柳炳利， 郭　科， 李　程， 王　璐

(1.成都理工大學，四川成都610059； 2.數學地質四川省重點實驗室，四川成都610059)

?

基于原生暈三維數據體模型的深部礦產預測

柳炳利1，2， 郭科1，2， 李程1，2， 王璐1，2

(1.成都理工大學，四川成都610059； 2.數學地質四川省重點實驗室，四川成都610059)

三維原生暈礦產預測方法可以作為原生暈地球化學的有效補充。探討了基于原生暈的地球化學深部礦產預測方法，通過三維建模技術構建了一種三維原生暈礦產預測方法，應用該方法在湖北銅綠山銅鐵礦圈定了22個預測靶位，部分靶位已在礦區(qū)的實際勘探中得到驗證。三維原生暈數據體模型可以在深部礦產預測中取得較好的效果。

原生暈；三維數據體模型；深部礦產預測；銅綠山銅鐵礦；湖北

0　引　言

20世紀50年代末，謝學錦、邵躍等與前蘇聯科學家?guī)缀跬瑫r發(fā)現了熱液礦床的原生暈分帶現象，開創(chuàng)了原生暈地球化學尋找盲礦的新方法。80年代以來，原生暈的“反常、反分帶或雜亂無章異?！爆F象困惑了化探人員多年，嚴重影響了應用原生暈方法預測盲礦的進一步發(fā)展。90年代以來，眾多學者通過對原生暈地球化學的各自研究，取得了大量成果(劉崇民等，1994；邵躍，1997；談樹成等，2001；樸壽成等，2003；陳云華等，2005；田鋒，2005；馬立成等，2006；王超等，2006)。具有代表性的是李惠等的原生疊加暈找盲礦的新方法，在20多個礦山的科研實踐中取得了良好效果(李惠等，1997，1998,1999；李惠，1998，2000)；近年來，李惠等(2003，2004，2005，2006，2008，2010a,2010b,2010c)針對熱液脈狀金礦床的特征總結提出了構造疊加暈法，建立典型金礦床的構造疊加暈模式，顯著提高了盲礦預測的準確性和找礦效果。另外，眾多學者在深部礦產預測方面也取得了大量成果(劉一等，2008；蘇安金等，2008；智超等，2014；李秋金等，2016)。

以往的原生暈找尋盲礦方法多在剖面上基于原生暈的分散模式進行預測，這種方式難免陷入“一面之見”。本次研究采用三維建模方法，通過鉆孔化學分析數據進行三維空間插值，形成地球化學三維空間數據體，進而再剖面切割尋求重點部位的元素空間分布規(guī)律，由此，可以實現從總體到局部的數據分析，使深部礦產預測更可靠。

1　研究區(qū)概況

銅綠山銅鐵礦床位于揚子準地臺下揚子臺褶帶西端、大冶復向斜南翼、陽新巖體西北端的銅綠山小巖體中，是長江中下游成礦帶鄂東南礦集區(qū)的重要礦床。區(qū)域內地層齊全，構造復雜，中酸性侵入巖發(fā)育，銅、鐵、金等金屬礦產豐富，是我國重要的有色金屬和冶金原料基地(圖1)。

圖1　鄂東南區(qū)域地質略圖1-第四系；2-上白堊統(tǒng)—第三系；3-下白堊統(tǒng)；4-中三疊統(tǒng)—中侏羅統(tǒng)；5-上泥盆統(tǒng)—下三疊統(tǒng)；6-震旦系—志留系；7-下二疊統(tǒng)；8-花崗巖；9-花崗斑巖；10-花崗閃長巖；11-花崗閃長巖；12-石英二長巖；13-石英二長閃長巖；14-石英二長閃長玢巖；15-石英閃長巖；16-石英閃長玢巖；17-閃長巖；18-玄武巖；19-背斜；20-倒轉背斜；21-向斜；22-倒轉向斜；23-壓性斷裂；24-壓扭性斷裂；25-斷裂；26-復合斷裂；27-鐵礦床；28-銅礦床；29-鐵銅礦床；30-銅鐵礦床；31-金銅礦床；32-銅鉬礦床；33-鎢鉬礦床；34-鉛鋅銀礦床；35-銅鎢鉬礦床；36-地質界線；37-不整合界線；38-巖相界線Fig.1　Simplified regional geological map of southeastern Hubei Province

