陳建平，史 蕊，王麗梅，陳珍平

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)國(guó)土資源與高新技術(shù)研究中心，北京 100083;3．北京市國(guó)土資源信息開(kāi)發(fā)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

基于數(shù)字礦床模型的陜西潼關(guān)縣Q8號(hào)金礦脈西段三維成礦預(yù)測(cè)

陳建平1，2，3，史 蕊1，2，3，王麗梅1，2，3，陳珍平1，2，3

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)國(guó)土資源與高新技術(shù)研究中心，北京 100083;3．北京市國(guó)土資源信息開(kāi)發(fā)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

陜西省潼關(guān)縣桐峪金礦區(qū)Q8號(hào)礦脈是小秦嶺為數(shù)不多的幾個(gè)大型礦床之一。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采和利用，目前該礦的地表礦和淺部礦已基本被采空，資源出現(xiàn)短缺，鑒于此，如何開(kāi)展深部的三維礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)成為當(dāng)今技術(shù)研究的熱點(diǎn)。將傳統(tǒng)的二維找礦方法拓展到三維空間上，從三維角度實(shí)現(xiàn)金礦的深部地質(zhì)定量化信息的可視化，運(yùn)用三維空間的找礦標(biāo)志變量進(jìn)行深部隱伏礦體的三維預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果的大小圈定了有利成礦區(qū)4處，從而為整個(gè)潼關(guān)地區(qū)的金礦資源開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，也為隱伏礦床的研究提供新的思路。

數(shù)字礦床模型;三維證據(jù)權(quán);成礦預(yù)測(cè);陜西潼關(guān)

0 引言

20世紀(jì)80年代以來(lái)，地表礦、淺部礦及易識(shí)別礦日益減少，隱伏礦和深部礦的找尋(三維成礦預(yù)測(cè))已經(jīng)成為許多國(guó)家和地區(qū)的主要找礦方向。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、三維可視化技術(shù)、三維插值以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在此基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)估算儲(chǔ)量，進(jìn)行隱伏礦體的三維立體成礦預(yù)測(cè)已成為近幾年來(lái)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)，對(duì)解決我國(guó)大批礦山所面臨的資源危機(jī)有著十分重要的意義。以Micromine軟件為平臺(tái)，根據(jù)地質(zhì)異常理論及證據(jù)權(quán)重法和信息量法，在找礦模型的指導(dǎo)下，通過(guò)建立數(shù)字礦床模型進(jìn)行隱伏礦體的三維預(yù)測(cè)，對(duì)礦山的開(kāi)發(fā)利用及規(guī)劃具有指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)概況

Q8號(hào)礦脈位于小秦嶺金礦田西部、陜西東部邊緣，行政區(qū)劃隸屬于陜西省潼關(guān)縣李家鄉(xiāng)。礦區(qū)范圍東西長(zhǎng) 1 800 m，南北寬 800～1 200 m，面積1．64 km2。礦區(qū)由桐峪口北西距隴海線太要車(chē)站8 km，北東距隴海線予靈車(chē)站7．5 km，北距鄭潼公路11 km，交通方便。

Q8號(hào)金礦床是陜西小秦嶺金礦田中規(guī)模最大的礦床，而且以礦體分布集中、盲礦為主、礦石品位富、可綜合利用為最大特征。礦區(qū)位于小秦嶺金礦田大月坪—金羅斑復(fù)式背斜核部，區(qū)內(nèi)出露地層為太古宇太華群大月坪組地層，巖性主要為黑云(角閃)斜長(zhǎng)片麻巖，賦礦層位為大月坪組，礦體分布于Q8控(脈)礦斷裂構(gòu)造帶中。

Q8號(hào)礦床主要控制條件是太華群大月坪組礦源層，北東向構(gòu)造與緯向系近東西向構(gòu)造的復(fù)合以及含金石英脈密集區(qū)的控制;燕山期花崗巖分布的控制等形成成礦物質(zhì)基礎(chǔ)、熱源和容礦空間的聯(lián)合控制的規(guī)律(白和，2003;欒世偉等，1991)。

2 數(shù)字礦床模型

數(shù)字礦床簡(jiǎn)單地說(shuō)就是數(shù)字化的礦床，或者說(shuō)是信息化的礦床，可以理解為礦床的信息模型，即一個(gè)以地理坐標(biāo)為依據(jù)的、數(shù)字化的、三維顯示的、虛擬的礦床，其核心思想是用數(shù)字化的手段整體解決礦床及其與空間位置相關(guān)的信息表達(dá)與知識(shí)管理(Simon，1994;高志武等，2005)。地質(zhì)模型與成礦規(guī)律的研究是建立數(shù)字礦床模型的基礎(chǔ)(陳建平等，2008)。

