地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (5): 440-455.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.12.82
娄渝明1(), 康旭1,*(
), 赖渊平2, 龚建生1, 周涤非1, 窦世荣1, 樊炳良1, 丁帅1, 舒德福2, 陈根1
收稿日期:
2024-04-01
修回日期:
2024-12-14
出版日期:
2025-09-25
发布日期:
2025-10-14
通信作者:
康旭
作者简介:
娄渝明(1993—),男,博士,主要从事三维地质建模与成矿预测研究工作。E-mail: LYMcdut@outlook.com
基金资助:
LOU Yuming1(), KANG Xu1,*(
), LAI Yuanping2, GONG Jiansheng1, ZHOU Difei1, DOU Shirong1, FAN Bingliang1, DING Shuai1, SHU Defu2, CHEN Gen1
Received:
2024-04-01
Revised:
2024-12-14
Online:
2025-09-25
Published:
2025-10-14
Contact:
KANG Xu
摘要:
三维成矿预测打破了传统二维预测图件的限制,可以将地学信息在真三维空间中直观地表达出来,因此受到人们越来越多的关注。三维地质建模和成矿预测方法是三维成矿预测过程中非常重要的步骤,但是随着地质数据采集方式的多样化,地质数据来源的多样性,地质数据也逐渐具备大数据的特征,传统的显式建模方式和成矿有利信息提取方法受到诸多限制,主要体现在不能有效地对三维模型进行实时更新和对大量地质勘查数据进行分析与处理。为了提出针对该类问题的一种有效解决方案,笔者选择西藏巨龙超大型斑岩铜钼矿床为研究对象,利用隐式建模方法构建矿区三维地质-地球化学模型,并通过机器学习算法对成矿有利信息进行提取、分析,最后对潜在的有利成矿空间进行预测。建模结果表明:隐式建模方法可以通过插值函数获得整个空间的地质体数据,三维地质体曲面重建算法可以对地质体数据进行三维建模与可视化,自动生成三维可视化模型。隐式建模大大降低了显示建模中人机交互圈定地质界线的烦琐过程,可以实现三维模型的快速动态更新,而且隐式建模在更大程度上能够精确反映地下深部地质体的空间分布特征。成矿预测主要基于三维地质-地球化学模型提取深部有利成矿信息,构建训练集和测试集,利用有监督的机器学习模型(逻辑回归模型、支持向量机模型、人工神经网络模型和随机森林模型)进行训练。训练后的模型对测试集进行预测,并将预测结果绘制成ROC曲线对预测结果进行评估。评估结果显示:4个不同预测模型的AUC值都大于0.6,说明所训练的模型预测精度是优于随机过程的,其中随机森林算法的AUC值最大(0.97),模型预测效果最优。本文选择随机森林模型对矿床深部进行预测,圈定了2个找矿靶区。经过钻探验证,靶区B潜在资源与预测结果相符,证实了该方法具有一定的科学性和可行性。
中图分类号:
娄渝明, 康旭, 赖渊平, 龚建生, 周涤非, 窦世荣, 樊炳良, 丁帅, 舒德福, 陈根. 隐式建模和机器学习算法在西藏巨龙斑岩型铜钼矿床三维成矿预测中的应用研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(5): 440-455.
LOU Yuming, KANG Xu, LAI Yuanping, GONG Jiansheng, ZHOU Difei, DOU Shirong, FAN Bingliang, DING Shuai, SHU Defu, CHEN Gen. Application of implicit modeling and machine learning algorithm to 3D metallogenic prediction of the Julong porphyry copper-molybdenum deposit, Xizang[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(5): 440-455.
图1 西藏巨龙铜钼矿床地质简图(a 据文献[31]修改;b据文献[35]补充修改)
Fig.1 Geological schematic map of Julong copper and molybdenum deposit in Xizang. a modified after [31], b modified after [35].
图5 巨龙铜钼矿床三维地质模型 a—三维成矿预测研究区;b—二长花岗斑岩;c—黑云母二长花岗岩;d—花岗闪长岩;e—石英闪长玢岩;f—隐爆角砾岩;g—叶巴组凝灰岩;h—英安流纹斑岩;i—巨龙铜矿体Cu含量≥0.15%。
Fig.5 3D geological model of Julong copper and molybdenum deposit a—3D metallogenic prediction research area;b—Monzonite granite porphyry;c—Biotite monzonitic granite; d—Granodiorite; e—Quartz diorite porphyrite;f—Cryptoexplosive breccia;g—Yeba Formation tuff;h—Dacite rhyolite porphyry;i—Julong copper orebody Cu≥0.15%.