銅綠山銅鐵礦床處于銅綠山小巖體內“捕虜體”中，巖體接觸帶西有雞冠咀和桃花咀、北有鯉泥湖、東北有石頭咀等礦床。

礦區(qū)內地層在巖體內呈殘留狀態(tài)，主要有三疊系下統(tǒng)大冶組、三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組、白堊系下統(tǒng)大寺組和第四系。與成礦關系密切的為大冶組、嘉陵江組碳酸鹽巖地層。礦區(qū)構造由北西西向(近東西向構造的偏向)與北北東向的褶皺斷裂疊加交切而成，北北東向構造強烈，成為礦床的主體構造型式(圖2)。礦區(qū)巖漿巖主要為陽新雜巖體西北端之銅綠山巖株體，其主體巖性為石英二長閃長玢巖。圍巖蝕變主要有硅化、透輝石化、金云母化、鈉化、綠簾石化、碳酸巖化，鉀長石化等，其中鈉化與鐵礦化，鉀化、硅化與鉬礦化，鉀化、碳酸巖化與銅礦化關系密切。區(qū)內現已發(fā)現13個銅鐵規(guī)模礦體，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅷ為主礦體，Ⅱ、Ⅴ、Ⅺ、Ⅻ等為次礦體。除Ⅸ號礦體外，分布范圍南北長2 100 m，東西寬600 m，面積約1.2 km2。礦體的分布主要受北北東、北東東向2組構造控制，排列成2個帶。其中北北東向礦體沿北22°東延伸，為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅺ、Ⅻ、Ⅷ號礦體；北東東向礦體沿北68°東方向延伸，有Ⅹ、Ⅷ、Ⅶ、Ⅸ號礦體，這些礦體規(guī)模小，分布零星，互不連續(xù)(圖2)。上述礦體在剖面上呈透鏡狀或似層狀，主要賦存于石英二長閃長玢巖與大理巖的接觸帶上，其次賦存在接觸帶附近的大理巖層間，極少賦存于接觸帶附近的巖體內。因此，接觸構造是該礦床礦體連接與對比的主要依據。各礦體長一般為200～520 m，延深較大，一般為105～650 m，局部可達-1 000 m以下。Ⅲ號礦體在-820 m以下，Ⅷ號礦體在-1 200 m以下仍未尖滅。

圖2　銅綠山銅鐵礦床地形地質簡圖(圖例同圖1)Fig.2　Geological sketch map of the Tonglvshan copper-iron deposit(see figure 1 for legends)

根據銅綠山銅鐵礦物共生關系和礦物包裹體資料，礦床是在很長時間和很大溫度變化范圍內以及在多次熱液活動下形成的。成礦作用比較復雜，具有多期、多階段的特點。成礦作用的過程可劃分3個成礦期，5個成礦階段：矽卡巖期，硅酸鹽階段；高中溫成礦期，高溫氧化物磁鐵礦階段、高中溫石英-硫化物成礦階段和中低溫碳酸鹽硫酸鹽階段；表生作用期，氧化淋濾、次生富集階段。

2　原生暈數據體構建與剖面切割

2.1地質體三維建模

為在三維空間中發(fā)現元素空間分布規(guī)律及其與地質體之間的關系，建立地質體三維模型作為地球化學原生暈數據體的支撐。

依據銅綠山銅鐵礦礦區(qū)勘探線剖面圖進行地質體三維模擬，為深部盲礦的預測提供三維可視化平臺(圖3)。

圖3　三維地質體模型構建過程與地質體模型示意圖Fig.3　Construction process of 3D geological body model and sketch of the model

