随着浅表层资源勘探和开发利用程度的日益深入，全球矿业界已经开始将勘查目标转向深部（刘光鼎，2015；史长义等，2022），提高对深部资源时空分布规律的认知已成为当今国际矿产资源勘查与研究的发展趋势（Wang et al.，2015，2016）。面对深部找矿，基于大数据集成和三维地质建模的找矿方法越来越受到关注（陈建平等，2014；魏明等，2019；王功文等，2021）。将传统二维地质、物探和化探等多元预测信息应用到三维空间，并结合区域地质背景和成矿规律建立综合找矿模型，开展深部隐伏矿体三维成矿预测，已成为当前矿产勘查的重要工作模式。

胶东金矿集中区招平断裂带中段已累计查明金金属量超过400 t，胶东金矿床成矿深度范围为4.5~10.2 km，金矿成矿后剥蚀量约为5.2 km，推测地下2~5 km范围内仍具有较大的找矿空间（刘育等，2014；宋英昕等，2017；宋明春等，2018；Chai et al.，2019a，2019b；张琪彬等，2022）。前人已在招平断裂带和邻近的焦家断裂带施工4个深度超过3 km的验证钻孔（其中1个钻孔位于招平断裂带中段的大尹格庄矿区深部），在三山岛断裂带施工1个深度达4 km的钻孔，均揭露了厚大的矿化蚀变带，揭示招平断裂带深部具有巨大的找矿潜力。然而，针对招平断裂带中段-4 000 m以浅三维地质特征的系统研究和深部精细的成矿预测成果仍较为缺乏。

为此，本文利用矿山中段图、勘查线剖面图和钻孔数据，基于矿床或矿体尺度，建立三维地质体模型用于深边部成矿预测，并汇集区内各类勘查数据，基于以地质条件为约束的重磁电三维物性反演，通过综合剖面解译，构建了招平断裂带中段三维地质模型，进行三维地质结构和成矿规律分析，提出了综合预测模型。在此基础上，利用信息量法开展勘探变量集成及靶区优选，利用“体积+信息量值”的定量预测方法对招平断裂带中段深部成矿潜力进行预测。

胶东地区是我国最大的金矿集中区，已查明金资源储量近6 000 t，其中金矿床集中分布于胶西北（莱州—招远）、栖蓬福（栖霞—蓬莱—福山）和牟乳（牟平—乳山）3个成矿小区。胶西北成矿小区的三山岛、焦家和招平断裂带控制的金资源储量均超过1 000 t，为三大千吨级金成矿带。

胶东地区位于华北板块东南缘，郯庐断裂以东，由胶北隆起、胶莱盆地和威海隆起组成（图1）。胶东地区出露的地层主要为前寒武纪结晶基底和中生代盖层和花岗岩类。该区断裂发育，断裂走向以NE-NNE为主，其次为近EW-NEE向。胶东金矿床主要受NNE-NE向断裂控制，自西向东依次为三山岛、焦家、招远—平度、西林—陡崖和金牛山断裂带（李洪杰等，2010；肖风利等，2018）。

招平断裂是胶东西北部出露规模最大的控矿断裂，全长120 km，宽度为15~200 m，倾向SE-E，倾角为30°~70°。断裂在平面上呈走向不断变化的波状展布，在断裂南端平度城北宋戈庄附近为NNE走向，向北至南墅走向由正北转为NE 向，经招远城后再转为NEE向，延至龙口市颜家沟一带尖灭。招平断裂中段位于焦格庄—夏甸一带，断裂发育于早前寒武纪变质岩系与晚中生代花岗岩的接触界面上。断裂下盘主要为侏罗纪花岗岩，其中发育大量中生代脉岩；上盘主要为新太古代TTG质片麻岩，局部出露有新元古代荆山群。断裂走向NNE，倾向SEE，倾角为10°~58°，断裂浅部倾角较陡，局部达50°以上，向深部倾角逐渐变缓为10°~20°，为上陡下缓的铲式断裂。招平断裂带中段已查明大尹格庄、尹格庄深部、后仓、曹家洼、焦格庄、夏甸、夏甸深部及外围、道北庄子和姜家窑等超大型和大中型金矿床。

