多点地质统计学的理论、方法、应用及发展现状

基于变差函数建模方法的两点地质统计学在表达和揭示复杂空间结构特征以及重建复杂地质体几何形态等方面存在不足,多点地质统计学,也称之为多点模拟(multiple-points simulations,简称MPS)应用训练图像代替变差函数来表征多点之间的空间关系及分布模式,因而可弥补传统两点地质统计方法的固有缺陷。自MPS理论与方法提出以来,它经历了近二十年的发展与完善,至今已形成了基于迭代和非迭代算法的2类MPS方法,前者主要有Simpat、Dispat、DS-MPS等算法,在研究初期应用较为广泛,但存在收敛条件难以满足、计算速度过于缓慢而难以应用于实际的不足。后者则克服了这些不足,发展较快,逐步取代了前者,是目前主要的MPS方法,具体包括Enisem、Snesim、Growthsim等算法。MPS发展初期主要应用于储层建模,之后逐渐被广泛地应用于解决裂缝模拟、数字岩心重构、地球物理约束反演等其他相关地学难题以及土壤学、计量经济学等诸多学科领域。近年来MPS方法是地质统计学中的热门与前沿研究方向之一,针对算法优化及其应用拓展的研究较多,但是目前仍然存在一些问题,如难以获取适当的训练图像、模拟地质体的连续性受限、与其他建模方法耦合时数据标准不一致等。

基于成矿条件数值模拟和支持向量机算法的深部成矿预测——以粤北凡口铅锌矿为例

随着计算机科学和地质大数据技术的迅猛发展,数值模拟和机器学习已成为当今地学领域定量发展的重要前沿方向。数值模拟综合运用了研究区地质、构造、地球物理、地球化学等多源信息,将成矿条件与过程进行量化模拟分析,对研究成矿动力学演化过程及成矿响应有重要意义,可对已有成矿要素/信息在时空上进行扩展/外推,扩大了成矿预测信息的广度和深度,为解决深部成矿预测中获取深部信息难题提供了一种可能的有效途径。支持向量机是一种重要的机器学习分类算法,它具有简洁、方便、高效和计算结果较稳定等特点,在众多领域中得以成功应用,是成矿预测中多源信息提取与融合的一种可靠的技术手段。为了充分利用数值模拟与机器学习的优势,本文提出将计算机数值模拟方法和机器学习(即支持向量机算法)相结合来进行深部成矿预测的新方法。以粤北凡口超大型铅锌矿为例,首先,对凡口矿区勘探线剖面进行构造应力场模拟;进而,以已知钻孔数据作为训练集和测试集,运用支持向量机算法对模拟结果中的不同参量(也即模拟所得的成矿条件)进行训练学习;最后,建立相应的定量找矿预测模型对研究区(或剖面)外围和深部找矿进行预测评价。研究结果表明,本文所建立的预测模型精确度和召回率都较好,预测结果显示出了三个成矿可能较大的区域,说明数值模拟技术和机器学习算法结合应用的效果较好。这种新的成矿预测方法为深部找矿预测提供了一种可行的新思路和新途径,可以有效地拓展运用到其他矿区、其他类型矿床的深部找矿预测工作中。

粤西庞西垌地区银金地球化学异常信息挖掘与提取

庞西垌地区位于钦-杭成矿带南段,地质构造复杂,成矿条件优越,是华南乃至我国重要的银金多金属矿集区之一。为了挖掘与提取深层次找矿信息,本文运用因子分析方法对庞西垌地区1∶50 000水系沉积物地球化学数据进行处理分析,发现第三主因子(F3)中Au、Ag、Zn元素具有较高的载荷,据此推测研究区Au、Ag、Zn元素的局部富集可能主要受控于F3所代表的本区域银金多金属成矿地质作用过程,进而利用F3得分值圈定了可能指示银金多金属矿化的综合化探异常区(即F3得分值异常区)。在此基础上,进一步对综合化探异常区与已知矿床(点)的空间对应关系以及成矿地质条件进行深入分析,发现已知的三个典型银金矿床(庞西垌、金山、中苏)所处的位置,与Ag、Au两种主要成矿元素地球化学(分带)异常和F3得分异常区在空间位置上叠加吻合较好。最后,通过类比推断在其他至今未发现银金矿床,但具有相似地球化学异常特征的区域,可能具有寻找与已知矿床同类型的银金矿的潜力,并据此将这些区域圈定为找矿靶区。该研究表明:利用水系沉积物地球化学数据,运用因子分析方法对粤西庞西垌地区银金地球化学异常信息进行挖掘与提取取得了良好的应用效果,据此圈定的化探异常区及找矿靶区对该区域后续找矿工作的部署具有一定的指导意义。

德兴斑岩铜矿床断裂与侵入体产状对成矿的控制作用:从力-热-流三场耦合数值模拟结果分析

斑岩矿床的成矿机制是一种典型的力-热-流多物理场耦合的岩浆-热液过程,因而从成矿动力学数值计算模拟的角度研究斑岩矿床成矿作用过程,对揭示斑岩岩浆-热液系统动力学演化机制及其成矿响应情况具有十分重要的意义。德兴铜矿(包括朱砂红、铜厂和富家坞)作为目前中国华南已发现的最大斑岩型铜矿床,是研究(大型/超大型)斑岩矿床成矿作用过程的一个典型的重要窗口。前人已在矿床地质、地球化学、年代学、同位素以及成矿流体等诸多方面开展了大量的研究工作,但从成矿动力学数值模拟的角度对德兴铜矿成矿作用过程进行的研究目前相对较少。为此,本文以德兴斑岩铜矿床为主要研究对象,首先通过总结分析其成矿过程的地质概念模型,进而将侵入体形态(包括长轴及短轴长度)和倾伏角、控矿断裂倾角与宽度作为几何模型中的变量,构建由这些变量组合控制的几何实体模型。在此基础上,进一步分析斑岩矿床成矿过程数值模拟中应力场、流体场以及热力场三者的耦合关系及其数学-物理方程,构建德兴斑岩铜矿床的成矿动力学模型,建立相应的有限元数值模拟模型。最终,设置不同的岩石物理参数、边界条件与初始条件,进行力-热-流三场耦合的数值模拟实验,并根据不同侵入体产状及断裂构造条件下的模拟结果探究德兴铜矿床断裂和侵入体产状对成矿的控制作用。主要结论如下:(1)较小的断裂构造宽度更易造成岩矿石局部破裂,便于流体弥散而形成浸染状或微-细脉状的斑岩矿化;(2)较大体积的岩体以及较小的岩体倾伏角度对斑岩铜矿床的形成相对有利;(3)朱砂红矿床较铜厂和富家坞矿床岩体体积小,而倾伏角相对较大,导致岩体冷却速度快,表面及附近扩容空间小,因而成矿深度大,而金属储量小。揭示了德兴铜矿床斑岩侵入体与断裂构造产状的控矿机制,增进了对德兴铜矿矿床成因和控矿要素的认识。