三維數(shù)字建模技術(shù)在陜西某鉛鋅礦深部找礦中的應(yīng)用

劉 亭，王光寧，齊艷妮

（西北礦冶研究院，甘肅白銀730900）

三維數(shù)字建模技術(shù)在陜西某鉛鋅礦深部找礦中的應(yīng)用

劉 亭*，王光寧，齊艷妮

（西北礦冶研究院，甘肅白銀730900）

目前礦產(chǎn)資源形勢嚴(yán)峻，礦山深部找礦已成為一種勢在必做的勘查工作。論述了三維地質(zhì)建模技術(shù)在陜西某鉛鋅礦深部找礦中的應(yīng)用實(shí)例，通過地層、已知礦體、蝕變帶、斷裂構(gòu)造等地質(zhì)體的建模與成礦信息綜合分析、成礦規(guī)律總結(jié)，圈定了2個(gè)有利成礦區(qū)域，為礦山的深部地質(zhì)找礦和礦山生產(chǎn)等工作提供了直觀、快速的技術(shù)支持。

地質(zhì)找礦；三維建模；隱伏礦體

1 概述

隨著礦產(chǎn)資源的快速消耗，越來越多的大型、易采、高品位的礦產(chǎn)資源已被發(fā)現(xiàn)，礦產(chǎn)勘查的難度日益加大，找礦主體已逐漸從地表、淺部及易識(shí)別的礦體向隱伏礦、深部礦、難識(shí)別的礦體轉(zhuǎn)變，因此利用新方法、新技術(shù)來發(fā)現(xiàn)隱伏礦體、深部礦體已成為當(dāng)前地質(zhì)勘查領(lǐng)域重要的研究方向之一。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐步成熟，使得三維地質(zhì)模擬技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，已形成了一套比較完善的理論，并逐步將三維可視化理論應(yīng)用到礦山深部及隱伏礦床的地質(zhì)找礦工作中。

本文通過闡述陜西旬陽某鉛鋅礦利用傳統(tǒng)地質(zhì)信息建立三維地質(zhì)模型，并以此模型指導(dǎo)礦山深部及隱伏礦體的地質(zhì)找礦工作，說明三維數(shù)字建模技術(shù)在礦山找礦工作中的作用。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

陜西某鉛鋅礦位于秦嶺造山帶南秦嶺印支褶皺帶，礦區(qū)位于該構(gòu)造帶東南部大羊山復(fù)向斜和漢江復(fù)背斜之間的次級(jí)褶皺中，在成礦區(qū)帶上，礦區(qū)隸屬南秦嶺成礦帶（Ⅲ級(jí)）鎮(zhèn)安—旬陽成礦區(qū)（Ⅳ級(jí)）麻坪河-南沙溝鉛鋅成礦帶（V級(jí)）。礦區(qū)經(jīng)地表追索與工程控制，共圈定礦體4條（自南向北編號(hào)為K1-K4），礦體受一定巖性及層間破碎帶控制，大致呈似層狀、透鏡狀分布，礦石以浸染狀、條帶狀為主。

中統(tǒng)雙河鎮(zhèn)組（S2s）為該礦區(qū)主要出露地層，該地層可細(xì)分為4個(gè)巖性段，其中第二巖性段（S2s2）灰色粉砂質(zhì)千枚巖為礦區(qū)的主要含礦層位，第三巖性段（S2s3）灰—淺灰色粉砂質(zhì)千枚巖夾薄層狀、條帶狀粉砂巖，為礦區(qū)的次要含礦層位。

礦區(qū)內(nèi)無大型的褶皺構(gòu)造，多為頂厚、斜歪的褶曲構(gòu)造，總體與大羊山復(fù)向斜樞紐傾向一致。EW向斷裂對礦區(qū)地層切割強(qiáng)烈，斷裂帶東西長度約15km，寬20余米，斷裂構(gòu)造帶內(nèi)巖石變形強(qiáng)烈，具炭化、糜棱巖化特征，EW向斷層對礦區(qū)內(nèi)礦體均有不同程度的截切。礦區(qū)內(nèi)層間破碎帶發(fā)育，成組出現(xiàn)，與礦區(qū)4條礦體相吻合，斷層面沿走向、傾向具波狀彎曲，傾角較緩。

