大型礦山深邊部隱伏礦體三維可視化預(yù)測(毛201312)

博士學位論文答辯大型礦山深邊部隱伏礦體三維可視化預(yù)測中南大學地球科學與信息物理學院國家十一五科技支撐計劃重點課題（編號：2006BAB01B07）國家973計劃前期研究專項課題（編號：2007CB416608）銅陵有色金屬集團控股有限公司技術(shù)開發(fā)合作課題毛先cmao@126.com2013年12月介紹提綱1.概述2.地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立與可視化3.地質(zhì)體三維可視化模型4.控礦地質(zhì)因素定量分析5.隱伏礦體立體定量預(yù)測模型6.預(yù)測成果與可視化隱伏礦體三維可視化預(yù)測（隱伏礦體立體定量預(yù)測）的內(nèi)涵：

（1）根據(jù)已有的地質(zhì)與工程資料，建立礦床及地質(zhì)體的三維可視化模型，分析控礦地質(zhì)因素、找礦標志與礦化分布之間的定量關(guān)系，構(gòu)建礦床立體定量預(yù)測模型，對三維地質(zhì)空間中的礦體分布（品位、金屬量）進行定量的可視化預(yù)測。（2）屬于礦產(chǎn)資源定量預(yù)測評價的大比例尺預(yù)測范疇。（3）同傳統(tǒng)的平面預(yù)測相比較，屬于三維預(yù)測。隱伏礦體三維可視化預(yù)測的意義：

（1）為勘探項目提供定量的三維可視化預(yù)測成果；（2）指導勘探工程布置，降低勘探成本；（3）獲取定量化的成礦規(guī)律認識，發(fā)現(xiàn)深部第二找礦空間。1概述實例之一：廣西大廠錫多金屬礦床隱伏礦體立體定量預(yù)測。1概述實例之一：廣西大廠錫多金屬礦床隱伏礦體立體定量預(yù)測。1概述

按照立體預(yù)測提交的成果，廣西二一五地質(zhì)隊于2005年至2007年進行了深部地質(zhì)工作和找礦工程驗證：在長坡區(qū)深部探獲錫多金屬資源量（333）：礦石量260萬噸，錫金屬量1.75萬噸，鋅金屬量10.01萬噸，鉛金屬量1.50萬噸，銻金屬量1.12萬噸，銀金屬量91噸，錫、鋅、銻金屬資源量分別都達到中型礦床規(guī)模。在銅坑深部92號礦體之下發(fā)現(xiàn)125號錫多金屬礦體，探獲資源量（333）：礦石量94萬噸，金屬量錫0.55萬噸，鋅2.80萬噸。2007年，在銅坑深部區(qū)施工了三個坑內(nèi)鉆，其中兩個見層狀矽卡巖型鋅銅礦體，見礦孔相距400米，見礦厚度分別為4.25米和8.2米，鋅品位分別為5.59%和6.54%，目前尚未控制住礦體邊界。

這些已探獲的礦體的潛在價值超過40億元，大部分已提交或正在提交給礦山開采利用，取得了良好的直接經(jīng)濟效益和社會效益。實例之二：安徽銅陵鳳凰山銅礦田隱伏礦體三維可視化預(yù)測。1概述丁家山關(guān)兜經(jīng)濟坑實例之三：福建尤溪丁家山鉛鋅礦床三維可視化預(yù)測。1概述隱伏礦體三維可視化預(yù)測流程：地質(zhì)數(shù)據(jù)集成+成礦系統(tǒng)分析→地質(zhì)信息三維建模+成礦信息定量提取→立體定量預(yù)測1概述工作流程：