预测要素 | 要素特征描述 | 要素分类 | |
---|---|---|---|
地质特征 | 地层 | 中-下侏罗统叶巴组凝灰岩 | 重要 |
构造 | 区域深大断裂构造 | 不重要 | |
岩浆岩 | 中侏罗世英安流纹斑岩 | 重要 | |
中侏罗世花岗闪长岩、中新世黑云母二长花岗岩、中新世二长花岗斑岩、 中新世石英闪长玢岩组成的复式杂岩体 | 必要 | ||
矿体 | 已知矿体 | 必要 | |
地球化学特征 | 元素异常 | Cu原生晕异常 | 重要 |
Mo原生晕异常 | 重要 |
表1 巨龙铜钼矿床预测要素表
Table 1 Prediction factors of Julong copper and molybdenum deposit
预测要素 | 要素特征描述 | 要素分类 | |
---|---|---|---|
地质特征 | 地层 | 中-下侏罗统叶巴组凝灰岩 | 重要 |
构造 | 区域深大断裂构造 | 不重要 | |
岩浆岩 | 中侏罗世英安流纹斑岩 | 重要 | |
中侏罗世花岗闪长岩、中新世黑云母二长花岗岩、中新世二长花岗斑岩、 中新世石英闪长玢岩组成的复式杂岩体 | 必要 | ||
矿体 | 已知矿体 | 必要 | |
地球化学特征 | 元素异常 | Cu原生晕异常 | 重要 |
Mo原生晕异常 | 重要 |
图11 巨龙铜钼矿床地球化学成矿信息 a—Cu元素空间插值;b—Mo元素空间插值。
Fig.11 Geochemical metallogenic information of Julong copper and molybdenum deposit a—Cu element space interpolation;b—Mo element space interpolation.
[1] | 李文昌, 李建威, 谢桂青, 等. 中国关键矿产现状、研究内容与资源战略分析[J]. 地学前缘, 2022, 29(1): 1-13. |
[2] | 翟明国, 吴福元, 胡瑞忠, 等. 战略性关键金属矿产资源: 现状与问题[J]. 中国科学基金, 2019, 33(2): 106-111. |
[3] | HAGEMANN S G, LISITSIN V A, HUSTON D L. Mineral system analysis: quo vadis[J]. Ore Geology Reviews, 2016, 76: 504-522. |
[4] | 耿瑞瑞. 鹿井铀矿床深部和外围三维成矿预测研究[D]. 北京: 核工业北京地质研究院, 2021. |
[5] | COLLON P, PICHAT A, KERGARAVAT C, et al. 3D modeling from outcrop data in a salt tectonic context: example from the Inceyol minibasin, Sivas Basin, Turkey[J]. Interpretation, 2016, 4(3): SM17-SM31. |
[6] | HILLIER M J, SCHETSELAAR E M, DE KEMP E A, et al. Three-dimensional modelling of geological surfaces using generalized interpolation with radial basis functions[J]. Mathematical Geosciences, 2014, 46(8): 931-953. |
[7] | 周邓, 曾广亮, 王洪荣, 等. 江西桃山罗布里南部地区三维地质建模与成矿预测[J]. 地质通报, 2022, 41(12): 2256-2264. |
[8] | 李青元, 张洛宜, 曹代勇, 等. 三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议[J]. 地质与勘探, 2016, 52(4): 759-767. |
[9] | 李楠, 曹瑞, 叶会寿, 等. 内蒙古浩尧尔忽洞金矿三维建模与深部成矿预测[J]. 地学前缘, 2021, 28(3): 170-189. |
[10] | 赵鹏大, 陈建平, 张寿庭. “三联式” 成矿预测新进展[J]. 地学前缘, 2003, 10(2): 455-463. |
[11] | 赵鹏大. “三联式” 资源定量预测与评价: 数字找矿理论与实践探讨[J]. 地球科学:中国地质大学学报, 2002, 27(5): 482-489. |
[12] | 宋建军. 新常态下地质工作创新发展的思考[J]. 中国国土资源经济, 2017, 30(3): 4-8. |
[13] | 吴磊. 新形势下地质矿产勘查及找矿技术的分析[J]. 世界有色金属, 2022(23): 73-75. |
[14] | 毛先成, 王琪, 陈进, 等. 胶西北金矿集区深部成矿构造三维建模与找矿意义[J]. 地球学报, 2020, 41(2): 166-178. |
[15] | 陈麒玉, 刘刚, 何珍文, 等. 面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望[J]. 地质科技通报, 2020, 39(4): 51-58. |
[16] | 谷浩, 杨泽强, 高猛, 等. 河南围山城金银矿集区三维地质建模与成矿预测[J]. 地学前缘, 2023, 31(3): 245-259. |
[17] | MAYER-SCHÖNBERGER V, CUKIER K. Big data: a revolution that will transform how we live, work, and think[M]. Boston: Houghton Mifflin Harcourt, 2013. |