3 三維地質(zhì)建模技術(shù)的應(yīng)用

三維地質(zhì)建模技術(shù)即是在特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與三維環(huán)境下，利用現(xiàn)代空間理論、三維模擬技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，將與地質(zhì)找礦有關(guān)的勘查地質(zhì)、生產(chǎn)探礦、測量、樣品分析等原始數(shù)據(jù)與圖元資料進(jìn)行綜合整理與研究，將各種地質(zhì)體的不規(guī)則邊界和空間分布特征形象的展現(xiàn)在眼前，尋找各種地質(zhì)找礦信息之間的相互聯(lián)系，研究地質(zhì)體的幾何結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的物理、化學(xué)屬性的變化規(guī)律，并用于地質(zhì)綜合研究與資源儲(chǔ)量估算[1]。

陜西某鉛鋅礦山的地質(zhì)找礦工作是以3DMine礦業(yè)工程軟件為平臺(tái)，利用礦山地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)、礦山生產(chǎn)測量、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等原始資料，建立了礦區(qū)地表模型、礦體模型、斷層模型、地層模型、開拓工程模型、鉆孔數(shù)據(jù)模型以及基于實(shí)體模型建立的礦區(qū)塊體模型，通過模型與數(shù)據(jù)分析，預(yù)測了有利成礦區(qū)段，為該礦區(qū)的深邊部找礦工作圈定靶區(qū)。

3.1 地表三維模型

地表模型的建立可將地層分界線、礦體出露、斷層線等插值投影到地表模型上，為地質(zhì)體的空間分析提供參考依據(jù)。本次工作利用3DMine軟件DTM表面功能對原始地形地質(zhì)圖進(jìn)行處理，直接生成地表三維模型（圖1），將地質(zhì)信息投影至地表模型，可通過三維可視化準(zhǔn)確分析礦體延伸狀態(tài)，如該礦區(qū)地質(zhì)平面圖顯示的礦體呈“雁形”排列，在三維空間卻呈現(xiàn)為近東西向似層狀分布。

圖1 地質(zhì)界線在地表模型的投影

3.2 地層實(shí)體模型

工作區(qū)主要出露的地層有為中統(tǒng)雙河鎮(zhèn)組（S2s）的4個(gè)巖性段，即深灰—灰黑色含炭千枚巖（S2s1）、灰色粉砂質(zhì)千枚巖（S2s2）、灰—淺灰色粉砂質(zhì)千枚巖（S2s3）、灰—灰黃色粉砂質(zhì)千枚巖（S2s4），區(qū)域主要含礦層位為S2s2、S2s3兩個(gè)層位，為研究區(qū)的主要控礦因素之一。

本次工作通過現(xiàn)場收集剖面圖、地形地質(zhì)圖并對坑道工程進(jìn)行現(xiàn)場編錄等工作，利用軟件使得平面投影高度位置與三維空間中的實(shí)際情況一致，將各個(gè)同類地層界線相連，然后通過實(shí)體模型間的布爾計(jì)算，確定實(shí)體的邊界線，避免出現(xiàn)空隙、相交等其他不完整信息，完成了不同地層實(shí)體模型，從而展現(xiàn)出含礦地層的空間分布特征、變化趨勢。

3.3 斷層（斷裂）實(shí)體模型

斷層三維模型的建立對于地質(zhì)勘探、生產(chǎn)及成礦研究都具有重要的意義[2]。斷層的三維建模需要結(jié)合剖面解譯結(jié)果或地下探礦工程的斷層揭露位置，準(zhǔn)確地表達(dá)斷層的延伸方向、空間位置及對礦體延伸的影響程度，本次工作采用中段開拓巷道及區(qū)域地質(zhì)圖中顯示的斷層延伸、斷面的錯(cuò)動(dòng)方向?qū)ζ溥M(jìn)行了三維建模（圖2）。斷層模型的建立可有效分析斷層與礦體的關(guān)系，斷層錯(cuò)動(dòng)對礦體延伸的影響等，如F3斷裂帶在礦區(qū)東部將3號(hào)礦體截?cái)嗖l(fā)生東北向位移，使礦體在斷裂帶兩側(cè)出現(xiàn)一段空白地帶。

