劉 亭，王光寧，齊艷妮

（西北礦冶研究院，甘肅白銀730900）

三維數字建模技術在陜西某鉛鋅礦深部找礦中的應用

劉 亭*，王光寧，齊艷妮

（西北礦冶研究院，甘肅白銀730900）

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

地質找礦；三維建模；隱伏礦體

1 概述

隨著礦產資源的快速消耗，越來越多的大型、易采、高品位的礦產資源已被發(fā)現，礦產勘查的難度日益加大，找礦主體已逐漸從地表、淺部及易識別的礦體向隱伏礦、深部礦、難識別的礦體轉變，因此利用新方法、新技術來發(fā)現隱伏礦體、深部礦體已成為當前地質勘查領域重要的研究方向之一。近年來，隨著計算機技術的逐步成熟，使得三維地質模擬技術得以實現，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用到礦山深部及隱伏礦床的地質找礦工作中。

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

2 研究區(qū)地質概況

陜西某鉛鋅礦位于秦嶺造山帶南秦嶺印支褶皺帶，礦區(qū)位于該構造帶東南部大羊山復向斜和漢江復背斜之間的次級褶皺中，在成礦區(qū)帶上，礦區(qū)隸屬南秦嶺成礦帶（Ⅲ級）鎮(zhèn)安—旬陽成礦區(qū)（Ⅳ級）麻坪河-南沙溝鉛鋅成礦帶（V級）。礦區(qū)經地表追索與工程控制，共圈定礦體4條（自南向北編號為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，該地層可細分為4個巖性段，其中第二巖性段（S2s2）灰色粉砂質千枚巖為礦區(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)內無大型的褶皺構造，多為頂厚、斜歪的褶曲構造，總體與大羊山復向斜樞紐傾向一致。EW向斷裂對礦區(qū)地層切割強烈，斷裂帶東西長度約15km，寬20余米，斷裂構造帶內巖石變形強烈，具炭化、糜棱巖化特征，EW向斷層對礦區(qū)內礦體均有不同程度的截切。礦區(qū)內層間破碎帶發(fā)育，成組出現，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 三維地質建模技術的應用

三維地質建模技術即是在特定的數據結構與三維環(huán)境下，利用現代空間理論、三維模擬技術及計算機技術，將與地質找礦有關的勘查地質、生產探礦、測量、樣品分析等原始數據與圖元資料進行綜合整理與研究，將各種地質體的不規(guī)則邊界和空間分布特征形象的展現在眼前，尋找各種地質找礦信息之間的相互聯(lián)系，研究地質體的幾何結構及其內部的物理、化學屬性的變化規(guī)律，并用于地質綜合研究與資源儲量估算[1]。

陜西某鉛鋅礦山的地質找礦工作是以3DMine礦業(yè)工程軟件為平臺，利用礦山地質勘探數據、礦山生產測量、統(tǒng)計數據等原始資料，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、鉆孔數據模型以及基于實體模型建立的礦區(qū)塊體模型，通過模型與數據分析，預測了有利成礦區(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，為地質體的空間分析提供參考依據。本次工作利用3DMine軟件DTM表面功能對原始地形地質圖進行處理，直接生成地表三維模型（圖1），將地質信息投影至地表模型，可通過三維可視化準確分析礦體延伸狀態(tài)，如該礦區(qū)地質平面圖顯示的礦體呈“雁形”排列，在三維空間卻呈現為近東西向似層狀分布。

圖1 地質界線在地表模型的投影

3.2 地層實體模型

工作區(qū)主要出露的地層有為中統(tǒng)雙河鎮(zhèn)組（S2s）的4個巖性段，即深灰—灰黑色含炭千枚巖（S2s1）、灰色粉砂質千枚巖（S2s2）、灰—淺灰色粉砂質千枚巖（S2s3）、灰—灰黃色粉砂質千枚巖（S2s4），區(qū)域主要含礦層位為S2s2、S2s3兩個層位，為研究區(qū)的主要控礦因素之一。

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

3.3 斷層（斷裂）實體模型

斷層三維模型的建立對于地質勘探、生產及成礦研究都具有重要的意義[2]。斷層的三維建模需要結合剖面解譯結果或地下探礦工程的斷層揭露位置，準確地表達斷層的延伸方向、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)域地質圖中顯示的斷層延伸、斷面的錯動方向對其進行了三維建模（圖2）。斷層模型的建立可有效分析斷層與礦體的關系，斷層錯動對礦體延伸的影響等，如F3斷裂帶在礦區(qū)東部將3號礦體截斷并發(fā)生東北向位移，使礦體在斷裂帶兩側出現一段空白地帶。

