礦田三維地質填圖方法及應用

袁 峰，李曉暉，張明明，胡訓宇，李 楊

（合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽 合肥230009）

三維地質填圖是近年來隨著地球物理探測及三維地質建模技術的進步發展起來的新方法和新技術，目前已逐漸成為了解深部地質結構的重要手段。三維地質填圖目前已被廣泛用于城市地質調查［1-4］以及礦床學和深部找礦等研究和實際工作之中［5-11］。其中，在礦集區、礦田乃至更大尺度開展地球物理探測及三維地質填圖，通過融合多源地質、物探數據信息，去偽存真、對比分析，得到更為合理正確的深部地質結構，已為尋找深部隱伏礦體提供了有效途徑，并做出了積極貢獻。例如，西澳Menzies-Norseman成礦帶進行了三維立體地質填圖和深部成礦預測，融合了地震反射剖面、鉆孔資料、重、磁模擬和地表地質圖件，并依此成功預測出4個金礦體；加拿大安大略和魁北克省Abitibi綠巖帶的深部結構進行了地球物理探測和三維地質填圖，了解了控礦構造的深部延伸及巖石組合的空間分布，為深部礦體的勘探指明了方向［8］；Lüet al．，（2013）在銅陵獅子山礦田進行了三維地質填圖工作，在礦田深部預測出多個深部成礦靶區［9］；Li et al．，（2015）在安徽寧蕪盆地南段鐘姑礦田進行了三維地質填圖工作，并將其作為數據基礎開展了定量成礦預測，在礦田深部預測出多個隱伏找礦靶區［10］；陳應軍等（2014）對澳大利亞三維地質填圖進展與實例進行了介紹，闡明了三維地質填圖在礦床、油氣和水資源領域中具有跨時代的意義［12］。

本文通過綜合以往在礦田尺度開展的三維地質填圖工作，總結了礦田三維地質填圖方法和流程，并對長江中下游成礦帶鐘姑礦田開展的工作進行了實例介紹，以期為我國開展礦集區、礦田乃至更大尺度的三維地質填圖工作提供參考和借鑒，更好地服務于深部隱伏礦床的預測和勘探。

1 礦田三維地質填圖方法及流程

從技術層面上說，深部找礦勘查要求所采用的探測技術探測深度大、精度高、抗干擾能力強、能適應復雜地形條件，目前任何一種單一的方法都難以滿足進行500m以下的礦產勘查的需求［12］。礦田三維地質填圖是一種能夠融合多種地質、物探數據資料的綜合方法，能夠服務于深部隱伏礦床的預測及找礦勘探工作。在三維地質填圖的過程中，既可以融合已有的地質填圖、地質鉆孔信息，又可以融合多種物探（如重力、磁法、電法及地震勘探等）數據。礦田三維地質填圖最終以三維地質結構模型作為成果，以強化對成礦過程和地質構造的全面理解或為深部找礦提供數據基礎和推測依據。其方法流程如圖1所示。

方法首先系統收集礦田內與地質礦產相關的基礎數據與信息。收集的資料主要包括地質填圖數據、地質鉆孔數據、地質剖面數據等，必要時需開展地質剖面或區域性的補充填圖工作。針對收集到的海量數據，對數據進行資料編碼、數字化與集成，并賦予相應的三維屬性特征，通過數據庫系統統一進行管理。此外，研究區內地層年代學數據，巖石物性測量數據、巖性與物性對應關系等數據信息也需要進行相應收集。

圖1 礦田三維地質填圖方法流程

在進行數據整理及建庫工作之后，需根據待研究礦田的地質構造復雜程度，規劃多個剖面以融合多源數據對深部地質結構進行描述。基于收集獲得的地質填圖及鉆孔（地質界限、產狀）等數據信息，基于地質規律及知識經驗，逐剖面對鉆孔深度范圍內的地質結構進行刻畫，以為深部地球物理正反演工作提供約束及基礎。