圖2 工作區(qū)斷裂帶實(shí)體模型

3.4 礦體（蝕變帶）實(shí)體模型

已知礦體的三維模型、蝕變模型的建立對成礦規(guī)律的總結(jié)具有重要的意義，通過分析研究礦體（蝕變帶）與地層、斷裂帶的空間分布關(guān)系，對尋找鉛鋅礦床的分布空間具有重要的指示作用。本次地質(zhì)找礦通過對地表礦體露頭、采礦工程揭露、鉆孔見礦情況，對工程已控制的礦體在中段平面圖上進(jìn)行礦體圈定，利用軟件生成已知礦體三維模型（圖3）。

圖3 已控制礦體實(shí)體模型

3.5 鉆孔（屬性）數(shù)據(jù)模型

鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立是將鉆孔的孔口坐標(biāo)、孔深、測斜數(shù)據(jù)、樣長、品位信息、巖芯信息等原始數(shù)據(jù)按照一定格式建立數(shù)據(jù)庫，通常將坑道采樣信息、探槽參照鉆孔數(shù)據(jù)格式建立統(tǒng)一的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。通過三維可視化軟件，可對鉆孔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行隨時(shí)的更新、修改、查詢功能，查看鉆孔的空間立體分布狀況。鉆孔數(shù)據(jù)庫是礦體、巖層三維模型的建立基礎(chǔ)，也是進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析研究的依據(jù)。

3.6 塊體模型

隨著三維建模理論和三維空間插值技術(shù)的不斷成熟，以三維礦體模型為基礎(chǔ)通過空間插值技術(shù)來計(jì)算礦體儲(chǔ)量已成為發(fā)展趨勢。結(jié)合礦體形態(tài)、走向、傾向、厚度及空間分布特征，根據(jù)礦體實(shí)體范圍，確定塊體建模單元參數(shù)與建模范圍。本次塊體模型的建立以及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與插值理論的應(yīng)用充分考慮了礦體空間變化及其品位空間變化特征，估值塊體相對于各樣品的相對位置及與鄰近樣品之間的關(guān)系，避免了塊段法品位估值的缺點(diǎn)，提高了礦產(chǎn)儲(chǔ)量估算的精度。

3.7 三維成礦預(yù)測

在建立礦床三維模型的基礎(chǔ)上，分析地層、斷層、礦體、蝕變體、鉆孔等地質(zhì)找礦模型之間的空間關(guān)系，提取與分析各控礦要素，得出礦體的特征變量（走向、傾向、傾角、厚度等）參數(shù)，確定研究區(qū)域蝕變模型及特征參數(shù)的取值范圍，并利用插值理論為每一個(gè)塊體單元塊賦予屬性值，通過單元屬性的范圍顯示功能，可直接的顯示出成礦有利區(qū)域，圈定地質(zhì)找礦靶區(qū)。

本次研究工作通過綜合分析各控礦要素，圈定了2個(gè)地質(zhì)找礦靶區(qū)：

（1）480～580m標(biāo)高之間，4～8號(hào)勘探線范圍內(nèi)2號(hào)、3號(hào)礦體在深部有一定的成礦前景；

（2）礦區(qū)西部1號(hào)礦體下盤有盲礦體的存在，具有一定的找礦前景，工作期間該區(qū)域施工的探礦巷道已揭露部分盲礦體。

4 三維地質(zhì)建模技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足

礦山的地質(zhì)找礦工作需要了解礦山的地質(zhì)特征、尋找地質(zhì)體的空間分布規(guī)律、分析各元素的變化趨勢，但這些要素在三維空間復(fù)雜多變，很難在有限的二維平面內(nèi)對其進(jìn)行詳細(xì)描述。而三維地質(zhì)模擬技術(shù)的應(yīng)用，可以通過三維空間理論，將與成礦有關(guān)的地質(zhì)體的空間分布關(guān)系、礦體的空間變化趨勢、地質(zhì)體的物理化學(xué)屬性進(jìn)行綜合研究與對比分析，通過可視化的方法，快速、便捷地對信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，更加透徹地分析各種地質(zhì)問題，得出地質(zhì)體間的空間分布關(guān)系、總結(jié)成礦規(guī)律，大幅提高了地質(zhì)工作者的工作效率，節(jié)約了在制圖、地質(zhì)資料管理與應(yīng)用過程中的時(shí)間與精力，降低了礦山地質(zhì)勘查的風(fēng)險(xiǎn)與盲目的工程投入，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)地質(zhì)工作向三維地質(zhì)找礦的轉(zhuǎn)變。

