基于Leapfrog軟件三維建模的礦化空間分布規律研究

中圖分類號：TD15P618.43文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2025）08-0081-05

doi：10.11792/hj20250815

引言

礦化空間分布規律是成礦元素在地下三維空間內有序富集的表現，反映了礦體在空間中的產出形態及展布特征[1-2]。礦化空間分布規律的研究對礦產勘探至關重要，通過對礦區系統采樣，分析成礦元素在三維空間的分布特征，可以更好地指導下一步找礦[3]。傳統找礦工作中，利用剖面圖或平面圖來研究礦化分布，通過分析不同高程或不同勘探線剖面的礦化空間規律，并繪制聯合勘探線剖面圖和疊合中段平面圖對比分析，總結礦化空間分布規律[4-5]。隨著三維建模技術的廣泛應用，利用礦體三維建模研究礦化分布及變化規律已成為當前發展趨勢，例如：黃超等[6通過Surpac三維建模軟件對西藏雄村I號礦體的鉆孔數據進行處理，建立數據庫，并以此構建礦體模型和實體模型，研究深部成礦元素空間分布形態；李敏等7基于Micromine軟件對深部地層、礦體等進行了三維地質建模，實現了深部地質體的三維可視化、透明化。

但是，目前大多數建模軟件采用的是顯式建模方法，用手工繪圖的方法定義剖面，并在剖面上繪制巖性、斷裂和礦脈。以人機交互方式建立的地質模型，雖然更符合人們對礦體形態及產狀的預期認識，但構建方式既費時又不靈活，當數據增多時，很難更新模型[8]。Leapfrog軟件采用隱式建模方法，通過使用數學工具從數據中推導出模型，減少了費時的人力干預工作，很容易與最新數據保持同步，在增添新的鉆孔數據后，原模型可自動修改并快速集成，無須花費數周或更長時間手動修改模型，便于實時更新數據及模型。本文采用Leapfrog軟件，以三貴口硫鋅多金屬礦床為研究對象，通過收集礦區地質資料，構建礦體與塊體三維模型，研究礦化空間分布規律，明確找礦方向。

1礦區及礦床地質特征

三貴口硫鋅多金屬礦床在大地構造上位于華北地臺北緣，內蒙古地軸西段狼山復背斜南翼，處于北部F5和南部F區域性北東向斷裂之間，其間褶皺與斷裂均有發育，從南到北褶皺依次為東升廟倒轉背斜、那云山向斜、那云山背斜、紅帽山向斜、三貴口倒轉背斜、楊樹灣向斜等。礦區主要出露地層為中元古界渣爾泰山群、中生界白堊系地層和新生界地層，缺失古生界地層（見圖1）。其中，渣爾泰山群阿古魯溝組為主要的賦礦地層，出露在南礦段中部，北礦段小面積出露，總體以碎屑沉積變質巖為主，夾少量碳酸鹽巖和含礦建造，未見底，頂界被白堊系李三溝組角度不整合覆蓋。巖槳活動以侵入為主，在 F_s 斷裂以北，地表出露大面積印支期花崗巖，地層中也可見到一些中酸性巖脈。礦區尚未發現與成礦時代一致、較大規模的巖漿巖，所見的只是一些順層或沿裂隙侵入的小巖脈[9-1]

三貴口硫鋅多金屬礦床為東升廟特大型硫鋅多金屬礦床的東延部分，礦體產于增隆昌組二巖段（ Chzh². ）、阿古魯溝組一巖段 （Jxa¹） 和二巖段 （Jxa²） 0中，呈北東向展布，礦體埋藏較深，基本為原生礦，礦體均受地層控制，隨地層同步褶曲，呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，以多層疊加為帶狀，具有分支復合的特征[12]。礦區發育多層礦體，其中，9號礦體為主礦體，其次為9-3號、10-1號、3-1號、3-2號、1號和2號礦體，其他礦體規模較小。

