金灘巖體峽里鈾礦床三維地質建模*

孟平虹 袁庚紅 吳贊華 白 俞 謝文萍 曾智超

（江西省核工業地質局二六三大隊）

已有學者對峽里鈾礦床成因、控礦構造、成礦規律等進行了深入研究，但有關三維地質建模的研究還比較少［1-9］。據現存資料，目前鉆探揭露深度基本為淺地表，90%左右的鉆孔僅揭露到-200 m左右及更淺的地表，在深部還具有較大的探索潛力。本研究運用MineSight軟件，采用地質統計學方法對峽里鈾礦床某帶進行鈾品位統計學分析、變異函數計算、地質資源儲量和平均品位估算、三維地質建模?？梢詮难芯砍晒辛私鈲{里鈾礦床地下三維分布情況、深部地質結構和成礦規律，指導深部及外圍找礦決策和分析，進一步挖掘峽里礦床資源。

1 地質概況及建模思路

金灘巖體位于贛中西部，巖體呈北北西向橢圓形巖基產出，侵入華南—寒武系變質巖地層中，出露面積約164 km2，出露地層主要有粉砂質板巖、硅質板巖、絹云母千枚巖夾變質粉砂巖和泥巖。區內主要發育3組斷裂，分別為北東向、東西向和北西向。區內主要巖石類型為黑云母花崗巖、二云母花崗巖和含石榴子石二云母花崗巖。含石榴子石二云母花崗巖形成時代稍早，為239 Ma；黑云母花崗巖和二云母花崗巖形成時代稍晚，為220 Ma。元素地球化學和同位素特征表明，黑云母花崗巖源巖為貧黏土的碎屑沉積巖，而其他2種花崗巖則是富黏土的泥質沉積巖。黑云母礦物化學特征研究表明，二云母花崗巖更低的結晶溫度和氧逸度是促進鈾在二云母花崗巖中富集的有利因素。

峽里鈾礦床賦礦圍巖為二云母花崗巖和含石榴子石二云母花崗巖，呈巖株產于金灘巖體東部邊緣。鈾礦體主要產于內帶花崗巖碎裂（破碎）蝕變帶中，其次產于外帶變質巖碎裂（破碎）蝕變帶內，嚴格受斷裂構造所控制。礦體規模較小，礦體形態為脈狀、透鏡狀和不規則狀，礦體較陡，傾角為50°～75°，勘查類型屬復雜（Ⅲ）型，峽里鈾礦床某帶主要礦體由40 m×40 m的工程間距控制。

目前國內外的三維地質建模軟件有GoCAD、MineSight、Micromine、MapGis K9、3DMine等。與其他國際化軟件類似，MineSight軟件采用地質統計學法（克里格法）作為建模的核心。與傳統的幾何法（地質塊段法、開采塊段法、斷面法等）相比，地質統計學法在理論、資源量分類及動態管理、勘查設計、市場認同上均有獨特的優勢［10］。本研究運用MineSight軟件，以金灘巖體峽里鈾礦某帶為例，分析整合二維原始地質資料，建立三維地質建模。三維地質建模主要包括地質數據庫建立、區域變量選擇及統計分析、變異函數計算和儲量估算（克里格估值），建模技術流程見圖1。

2 三維地質建模

2.1 地質數據庫的建立

本次研究共建立孔口坐標、鉆孔測斜、樣品分析化驗值和地質代碼4個數據文件，所有數據文件誤差范圍為±0.6%，符合三維建?；A數據要求。

2.2 區域變量選擇及統計分析

依據峽里鈾礦床的特點，將鈾品位作為區域化變量。模型范圍、位置及塊段尺寸等作為模型基本參數。模型范圍的確定需要綜合考慮礦體規模、產狀、鉆探工程等因素，保障模型范圍內有足夠的信息［11-12］。因此，確定塊段模型范圍時，應從平面范圍及深度范圍2個方面來進行。建立模型塊段尺寸為10 m×3 m×4 m（東向×北向×臺階高度）的XL15模型，每個塊段有26項數據，其中主要有地表（TOPO）、鈾克立格法品位（UKR）、鈾距離反比法品位（UID）、鈾多邊形法品位（UPL）、鈾方差（UKER）、體重（SG）、巖石類型（CROCK）等。

峽里地質數據庫共統計鉆孔239個，總進尺53 046.53 m，取樣長度1 253.99 m，樣品數1 700個。鈾礦特高品位25個，因品位變化系數小于100%，將工業品位的8倍界定為特高品位（0.24%）下限值。依據原始樣品品位累積概率圖，97.5%分位數對應的鈾品位值為0.2%。按統計法替換原則，用0.2%代替上述所有特高品位。礦產開采方法、礦產類型與品位在垂深方面的變異程度一般可以確定組合樣長度，本次建模采用1 m組合長度進行統計分析計算，原始樣品數據和組合樣品數據對比見表1。通過原始和組合樣品數據對比分析，各項統計特征值相近，均值相對誤差僅為0.37%；取對數后，組合樣品鈾品位對數直方圖分布規律與鉆孔原始樣品一致，說明組合樣品劃分合理。

