礦田三維地質(zhì)填圖方法及應(yīng)用

袁 峰，李曉暉，張明明，胡訓(xùn)宇，李 楊

（合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

三維地質(zhì)填圖是近年來隨著地球物理探測及三維地質(zhì)建模技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展起來的新方法和新技術(shù)，目前已逐漸成為了解深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要手段。三維地質(zhì)填圖目前已被廣泛用于城市地質(zhì)調(diào)查［1-4］以及礦床學(xué)和深部找礦等研究和實(shí)際工作之中［5-11］。其中，在礦集區(qū)、礦田乃至更大尺度開展地球物理探測及三維地質(zhì)填圖，通過融合多源地質(zhì)、物探數(shù)據(jù)信息，去偽存真、對比分析，得到更為合理正確的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，已為尋找深部隱伏礦體提供了有效途徑，并做出了積極貢獻(xiàn)。例如，西澳Menzies-Norseman成礦帶進(jìn)行了三維立體地質(zhì)填圖和深部成礦預(yù)測，融合了地震反射剖面、鉆孔資料、重、磁模擬和地表地質(zhì)圖件，并依此成功預(yù)測出4個金礦體；加拿大安大略和魁北克省Abitibi綠巖帶的深部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地球物理探測和三維地質(zhì)填圖，了解了控礦構(gòu)造的深部延伸及巖石組合的空間分布，為深部礦體的勘探指明了方向［8］；Lüet al．，（2013）在銅陵獅子山礦田進(jìn)行了三維地質(zhì)填圖工作，在礦田深部預(yù)測出多個深部成礦靶區(qū)［9］；Li et al．，（2015）在安徽寧蕪盆地南段鐘姑礦田進(jìn)行了三維地質(zhì)填圖工作，并將其作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)開展了定量成礦預(yù)測，在礦田深部預(yù)測出多個隱伏找礦靶區(qū)［10］；陳應(yīng)軍等（2014）對澳大利亞三維地質(zhì)填圖進(jìn)展與實(shí)例進(jìn)行了介紹，闡明了三維地質(zhì)填圖在礦床、油氣和水資源領(lǐng)域中具有跨時代的意義［12］。

本文通過綜合以往在礦田尺度開展的三維地質(zhì)填圖工作，總結(jié)了礦田三維地質(zhì)填圖方法和流程，并對長江中下游成礦帶鐘姑礦田開展的工作進(jìn)行了實(shí)例介紹，以期為我國開展礦集區(qū)、礦田乃至更大尺度的三維地質(zhì)填圖工作提供參考和借鑒，更好地服務(wù)于深部隱伏礦床的預(yù)測和勘探。

1 礦田三維地質(zhì)填圖方法及流程

從技術(shù)層面上說，深部找礦勘查要求所采用的探測技術(shù)探測深度大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、能適應(yīng)復(fù)雜地形條件，目前任何一種單一的方法都難以滿足進(jìn)行500m以下的礦產(chǎn)勘查的需求［12］。礦田三維地質(zhì)填圖是一種能夠融合多種地質(zhì)、物探數(shù)據(jù)資料的綜合方法，能夠服務(wù)于深部隱伏礦床的預(yù)測及找礦勘探工作。在三維地質(zhì)填圖的過程中，既可以融合已有的地質(zhì)填圖、地質(zhì)鉆孔信息，又可以融合多種物探（如重力、磁法、電法及地震勘探等）數(shù)據(jù)。礦田三維地質(zhì)填圖最終以三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型作為成果，以強(qiáng)化對成礦過程和地質(zhì)構(gòu)造的全面理解或?yàn)樯畈空业V提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和推測依據(jù)。其方法流程如圖1所示。

方法首先系統(tǒng)收集礦田內(nèi)與地質(zhì)礦產(chǎn)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與信息。收集的資料主要包括地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)、地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)等，必要時需開展地質(zhì)剖面或區(qū)域性的補(bǔ)充填圖工作。針對收集到的海量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行資料編碼、數(shù)字化與集成，并賦予相應(yīng)的三維屬性特征，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行管理。此外，研究區(qū)內(nèi)地層年代學(xué)數(shù)據(jù)，巖石物性測量數(shù)據(jù)、巖性與物性對應(yīng)關(guān)系等數(shù)據(jù)信息也需要進(jìn)行相應(yīng)收集。

圖1 礦田三維地質(zhì)填圖方法流程

在進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及建庫工作之后，需根據(jù)待研究礦田的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度，規(guī)劃多個剖面以融合多源數(shù)據(jù)對深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述?；谑占@得的地質(zhì)填圖及鉆孔（地質(zhì)界限、產(chǎn)狀）等數(shù)據(jù)信息，基于地質(zhì)規(guī)律及知識經(jīng)驗(yàn)，逐剖面對鉆孔深度范圍內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻畫，以為深部地球物理正反演工作提供約束及基礎(chǔ)。