2.2原生暈數據體構建

步驟如下。

(1) 根據現有地質資料，結合礦體的形態(tài)、走向、傾向和空間分布特征，確定了南北長2 280.25 m、東西寬1 882.69 m、垂高為1 767.37 m的礦區(qū)預測空間范圍，并將該范圍進行三維立方體化。

(2) 以立方體單元塊填充預測空間范圍(行×列×層為10 m×10 m×10 m)，模型共有1 746 383個單元塊，并將鉆孔原生暈地球化學元素數據賦予相應空間位置的小立方體。

(3) 以賦值小立方體為基礎，應用空間插值算法(本次研究采用距離反比加權)對空值小立方體進行插值，根據礦體的形態(tài)、走向、傾向和空間分布特征確定搜索方向，根據勘探線剖面之間的距離、剖面采樣數據的分布確定搜索半徑為200 m，建立橢球體進行空間約束插值。

(4) 根據小立方體中元素含量值的數值變化賦予顏色譜系，使原生暈數據體得以直觀顯示(圖4)。

圖4　Cu元素數據體三維模型Fig.4　3D data model of copper element

圖5　Cu元素立體數據體模型Fig.5　Stereo data model of copper element

2.3原生暈剖面切割

為更清楚地反映元素在垂向和橫向上的變化規(guī)律，取典型位置進行剖面切割。為更好地分析元素的空間分布規(guī)律，垂向剖面切割以勘探線地質剖面為基準進行剖切，橫向剖面參考勘探線間距取100 m，垂向切割剖面效果如圖5，切割剖面效果如圖6。通過對剖面上的數據進行分析，可以得到元素的剖面分布規(guī)律(圖7)。

3　原生暈分散模式及原生暈找礦標志

3.1原生暈組合

礦床原生暈是在礦石結晶沉淀作用過程中與礦體同時在圍巖中形成的一種原生分散模式，原生暈方法是通過發(fā)現和研究這種原生分散模式進行找礦的一種手段。了解礦區(qū)元素垂向原生暈分帶特征，對熱液礦床的空間元素富集狀態(tài)具有重要的指示作用，可以有效地把握深部含礦性，指導深部找礦預測。選擇Cu、Au、Pb、Zn、Ag、W、Mo、Bi、Mo、As、I、Hg 12個元素作為指示元素。

根據各微量元素的異常強度隨深度的變化，總結出如下規(guī)律。

As、Pb、Ag、Hg：濃集中心分布于礦體投影范圍的上部，其中Ag在-800 m處的濃集中心可能是-800 m以下礦體的反映；Hg在-1 000 m深度的異?？赡苁请[伏礦體的反映。

Cu、Au、Zn：異常范圍反映了礦體空間賦存位置，其中Cu是最直接、最重要的直接指示元素；Zn強異常出現指示有高溫氧化物成鐵階段，其與Cu元素暈律疊加出現時，指示可能形成銅鐵礦體。

Bi、Mo、W：其中W、Bi的異常主要分布于礦體下方，為尾暈特征指示元素；在礦體深部Mo的高異常可反映中—高溫硫化物階段Cu、Mo成暈的疊加部位。

Sr的高異?？芍甘敬罄韼r接觸帶的形態(tài)。

通過異常強度與圍巖、礦體、蝕變帶、成礦溫度以及元素遷移速度等的對比，可總結出礦床前緣暈、近礦暈、尾暈的指示元素組合：

前緣暈素組合：As、Pb、Ag、Hg、I；

近礦暈元素組合：Cu、Au、Zn；

尾暈元素組合：Bi、Mo、W；

圍巖指示元素：Sr。

3.2礦體原生暈的分帶序列分析

通過計算剖面線金屬量及分帶指數得到剖面原生暈的分布規(guī)律(圖8)，并總結礦體的軸向分帶序列，仍以4線為例進行說明。

由此可總結出4線的礦體原生暈分帶序列：(Mo、Cu)-Au-(Pb、Hg)-I-As-Sr-Bi-Ag-Zn-W。

可以明顯看出：礦體上部既有近礦暈、前緣暈元素，也有尾暈元素；礦體下部也出現有前緣暈元素和尾暈元素并存的現象。說明礦體在不同成礦階段的礦化疊加復雜，也表明深部具有較大的成礦潛力。

