矿山具有勘探开发程度高、预测评价及找矿向深部三维空间发展、矿山生产对物化探异常信息产生干扰等固有特点所决定的,因此,采用适合危机矿山找矿特点的预测评价新方法,是老矿山深边部资源评价找矿取得突破的重要因素之一。本文针对危机矿山可接替资源的评价和找矿问题,采用数据驱动和知识驱动相结合的方法,确立了隐伏矿体立体定量预测工作的核心流程即"地质数据集成-成矿信息定量提取-立体定量预测"。论文从场分析的观点出发,提出和建立了岩浆岩、地层岩性、断层和褶皱控矿作用的场模型以及矿化分布场模型,并通过连续模型的离散化实现了对地质控矿作用场模型的求解。采用统计分析和非线性规划方法,分析了地质控矿作用场与矿化指标之间的关联关系,提取出了地质因素控制矿化富集的定位定量参数,并根据这些参数得到了控矿地质因素定量指标集。基于矿化指标与控矿地质因素指标之间的关系,建立了立体定量预测模型,包括矿化数学模型和含矿性估计模型,对大厂矿区深边部区域进行了隐伏矿体的三维定位定量预测,建立了预测结果数据库,绘制了按标高水平的单元预测图,开发了预测结果可视化查询系统。按照预测结果设计施工的深部找矿钻孔在大厂长坡区深部和铜坑深部区发现了新的隐伏矿体,验证了预测模型及预测结果的有效性。

胶西北金矿集区深部成矿构造三维建模与找矿意义

胶西北地区是我国最大的金矿集区,近年来深部资源勘探在胶西北地区取得重大成果。深部勘探显示,胶西北深部金矿体的产出规律与浅部一致,严格受区域走滑断裂控制,因此深部资源的增储极大程度上依赖于对深部成矿构造形态、分布与结构等的认识程度。本文提出深部成矿构造三维建模方法,综合利用地质、地球物理、地球化学勘查等数据,建立浅部建模与深部推断相结合的初始模型,进而,采用多源数据耦合处理的方法,构建胶西北金矿集区三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂三条断裂带地下3000 m以浅的深部成矿构造三维模型。基于深部成矿构造三维模型,圈定了研究区深部金矿的12个找矿靶区,对深部找矿具有重要意义。

凤凰山矿田成矿地质体三维结构与控矿地质因素分析

安徽铜陵凤凰山铜矿正面临资源保有程度严重不足的问题,建立凤凰山矿田成矿地质体三维结构和控矿地质因素模型,开展矿田深部隐伏矿体立体定位预测具有重要的现实意义。凤凰山矿田矿床矿体的定位主要受接触带和断裂构造的复合控制,新屋里岩体与围岩呈侵入接触,局部地段超覆于围岩之上,接触带的形态和产状控制了矿体的空间分布。在分析矿田地质特征及与成矿关系的基础上,采用三维地质建模技术构建新屋里岩体、接触带、地层和张性断层等地质体的三维结构栅格模型。地质体三维结构模型表明,新屋里岩体结构复杂,向东南方向延伸,有大量的剧烈弯曲变形,向北东方向呈扇形;岩体与围岩的接触带构造控制了矿体的产出位置和空间分布;地层结构是一复式向斜;断层结构主要为4条走向北西的横向张性断层。采用数学形态学和欧氏距离变换相结合的方法,基于栅格模型对新屋里岩体的形态结构进行滤波分解和几何分析,获得岩体的二级趋势与二级起伏等结构成分。利用空间分析方法建立岩体热力场因素(dG)、岩体形态因素(wr1G、wr2G)、褶皱构造因素(dD3)和横向张性断层因素(dF)的三维栅格模型,制作统计数据散点图得到控矿地质因素与矿化指标的关联关系,以三维栅格模型表达矿化富集空间及其立体单元。地质体结构模型和控矿地质因素栅格模型可以描述各种地质体和控矿地质作用在空间中的分布,分析地质体三维结构、控矿地质因素与矿化空间分布的关联关系,为隐伏矿体立体定位预测提供空间分析依据和三维可视化模型。