[18] | 王娜. 地质大数据功能分析及其分类算法研究[D]. 长春: 吉林大学, 2019. |
[19] | 李章林, 吴冲龙, 张夏林, 等. 地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨[J]. 地质科技通报, 2020, 39(4): 59-68. |
[20] | 周永章, 左仁广, 刘刚, 等. 数学地球科学跨越发展的十年: 大数据、人工智能算法正在改变地质学[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2021, 40(3): 556-573. |
[21] | ZUO R G. Machine learning of mineralization-related geochemical anomalies: a review of potential methods[J]. Natural Resources Research, 2017, 26(4): 457-464. |
[22] | 周永章, 陈烁, 张旗, 等. 大数据与数学地球科学研究进展: 大数据与数学地球科学专题代序[J]. 岩石学报, 2018, 34(2): 255-263. |
[23] | 刘艳鹏, 朱立新, 周永章. 卷积神经网络及其在矿床找矿预测中的应用: 以安徽省兆吉口铅锌矿床为例[J]. 岩石学报, 2018, 34(11): 3217-3224. |
[24] | 肖克炎, 孙莉, 李楠, 等. 大数据思维下的矿产资源评价[J]. 地质通报, 2015, 34(7): 1266-1272. |
[25] | 刘艳鹏, 朱立新, 周永章. 大数据挖掘与智能预测找矿靶区实验研究: 卷积神经网络模型的应用[J]. 大地构造与成矿学, 2020, 44(2): 192-202. |
[26] | 成秋明. 什么是数学地球科学及其前沿领域?[J]. 地学前缘, 2021, 28(3): 6-25. |
[27] | HOU Z Q, GAO Y F, QU X M, et al. Origin of adakitic intrusives generated during mid-Miocene east-west extension in southern Tibet[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2004, 220(1/2): 139-155. |
[28] | 徐志刚, 陈毓川, 王登红, 等. 中国成矿区带划分方案[M]. 北京: 地质出版社, 2008. |
[29] | HOU Z Q, COOK N J. Metallogenesis of the Tibetan collisional orogen: a review and introduction to the special issue[J]. Ore Geology Reviews, 2009, 36(1/2/3): 2-24. |
[30] | YANG Z M, HOU Z Q, WHITE N C, et al. Geology of the post-collisional porphyry copper-molybdenum deposit at Qulong, Tibet[J]. Ore Geology Reviews, 2009, 36(1/2/3): 133-159. |
[31] | YIN A, HARRISON T M. Geologic evolution of the Himalayan-Tibetan Orogen[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2000, 28: 211-280. |
[32] | 郑有业, 薛迎喜, 程力军, 等. 西藏驱龙超大型斑岩铜(钼)矿床: 发现、特征及意义[J]. 地球科学:中国地质大学学报, 2004, 29(1): 103-108. |
[33] | 佘宏全, 丰成友, 张德全, 等. 西藏冈底斯铜矿带甲马夕卡岩型铜多金属矿床与驱龙斑岩型铜矿流体包裹体特征对比研究[J]. 岩石学报, 2006, 22(3): 689-696. |
[34] | HU Y B, LIU J Q, LING M X, et al. The formation of Qulong adakites and their relationship with porphyry copper deposit: Geochemical constraints[J]. Lithos, 2015, 220: 60-80. |
[35] | 西藏巨龙铜业有限公司. 西藏自治区墨竹工卡县巨龙矿区铜矿资源储量核实报告[R]. 拉萨: 西藏巨龙铜业有限公司, 2022. |
[36] | 孟祥金, 侯增谦, 李振清. 西藏驱龙斑岩铜矿S、Pb同位素组成: 对含矿斑岩与成矿物质来源的指示[J]. 地质学报, 2006, 80(4): 554-560. |
[37] | HAN Z H, WANG R, TONG X S, et al. Multi-scale exploration of giant Qulong porphyry deposit in a collisional setting[J]. Ore Geology Reviews, 2021, 139: 104455. |
[38] | 字艳梅, 田世洪, 陈欣阳, 等. 埃达克岩与热液成矿过程中钾镁同位素分馏及其指示意义: 以驱龙斑岩铜矿床为例[J]. 地学前缘, 2024, 31(3): 150-169. |
[39] | 孟祥金, 侯增谦, 高永丰, 等. 碰撞造山型斑岩铜矿蚀变分带模式: 以西藏冈底斯斑岩铜矿带为例[J]. 地学前缘, 2004, 11(1): 201-214. |