礦區內礦石自然類型以碳質片巖型和含碳質白云石大理巖型為主，組成礦石的礦物為原生礦物，主要金屬礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦，其次為方鉛礦、黃銅礦、磁鐵礦、菱鐵礦等。脈石礦物以白云石、石英、絹（白）云母類礦物為主，其次為碳質礦物，方解石、重晶石、磷灰石、透閃石等較少[12]。礦石構造主要包括條帶狀構造、紋層狀構造、塊狀構造、浸染狀構造、脈狀構造、角礫狀構造等。礦石結構主要包括自形一半自形粒狀結構、他形粒狀結構、充填結構、交代

結構等（見圖2）。

2 三維地質建模

本次采用Leapfrog軟件構建礦區的三維地質模型，利用隱式建模方法，以一種從徑向基函數（RBF）發展而來的數學算法FastRBF為基礎，通過建立隱式函數描述已知控制點數據的空間特征，利用函數計算推測未知點的空間信息，實現對離散不全面原始采樣點數據的空間插值，依據特定三維曲面算法自動構建可視化三維模型。

在深入了解礦區地質背景的基礎上，利用Leap-frog軟件，以鉆孔數據為基礎，結合勘探線剖面圖，構建礦體模型，在礦體模型的基礎上建立塊體模型（見圖3），分析礦化空間定位規律，用于指導礦區的成礦預測工作。

礦體模型的構建以鉆孔數據為基礎，并結合勘探線剖面圖中礦體界線圈定礦體。本文以9號礦體模型為例，參照DZ/T0214—2020《礦產地質勘查規范銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬》，圈定鋅礦體指標為：邊界品位 ? 0.5% ，最低工業品位 ?1.6% ；最低可采厚度 ?2m ，夾石剔除厚度 ?4m^[13]"。圈定礦體邊界的有限外推和無限外推均按照勘探工程間距的二分之一即 50m 尖推。礦區內勘探線間距為 100m ，且礦體為層狀，為保證礦體的連續性，本文建立的塊體模型中設定的塊體尺寸為 10m×10m×5m 。

圖2礦石宏微觀特征

a—碳質片巖型礦石，紋層狀構造 b—含碳質白云石大理巖型礦石，浸染狀構造c—碳質片巖型礦石，脈狀構造d—碳質片巖型礦石，角礫狀構造 e—自形一半自形粒狀黃鐵礦f—閃鋅礦沿邊緣及裂隙充填交代黃鐵礦g—黃鐵礦和磁鐵礦充填于白云石大理巖顆粒間隙中 h—黃銅礦交代黃鐵礦i—閃鋅礦交代黃鐵礦Py—黃鐵礦Po—磁黃鐵礦 Sp—閃鋅礦 Mt—磁鐵礦Ccp—黃銅礦 Dol—白云石

圖3三維建模技術流程

3 礦化空間分布規律

3.1 礦體形態

9號礦體三維空間分布圖見圖4。由圖4可知：9號礦體分布于40勘探線一96勘探線，其中，南西側40勘探線一60勘探線礦體形態穩定，呈平板狀延伸至東升廟礦區，向北東60勘探線一96勘探線礦體形態呈鋸齒狀變化劇烈，96勘探線以東礦體沿走向具有收縮趨勢。目前，9號礦體走向控制延長約1400m ，傾向延伸 500～800m ，垂直延伸約 700m 。整體上，礦體呈不對稱向斜形態，南東翼長，北西翼短，南東翼礦體產狀陡，北西翼礦體產狀平緩，呈“鏟\"狀形態，南東翼淺部礦體強烈伸展減薄，甚至拉斷；沿向斜走向和傾向發育多個次級褶曲，尤其在向斜轉折端附近次級褶曲更發育，導致礦體厚度顯著增大且呈明顯的波狀起伏。