1概述2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立與可視化單項工程數(shù)據(jù)模型E-R圖2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立與可視化藥園山礦床鉆孔工程數(shù)據(jù)2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立與可視化藥園山礦床鉆孔工程數(shù)據(jù)+地面高程數(shù)據(jù)（DTM）2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立與可視化鳳凰山礦田虛擬勘探線3地質(zhì)體三維可視化模型鳳凰山巖體邊界線推斷核心技術(shù)：三維地質(zhì)可視化建模，基于物化探反演的三維地質(zhì)推斷3地質(zhì)體三維可視化模型基于物化探反演的三維地質(zhì)推斷:物化探方法的有效性評價基于剖面的地質(zhì)體推斷與圈定CSAMT測點CSAMT檢查點可控源音頻大地電磁（CSAMT）剖面（13條）勘探線號回歸平方和誤差平方和總平方和有效度216104098461.89265351309.986369449771.870.958339995232571765420.753623182791.466194948212.210.4151391322510263357769.22511932451.5310775290220.740.9524901472812249059470.811052664818.1013301724288.900.9208625293114173821326.04149995699.2014323817025.240.9895282313413724041907.9891346796.1613815388704.140.993388043711314408052.671165057484.6712479465537.340.9066420374014116543788.4228937793.1314145481581.540.9979542734614740570090.0064725722.0014805295812.000.9956282054815034556410.532026042235.7217060598646.260.8812443645014105465018.382418964079.0416524429097.420.853612855214411217561.74724085383.0015135302944.740.9521591755513794105531.36266210319.9414060315851.300.981066548可控源音頻大地電磁剖面有效性評價地質(zhì)推斷：CSAMT擬電阻率斷面→地質(zhì)剖面（Datamine）3地質(zhì)體三維可視化模型鳳凰山巖體線框模型3地質(zhì)體三維可視化模型鳳凰山巖體實體模型3地質(zhì)體三維可視化模型鳳凰山巖體塊體模型3地質(zhì)體三維可視化模型地層實體模型（泥盆系上統(tǒng)五通組D3w）3地質(zhì)體三維可視化模型地層塊體模型（泥盆系上統(tǒng)五通組D3w）3地質(zhì)體三維可視化模型地層實體模型（全部）3地質(zhì)體三維可視化模型鳳凰山礦田橫向張性斷裂的實體模型3地質(zhì)體三維可視化模型礦體實體模型3地質(zhì)體三維可視化模型礦體塊體模型礦體定位規(guī)律分析與定位概念模型建立地質(zhì)空間定義與立體單元劃分地質(zhì)體三維形態(tài)分析控礦地質(zhì)因素場建模（三維地質(zhì)場分析）礦化分布與控礦地質(zhì)因素關(guān)聯(lián)分析4控礦地質(zhì)因素定量分析地質(zhì)空間定義與立體單元劃分：

地質(zhì)空間G是地質(zhì)體產(chǎn)出和地質(zhì)作用發(fā)生的三維空間。礦化空間M是成礦作用發(fā)生的空間，為地質(zhì)空間的子集。地質(zhì)空間的確定，一般先定義一個巨大的立方體空間作為地質(zhì)空間的包集，然后再用各種邊界條件對立方體空間進行限制獲得真正的地質(zhì)空間。本次工作的地質(zhì)空間：取自地表最高點（標高600米）至地下深部-2700米標高水平，為其垂直空間范圍，整體垂深為3300米，同時，限制在坐標點依編號順序形成的多邊形水平投影范圍。礦化空間：定義地質(zhì)空間的-1000米標高水平以上、第四系浮土層底面以下的子集空間為礦化空間。

立體單元劃分：采用三維規(guī)則網(wǎng)格將地質(zhì)空間劃分為許多小立方體選用兩種精度劃分地質(zhì)空間：（1）建模精度（10米精度）—立體單元尺寸為10×10×10m3；（2）預(yù)測精度（50米精度）—立體單元尺寸為50×50×50m3。地質(zhì)體塊體模型、控礦地質(zhì)因素場模型均采用建模精度，找礦信息指標提取、礦化預(yù)測均采用預(yù)測精度。4控礦地質(zhì)因素定量分析4控礦地質(zhì)因素定量分析鳳凰山礦田礦床礦體的定位規(guī)律:礦床都分布在新屋里巖體的接觸帶上或靠近接觸帶部位。從礦田的西北往東南方向，礦化深度有增加的趨勢。北東向褶皺－沖斷系統(tǒng)是控制巖體侵位和礦化定位的主體構(gòu)造。礦體的產(chǎn)狀基本上與所在部位接觸帶的產(chǎn)狀一致。位于巖體西面的藥園山銅礦床規(guī)模最大，主要原因：（1）走向北西的橫向張性斷層；（2）巖體超覆在圍巖之上呈凹兜狀；（3）是巖體侵位時的前沿，是成礦流體流動聚集部位。成礦定位過程：來自巖漿巖的高壓成礦流體，在構(gòu)造變形場和溫度場的雙重控制下向巖體邊界的擴容斷裂帶運移，與擴容性斷裂中的來自大氣降水的流體混合，流體壓力的突然降低和兩種完全不同流體間的反應(yīng)，導致礦石的沉淀。4控礦地質(zhì)因素定量分析控礦地質(zhì)因素定量指標集地質(zhì)體模型建模方法控礦地質(zhì)因素分析方法

