[M-TT27] 地球惑星科学データ解析の新展開：データ駆動型アプローチ

[MTT27-10] 地球統計学と物理則を組み合わせた金属鉱床品位の空間モデリングの試み

*小池 克明¹、呂 磊¹、久保 大樹¹、柏谷 公希¹、多田 洋平¹、山田 亮一² (1.京都大学大学院工学研究科、2.東北大学理学研究科)

キーワード：黒鉱、クリギング、移流拡散方程式、銅品位、鉱液パス

金属は社会のあらゆる工業製品やインフラストラクチャーの材料であり，世界的な需要の指数関数的増加が見込まれている。需要増加に対処するには，既存の鉱床の水平・深度方向の広がりの把握，および新規の鉱床の探査・発見がますます重要な課題となってきている。そのためにも開発中の鉱床，あるいは有望地域における品位（鉱石中の金属濃度）の高精度空間分布推定が不可欠である。このような推定に，不規則配置の測点で得られ，情報量も少ない地質データの空間的相関構造を用いるという地球統計学（Geostatistics）的手法が広く適用されてきた。しかし，これにより得られる空間分布の特徴はデータの統計学的性質に依存するので，地質学的な妥当性は保証されない。品位の分布は熱水の流動のような物理・化学的現象に起因するので，この考慮も必要である。また，測点が疎な領域での推定精度が低いという問題点もある。
そこで本研究では，これらの問題点の解決を目指し，地球統計学と物理則との組み合わせることで品位の空間分布推定精度の向上を試みた。そのケーススタディの対象として，秋田県北鹿地域での大規模な黒鉱鉱床である松峰鉱床と深沢鉱床を選んだ。黒鉱とはCu，Zn，Pbに富んだ緻密な鉱石で，火山性塊状硫化物（VMS）の一種である。鉱床の形成は，海底火山活動に起因した鉱液が海水との混合によって冷却され，金属が沈殿したことによる（山田・吉田, 2013など）。解析では，鉱床での垂直，あるいはそれに近いボーリングによるCu，Zn，Pb濃度データを用いた。
まず各金属濃度データのセミバリオグラム解析を行い，相関構造を明らかにした後にクリギングによる内挿，および逐次ガウス法によるシミュレーションによって3次元の品位分布モデルを作成する。次に，鉱液の移動と金属の沈殿は移流拡散現象で近似できると仮定して，鉱液ソースの位置，移流速度，拡散速度などを未知パラメータとした理論解を測定データに当てはめ，非線形最小二乗法によってパラメータの値を決める。これにより，対象領域全体に対して濃度分布を与えられるようになる。さらに，地球統計学による空間モデルと物理モデルとを，測点の位置で計算濃度が測定値に一致するようにクリギングによって結合させた。
以上の結合モデルによって品位分布から鉱液の主要なパスが概ね推定できようになり，これは鉱床の形成プロセスの解釈に有用である。しかし，ボーリング地点の間隔に依存して数十m単位での品位分布推定と粗い。鉱液の詳細なパスが推定できるように，鉱石試料の顕微鏡観察により小領域での硫化鉱物の分布を抽出し，ミクロスケールでの空間モデリング，およびそれとマクロスケールモデルとの組み合わせに取り組んでいるところである。
謝辞：貴重なボーリング調査資料のご提供と整理にご協力いただいたDOWAメタルマイン(株)，エコシステム花岡(株)に深甚の謝意を表したい。
文 献
山田亮一・吉田武義 (2013) 北鹿地域における黒鉱鉱床と背弧海盆火山活動, 地質学雑誌, v. 119 補遺, p. 168-179.