圖49號礦體三維空間分布圖

Fig.43D spatial distribution of No.9orebody

3.2 成礦元素分布

距離冪次反比法（IDW）是一種與空間距離有關的插值方法，假設插值的空間點屬性值在一定空間范圍內具有相關性，這種相關性可以定量表示[14]。在估計待估點的值時，按照距離越近權重值越大的原則，以待估值塊中心為球心，設置搜索半徑，繪制搜索橢球體，計算落入橢球體內的每一個樣品與待估值塊中心的距離。利用已知點與待估點之間的距離取冪次后的倒數為權重系數進行加權平均，從而估算出塊體模型中各單元體的加權品位[15-16]

本文采用距離冪次反比法對9號礦體內部的鉛、鋅、硫品位進行估值[]，搜索橢球體主軸搜索半徑從最小工程間距即 100m 開始，進行初次搜索，檢查所需估值區域是否全部被估值，如果已全部估值，則塊體品位插值已完成；如果有塊體未被估值，則放大搜索半徑再次搜索，重復之前的步驟，直至全部被估值。搜索橢球體的軸向方位根據各礦體在空間中的產狀設置[16，18]

成礦元素空間分布圖見圖5。由圖5可知：9號礦體鋅、鉛高值區與相對低值區相間分布，呈北東向條帶狀相間分布。結合礦體形態特征，判斷鋅、鉛高值區大致與次級背斜、向斜褶曲位置對應（見圖4-b、圖5-b）。總體上，中間一南西一側鋅、鉛礦化強于北東一側（見圖 5-a，c ）。硫礦化與鋅、鉛礦化相似，同樣呈北東向分布，高值區與低值區相間（見圖5-e），但與鋅、鉛礦化富集不同，硫礦化富集區主要出現在中間一北東側，尤其是北東一側淺部富集更明顯（見圖5-e、f）。

此外， Z_n 和Pb在自然界最常見的化合價均為+2 價，都有很強的親硫性，易與硫離子結合形成硫化物[19]。由于方鉛礦（PbS）析出時的溫度低于閃鋅礦 ΔZnS， ，熱液成因的礦床中，方鉛礦多的位置反映當時的熱液溫度低， w（Zn）/w（Pb） 值小；同理，閃鋅礦多的位置熱液溫度相對高， w（Zn）/w（Pb） 值變大。熱液運移時溫度逐漸降低， w（Zn）/w（Pb） 值降低，因此w（Zn）/w（Pb） 值的變化可指示成礦熱液的運移方向[19-21]

9號礦體的 w（Zn）/w（Pb） 值北東高于南西（見圖 5-g，h） ，指示熱液可能自北東向南西運移。同時，礦體的坑道地質調查表明，在北東端廣泛發育斷裂蝕變帶，導致礦體周圍的大理巖強烈褪色蝕變（見圖6-a），以及礦體內部網脈狀礦化增強（見圖6-b）。綜上所述，認為9號礦體北東端發育的斷裂為熱液活動提供了通道，使得此處的熱液活動發育并向南西運移，伴隨著圍巖蝕變現象。

4找礦方向

通過三維地質建模，對礦體形態及成礦元素變化特征進行分析，結合野外地質調查，認為三貴口硫鋅多金屬礦床9號礦體在北東側仍然具有找礦潛力，主要判斷依據如下：

a—鋅品位分布圖（三維空間俯視圖）b一鋅品位三維空間分布圖

c—鉛品位分布圖（三維空間俯視圖）d一鉛品位三維空間分布圖

e—硫品位分布圖（三維空間俯視圖）f—硫品位三維空間分布圖 值分布圖（三維空間俯視圖） 值三維空間分布圖

圖5成礦元素空間分布圖

Fig.5Spatialdistribution of ore-forming elements

1）已有坑探成果證實，礦區北東側主要賦礦層位渣爾泰山群阿古魯溝組一、二巖段，雖然總體厚度減薄，但巖性組合仍然為成礦有利的石墨片巖與含石墨的白云質大理巖（見圖6）。