[40] | 王登芳, 蒋宗洋, 岳宁飞, 等. 西藏知不拉和浪母家果矽卡岩铜矿地质特征及驱龙-知不拉-浪母家果成矿系统的确定[J]. 地质与勘探, 2015, 51(4): 619-633. |
[41] | 曲焕春. 西藏驱龙斑岩铜钼矿床UST成因: 对大型斑岩矿床成因的暗示[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2016. |
[42] | 孙伟涛. 西藏驱龙斑岩型铜钼矿床成矿元素特征及找矿指示意义[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2019. |
[43] | CHUNG C F, AGTERBERG F P. Regression models for estimating mineral resources from geological map data[J]. Journal of the International Association for Mathematical Geology, 1980, 12(5): 473-488. |
[44] | HOSMER D W, LEMESBOW S. Goodness of fit tests for the multiple logistic regression model[J]. Communications in Statistics-Theory and Methods, 1980, 9(10): 1043-1069. |
[45] | BISHOP C M. Pattern recognition and machine learning[M]. 2 ed. Berlin: Springer Google Scholar, 2006. |
[46] | 娄渝明. 基于地质-地球化学信息的西藏雄村矿集区地表和深部成矿预测研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2023. |
[47] | SUYKENS J, VANDEWALLE J. Least squares support vector machine classifiers[J]. Neural Processing Letters, 1999, 9(3): 293-300. |
[48] | VAPNIK V N. The nature of statistical learning theory[M]. New York: Springer, 1995. |
[49] | MÜLLER B, REINHARDT J, M T S. Neural networks[J]. Physics of Neural Networks, 1992, 293(4): 2588-2592. |
[50] | HAYKIN S S. Neural networks: a comprehensive foundation[M]. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998. |
[51] | RUSSELL S J, NORVIG P. Artificial intelligence:a modern approach[M]. London: Pearson, 2016. |
[52] | BREIMAN L. Random forests[J]. Machine Learning, 2024, 45: 5-32. |
[53] | BREIMAN L. Bagging predictors[J]. Machine Learning, 1996, 24(2): 123-140. |
[54] | GORDON A D, BREIMAN L, FRIEDMAN J H, et al. Classification and regression trees[J]. Biometrics, 1984, 40(3): 874. |
[55] | CARRANZA E J M. Geochemical anomaly and mineral prospectivity mapping in GIS[M]. Amsterdam: Elsevier, 2009. |
[56] | ALLISON P D. Logistic regression using the Sas system: theory and application[M]. Cary, NC: SAS Publishing, 2001. |
[57] | XIANG J, XIAO K Y, CARRANZA E J M, et al. 3D mineral prospectivity mapping with random forests: a case study of Tongling, Anhui, China[J]. Natural Resources Research, 2020, 29(1): 395-414. |
[58] | 马瑶, 赵江南. 机器学习方法在矿产资源定量预测应用研究进展[J]. 地质科技通报, 2021, 40(1): 132-141. |
[59] | 花旗, 夏庆霖, 刘奇锋. 基于数据驱动的南岭地区花岗岩岩体含矿性判别[J]. 地质科技通报, 2025, 44(1): 332-345. |
[60] | NYAKILLA E E, SILINGI S N, SHEN C B, et al. Evaluation of source rock potentiality and prediction of total organic carbon using well log data and integrated methods of multivariate analysis, machine learning, and geochemical analysis[J]. Natural Resources Research, 2022, 31(1): 619-641. |