采用地质剖面法构建三维地质模型，针对被系统钻探工程控制的已知矿区和缺乏钻探工程控制的地质工作程度较低区段，采用不同的地质剖面及数据处理方式。大尹格庄—曹家洼和夏甸—姜家窑2个金矿田所在地段地质勘查程度高，已施工大量探矿工程，形成系统的勘查网度，作为已知矿区，主要依据勘探线地质剖面建立精细的三维地质模型。这2个金矿田外围的地质工作程度较低，除地表填图数据之外，仅施工少量钻探工程，主要依据物探数据进行地质剖面解译，建立了推断解释的三维地质模型。

招平断裂中段的整体三维地质模型采用“短剖面+长剖面”方式构建。其中，短剖面主要部署在大尹格庄—曹家洼和夏甸—姜家窑2个金矿田所在地段，剖面间距为120 m，主要依据以往形成的勘探线剖面图和探矿工程数据拼接形成，短剖面向深部及外围不进行虚推；长剖面贯穿整个建模区域，剖面间距为400~600 m，基于以地质条件为约束的重磁电三维物性反演，通过综合剖面解译外推至-4 000 m标高深度。当长剖面与短剖面重合时，浅部以短剖面为主，深部及外围则以平面地质图和综合物探解释数据进行外推。

三维地质建模共利用各矿区勘探线地质剖面293条。使用的物探数据包括：1/5万高精度重力测量数据、1/2.5万高精度磁法测量数据、3条大地电磁测深剖面、20条广域电磁测深剖面和35条CSAMT测量剖面。经拼接融合后，合计形成建模剖面187条（总长度为967 794.54 m），其中长剖面76条，长度共计578 401.74 m；短剖面111条，长度为389 392.80 m。剖面制作流程如图2所示。

使用钻孔数据对搭建的三维框架模型进行属性填充。将钻孔数据整理为4个表格，分别为钻孔基本信息表、钻孔弯曲信息表、钻孔地层描述表和钻孔测试分析结果表。使用和处理的钻孔数据包括机械岩心钻探344 998.23 m/475孔，测斜数据5 510条，岩性数据5 796条，金基本分析数据38 264条（图3）。

三维模型构建利用Creatar XModeling平台，采用基于复杂地质体的人机交互建模方法，通过提取剖面图中的各个地质体和矿体的轮廓线，完成地表、构造、地层、岩体、蚀变带和矿体等三维模型构建。建模面积为210 km²，深度为地表至-4 000 m。三维地质建模结果如图4所示。

构建的三维地质模型准确刻画了地层、岩浆岩、断裂、矿化蚀变带和矿体的三维空间特征（图4）。

建模区域的早前寒武纪变质岩系包括古元古代变质地层、新太古代变质侵入岩和古元古代变质侵入岩。

古元古代变质地层为荆山群，分布于模型区中部，呈NE-SW向带状分布，两侧延伸至模型外。该地层在模型范围内东西长8 800 m，南北宽148~723 m，厚度不足200 m，体积为0.19 km²，占招平断裂中段整体模型体积的0.02%［图4（a）］。

新太古代变质侵入岩由马连庄序列斜长角闪岩类、栖霞序列TTG质花岗岩类和谭格庄序列花岗岩类组成，由于三者在空间深部难以区分，因此在进行三维模型构建时整合为一个地质体。该地质体在模型范围内呈“楔形”，沿南、东、北3个方向延伸至模型外，主要分布于招平断裂带上盘。其顶部剥蚀面较为平缓，大面积出露于地表，局部隐伏于第四系之下，其下伏为中生代玲珑型花岗岩岩体，其下界面紧贴断裂蚀变带展布，与招平断裂面基本平行展布。受多期构造的影响，该地质体下界面沿东西方向呈阶梯状，沿南北方向呈波状。该地质体NE-SW向长25.62 km，NW-SE向宽4.51~8.20 km，厚度自西向东逐渐增大，最厚可达3 896 m，体积为277.07 km³，占招平断裂中段整体模型体积的31.67%［图4（b）、图4（c）］。

古元古代变质侵入岩为莱州序列斜长角闪岩，岩体规模小，呈EW向带状包裹于新太古代侵入岩内。该岩体在建模区内分布长1 062~5 151 m，宽55~260 m。其体积为0.04 km³，占招平断裂中段整体模型体积的0.01%。