2．1 地表三維模型

地表表面模型在露天礦山和地采礦山中可以用來(lái)切制平面圖和剖面圖，因此在采礦設(shè)計(jì)中具有重要意義，可以說(shuō)，在三維礦山模型中，如果缺少了地形模型則是不完整的(楊建宇等，2006)。

對(duì)收集到的潼關(guān)地形數(shù)據(jù)，先在MapGIS軟件中進(jìn)行編輯，提取出已經(jīng)賦予高程值的各等高線，對(duì)50 m間距的各等高線進(jìn)行檢查校正，去掉與地形無(wú)關(guān)的線(如陡坎線)，轉(zhuǎn)換成DXF文件格式，然后導(dǎo)入到Micromine軟件中(楊東來(lái)等，2007)，建立相應(yīng)的DTM模型(圖1)。

圖1 Q8號(hào)礦脈地表表面模型

2．2 工程三維模型

本區(qū)的探礦工程以坑探和鉆探工程為主。結(jié)合礦床的地質(zhì)特征以及地形條件，選定在1 060．36 m標(biāo)高以上，以坑探手段為主、鉆探手段為輔進(jìn)行勘探;在1 060．36 m標(biāo)高以下，則以鉆探手段為主。

鉆孔數(shù)據(jù)是地質(zhì)技術(shù)人員在野外鉆探現(xiàn)場(chǎng)記錄并整理的第一手技術(shù)資料，對(duì)于地質(zhì)剖面的形成及其他深部信息的獲取具有十分重要的作用。本次工作收集到23張研究區(qū)內(nèi)的鉆孔柱狀圖，并將其整理為建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)所需的4張Excel表格，即工程坐標(biāo)表、測(cè)斜數(shù)據(jù)表、樣品分析表和巖性表。將這些表導(dǎo)入到Micromine軟件，建立鉆孔工程的實(shí)體模型(圖2)。

坑道實(shí)體模型的建立有助于地質(zhì)工作者清楚地看到礦區(qū)內(nèi)坑道工程的實(shí)際部署，并且在三維空間里可以與其他實(shí)體模型相疊加，因而能更好地了解礦區(qū)內(nèi)礦體的勘探情況和其他地質(zhì)條件。本次收集到的數(shù)據(jù)包括由中金公司提供的部分Excel表中的測(cè)量數(shù)據(jù)，以及1986年提交的陜西省潼關(guān)縣桐峪金礦區(qū)Q8礦脈西段詳細(xì)勘探地質(zhì)報(bào)告中所提供的部分測(cè)量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)按照Micromine軟件所要求的格式導(dǎo)入工程，參考勘探報(bào)告中給出的YD素描圖，對(duì)不同中段的坑道導(dǎo)線進(jìn)行了連接，進(jìn)而形成該礦區(qū)的坑道實(shí)體模型(圖3)。

圖2 Q8號(hào)礦脈鉆孔工程實(shí)體模型

圖3 Q8號(hào)礦脈坑道實(shí)體模型

2．3 礦體三維模型

由于勘探線剖面圖是各類(lèi)工程勘察試驗(yàn)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)解釋結(jié)果的結(jié)合，具有更高的可信度。因此，本次研究首先對(duì)研究區(qū)的14條勘探線剖面進(jìn)行了幾何坐標(biāo)的校正及三維空間的恢復(fù)，然后生成DXF格式的文件，導(dǎo)入到Micromine軟件中，提取出各礦體的輪廓線，最后對(duì)各勘探線剖面進(jìn)行連接、平滑，最終建立礦體的三維模型(王麗梅等，2010)(圖4)。

圖4 Q8礦體三維模型

3 成礦信息綜合分析提取

找礦模型的定量分析在三維空間上主要借助于“立方體模型”來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維找礦向三維找礦的新突破。本次根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料對(duì)礦體的揭示，特別是勘探線的分布，結(jié)合礦體的形態(tài)、走向、傾向和空間分布特征確定了研究區(qū)的范圍。模型區(qū)是一個(gè)東西長(zhǎng)1 724 m，南北長(zhǎng)1 144．5 m，垂高為909 m的立方體，并且將該范圍進(jìn)行三維立方塊化。單元塊行×列×層為10 m×10 m×10 m，模型包括次分塊總共有690 449個(gè)單元塊(陳愛(ài)兵等，2004)。