提取指標原始巖體Datamine巖體熱力場因素計算巖體的距離場（最近距離）。場值>0在巖體范圍外；場值<0在巖體范圍內(nèi)。dG原始巖體Datamine巖體形態(tài)因素計算原始巖體接觸面的一級起伏、二級起伏對周圍的影響。起伏值>0外凸；起伏值>0內(nèi)凹。巖體范圍內(nèi)與范圍外的起伏值的取值規(guī)則相同。wr1G,wr2G原始巖體Datamine接觸帶因素計算理想接觸帶的距離場（最近距離）。場值>0在巖體范圍外；場值<0在巖體范圍內(nèi)。

dI理想接觸帶形態(tài)分析（距離場）原始巖體Datamine接觸面構(gòu)造因素原始接觸面與趨勢接觸面的夾角[0,180）aIT趨勢巖體形態(tài)分析（濾波）橫向張性斷層面Datamine橫向張性斷層因素計算橫向張性斷層的距離場（最近距離）。dF北西－南東方向的擠壓遠場應(yīng)力方向面平面方程參數(shù)北西－南東方向的擠壓遠場因素擠壓遠場應(yīng)力方向面與原始接觸面的水平夾角aIP地層Datamine褶皺構(gòu)造因素計算地層D3的距離場（最近距離）。場值>0：單元在D3之上（單元z坐標大于等于D3的最近單元的z坐標）；場值<0：單元在D3之下（單元z坐標小于等于D3的最近單元的z坐標）。dD34控礦地質(zhì)因素定量分析關(guān)鍵技術(shù)：三維地質(zhì)形態(tài)分析數(shù)學形態(tài)學（G.Matheron和J.Serra） 腐蝕（Erosion）、膨脹（Dilation）、開（Opening）、閉（Closing）運算二維形態(tài)（像元）→三維形態(tài)（體元或體素）2.三維地質(zhì)場分析離散化地質(zhì)空間下的距離測度基于柵格數(shù)據(jù)的三維距離變換空間距離場及空間參數(shù)提取3.空間統(tǒng)計分析4.三維柵格模型可視化地質(zhì)體三維形態(tài)分析本次研究引入數(shù)學形態(tài)學方法，并將其擴展為可適應(yīng)于三維圖像的情況，研究開發(fā)了三維形態(tài)學處理算法與程序，可對任意復(fù)雜的地質(zhì)體進行三維形態(tài)分析，如巖體-圍巖接觸界面提取、巖體表面起伏形態(tài)如超覆、凹部以及其它不規(guī)則形態(tài)提取等。數(shù)學形態(tài)學是一種建立在嚴格數(shù)學理論基礎(chǔ)上的新興圖像分析方法。常規(guī)數(shù)學形態(tài)學用集合描述二維二值圖像?；隗w素模型表達的地質(zhì)體邊界及地質(zhì)體本身是三維空間中離散體元表示的封閉曲面及封閉曲面包含的空間，類似于數(shù)學形態(tài)學中的二值圖象，但必須擴展到三維。本次研究將數(shù)學形態(tài)學由二維擴展到三維，對復(fù)雜地質(zhì)體及其邊界形態(tài)進行三維描述和空間分析。4控礦地質(zhì)因素定量分析4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體原始柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體趨勢柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體一級凸柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體一級凹柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體二級凸柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體二級凹柵格模型4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)體形態(tài)分析實例：新屋里巖體形態(tài)起伏分析新屋里巖體理想接觸帶柵格模型控礦地質(zhì)因素場建模從控礦地質(zhì)條件出發(fā)，尋找可以宏觀地描述或反映成礦物理化學作用在地質(zhì)空間中的綜合分布與控礦作用效果的地質(zhì)場，所以，本研究所指的控礦地質(zhì)因素場是根據(jù)地質(zhì)知識和地質(zhì)經(jīng)驗建立的，反映的是控礦地質(zhì)作用在地質(zhì)空間中的結(jié)果與分布?？氐V地質(zhì)因素場與空間中某點到相關(guān)聯(lián)的地質(zhì)體的距離有關(guān)，即控礦地質(zhì)因素場是到地質(zhì)體距離的空間分布函數(shù)。選擇歐式距離作為空間距離。將點到地質(zhì)體的距離約定為點到地質(zhì)體的最小距離，即預(yù)測空間中某單元（體元）到地質(zhì)體的最近距離作為控礦地質(zhì)因素場對單元的影響程度。