中生代侵入岩主要为晚侏罗世玲珑型花岗岩，分布于模型区西侧、招平断裂带下盘。地表局部被第四系覆盖，深部连为一体，西、南、北三侧横贯整个模型并延伸至模型之外。建模深度范围（标高-4 000 m）内未能揭露其底界。与新太古代侵入岩呈构造接触关系，在模型区北东侧、焦格庄—半壁店一带侵入到新太古代侵入岩内，并切穿新太古代侵入岩出露于地表。建模区内的岩体总体积为569.08 km³，占招平断裂中段整体模型的65.06%［图4（c）、4（d）］。

模型区内规模较大的断裂有13条［图4（e）］。其中，招平断裂带为控矿断裂，位于模型中部且贯穿整个模型。该断裂总体走向352°~38°，倾向SEE，倾角为9°~50°，宽度为 20~100 m。主断裂面沿中生代玲珑岩体和早前寒武纪变质岩系接触界面展布。该断裂的浅部倾角较陡，向深部逐渐变缓，南部倾角相对较缓，北部倾角较陡。断裂表面起伏变化明显，平面上呈“S”型展布，倾向上呈陡、缓交替的阶梯状展布。沿招平断裂两侧发育破碎蚀变带，产状与主裂面基本一致［图4（f）］。以主裂面为界，中部蚀变程度高，向外围蚀变程度逐渐减弱。矿体主要分布于构造面下盘的蚀变带内，紧贴主裂面或在主裂面附近富集。大尹格庄、南周家、下林庄和栾家河断裂为后期构造，切割并错断招平断裂，其他断裂均为物探解译的构造。

本次建模打破矿权界限，将各矿区按照边界品位为1.0 g/t的工业指标重新圈定矿体，共构建了370个矿体的三维模型，矿体赋存于招平断裂主裂面以下的黄铁绢英岩化碎裂岩带和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带中。按照金矿体的空间集中分布特点，将以往勘查过程中划分的多个金矿床重新归并为大尹格庄—曹家洼、夏甸—姜家窑和焦格庄北3个金矿田，三者沿招平断裂走向呈5 500 m等间距分布［图5（a）］。矿体向NE侧伏，沿侧伏方向富矿段（富集区）和弱矿或无矿段相间产出，富矿段呈1 450 m等间距分布［图5（b）、5（c）］。在三维模型中提取招平断裂面倾角数据制作断裂表面坡度图时发现，该断裂分别在浅部和深部有2段倾角较陡的部位，即［图5（b）］中的红色区域，显示了倾角陡、缓交替的阶梯状特征，矿体分布受招平断裂带舒缓波状展布的控制，倾角由缓变陡的陡倾角部位形成局部扩张空间，陡倾段顶部压力小，流体向上逸散快，虽然有较好的扩容空间，但得不到充分的渗流交代作用，未形成矿体。相反，倾角由缓变陡的缓倾段部位虽然扩容空间不甚发育，但构造转折时，发育张性或张扭性裂隙，断裂缓倾段顶部压力大，流体横向逸散慢，可充分进行渗流交代作用，缓倾段矿体品位相对较高。将见矿范围和矿化富集区投影到断裂表面坡度图中发现，矿体尤其是矿化富集区主要分布于断裂表面坡度由陡变缓和较缓部位［图5（b）］。沿矿体侧伏方向的剖面区域［图5（c）］分别提取断裂倾角和相应位置的厚度×品位数据，制作断裂表面坡度和矿化强度分析折线图［图5（d）］。图5（d）中显示，断裂坡度陡、缓转折和较缓的曲线段与矿化强度（厚度×品位）较高的曲线段对应较好，而断裂坡度较陡段的矿化强度较弱。矿体与断裂三维空间的这种耦合关系印证了宋明春等（2012，2020）提出的胶东金矿阶梯式成矿模式，实现了“阶梯式成矿模式”三维化、数字化表达，并为深部找矿（宋明春等，2022a）和本文的深部成矿预测提供了关键标志。

胶东地区传统的成矿预测主要根据地表物、化、遥特征和地质条件、成矿规律等多元信息而开展。但是，随着找矿深度和勘查数据的增加，深层覆盖下接收到的地球物理信息逐渐减弱，使得成矿规律研究和深部成矿预测的难度加大。

