老挝铜矿综合找矿标志和找矿方向的判断方法

2022-02-15张庆海胥迎红李调丽

现代矿业 2022年1期

张庆海胥迎红李调丽

（1.GENERAL MⅠNⅠNG GROUP，LDA；2.北京矿产地质研究院有限责任公司；3.中色地科矿产勘查股份有限公司）

随着我国国民经济的持续快速发展，对各种矿产资源的需求也大幅度增加，国内主要矿产资源品位低，贫矿多而富矿少，规模小，人均占有的资源储量非常低。当前国内矿产资源供给很难满足国内高速发展的要求，因此矿产资源对外依存度不断上升，越来越多的企业开始海外风险勘查及矿业项目并购，以便保障国家资源供给［1］。境外资源勘查面临一系列问题，如可供开发的新矿床发现概率低和勘查风险高，因此，急需探索找矿新技术等［2-3］，以便实现海外资源勘查快速突破。

陈江等［4］在评价四川盐源地区资源潜力过程中，依据ASTER遥感数据提取蚀变矿化信息，结合典型勘查模型，利用模糊逻辑和指数逻辑对蚀变矿物的氧化含量和丰度进行了分析，最终圈定找矿靶区，经过工程验证，实现了快速找矿效果。刘耀辉等［5］通过研究矿床成矿规律，指导卢安夏盆地深边部找矿，总结容矿岩石、控矿构造、矿化富集规律，以加强矿产资源勘查和项目开发管理能力。

以往找矿方法多是单一勘查技术的应用，尚未涉及综合找矿标志识别问题。为此，本研究在分析老挝主要铜矿类型基础上，针对性地设计一种综合找矿标志判别方法，以便为老挝铜矿综合找矿提供一种快速、高效的手段。

1 综合找矿标志判别方法

1.1 老挝主要铜矿的成矿信息三维空间构建

在本次设计中，进行老挝主要铜矿的成矿信息三维空间的构建，过程如下。

（1）在定量提取成矿信息时，其数据基础是地质体三维模型，即通过控矿因素的定量表达，获得矿物主体的空间分布特点以及成矿地质的条件［6］。因此，可以结合统计学理论，分析影响老挝矿化空间分布的地质因素，进一步在数据上为综合找矿标志和方向带来助力。

老挝主要铜矿的空间分布在一定程度上受地质体形态的影响，通过对老挝主要铜矿床成矿信息的三维空间分析，可以实现对主要铜矿床复杂地质体走向和起伏程度的定量提取［7］，主要步骤叙述如下。

首先，采用A代表老挝主要铜矿的地质体对象，Bhall表示球形结构元素，采用形态滤波变换处理老挝主要铜矿的地质体，变换之后的地质体轮廓光滑程度往往都是由球形结构元素的半径来确定的［8］，那么形态滤波变换可以表示为

（1）开闭滤波：

（2）闭开滤波：

接着，采用全局集合运算的方式，计算原始老挝主要铜矿地质体A和综合找矿趋势形态ψ(A)，可以得到老挝主要铜矿地质体的外凸部分集合和内凸部分集合，计算公式为

（1）外凸部分集合：

（2）内凸部分集合：

最后，利用趋势—剩余分析的相关理论［9］，基于老挝主要铜矿地质体趋势和凹凸部分的信息提取结果，结合欧式距离变换，定量提取老挝主要铜矿地质体的起伏程度，通过改变球形结构元素的半径，实现多个尺度下主要铜矿成矿信息的提取。

（2）考虑到不同程度的围岩蚀变，老挝主要铜矿的成矿信息三维空间分析过程中，蚀变带可以反映出老挝主要铜矿体的空间分布规律［10］。对于任意一个铜矿床的矿化立体单元Mi，该单元会受到周围所有单元的影响，影响程度受单元之间的距离约束，在球形范围内，采用距离加权场描述老挝主要铜矿的矿化立体单元［11］。

假设在一个指定的范围内，存在蚀变带立体单元m个，其蚀变场的计算方法：将老挝主要铜矿矿化立体单元与时变立体单元重合，场强的计算就是蚀变强度与周围加权蚀变场强的累加，未重合部分的立体单元按照两者之间距离平方的反比法加权计算蚀变强度，即

式中，M1表示2个立体单元重合的立体单元；i1表示重合立体单元的蚀变强度；j表示缓冲区内部蚀变立体单元的编号；ij表示蚀变强度；N表示蚀变立体单元集合；dj表示欧氏距离。

1.2 综合找矿标志信息提取

参考光谱与像元光谱之间的矢量夹角表示曲线之间的相似程度，通过选择合适的阈值，归纳并分类未知像元，达到识别综合找矿标志和方向信息的目的［12］，步骤如下。

未知像元计算公式为

式中，x表示像元光谱；y表示参考光谱。

对每一个像元光谱曲线X进行分解，得到p个子分量，dpi表示能量分解系数，每一个子分量对应的能量可以表示信号的能量，计算公式为

信号的总能量可以分解成不同子分量的能量和，即

综合找矿标志信息对应的小波能量可以反映出每一个子分量的能量分布情况［13］，而能量分布情况可以通过计算子分量能量与综合找矿标志及方向信息总能量之比得到，计算公式为