(1)建立了三維立方體模型后，可以將根據(jù)找礦模型所確定的致礦信息作為屬性賦值給每一個(gè)單元塊。如由于整個(gè)大月坪組的地層在該區(qū)域上均為有利成礦的地層，因此將5個(gè)組的地層分別作為5個(gè)變量。使用地層實(shí)體模型對(duì)立方體模型進(jìn)行限定，劃分出不同地層所包含的立方體，作為礦床預(yù)測(cè)中的有利地層變量。(2)將二維成礦預(yù)測(cè)研究中的斷裂構(gòu)造信息的定量化分析(主要包括：構(gòu)造等密度、構(gòu)造平均方位、構(gòu)造中心對(duì)稱(chēng)度、斷裂優(yōu)益度、構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)等變量)拓展到三維空間內(nèi)。具體操作如下：將二維的、具有不同屬性值的這些網(wǎng)格按照正確的地理坐標(biāo)導(dǎo)入三維軟件中，形成一個(gè)具有三維X、Y、Z坐標(biāo)及不同屬性信息的數(shù)據(jù)表，據(jù)此對(duì)整個(gè)研究區(qū)的三維立方體進(jìn)行插值，從而使研究區(qū)內(nèi)的三維立方體模型具有斷裂構(gòu)造的不同屬性，提取致礦信息，作為礦床預(yù)測(cè)中的有利斷裂構(gòu)造信息。(3)使用花崗偉晶脈巖實(shí)體模型對(duì)立方體模型進(jìn)行限定，作為礦床預(yù)測(cè)中的有利巖體變量。(4)同時(shí)利用鉆孔數(shù)據(jù)來(lái)分析這些單元塊的元素三維異常分布。鉆孔中對(duì)樣品的Au含量進(jìn)行了分析，本次工作使用距離反比加權(quán)對(duì)未知單元塊進(jìn)行Au元素含量插值(靳國(guó)棟等，2003;鄧明國(guó)，2005)。以當(dāng)前金礦的邊界品位1.0 g/t為異常下限，過(guò)濾出可能發(fā)生礦化的區(qū)域(圖5)，作為礦床預(yù)測(cè)的一個(gè)變量。

圖5 化探異常提取

4 研究區(qū)三維成礦預(yù)測(cè)

4．1 三維證據(jù)權(quán)預(yù)測(cè)

根據(jù)相關(guān)的原理和算法，基于．net平臺(tái)用C#語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫(xiě)和軟件調(diào)試，完成了該三維證據(jù)權(quán)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，利用該系統(tǒng)計(jì)算各個(gè)證據(jù)圖層的權(quán)重值(表1)。其中，W+、W－分別為證據(jù)因子存在區(qū)和不存在區(qū)的權(quán)重值，C值大小表示證據(jù)因子與成礦的相關(guān)性(Agterberge et al，1998)。從計(jì)算結(jié)果可以看出：Au元素異常、含金構(gòu)造帶、斷裂交匯、斷裂等密度、構(gòu)造中心對(duì)稱(chēng)度以及斷裂交點(diǎn)數(shù)這些證據(jù)圖層的綜合權(quán)重值表現(xiàn)得很高，說(shuō)明這些變量與Au的形成具有密切的關(guān)系。

根據(jù)后驗(yàn)概率的相對(duì)大小，將研究區(qū)內(nèi)不同的立方塊劃分為不同的等級(jí)，不同等級(jí)賦予不同的顏色。由圖6可以看出，預(yù)測(cè)礦塊的高值區(qū)與已知礦體在空間位置上具有良好的吻合度和一致性，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。

圖6 預(yù)測(cè)礦塊與已知礦體疊加顯示圖

表1 各證據(jù)圖層權(quán)重表

4．2 三維信息量預(yù)測(cè)

信息量法應(yīng)用于區(qū)域礦產(chǎn)預(yù)測(cè)，是由維索科奧斯特羅夫斯卡婭(1968)及恰金(1969)先后提出的(范永香等，2003)。為了能夠?qū)θS證據(jù)權(quán)的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，筆者又利用三維信息量法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算。

(1)計(jì)算各地質(zhì)因素、找礦標(biāo)志所提供的找礦信息量(表2)，定量評(píng)價(jià)各地質(zhì)因素和標(biāo)志對(duì)指導(dǎo)找礦的作用;(2)利用各找礦標(biāo)志信息量分別計(jì)算每個(gè)基本單元的信息量總和，然后根據(jù)主觀概率法確定找礦信息量臨界值，此次將信息量的臨界值確定為2．72，用以評(píng)價(jià)找礦遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)(圖7)(陳建平等，2009)。

表2 找礦信息量計(jì)算結(jié)果

圖7 預(yù)測(cè)礦塊與已知礦體疊加顯示圖

4．3 遠(yuǎn)景區(qū)圈定

將三維證據(jù)權(quán)和三維信息量的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊合分析可以看出，兩者預(yù)測(cè)的單元塊在空間位置上基本吻合。因此，結(jié)合兩種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果，在研究區(qū)內(nèi)的三維空間范圍內(nèi)圈定4個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)(圖8)，并依次將其與研究區(qū)內(nèi)的地層和構(gòu)造實(shí)體模型進(jìn)行疊加分析(圖9、圖10)。