3.3原生暈找礦標志

(1) 主成礦元素Cu的異常分布是最直接的找礦標志。

(2) 在主成礦元素強富集的同時，前緣暈指示元素顯示強異常，尾暈元素弱異常，則有可能指示深部有盲礦存在。

(3) 前緣暈與尾暈共存，指示深部還有盲礦存在，若在礦體中、下部出現，則指示礦體向下延伸很大。

4　深部盲礦預測

根據原生暈找礦標志，結合地質找礦標志在4線確定了2個找礦靶位(圖9)，分別為4-Ⅰ和4-Ⅱ，以下對確定的2處靶位加以說明。

圖8　4線各元素空間分布規(guī)律示意圖Fig.8　Spatial distribution rules of each element along the prospecting line No.4

圖9　4線靶位預測圖Fig.9　Profile showing targets prediction along the prospecting line No.4

靶位4-Ⅰ：位于背斜核部附近偏西鉆孔CK254下方深度200～400 m處。Cu數據體顯示異常強度較弱，范圍較寬；Fe數據體顯示異常強度強，前緣暈元素(Ag、As、I、Hg、Pb)、近礦暈元素(Au、Zn)、尾暈元素(Bi、Mo、W)共存。該處位于地層嘉二，下方出現巖體接觸帶與成礦斷裂復合、交叉部位，處于巖體附近，易形成礦體，處于61號斷層下盤、背斜核部西翼，鉆孔CK166已見銅礦，CK167已見鉬礦，目前無工程控制，但深部應有銅盲礦體存在。

靶位4-Ⅱ：位于隱伏大理巖接觸部位，空間位置為-1 200 m處，鄰側ZK406孔見礦體較富，Cu、Fe數據體顯示異常強度較強，前緣暈元素(Ag、As、Hg、Pb)、近礦暈元素(Au、Zn)、尾暈元素(Bi、W)共存。該處位于大理巖接觸帶及斷裂構造、11號斷層下盤、背斜東翼，屬于Ⅷ號主礦體的延伸端。

5　結　論

(1) 三維原生暈礦產預測方法可以作為原生暈地球化學的有效補充，在深部礦產預測中，將三維可視化建模技術與原生暈方法相結合是一種增強深部礦產預測的有效方法。

(2) 根據湖北銅綠山銅鐵礦三維原生暈地球化學分散模式和地質找礦標志的總結，對礦區(qū)深部進行了盲礦預測。按勘探線分別預測，共圈定成礦有利靶位22個。部分靶位在礦區(qū)的勘探中得到驗證，證明原生暈三維數據體模型對礦山找礦勘探具有指導作用。

陳云華，易慧，張強祿，2005. 錫鐵山鉛鋅礦床地球化學異常模式及找礦指標[J]. 礦產與地質，19(6)：710-714.

劉崇民，徐外生，1994. 蔡家營鉛鋅銀礦床原生異常模式[J]. 物探與化探，18(5)：378-391.

李惠，王支農，1997. 河南小秦嶺楊砦峪金礦床原生疊加暈模式[J]. 黃金地質，3(1)：55-59.

李惠，1998. 大型、特大型金礦盲礦預測的原生疊加暈模型[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社.

李惠，鄭濤，湯磊，等，1998. 山東乳山三甲金礦床的疊加暈模式[J]. 黃金地質，4(4)：1-7.

李惠，張文華，1999. 中國主要類型金礦床的原生暈軸向序列研究及其應用準則[J]. 地質與勘探，35(1)：31-35.

李惠，2000. 陜西雙王金礦床的原生疊加暈模式[J]. 桂林工學院學報，20(4)：327-333.

李惠，張國義，2003. 構造疊加暈法在預測金礦區(qū)深部盲礦中的應用效果[J]. 物探與化探，27(6)：438-440.