4控礦地質(zhì)因素定量分析控礦地質(zhì)因素場建?！S歐氏距離變換4控礦地質(zhì)因素定量分析4控礦地質(zhì)因素定量分析三維地質(zhì)場分析實例：新屋里巖體熱力場模擬新屋里巖體熱力場柵格模型巖體形態(tài)因素（一級起伏wr1G）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析巖體形態(tài)因素（二級起伏wr2G）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析6控礦地質(zhì)因素三維建模接觸帶因素（dI）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）接觸面構(gòu)造因素（aIT）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析橫向張性斷層因素（dF）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析區(qū)域擠壓遠應(yīng)力場因素（aIP）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析褶皺構(gòu)造因素（dD3）柵格模型（-200米至-700米標高范圍）4控礦地質(zhì)因素定量分析礦化分布與控礦地質(zhì)因素關(guān)聯(lián)分析關(guān)聯(lián)分析：在地質(zhì)空間中立體單元劃分的基礎(chǔ)上，通過計算和獲取立體單元的控礦地質(zhì)因素場值、已知單元礦化指標值，研究控礦地質(zhì)因素場變量與單元礦化指標之間的內(nèi)在關(guān)系，從而進行控礦地質(zhì)因素場變量的非線性變換，提取控礦指標。分析步驟：地質(zhì)空間中立體單元劃分——計算立體單元控礦地質(zhì)因素場值、已知單元礦化指標值——分析控礦地質(zhì)因素場變量與單元礦化指標之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系——進行場變量的非線性變換——提取控礦指標——構(gòu)建控礦指標集。單元礦化指標：指單元銅平均品位和單元銅金屬量。控礦指標：控礦地質(zhì)因素場變量經(jīng)過非線性變換后得到的新變量，與礦化指標呈線性關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而，可直接用傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法建立控礦指標到礦化指標的關(guān)聯(lián)模型。4控礦地質(zhì)因素定量分析巖體熱力場因素dG4控礦地質(zhì)因素定量分析巖體形態(tài)因素wr1G（一級起伏）4控礦地質(zhì)因素定量分析巖體形態(tài)因素wr2G（二級起伏）4控礦地質(zhì)因素定量分析接觸帶距離場因素dI4控礦地質(zhì)因素定量分析接觸面構(gòu)造因素aIT（原始接觸面與趨勢接觸面的夾角）4控礦地質(zhì)因素定量分析橫向張性斷層因素dF的塊體模型4控礦地質(zhì)因素定量分析北西－南東方向的擠壓遠應(yīng)力場因素（應(yīng)力場方向與巖體-圍巖接觸面的夾角）4控礦地質(zhì)因素定量分析褶皺構(gòu)造因素dD34控礦地質(zhì)因素定量分析隱伏礦體立體定量預(yù)測模型:在三維地質(zhì)空間中的礦化指標與控礦指標之間存在著一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并可采用合適的定量模型來描述這種關(guān)系。利用該模型可對分布在三維地質(zhì)空間中的礦產(chǎn)資源（含隱伏礦體）進行定位定量預(yù)測。礦化指標描述礦化在三維地質(zhì)空間上的分布，反映了礦化作用在三維地質(zhì)空間上的分布結(jié)果，故稱為礦化變量。礦化變量包括：（1）Cu—單元銅平均品位；（2）CuOre—單元銅金屬量?？氐V指標描述了控礦地質(zhì)因素的成礦有利度，反映了地質(zhì)控礦作用在三維地質(zhì)空間上的分布結(jié)果，故稱為控礦變量。不同的礦化變量對應(yīng)地有不同的控礦變量：礦化變量Cu對應(yīng)的控礦變量—ddG1，ddF1，daIP1，dwr1G1，aIT1，wr2G1，ddD31；礦化變量CuOre對應(yīng)的控礦變量—ddG2，ddF2，daIP2，dwr1G2，aIT2，wr2G2，ddD32。5隱伏礦體立體定量預(yù)測模型5隱伏礦體立體定量預(yù)測模型預(yù)測模型：礦化分布指標與控礦地質(zhì)因素指標之間存在著一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并可采用合