圖8 研究區(qū)遠(yuǎn)景區(qū)的劃分

圖9 遠(yuǎn)景區(qū)與構(gòu)造的關(guān)系

遠(yuǎn)景區(qū)A的地層屬于大月坪組中段ArTh．d2-3，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖，角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖，見(jiàn)有條痕(紋)狀的混合巖，Q8、Q3051、Q93含金構(gòu)造帶的交匯部位，鉆孔數(shù)據(jù)缺乏因而化探異常不顯著，未見(jiàn)坑道布置。

遠(yuǎn)景區(qū)B地層屬大月坪組中段ArTh．d2-2，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖，分布在Q8含金構(gòu)造帶內(nèi)及其周?chē)男嗔阎?，鉆孔數(shù)據(jù)缺乏因而化探異常不明顯，未見(jiàn)坑道布置。

圖10 遠(yuǎn)景區(qū)與地層的關(guān)系

遠(yuǎn)景區(qū)C地層屬大月坪組上段ArTh．d3-1，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖與角閃斜長(zhǎng)片麻巖互層，Q4011含金構(gòu)造帶與Q8含金構(gòu)造帶及其附近的一個(gè)小斷裂帶在此區(qū)交匯，此處未見(jiàn)鉆孔數(shù)據(jù)和坑道工程。

遠(yuǎn)景區(qū)D地層屬于大月坪組的中段ArTh．d2-1，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖和角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖，主要分布在Q4003、Q14以及與Q14下近乎平行的一條斷裂帶內(nèi)，這3條斷裂近似等距平行分布，據(jù)勘探線剖面的鉆孔樣品分析值顯示，該區(qū)內(nèi)Q14斷裂內(nèi)有品位較高的石英脈分布，只有鉆孔ZK05位于其附近，坑道工程距離此處較遠(yuǎn)。

5 結(jié)論

(1)成功地將二維成礦預(yù)測(cè)中反映線性構(gòu)造致礦信息的定量化分析(主要包括構(gòu)造等密度、構(gòu)造中心對(duì)稱(chēng)度、斷裂優(yōu)益度、構(gòu)造交點(diǎn)數(shù)等變量)拓展到三維空間內(nèi)(陳建平等，2011)，從而為三維成礦預(yù)測(cè)提供了新的變量。

(2)根據(jù)證據(jù)權(quán)重值的大小，得出研究區(qū)內(nèi)主要控礦因子為Au元素異常、含金構(gòu)造帶、斷裂交匯、斷裂等密度、構(gòu)造中心對(duì)稱(chēng)度以及斷裂交點(diǎn)數(shù)這些證據(jù)圖層，與找礦有著密切的關(guān)系。

(3)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，該研究區(qū)內(nèi)最主要的①號(hào)、②號(hào)、③號(hào)3個(gè)礦體所處的立方塊的后驗(yàn)概率值和信息量值均處于高值區(qū)，這驗(yàn)證了三維證據(jù)權(quán)法和三維信息量法在該研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)的可行性與正確性，為尋找隱伏礦床研究領(lǐng)域提供了新的思路，具有很好的應(yīng)用前景。

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3D metallogenic prediction for western section of Q8 gold deposit in Tongguan County of Shaanxi based on digital mineral deposit model

CHEN Jian-ping1，2，3，SHI Rui1，2，3，WANG Li-mei1，2，3，CHEN Zhen-ping，1，2，3

(1．School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2．Institute of Land Resources and High Techniques，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;3．Beijing Key Laboratory of Development and Research for Land Resources Information，Beijing 100083，China)

Q8 gold deposit，located in Tongguan County of Shaanxi Province，was one of the few large deposits in Little Qinling Mountains．Through years of exploitation and utilization，the surface and the shallow resources for the mine were mined out．The shortage of resources made 3D prediction and evaluation for the deep mineral resources a hot spot concern in technical research．3D space prospecting method was originated from 2D space and could realize visualization for the deep and quantitative geological information．Dominant variable of 3D space ore-prospecting could predict 3D structure of the deep concealed ore bodies．The authors pointed out four prospective gold mining areas according to the prediction probability．The studies provided scientific basis for the entire area of Tongguan gold resources，also provided new ideas for the research of concealed deposits．

Digital mineral deposit model;3D evidence weight;Metallogenic prediction;Tongguan，Shaanxi

P618．51;P612

A

1674－3636(2012)03－0237－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．237

2012－05－20;編輯：侯鵬飛

陳建平(1959— )，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事礦產(chǎn)資源定量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和“3S”技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)與研究工作，E-mail：3s@cugb．edu．cn