信息熵是用来衡量每一种概率分布中包含综合找矿标志及方向信息量的大小，将每一个综合找矿标志及方向信息熵统计量定义为

通过计算每一个综合找矿标志及方向信息熵统计量，构造p维找矿标志及方向信息熵特征矢量T表示为

老挝主要铜矿中，由于不同种类矿物的诊断性光谱特征是不同的，可以反映出每一个子分量的能量分布特性，进而分析出综合找矿标志信息熵统计量的差异［14］。因此，通过构造综合找矿标志信息熵特征矢量，描述老挝主要铜矿的矿物光谱曲线特征，找到综合找矿标志及方向信息熵矢量差异比较大的特征区间，并为其设置权重，计算参考光谱与像元光谱之间的矢量夹角，根据夹角的余弦值来匹配老挝综合找矿的蚀变矿物，达到提取综合找矿标志的目的。

1.3 综合找矿标志确定

本研究以老挝纳勐铜矿区为例，说明成矿信息三维空间分析法的应用。该矿区大地构造位置位于北东向琅勃拉（Luangprabang）邦构造—火山弧和北西向长山（Truongson）构造—火山弧的交接部位，其深部断裂和岛弧的发育导致岩浆侵入和火山活动的多阶段性，分布广泛，相关成矿系列多样，以铜矿为主，伴生金。纳勐铜矿为典型的斑岩—矽卡岩多金属矿床。

目前工作区工程揭露断续长已达2.5 km，倾向延伸大于500 m，并且沿走向倾向未封闭，矿体的倾向延伸方向（勘探线南端）还没有施工深孔进行深部控制，从矽卡岩型矿床的成矿机理来看，深部存在寻找富大矿体的可能性。因此，本次实验获取的研究样品主要取自地表中段、东段的铜矿体钻探控制工程，共取26件样品，其中铜矿体矿石研究样品8件，锌矿体矿石研究样品10件，铁铜矿体矿石研究样品8件，所有样品取自不同矿体的不同部位，代表了不同性质的矿石加工技术性能。1∶1万高精度磁测扫面工作主要追寻纳勐矿区东部的南部灰岩与北部花岗岩接触部位的矽卡岩岩体、矿化体的走向及赋存状态。工作区东部测区范围8.4 km2，共布设31条测线，测线方向为南北方向。

共获得了岩石、蚀变岩石、矿石标本的磁性参数测定结果，矿区磁铁矿、磁黄铁矿及含磁铁矿、磁黄铁矿的矽卡岩与铜、铅、锌矽卡岩矿石、矽卡岩及围岩的磁化率、剩余磁化强度有着明显的磁性差异，如表1所示。

表1中，第一类是矿区内的磁铁矿、磁黄铁矿及含磁铁矿、磁黄铁矿的矽卡岩以及铜、铅、锌矽卡岩矿石。这类地质体的磁化率、剩余磁化强度都比较高，很容易与围岩以及不含矿的矽卡岩进行区分。第二类是不含矿矽卡岩。由于矽卡岩中不含矿化，磁性相对矿体比较弱小，但相对花岗岩、灰岩及大理岩来说又比较高，其磁化率和剩余磁化强度处于中间位置。第三类是各类花岗岩和灰岩及大理岩。这类岩体是本地区的大部分类型，大多不具备磁性，是一个很好的背景场区域。

值得一提的是，花岗岩及灰岩基本无磁性，矽卡岩具弱—中等磁性，因此可以认为该异常是由在灰岩和花岗岩接触带部位的矽卡岩所引起，在东西2个高值区，矽卡岩化更加强烈，有可能形成矽卡岩型金属矿床。

以上3类地质体有着明显的磁性差异，很适合采用高精度磁法测量方式来进行地质勘探，即获取综合找矿标志。其中，与找矿标志密切相关的主要为矽卡岩化、硅化和碳酸盐化。

（1）矽卡岩化。工作区内最为常见的蚀变类型，与矿化有着密切的关系，是最直接的找矿标志。当岩浆热液与碳酸盐围岩交代强烈时，在接触带多形成钙铁辉石矽卡岩和石榴石矽卡岩，或两者之间的过渡类型；当岩浆热液沿碳酸盐围岩裂隙充填交代时，则多形成符山石矽卡岩化；有时在接触带的外侧灰岩中也发育透辉石化。

（2）硅化。当后期岩浆热液沿早期花岗岩中的裂隙侵入时，硅化作用使裂隙两侧的岩石明显变硬，石英颗粒次生加大；另一种为灰岩热液蚀变后的产物，较为常见。硅化作用往往伴有一定的矿化，因而也是一种重要的找矿标志。

（3）碳酸盐化。一种为灰岩受岩浆热液的影响发生重结晶，颗粒加大变粗常变为条带状大理岩，在矿区中较为常见；另一种为后期形成的碳酸盐细脉，沿碳酸岩裂隙充填。

以上述获取的相关找矿标志为基础，为了清晰地获得矿区及周边地区的构造痕迹，对构造的密度值、构造方位产生的异常值、构造中心对称程度、构造中交点数值等角度反射的出构造特征延伸到三维空间上［15］，探索对成矿有联系的信息，进而为找矿标志和方向提供预测。