2）已有坑探成果證實，礦區北東側9號礦體底板附近依然發育與本礦床形成密切相關的同生斷層角礫，角礫之間被網脈狀金屬硫化物膠結（見圖6-b），指示礦區北東側仍然存在同生斷裂，并伴有成礦熱液活動。

3）9號礦體沿北東向形態變化很大，礦體邊界呈鋸齒狀（見圖4），同時伴有鋅、鉛局部礦化富集（見圖 5-a～d） ，礦體三維模型揭示了礦體形態及局部礦化富集受不對稱褶皺控制，褶皺轉折端對鋅、鉛礦化富集有控制作用（見圖4），表明9號礦體北東側可能存在受層內褶皺控制的富礦地段。

圖69號礦體北東端礦化蝕變特征

Fig.6Mineralization and alteration characteristicsat theNE end of No.9 orebody

4）雖然礦區北東側鋅、鉛礦化總體沒有南西側好，但 w（Zn）/w（Pb） 值高（見圖 5-g，h， ，揭示礦區北東側可能是相對高溫成礦熱液的活動中心，成礦熱液向兩側可能會有一定的延伸。

5）賦礦的含石墨白云質大理巖及石墨片巖熱液蝕變及礦化明顯（見圖6），并且硫礦化在北東側局部富集（見圖 5-e，f） ，揭示礦區北東側仍然存在較強成礦熱液活動。

綜上所述，礦區北東側仍然具有較好的成礦條件及礦化顯示，9號礦體向北東側不會很快尖滅，仍會有一定的延伸。

5結語

采用Leapfrog軟件三維建模，在礦區數據量增大時具有很好的優勢，隨著數據不斷更新，Leapfrog軟件可以按照已有規則自動更新模型，為成礦預測提供實時的模型參考。本文利用三維技術，從礦體形態、成礦元素分布和元素特征比值等3個方面對礦化空間分布規律進行分析，認為9號礦體北東側及礦區深部仍有一定的找礦潛力。該方法可為同類礦床找礦提供借鑒。

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Study on spatial distribution patterns of mineralization based on 3D modeling using Leapfrog software —A case study of the Sanguikou sulfur-zinc polymetallic deposit in UradRear Banner，Inner Mongolia

Liu Haol，Zhang Qianhu"^2，3"，Liu Guangyongl，PengLinkang3，Liu Wenhao3，Sun Huashan3 （1. Zijin Mining Co.，Ltd.， Urad Rear Banner; 2. Zhejiang Geological Prospecting Institute of CCGMB; 3.School of Earth Resources，China University ofGeosciences（Wuhan））

Abstract： Leapfrog softwarewas used toconstructa 3D geologicalmodelof No.9orebodyintheSanguikousulfur-zinc polymetallic deposit.Grade interpolationof majorore-forming elements within theorebodywasperformed，and the results were interpreted inconjunction with geological characteristicsand field investigations.Thespatialdistribution paterns of mineralization were analyzed from 3aspects：orebody morphology，distributionofore-forming elements，and characteristic element ratios.Theresults show that No.9orebodyis generally tabular in shape，butexhibits significant serated undulations onthe northeastern side.The morphologyandthickness variationof the orebodyare controlled by anasymmetric syncline structure，while enrichmentof leadand zincis locally governed bysecondaryanticline-syncline folding. The northeastern part of the deposit is characterized by high w（Zn）/w（Pb） ratios and sulfur enrichment. Combined with tunnelobservations indicating strong hydrothermal alterationofdolomitic marble hostrocks inthis area， it is inferred that although lead-zinc mineralization weakens overalltoward the northeast，it does not pinchout rapidly and may still extend a certain distance.

Keywords：Leapfrog software;3D orebody modeling; mineralization; distribution pattern;prospecting direction; Sanguikou