通过前述三维地质建模和空间分析发现，招平断裂带中段金矿体分布具有明显的规律性，且矿体与断裂之间具有良好的耦合关系。为此，本研究提出“构造控矿规律+精细三维地质模型”深部找矿方法。该方法改变了传统以各类与成矿有关的异常圈定靶区的找矿方式，提出了以识别断裂形态变化控矿规律为依据，以断裂倾角转折和构造表面变化率为主要参数的深部金矿预测方法，破解了深部找矿难题，成功将预测深度延伸至地下4 000 m。该方法基于“立方体预测模型”方法进行成矿有利信息的提取（陈建平等，2014），并将成矿有利信息作为属性赋给每一个单元块，构建成矿预测模型。利用“三维信息量法”对各找矿因素进行评价（赵鹏大等，1983），计算各预测要素的信息量值。信息量值越高的块体则成矿概率越高，依此确定找矿有利靶区。

在基于矿床勘查和深部地球物理探测建立的三维地质建模中，根据三维地质模型的空间分析，结合前人对该地区基础地质、成矿规律和成矿模式的认识（宋明春，2010；徐韶辉等，2021；解天赐等，2022；单文法等，2023），选取赋矿地质体、控矿构造和成矿规律信息作为成矿预测因子，建立招平断裂带中段综合找矿预测模型（表1）。

将招平断裂中段的三维地质模型作为预测模型，按照单元块提取相应的特征变量，计算找矿信息量。综合考虑计算机运算能力、研究区尺度和勘探线剖面间距等多种因素的影响，最终确定立方体网格尺寸为200 m×200 m×5 m（长×宽×高），共划分出4 510 272个单元块。将已知矿体作为先验数据模型（因变量），划分出10 637个单元块。在断裂倾角转折部位划分出117 311个单元块，占预测模型总单元块数的2.60%，其中含矿单元块为9 125个，占矿体总单元数的85.79%，找矿信息量值为3.496。按照构造表面变化率划分出148 440个单元块，占总单元块数的3.29%，其中含矿单元块为7 546个，占矿体总单元数的70.94%，找矿信息量值为3.071。在构造走向转折地段划分出157 169个单元块，占总单元块数的3.48%，其中含矿单元块为8 371个，占矿体总单元数的78.70%，找矿信息量值为3.117。按照矿体斜列和侧伏规律划分出89 649个单元块，占总单元块数的1.99%，其中含矿单元块为7 697个，占矿体总单元数的72.36%，找矿信息量值为3.595。按照矿体倾向等间距划分出95 006个单元块，占总单元块数的2.11%，其中含矿单元块为7 873个，占矿体总单元数的74.02%，找矿信息量值为3.559（表2和图6）。

将提取的各要素块体模型导入Creatar XModeling平台，基于机器学习计算各个单元块的找矿信息量值，最后将每一个块体单元的成矿有利变量的信息量值进行累加，则获得该块体单元总的信息量值。信息量值趋于稳定收敛的范围是成矿的有利区间范围，其中将一级远景区（信息量值为13.712~16.770）定义为传统的找矿靶区，将二级远景区（信息量值为9.648~13.712）定义为找矿有利区。利用已知矿体区对靶区预测结果进行验证，已知区内信息量值大于等于13.712的块体数共计为10 055块，占已知区内块体数（150 341块）的6.69%，金金属量达430.88 t，金资源量占已查明资源量的88.79%（已知区内累计查明金金属量为485.25 t），已知区内含矿面积比为46%，预测区内靶区面积占比为51%，且已知矿体控制走向长度平均为1 355 m，斜深平均为1 240 m，矿体规模较大，说明本次靶区预测结果科学、可靠。

根据《全国矿产资源潜力评价数据模型》技术要求，结合以往地质勘查成果，综合考虑成矿地质条件、矿床埋深情况、资源潜力和自然经济状况等，将找矿靶区级别划分为A级和B级。合计圈定A级找矿靶区10处、B级找矿靶区2处（表3和图7）。由表3可知，各靶区在空间上与成矿有利要素叠合值均为正值，说明所选取的各要素合理且有效，均为成矿有利要素。其中，A1-3、A1-5和A1-6靶区在空间上与构造表面变化率交集值低于60%，其值略低，这可能是由于该区域构造表面变化差异略小，未提取该预测要素单元块，导致空间上靶区与其交集较低，其他成矿有利要素交集值高。优选A1-1靶区进行钻探验证，在主裂面下方发现工业矿体，赋矿标高为-600 m，见矿厚度为3.60 m，平均金品位为7.88×10^-6。