[61] | OBUCHOWSKI N A. Receiver operating characteristic curves and their use in radiology[J]. Radiology, 2003, 229(1): 3-8. |
[62] | NYKÄNEN V, LAHTI I, NIIRANEN T, et al. Receiver operating characteristics (ROC) as validation tool for prospectivity models: a magmatic Ni-Cu case study from the Central Lapland Greenstone Belt, Northern Finland[J]. Ore Geology Reviews, 2015, 71: 853-860. |
[63] | 李程. 深部地质地球化学三维定量矿产预测方法研究: 以西秦岭早子沟金矿为例[D]. 成都: 成都理工大学, 2021. |
[64] | 陈建平, 史蕊, 王丽梅, 等. 基于数字矿床模型的陕西潼关县Q8号金矿脉西段三维成矿预测[J]. 地质学刊, 2012, 36(3): 237-242. |
[1] | 邓军, 王长明, 李文昌, 杨立强, 王庆飞. 三江特提斯复合造山与成矿作用研究态势及启示[J]. 地学前缘, 20140101, 21(1): 52-64. |
[2] | 刘美玉, 吴玮, 王汇, 罗伟儿, 吴娟娟, 郭旭东. 训练集规模优先于相似性:机器学习模型在积石山地震滑坡预测中的比较研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(5): 466-483. |
[3] | 孔春芳, 田倩, 刘健, 蔡国荣, 赵杰, 徐凯. 基于集成学习模型与贝叶斯优化算法的成矿预测[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 122-139. |
[4] | 叶舒婉, 侯卫生, 杨玠, 汪海城, 白芸, 王永志. 三维地质智能建模研究进展[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 182-198. |
[5] | 肖凡, 杨华清, 唐奥, 黄旋财, 王翠翠. 基于机器学习与多源数据融合的东天山戈壁沙漠覆盖区中-酸性侵入岩岩性填图[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 199-212. |
[6] | 肖克炎, 李程, 唐瑞, 王瑶, 孙莉, 柳炳利, 樊铭静. 大数据智能预测评价[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 20-37. |
[7] | 张雨飞, 张杨, 吉俊杰, 成秋明. 基于机器学习方法的南海洋壳大地热流预测[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 235-249. |
[8] | 陈国雄, 张越鹏, 罗磊, 夏庆霖, 成秋明. 数据驱动斑岩型矿床时空预测模型[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 46-59. |
[9] | 简富源, 张子鸣, 董岳霖, 张文璟, 郝风云, 王一鸣, 王宇, 张振杰. 基于多重分形与随机森林的新疆哈巴河金矿成矿预测[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 78-94. |
[10] | 徐凯, 徐城阳, 吴冲龙, 蔡婧云, 孔春芳. 基于样本扩充的黔西北垭都-蟒硐矿区铅锌矿成矿预测研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 95-107. |
[11] | 李金明, 张杨, 成秋明. 基于机器学习与垂向分层建模联合驱动的华北克拉通地温梯度空间分布预测[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 291-302. |
[12] | 黄继先, 李苇琪, 邓浩, 万世军, 李晓, 毛先成. 基于勘查大数据的控矿作用空间非平稳性定量研究:以三山岛金矿床为例[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 317-328. |
[13] | 褚宴佳, 何宝南, 陈珍, 何江涛. 基于随机森林模型识别浅层地下水TDS异常的方法研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(2): 456-468. |
[14] | 张必敏, 王学求, 周建, 王玮, 刘汉粮, 刘东盛, Sounthone LAOLO, Phomsylalai SOUKSAN, 谢淼, 董春放, 柳青青, 鲁岳鑫, 王浩楠, 贺彬. 老挝铜资源成矿规律与基于机器学习的远景预测[J]. 地学前缘, 2025, 32(1): 61-77. |
[15] | 袁峰, 李晓晖, 田卫东, 周官群, 汪金菊, 葛粲, 国显正, 郑超杰. 三维成矿预测关键问题[J]. 地学前缘, 2024, 31(4): 119-128. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||