雖然三維地質(zhì)建模技術(shù)對地質(zhì)找礦工作有很好的指導(dǎo)作用，但在勘查應(yīng)用中也存在以下的不足之處：

（1）原始數(shù)據(jù)格式復(fù)雜多樣、建模時(shí)間較長。三維地質(zhì)建模是以完整的地質(zhì)、測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然而礦產(chǎn)勘查涉及地質(zhì)勘查、基礎(chǔ)地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等多方面、多專業(yè)的地質(zhì)編錄、礦山測量、化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)及成果資料，數(shù)據(jù)信息量繁多、格式不一，使得在短時(shí)間內(nèi)很難準(zhǔn)確、全面、快速地完成礦山數(shù)字模型的建立工作[3]。

（2）礦山勘查歷史悠久，以往資料無法綜合利用。礦山歷年地質(zhì)勘查資料、生產(chǎn)探礦、測量、樣品分析等原始資料的收集、整理的準(zhǔn)確性及完整性關(guān)系到建立的三維地質(zhì)模型與實(shí)際情況的復(fù)合程度，是三維找礦預(yù)測的基礎(chǔ)，也影響到最終儲(chǔ)量計(jì)算、礦山開拓設(shè)計(jì)等方面應(yīng)用的準(zhǔn)確性。

（3）礦體的空間賦存形態(tài)極不規(guī)則，礦體受斷層、褶皺等構(gòu)造影響，經(jīng)常出現(xiàn)分支復(fù)合、邊緣形態(tài)復(fù)雜等現(xiàn)象，在復(fù)雜極薄礦體的剖面解譯線連接時(shí)會(huì)出現(xiàn)自相交等現(xiàn)象，因此建立礦體三維模型不僅需要地質(zhì)工作者的耐心解譯，還需要靈活應(yīng)用三維建模軟件的各種連接方式和技巧，通過研究工作的深入，不斷地更新與修改地質(zhì)模型。

5 結(jié)論

礦產(chǎn)勘查技術(shù)已經(jīng)建立了完善的理論體系并在實(shí)際工作中積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展對于礦山隱伏礦、深部找礦工作又推出了新的途徑，然而三維技術(shù)應(yīng)用在礦山勘查與生產(chǎn)中的時(shí)間較短、普及程度較差，又制約著三維技術(shù)指導(dǎo)地質(zhì)找礦應(yīng)用效果，因此，礦山采用三維建模技術(shù)管理模式，建立礦山三維模型，不僅可以提升礦山的管理水平與工作效率，還有利于數(shù)據(jù)共享與資料保存，縮短三維地質(zhì)建模周期，為礦山深部及隱伏礦體的找礦工作奠定基礎(chǔ)。本次工作中所采用的三維建模技術(shù)已成功應(yīng)用于甘肅多個(gè)金屬礦床的深部找礦勘探工作中，并通過坑內(nèi)鉆、地質(zhì)鉆探等工程對預(yù)測成礦區(qū)域進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了明顯的效果，提高了深部找礦的效率。

[1]戎景會(huì),陳建平,尚北川.基于找礦模型的云南個(gè)舊某深部隱伏礦體三維預(yù)測[J].地質(zhì)與勘探,2012（1）:191-198.

[2]周濤發(fā)，袁鋒，張明明，李曉輝，等.三維地質(zhì)模擬在深部找礦勘探中的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2011（6）：100-104.

[3]倪平澤，劉修國，李超嶺，李豐丹.3D礦床建模技術(shù)在數(shù)字礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（3）：444-452.

P628

B

1004-5716（2016）12-0101-03

2016-02-04

2016-02-05

劉亭（1985-），男（漢族），甘肅白銀人，工程師，現(xiàn)從事礦山三維數(shù)字化建模、地質(zhì)勘查、礦山地質(zhì)方面的工作。