胶东地区资源量预测采用传统的定量预测方法：首先选定一个与金金属量相关联的要素，然后利用已探矿区求取该要素与金资源量的定量关系，最后根据未知区域该要素含量、已知区该要素含量和已知区域金金属量估算预获资源量（王世称等，2000）。其中，体积估计法是将已知地区有代表性的单位体积矿产平均含量估计值外推到研究地区体积内的资源；丰度估计法是通过求出已知区成矿元素的富集系数公式，外推到预测区。传统的资源量定量预测方法尚存在一些难题：如选定的要素与金资源量预测并不存在直接的相关关系；在求取要素与金资源量的定量关系时，采用的是已知区的平均值，对于不同地区预测要素存在差异缺乏考虑。

为提高定量预测的准确性，本文对定量预测方法进行了优化，采用“体积+信息量值”进行定量预测，突破了传统定量预测方法取值随意性大以及关联要素与金资源量关系不明的难题。通过将成矿预测时优选的预测变量（具体为预测变量拟合的信息量值）作为关联要素，在成矿预测模型和金资源量模型完全融合的基础上，计算已知区关联要素（信息量值）的单元块体含矿量，以此对预测地段进行赋值，达到定量预测的目的。在选择金金属量的关联要素时，利用成矿预测时所选用的构造走向转折张性空间、构造表面变化率、构造产状变化、矿体倾向等间距性以及侧伏和斜列规律5个变量，即利用信息量法将5个变量叠加的信息量值作为关联要素，进行未知区资源量估算。基于信息量法进行信息量值计算时，每个信息量值均由5个预测变量中的任意数个变量叠加形成。由于各变量的权重不同，所以相同的信息量值基本可判定是由相同的预测变量叠加形成，即相同的信息量值具有相同的成矿环境。通过求取已知区各信息量值的平均金含量，对未知区、相同的信息量值进行金资源量赋值，从而更加准确地进行定量预测。在对已知区不同信息量值平均金金属量进行计算时，将金资源估算模型与预测模型充分融合，精确计算已知区内某个信息量值含有的平均金金属量。具体赋值公式如下：

式中：P¯_信息量值为某信息量值单个单元块体平均金含量；A为该信息量值在已知区内含有总金金属量；S_信息量值为已知区含有该信息量值的块体数量。

经计算，预测招平断裂带中段-4 000 m以浅金潜在资源量为416 t。

（1）基于地质、综合物探和探矿工程数据，构建了招平断裂带中段三维地质模型，实现了-4 000 m以浅三维可视化，进一步理清了招平断裂带各地质体、构造的产出状态和空间关系。突破传统的矿区概念，对大尹格庄—曹家洼和夏甸—姜家窑2处典型金矿床密集区主要矿体重新进行连接，并进行矿体和构造空间分析，发现金矿体的空间分布具有向NE侧伏和等间距分布规律。

（2）实现了“阶梯式成矿模式”三维化和数字化表达。基于三维模型，证实了控矿断裂在三维空间内由浅部至深部呈倾角陡、缓交替的阶梯式变化，通过分析断裂表面坡度与矿化强度之间的关系，发现在断裂倾角陡、缓转折部位和倾角较缓部位，金矿化富集程度高，量化了金矿化表达指标。

（3）不同于传统以异常圈定靶区的找矿方式，本文增加了以圈定构造形态异常为目标的深部找矿方法，建立了基于构造走向转折地段、构造倾角转折部位、构造表面变化率、矿体倾向等间距性和矿体侧伏5个特征变量的招平断裂带中段综合找矿预测模型。圈定深部找矿靶区12处，其中A级靶区10处。经钻探验证，发现了金工业矿体，为下一步深部找矿工作指明了方向。

（4）克服了传统的定量预测方法取值随意性大、关联要素与金资源量关系不明的难题，提出“体积+信息量值”方法进行了深部金资源量定量预测，将断裂控矿和矿体空间分布的5个特征变量叠加的信息量值作为关联要素，预测研究区-4 000 m以浅金潜在金资源量为416 t。