李惠，張國義，王支農，等，2004. 小秦嶺石英脈型金礦床的構造疊加暈模式[J]. 地質與勘探，40(4)：51-54.

李惠，張國義，禹斌，等，2005. 構造疊加暈法是危機金礦山尋找接替資源的有效新方法[J]. 礦產與地質，19(6)：683-687.

李惠，張國義，禹斌，2006. 金礦區(qū)深部盲礦預測的構造疊加暈模型及找礦效果[M]. 北京：地質出版社.

李惠，張國義，高延龍，等，2008. 小秦嶺金礦集中區(qū)深部第二富集帶預測的構造疊加暈模型[J]. 物探與化探，32(5)：525-528.

劉一，曾勇，高天山，2008. 淺析長江中下游成礦帶深部礦找礦潛力及找礦方向[J]. 地質學刊，32(4)：292-296.

李惠，禹斌，李德亮，等，2010a. 化探深部預測新方法綜述[J]. 礦產勘查，1(2)：156-160.

李惠，張國義，禹斌，等，2010b. 構造疊加暈找盲礦法及其在礦山深部找礦效果[J]. 地學前緣，17(1)：287-293.

李惠，李德亮，禹斌，等，2010c. 遼寧鳳城白云金礦床深部盲礦預測的構造疊加暈模型及預測效果[J]. 地質找礦論叢，25(2)：153-156.

李秋金，李金梅，王芳，2016. 閩中梅仙鉛鋅礦田賦礦變質巖系對比及深部找礦前景[J]. 地質學刊，40(2)：234-242.

馬立成，楊興科，王磊，等，2006. 東天山石英灘金礦田控礦構造與原生暈深部預測[J]. 地質與勘探，42(2)：24-28.

樸壽成，賈洪杰，翟玉峰，等，2003. 金廠溝梁金礦床礦脈原生地球化學特征及深部含礦性評價[J]. 地質地球化學，31(1)：47-51.

邵躍，1997. 熱液礦床巖石測量(原生暈法)找礦[M]. 北京：地質出版社.

蘇安金，蘇陽，2008. 江蘇危機礦山深部及外圍潛力資源找礦[J]. 地質學刊，32(3)：235-238.

談樹成，高建國，晏建國，等，2001. 云南個舊礦區(qū)南部礦床原生暈垂直分帶研究[J]. 礦物學報，21(4)：596-601.

田鋒，2005. 謝家溝金礦元素地球化學特征及原生暈疊加模型[D]. 北京：中國地質大學.

王超，孫華山，曹新志，等，2006. 山東招遠上莊金礦原生暈特征及深部成礦預測[J]. 金屬礦山，35(11)：54-56.

智超，張玉成，陳玉峰，等，2014. 深部找礦研究進展綜述[J]. 地質學刊，38(4)：657-669.

Deep mineral resources prediction based on primary halo geochemistry using 3D data modelling technique

LIU Bingli1,2, Guo Ke1,2, Li Cheng1,2, WANG Lu1,2

(1. Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. Geomathematics Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610059, Sichuan, China)

This work discussed the use of primary halo gechemistry in deep mineral exploration. A 3D primary halo exploration method was built by three dimensional modeling technique. With this method, 22 prospecting targets were delineated in Tonglvshan copper-iron deposit of Hubei Province, and some targets have been verified in practical exploration. It is suggested that 3D data volume model based on primary halo geochemistry is effective in deep mineral exploration.

primary halo; 3D data volume model; deep mineral exploration; Tonglvshan copper-iron deposit; Hubei Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.403

2016-08-04；

2016-08-19；編輯：侯鵬飛

國家自然科學基金資助項目(41272363)，中國地質調查局項目(12120114002001)，四川省教育廳資助項目(KJ-2015-14)，四川省科技計劃項目(2015SZ0199)

柳炳利(1981—)，男，講師，博士，主要從事數學地質研究工作，E-mail： liubingli-82@163.com

P612； P628

A

1674-3636(2016)03-0403-07