基于勘查数据的胶东大尹格庄金矿床控矿地质因素定量分析

胶东金矿床集中产于伸展构造系统内,常常显示出明显的构造控矿特征,但前人提出的阶梯式成矿模式难以回答哪些构造特征真正控制了金矿床的形成。大数据时代的到来为地质勘查数据的挖掘、成矿规律的探索提供了新的途径。选择胶东地区的大尹格庄金矿床为研究对象,在系统收集勘查资料的基础上,通过空间分析技术对控矿因素的不同特征进行定量表达,进而分析其与金矿化的相关关系。分析结果显示招平断裂带的距离场因素与金品位和金属量均呈双峰分布特征,与大尹格庄金矿床存在的两类矿化相对应,直观反映了不同类型矿石的相对空间位置。断层的坡度与金品位近似呈高斯分布,品位峰值区累积了大量的金属量,暗示了成矿流体更多地在某一特定的坡度范围内汇聚、停留。断裂面的陡缓变化和起伏程度显著地影响了金的富集程度,能够清晰地区分出经济品位的矿石和矿化体并确定矿体的最有利部位。在蚀变带中最强烈的蚀变部位,金的沉淀量急剧增加,暗示蚀变带内相同的部位可能叠加了持续的热液交代或多次成矿作用。控矿因素大数据分析表明,招平断裂面的形态特征是控制大尹格庄形成的关键因素,这种规律可被推广到整个胶东地区的金矿床。

广西大厂矿田地质矿产数据库的研究与系统开发

大厂矿田地质矿产数据库及其管理系统实现了大厂矿田历年来积累的大量地质矿产资料的数字化存储和管理,是矿山企业信息化和专题研究的数据基础平台。通过资料现状与数据需求分析,将地质矿产资料划分为表格、文档、图件和目录簿四类。论文提出资料表(数据表、文档表、图件表)和分类树型目录结构属于两种不同的数据模型,可分别对原始资料(表格、文档、图件)和目录簿进行描述和存储;资料表可直接用关系数据库的二维关系表来表示。但目录簿具有与关系表的线型结构完全不同的非线性树型结构,对此作者建立了孩子关系表示法,从而实现了关系表对目录簿的树型结构的间接表示。通过数据需求分析、概念模型定义、逻辑结构设计、数据库的存储与运行维护设计,建立了大厂矿田地质矿产中央资源数据库GEODBS,开发了相应的数据库管理系统DCDBMAN。

基于TIN的地质界面三维形态分析方法与应用

现有的空间分析方法难以有效地提取地质界面空间形态这种控矿因素,针对该问题,基于三维地质建模、空间插值、地质场分析等方法,提出基于TIN模型的地质界面三维形态分析的新方法。该方法在使用三维TIN模型来模拟地质界面的基础上,使用空间几何和计算机图形学原理计算地质界面的一般几何形态参数(坡度、夹角等)和距离场,然后利用空间插值和趋势剩余分析技术,分级提取出地质界面的总体形态趋势以及形态起伏,最后以栅格模型来表达控矿地质因素场,实现各种控矿地质因素的定量模拟。以福建丁家山铅锌矿床的主要控矿地质界面为例进行三维形态分析。研究结果表明:采用基于TIN的地质界面三维形态分析方法能够更精确、更高效的提取地质界面的各种形态参数,有效的定量化表达控矿地质因素,在隐伏矿体立体定量预测中具有重要意义。

矿区深部隐伏矿体三维可视化预测方法

针对深部隐伏矿定位难题,经多年研究,提出以定位模型-成矿信息-三维预测为主线的隐伏矿体三维可视化预测方法。矿体定位概念模型实现成矿规律到矿化分布规律的转换,获得矿体空间定位量化指标;采用形态分析、距离场或缓冲区分析、蚀变场分析等空间分析方法,分析和定量提取成矿信息指标;采用非线性多元回归、三维模糊证据权等方法,建立矿体三维预测模型,对深部立体单元的品位、金属量和含矿性进行预测。以安徽铜陵凤凰山铜矿和金川铜镍硫化物矿床为例,展开矿区深部三维可视化预测研究。结果显示,该方法能够适用于不同类型矿床的深部找矿工作,对于深部找矿具有重要意义。