圖2 工作區(qū)斷裂帶實體模型

3.4 礦體（蝕變帶）實體模型

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 已控制礦體實體模型

3.5 鉆孔（屬性）數據模型

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

3.6 塊體模型

隨著三維建模理論和三維空間插值技術的不斷成熟，以三維礦體模型為基礎通過空間插值技術來計算礦體儲量已成為發(fā)展趨勢。結合礦體形態(tài)、走向、傾向、厚度及空間分布特征，根據礦體實體范圍，確定塊體建模單元參數與建模范圍。本次塊體模型的建立以及地質統(tǒng)計學與插值理論的應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系，避免了塊段法品位估值的缺點，提高了礦產儲量估算的精度。

3.7 三維成礦預測

在建立礦床三維模型的基礎上，分析地層、斷層、礦體、蝕變體、鉆孔等地質找礦模型之間的空間關系，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，確定研究區(qū)域蝕變模型及特征參數的取值范圍，并利用插值理論為每一個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個地質找礦靶區(qū)：

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

（2）礦區(qū)西部1號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 三維地質建模技術的優(yōu)點與不足

礦山的地質找礦工作需要了解礦山的地質特征、尋找地質體的空間分布規(guī)律、分析各元素的變化趨勢，但這些要素在三維空間復雜多變，很難在有限的二維平面內對其進行詳細描述。而三維地質模擬技術的應用，可以通過三維空間理論，將與成礦有關的地質體的空間分布關系、礦體的空間變化趨勢、地質體的物理化學屬性進行綜合研究與對比分析，通過可視化的方法，快速、便捷地對信息進行及時分析與處理，更加透徹地分析各種地質問題，得出地質體間的空間分布關系、總結成礦規(guī)律，大幅提高了地質工作者的工作效率，節(jié)約了在制圖、地質資料管理與應用過程中的時間與精力，降低了礦山地質勘查的風險與盲目的工程投入，實現傳統(tǒng)地質工作向三維地質找礦的轉變。

雖然三維地質建模技術對地質找礦工作有很好的指導作用，但在勘查應用中也存在以下的不足之處：

（1）原始數據格式復雜多樣、建模時間較長。三維地質建模是以完整的地質、測量數據為基礎，然而礦產勘查涉及地質勘查、基礎地質、地球物理、地球化學、生產統(tǒng)計等多方面、多專業(yè)的地質編錄、礦山測量、化驗分析數據及成果資料，數據信息量繁多、格式不一，使得在短時間內很難準確、全面、快速地完成礦山數字模型的建立工作[3]。

（2）礦山勘查歷史悠久，以往資料無法綜合利用。礦山歷年地質勘查資料、生產探礦、測量、樣品分析等原始資料的收集、整理的準確性及完整性關系到建立的三維地質模型與實際情況的復合程度，是三維找礦預測的基礎，也影響到最終儲量計算、礦山開拓設計等方面應用的準確性。

（3）礦體的空間賦存形態(tài)極不規(guī)則，礦體受斷層、褶皺等構造影響，經常出現分支復合、邊緣形態(tài)復雜等現象，在復雜極薄礦體的剖面解譯線連接時會出現自相交等現象，因此建立礦體三維模型不僅需要地質工作者的耐心解譯，還需要靈活應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模型。

5 結論

礦產勘查技術已經建立了完善的理論體系并在實際工作中積累了大量的實踐經驗，而三維地質建模技術的發(fā)展對于礦山隱伏礦、深部找礦工作又推出了新的途徑，然而三維技術應用在礦山勘查與生產中的時間較短、普及程度較差，又制約著三維技術指導地質找礦應用效果，因此，礦山采用三維建模技術管理模式，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，還有利于數據共享與資料保存，縮短三維地質建模周期，為礦山深部及隱伏礦體的找礦工作奠定基礎。本次工作中所采用的三維建模技術已成功應用于甘肅多個金屬礦床的深部找礦勘探工作中，并通過坑內鉆、地質鉆探等工程對預測成礦區(qū)域進行了驗證，取得了明顯的效果，提高了深部找礦的效率。

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

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

[3]倪平澤，劉修國，李超嶺，李豐丹.3D礦床建模技術在數字礦產勘查中的應用[J].中國地質大學學報，2010（3）：444-452.

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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，現從事礦山三維數字化建模、地質勘查、礦山地質方面的工作。