地球物理探測是獲得研究區深邊部地質結構信息的重要途徑［5，13-15］。在深部找礦勘探中，由于控礦介質與結構、深部過程的多樣性，需要集成多種地球物理方法開展研究［14，16］。因此，可通過開展多種平面或剖面地球物理探測，并運用多種2維、2．5維、3維方法進行聯合反演，反演過程中要充分利用鉆孔深度的地質剖面以及鉆孔數據等進行合理約束，以獲取深部地質結構信息，從而更好地對待研究礦田目標深度的地質結構進行解譯和刻畫。

基于上述工作獲得的多元地質及物探解譯數據，最終需利用三維地質建模方法實現數據融合及三維地質結構模型構建。目前，商用三維地質軟件中三維地質建模功能均已成熟，但在建模過程中，需嚴格按照區域地層年代學信息，充分利用地表地質填圖數據（地質界限、產狀等），地質鉆孔數據（尤其是深孔數據），不同尺度的地質剖面數據，地質、地球物理綜合剖面數據，三維地球物理反演成果等對地質建模過程進行充分約束。針對構建獲得的三維地質結構模型，還需通過剖切、三維正演等手段進行循環修正，從而獲得更為合理的三維地質結構模型。

2 長江中下游成礦帶礦田三維地質填圖實例

長江中下游地區是中國重要的銅鐵多金屬成礦帶［17-19］，該區中生代燕山期巖漿活動和成礦作用強烈，在斷隆區形成了寧鎮、銅陵、安慶-貴池、九瑞和鄂東南等礦集區，在斷凹區形成了溧水、溧陽、寧蕪、繁昌、廬樅、懷寧和金牛等火山巖盆地（圖2）［17-18，20］。為了更好地闡述礦田三維地質填圖方法及流程，本文以斷凹區寧蕪礦集區內的鐘姑礦田為例，對所采用的方法及成果進行實例闡述。

圖2 長江中下游地區礦集區略圖［21］

鐘姑礦田位于寧蕪火山巖盆地南段（圖1），區內褶皺斷裂構造發育、巖漿活動強烈。礦田內火山基底地層有三疊系中統周沖村組（T2z）、白云質灰巖夾膏鹽層、中統黃馬青組（T3h）砂頁巖以及侏羅系中下統象山群（J1-2xn）砂頁巖。與鐵礦有關的侵入體均為淺成—超淺成的小巖體，主要為閃長巖類。目前鐘姑礦田內已發現有多個大中型鐵礦床，但近年來在礦田內深部找礦勘探成果表明，在礦田的深部仍存在較好的找礦遠景。

針對鐘姑礦田，三維立體地質填圖工作首先對區內多元地學數據進行了收集，構建了地質數據庫；之后在礦田內布設了NW-SE向13條平行剖面，結合鉆孔、填圖等數據對鉆孔深度的地質剖面進行了構建；之后工作針對礦田開展重磁掃面及剖面高精度重、磁、電法探測；并基于地球物理數據，利用地質剖面及鉆孔數據進行約束，開展剖面反演計算，參考三維反演成果，對-2 000m以淺的地質、物探綜合剖面進行構建；最終基于地質、物探綜合剖面，融合地表填圖及鉆孔數據，通過循環修正，構建完成鐘姑礦田三維地質結構模型（圖3）［10］。

圖3 鐘姑礦田三維地質結構模型

3 結論

礦田三維地質填圖為深部地質調查、深部找礦勘探提供了方法和工具。合理正確的礦田三維地質結構模型可強化對礦田成礦過程和地質構造的全面理解，并可為礦田尺度下的成礦預測及深部找礦提供數據基礎和推測依據。進一步開展不同尺度、不同構造背景下的三維地質填圖工作將為解決不同層級地質及成礦問題帶來新的途徑和思路；融合更多來源的地學數據，協同采用更多地球物理探測方法及三維正反演方法，將更大程度地提高礦田三維地質填圖的合理性及有效性。

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