江西相山火山盆地三维电性结构研究

The Xiangshan volcanic basin, which locates in Jiangxi province, has one of the largest volcanic rock-hosted uranium deposit in China. There are different viewpoints about deposit type, the source of uranium, and evolution of magmatic rock, which has a large prospecting potential in deep, this is found the metallogenic zoning of U-Pb-Zn in recent years. To delineate mainly ore-controlling factor and spatial distribution of targets geological bodies and 3D sructure of hydrothermal alteration system, which is the key of deepening the geological knowledge and grope the second depth and space for ore exploration, we carry out deep exploration for 3D geological structure of Xiangshan volcanic basin. We develop the program for 3D forward and inversion of MT with topography based on data space conjugate gradient Occam’s method. To obtain a realistic 3D resistivity model. we perform the 3-D inversions for MT observed data in Xiangshan volcanic basin. And we interpret using all of the geological and scientific drilling data and inversion result of gravity and magnetic. Finally, we reveal the 3D spatial distribution of volcanic-intrusive complex, structure, asement and volcanic-sedimentary strata, and clarify the relationship between mineralization and system of magmatic-tectonic, U-Pb-Zn mineralization and hydrothermal alteration. It is deepen understanding for the evolution history of the Xiangshan volcanic basin, and then provide important evidence for deep mineral exploration.

江西相山火山盆地产出我国最大的火山岩型铀矿床，但其矿床类型、铀物质来源、岩浆岩演化等仍存在不同观点,加之近年在该盆地发现了“上铀下铅锌”的成矿分带,深部找矿潜力突显 。开展相山火山盆地的深部三维地质结构探测圈定主要控矿因素及目标地质体的空间分布以及热液蚀变系统的三维结构，是深化地质认识、发展深部第二找矿空间的关键。本项目以数据空间OCCAM算法为核心，开发起伏地形下大地电磁三维正反演程序，对相山火山盆地大地电磁数据进行三维反演，结合区域重、磁和科学深钻资料 ，揭示火山-侵入杂岩、构造、基底、盆地火山-沉积地层三维空间分布，厘清燕山期岩浆-构造系统、U-Pb-Zn矿化系统和热液蚀变系统与成矿作用关系，深化认识相山火山盆地演化历史,为开拓深部第二找矿空间，实现深部找矿突破提供依据。

开展相山火山盆地三维电性结构研究是深化研究区地质认识、发展深部第二找矿空间的关键。本项目首先采用交错网格有限体积算法求解洛伦兹(Lorenz)规范条件下的耦合势方程，并采用AGMG算法对线性方程组进行求解，实现了大地电磁三维正演模拟。在此基础上，采用正则化反演思想，构建了考虑模型平滑约束的目标函数，建立了任意类型数据集的Jacobi矩阵统一表达式，并通过伴随正演的方式实现Jacobi矩阵计算；通过引入求解大规模最优化问题的L-BFGS算法，采用有限向量对乘积近似Hessian 矩阵，避免了曲率对信息的存储和Hessian逆矩阵计算，并考虑全局步长搜索策略；通过建立地下、空气层的统一模型协方差矩阵表达式实现带地形正反演计算，最终实现了起伏地形条件下大地电磁L-BFGS三维反演算法，对理论数据和实测大地电磁数据进行反演试算，验证了该算法的可行性。利用不同频率正演和Jacobian矩阵计算相互独立的特性，实现了以频率为粒度的基于MPI的并行算法，并通过采用按测点和频点分区分块多次反演的策略实现了超大规模数据集的大地电磁三维快速正反演计算。然后，通过研究区大地电磁数据一维、二维反演结果和地表地质、钻孔等资料建立三维反演初始模型，采用开发的起伏地形下大地电磁三维反演算法对相山火山盆地大地电磁数据进行三维反演，获得了研究区三维精细电性结构，构建了相山火山盆地三维地质模型，揭示了火山-侵入杂岩、构造和基底的三维空间展布，厘清了燕山期构造-岩浆系统与U-Pb-Zn热液成矿作用的关系，建立和完善了U-Pb-Zn成矿理论，深化认识相山火山盆地地质演化历史，为开拓深部第二找矿空间、实现深部找矿突破提供依据。项目研究成果为相山火山盆地大地构造演化和成矿作用研究提供了深部地球物理信息，推动了研究区深部地质结构和U-Pb-Zn成矿作用研究。