西天山阿希金矿床黄铁矿微量元素LA-ICP-MS原位测试及其指示意义

阿希金矿床是新疆西天山地区典型的低硫型浅成低温热液矿床。以阿希金矿床中的黄铁矿作为研究对象,在黄铁矿显微结构研究的基础上,利用LA-ICP-MS对黄铁矿的微量元素进行原位分析。研究结果表明:阿希金矿床的黄铁矿从早到晚依次划分为4个世代,分别是中粗粒压碎状黄铁矿(PyⅠ)、中细粒自形黄铁矿(PyⅡ)、中粗粒锯齿状黄铁矿(PyⅢ)和细粒黄铁矿(PyⅣ);该矿床黄铁矿具富As,Sb和Ni,贫Te和Se的特点,Co与Ni的质量分数之比即w(Co)/w(Ni)绝大多数小于1,反映出矿床的成矿温度较低;黄铁矿中As,Sb,Co和Ni多以类质同象的形式存在;Au和Ag在PyⅡ中多以银金矿包裹体的形式存在,PyⅢ中则多以自然金和自然银的形式存在;Pb,Cu和Zn则多以包裹体的形式存在。推测PyⅠ可能形成于早期火山热液与大气降水流体叠加改造的热液环境,而PyⅡ和PyⅢ形成于以大气降水为主的热液环境。

基于场模型的成矿信息提取方法研究——以桂西-滇东南锰矿为例

文章针对矿产资源GIS评价中成矿信息尤其是地质信息提取不充分的问题,提出了一种基于场模型的成矿信息提取方法即成矿信息场分析方法,并以桂西-滇东南地区锰矿为例进行了成矿信息的场分析提取实例研究。通过成矿信息的距离渐变性和影响叠加性的特征分析,引入场论概念,讨论了成矿信息的场模型表达方法,包括成矿影响场模型和成矿距离场模型。利用场论叠加原理和空间距离分析方法,借助参数方程和积分方法,推导出了地质体(点状、线状和面状)的成矿影响场数学模型和成矿距离场数学模型。在成矿背景分析的基础上,利用成矿信息场分析方法,建立了同生沉积断裂和成锰沉积盆地的成矿信息场模型,分析了同生沉积断裂和成锰沉积盆地的成矿信息场与锰矿化分布的空间关联关系。实例分析表明,成矿信息场分析方法可有效地提取研究区同生沉积断裂、成锰沉积盆地的控矿信息,提取结果具有显著的统计效果和明确的地质意义。

地质体的三维形态分析方法与应用

针对隐伏矿体立体定量预测中复杂形态地质体的空间分析问题,利用数学形态学和欧氏距离变换理论,提出基于三维栅格模型的地质体三维形态定量分析的方法。利用开闭滤波或闭开滤波的数学形态学变换,构建地质体表面形态趋势的提取算法;将形态滤波、欧氏距离变换、全局集合运算结合起来,建立地质体形态起伏定量分析及分级提取模型;采用基于欧氏距离场的计算模型,提出地质体表面与趋势面夹角的提取方法。在建立地质体三维栅格模型的基础上,将地质体三维形态定量分析方法应用于安徽铜陵凤凰山矿田的新屋里岩体分析,实现地质控矿因素指标的定量提取。研究结果表明:采用该方法对地质体进行形态分析,可计算出地质体的各种形态参数,并提取出地质控矿因素量化指标,能有效地应用于隐伏矿体立体定量预测。

桂西-滇东南地区数字地形特征与次生富集锰矿空间分布关系研究

文章利用ArcG IS软件、数字地形分析和G IS空间分析技术,研究了桂西-滇东南地区DEM模型、数字地形特征及锰矿床矿点空间分布,揭示地形地貌特征与锰矿分布的空间关系。文章基于DEM对桂西-滇东南地区的地形因子进行提取和分析,并与锰矿床矿点的空间分布进行对比分析,推断出该地区有利于锰矿床产出分布的数字地形特征。分析结果表明,该地区锰矿分布于坡度小、起伏度小、切割微弱地带,这些地带有利于锰矿物的次生氧化富集。