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復雜地質條件下進行地質統計學建模會存在一些難度，如礦體外推偏大、邊界不準確、夾石剔除困難等［13］。為盡量避免上述問題，本次建模利用Mine-Sight軟件，首先依據鈾礦地質勘查規范（DZT0199-2015），以鉆孔鈾品位≥0.01%初步圈定品位礦化域；隨后結合成礦規律建立地質礦化域；最后應用以上兩者礦化域構成復合礦化域實體，將品位估算限定于合理的范圍內。

2.3 變異函數的計算

峽里鈾礦床勘查控制工程基本網度間距為40 m×40 m，平巷在垂深方向間距為40 m。因此，在計算變異函數時的搜索角取11.25°，基本滯后距取25 m。本次研究選取了鈾品位作為區域化變量，利用MineSight軟件對其進行變異函數計算與擬合。變異函數等值線圖能夠反映礦體產狀特征［14］，根據圖2和地質規律分析，確定主軸方向為101.25°方向，次軸方向為11.25°方向。由各方向的試驗變異函數曲線分析發現，鈾品位變異函數在101.25°（主軸）、11.25°（次軸）和垂直方向上有一樣的塊金常數和基臺值，但變程不同。該特征與本區礦體總體走向近于東西向、礦體傾向北東的基本產狀特征相符。由鈾的實驗變異函數曲線圖可以擬合得到鈾品位球狀模型理論變異函數。變異函數參數將用于后續克里格法品位估計中，因此變異函數的準確性對品位估值結果的準確性意義重大。在MineSight軟件中，變異函數曲線擬合的合理性是通過交叉驗證檢驗，進行交叉驗證應對每個參數進行設定，特別是某些參數和數據搜索必須要符合實際。從表2中可知，實際值與估計值的均值偏差很小，接近于0。從交叉驗證殘差分布直方圖中可以看出，殘差符合正態分布。上述兩點表明，使用該組變異函數參數對鈾品位進行估值是無偏差的，即用地質統計學方法估值建模是合適的。

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2.4 品位估算

建模過程中，進行了不同長度組合樣、多種估值方法（普通克里格法、多邊形法、距離反比法）的對比分析。根據礦床特征，經反復實踐探索，創造性地建立了實體模型，實現由傳統圈礦方式向國際通用的地質統計學圈礦方式的轉變。

首先在二維環境中，根據三維鉆孔模型、地質背景和圖形顯示特征，平移、旋轉導入勘探線，地質人員采用人機交互的方式，以鈾克里格品位≥0.01%（受礦體品位低、陡傾角脈狀等約束）完成初步圈定礦化域輪廓；然后根據鉆孔見礦位置及勘探工程揭露的礦體位置，在剖面上局部修改封閉礦化域輪廓線，勘探線剖面修改完成之后應用MineSight軟件中的“鏈接”工具，依次連接勘探線剖面上的礦化體輪廓線［15］，形成礦化域實體三維模型，礦化域實體構建流程見圖3；最后將礦化域實體賦予3D塊段模型，MineSight軟件自動生成礦化域實體模塊。

在鈾礦化域限制范圍內，使用普通克立格法直接對每個塊段進行品位估計［16］，得到每個塊段的克立格法鈾品位、塊段的方差值和不同邊界的鈾品位殼，鈾0.03%和0.05%品位殼圖見圖4。此外，還用距離平方反比法、多邊形法計算了模型塊段的鈾品位。

2.5 資源儲量估算

傳統的手工方式估算礦床資源儲量是根據給定的雙指標進行圈礦，資源儲量結果相對固定，無法動態反應資源儲量。MineSight軟件能夠用多個不同邊際品位動態圈定礦體，計算礦區任意塊段資源儲量。動態估算礦床資源儲量，能有效反映資源儲量隨品位的動態變化情況。通過對比分析，模型克里格鈾品位0.05%邊界礦體形態及資源儲量計算結果與傳統方法相比誤差很小，鈾礦體建模所用數據準確可靠，證實了用普通克里格法對該礦體品位估計所選參數合理、估值精度高。根據《鈾礦地質勘查規范》（DZ/T 019—2015），埋藏較淺的礦體（300 m以淺）可以用一般工業指標中的邊界品位作為最低工業指標來估算資源量。該模型表明，鈾礦圈礦指標由0.05%降低至0.03%時，鈾金屬量增加38%左右。

3 模型應用

根據三維地質建模及原始地質資料，該帶礦體總體走向為自東西向，呈現出兩端埋深較淺、中部埋深較深的分布特征。由圖5可知，A線至E線以南的深部地段，礦體還具有延續的可能性，可作為下一步工作的靶區，在結合地質研究的基礎上，布置深部鉆孔。可視化三維模型中顯示，礦化最好的地段在斑狀黑云母花崗巖及花崗巖與變質巖接觸帶的上盤變質巖地區（板巖為主）。MineSight軟件用于資源量估算，能一次性得到按不同的邊界品位計算模型的礦石資源量，建立資源量和邊界品位的關聯關系（圖6），可以動態反應資源儲量，滿足市場經濟的需要。

4 結語

MineSight軟件可滿足復雜地質條件礦床建模需要，在地質模型的基礎上，可完成包括儲量分類分級在內的礦山地質工作。MineSight軟件為礦山數字化、信息化、模型化管理提供了可靠和科學的依據，可以提高礦山企業的效益，有極高的應用前景。

本文在任建國老師的指導下完成，特此致謝！