地球物理探測是獲得研究區(qū)深邊部地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的重要途徑［5，13-15］。在深部找礦勘探中，由于控礦介質(zhì)與結(jié)構(gòu)、深部過程的多樣性，需要集成多種地球物理方法開展研究［14，16］。因此，可通過開展多種平面或剖面地球物理探測，并運(yùn)用多種2維、2．5維、3維方法進(jìn)行聯(lián)合反演，反演過程中要充分利用鉆孔深度的地質(zhì)剖面以及鉆孔數(shù)據(jù)等進(jìn)行合理約束，以獲取深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，從而更好地對待研究礦田目標(biāo)深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解譯和刻畫。

基于上述工作獲得的多元地質(zhì)及物探解譯數(shù)據(jù)，最終需利用三維地質(zhì)建模方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合及三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建。目前，商用三維地質(zhì)軟件中三維地質(zhì)建模功能均已成熟，但在建模過程中，需嚴(yán)格按照區(qū)域地層年代學(xué)信息，充分利用地表地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)（地質(zhì)界限、產(chǎn)狀等），地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)（尤其是深孔數(shù)據(jù)），不同尺度的地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)，地質(zhì)、地球物理綜合剖面數(shù)據(jù)，三維地球物理反演成果等對地質(zhì)建模過程進(jìn)行充分約束。針對構(gòu)建獲得的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，還需通過剖切、三維正演等手段進(jìn)行循環(huán)修正，從而獲得更為合理的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

2 長江中下游成礦帶礦田三維地質(zhì)填圖實(shí)例

長江中下游地區(qū)是中國重要的銅鐵多金屬成礦帶［17-19］，該區(qū)中生代燕山期巖漿活動和成礦作用強(qiáng)烈，在斷隆區(qū)形成了寧鎮(zhèn)、銅陵、安慶-貴池、九瑞和鄂東南等礦集區(qū)，在斷凹區(qū)形成了溧水、溧陽、寧蕪、繁昌、廬樅、懷寧和金牛等火山巖盆地（圖2）［17-18，20］。為了更好地闡述礦田三維地質(zhì)填圖方法及流程，本文以斷凹區(qū)寧蕪礦集區(qū)內(nèi)的鐘姑礦田為例，對所采用的方法及成果進(jìn)行實(shí)例闡述。

圖2 長江中下游地區(qū)礦集區(qū)略圖［21］

鐘姑礦田位于寧蕪火山巖盆地南段（圖1），區(qū)內(nèi)褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育、巖漿活動強(qiáng)烈。礦田內(nèi)火山基底地層有三疊系中統(tǒng)周沖村組（T2z）、白云質(zhì)灰?guī)r夾膏鹽層、中統(tǒng)黃馬青組（T3h）砂頁巖以及侏羅系中下統(tǒng)象山群（J1-2xn）砂頁巖。與鐵礦有關(guān)的侵入體均為淺成—超淺成的小巖體，主要為閃長巖類。目前鐘姑礦田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有多個大中型鐵礦床，但近年來在礦田內(nèi)深部找礦勘探成果表明，在礦田的深部仍存在較好的找礦遠(yuǎn)景。

針對鐘姑礦田，三維立體地質(zhì)填圖工作首先對區(qū)內(nèi)多元地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集，構(gòu)建了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫；之后在礦田內(nèi)布設(shè)了NW-SE向13條平行剖面，結(jié)合鉆孔、填圖等數(shù)據(jù)對鉆孔深度的地質(zhì)剖面進(jìn)行了構(gòu)建；之后工作針對礦田開展重磁掃面及剖面高精度重、磁、電法探測；并基于地球物理數(shù)據(jù)，利用地質(zhì)剖面及鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行約束，開展剖面反演計(jì)算，參考三維反演成果，對-2 000m以淺的地質(zhì)、物探綜合剖面進(jìn)行構(gòu)建；最終基于地質(zhì)、物探綜合剖面，融合地表填圖及鉆孔數(shù)據(jù)，通過循環(huán)修正，構(gòu)建完成鐘姑礦田三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型（圖3）［10］。

圖3 鐘姑礦田三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)論

礦田三維地質(zhì)填圖為深部地質(zhì)調(diào)查、深部找礦勘探提供了方法和工具。合理正確的礦田三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型可強(qiáng)化對礦田成礦過程和地質(zhì)構(gòu)造的全面理解，并可為礦田尺度下的成礦預(yù)測及深部找礦提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和推測依據(jù)。進(jìn)一步開展不同尺度、不同構(gòu)造背景下的三維地質(zhì)填圖工作將為解決不同層級地質(zhì)及成礦問題帶來新的途徑和思路；融合更多來源的地學(xué)數(shù)據(jù)，協(xié)同采用更多地球物理探測方法及三維正反演方法，將更大程度地提高礦田三維地質(zhì)填圖的合理性及有效性。

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