由于构造模型和块体模型的横截面深度不同，系统会据此自动生成构造线和截面网络，因此，对不同深度平面上的构造线进行研究，在截面网格上对应位置的块体上加载特征立方体单元，以中心对称程度来描述构造岩浆活动的规律，对断裂带的缓冲区域进行分析，即可得出断裂构造带的独特之处［16］。在构造带块体上下两截面所处的块体的差值能获得两截面之间的块体信息构造密度和构造频数，将其定量化，能够形容一构造发育的特征。通过分析老挝主要铜矿特征，除了区域性构造，局部构造特征也同样可以进行定量化的研讨，采用方位异常度定量法分析老挝矿产的构造方向及展布情况［17］。同理，观察三维空间上的地质构造分布情况和发育情况在水平以及垂直方向上的特征，具体步骤如下。

（1）划分主干断裂分布区域。通过本次研究实际搜集的区域1∶5万TEM影像图，定量计算构造点的数量来描述构造的交汇特点；老挝地区的铜矿构造的复杂程度，整个区域铜矿格架的整体特性是通过对缓冲区域中提取三维构造频率数量也就是网格中断裂构造形成的数量［18］。

（2）计算构造等密度。构造等密度是通过计算单位面积内构造线的密度情况，反映出该区域内断裂的发育程度，计算公式为

式中，j表示找矿标志和方向的第j个块体；Lj表示构造等密度指标；li表示第i条线性体被截取的长度；S表示块体边长；nj表示构造总条数。

（3）提取找矿标志及方向的主干构造。主干断裂分布区域的划分是根据构造等密度与构造频数的比值来确定的。构造等密度、构造频数分别体现断裂的长度、断裂条数，等密度与频数的比值大，说明这一区域断裂长度大于数量，也就是说长断裂发育得好［19］。

（4）提取找矿标志及方向的局部构造。构造频数除以构造等密度得出的值作为局部构造的定量化指标。断裂的数量较多、总长度较小的位置就是构造频数与等密度比值的高值区域，体现了局部区域的整体性。除此之外，还可以采用构造方位异常度去定义局部构造分析。要提取主干构造以及局部构造，需要计算数据列。1个块属性数据衍生另外1个新的字段属性称之为数据列计算，进行计算的2个部分可以是数字、块属性、2个或者多个块属性，但是参与的2个数据必须是同一种数据类型［20-21］。一些特征的获取通常是通过数据列计算实现，例如反映主体构造特征值以及用于知识模型指导下的预测，都是通过等密度与频数比值实现。权重值与块属性的乘积是一个属性的预测权重，通过很多个属性相加之和进行运算获取最后的预测。

（5）计算构造优益度。构造优益度是以2个线性构造的夹角和控矿权重来评价与找矿标志和方向之间的关系，构造优益度比较高的地方对找矿是非常有利的，计算公式为式中，ε表示构造优益度；Si表示第i线性体在截面内的长度；ωi表示控矿权重；θ表示构造条之间的夹角；αi表示第i条线性构造的方位角。

（6）确定综合找矿标志及方向。通过计算构造中心对称度，确定综合找矿标志及方向，计算公式为

式中，Si表示第i条构造体的截面长度；θˉ表示方位角。

综上所述，利用断裂分布区域的划分，计算了构造等密度；通过提取找矿标志及方向的主干构造和局部构造，计算了构造优益度，确定了综合找矿标志及方向。

2 实验对比分析

为了验证成矿信息三维空间分析法作为老挝铜矿综合找矿标志及方向判断方法的有效性，结合上述搜集的区域1∶5万TEM影像图，进行遥感解译，影像覆盖了该矿区和周边地区，完成了南北宽41 km、东西长98 km、面积共4 000 km2的遥感影像分析，生成实验参数，将其输入到MATLAB仿真软件中，以初始仿真环境为标准设定，以上述工作过程获得的历史数据为对照，进行仿真实验。

引入文献［4］和文献［5］的综合找矿标志及方向确定方法作对比，从拟合程度和动态度2个方面进行测试。

3种综合找矿标志及方向确定方法的拟合程度对比结果如图1所示，圆圈内三角块越多，说明拟合程度越高，反之则低。

从图1的结果可以看出，老挝铜矿综合找矿标志及方向判断方法的拟合程度是最高的，原因是该方法对老挝主要铜矿的成矿信息三维空间进行了分析，定量提取了老挝主要铜矿地质体的起伏程度，使得其拟合程度较高，为老挝找矿标志和方向提供了理论支持。

3种综合找矿标志及方向确定方法的动态度对比结果如图2所示。

从图2的结果可以看出，成矿信息三维空间分析法作为老挝铜矿综合找矿标志及方向判断方法与实际的吻合程度较高，原因是该方法在确定综合找矿标志及方向之前，提取了综合找矿标志及方向信息，利用构造等密度和构造优益度2个指标，确定了综合找矿标志及方向，使得该方法的动态度较好。