三維地質(zhì)建模方法在貴州銅仁地區(qū)李家灣—道沱錳礦區(qū)的運(yùn)用

葉 飛，潘 文，劉 健，解 巖,2，周 玲，左 勇，占朋才，吳本林

(1. 貴州省地礦局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300； 2. 成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

三維地質(zhì)建模方法在貴州銅仁地區(qū)李家灣—道沱錳礦區(qū)的運(yùn)用

葉 飛1，潘 文1，劉 健1，解 巖1,2，周 玲1，左 勇1，占朋才1，吳本林1

(1. 貴州省地礦局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300； 2. 成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

三維地質(zhì)模擬技術(shù)以模型為基礎(chǔ)直觀精確地重建地質(zhì)對(duì)象結(jié)構(gòu)，形象地表達(dá)地質(zhì)體空間形態(tài)和分布。有助于地質(zhì)人員認(rèn)識(shí)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效的幫助地質(zhì)人員預(yù)測(cè)分析深部地質(zhì)信息在勘察區(qū)域的空間位置以及相互之間的關(guān)系。傳統(tǒng)的地質(zhì)三維建模平臺(tái)，限于語言及操作習(xí)慣，較難掌握，在地質(zhì)基層生產(chǎn)單位常規(guī)作業(yè)軟件Mapgis基礎(chǔ)上，適當(dāng)結(jié)合Surpac，運(yùn)用研究區(qū)已有勘查成果，總結(jié)出一套適合生產(chǎn)單位深部建模方法。同時(shí)構(gòu)建了研究區(qū)大塘坡期起沉錳盆地構(gòu)架，為后期靶區(qū)選擇，提供了一定的依據(jù)。針對(duì)性地解決區(qū)內(nèi)的找礦實(shí)際問題，以期進(jìn)一步擴(kuò)大地質(zhì)成果。更好的為找礦工作服務(wù)。

錳礦；礦體模型；圍巖模型；三維地質(zhì)建模

0 前 言

研究區(qū)位于上揚(yáng)子?xùn)|緣成礦帶，大地構(gòu)造位置處上揚(yáng)子地塊與華夏地塊的過渡區(qū)，跨越上揚(yáng)子地塊和江南造山帶。近年來，在古天然氣滲漏模式指導(dǎo)下[1]，通過銅仁地區(qū)錳礦整裝勘查區(qū)，先后在區(qū)內(nèi)新松桃西溪堡(普覺)、松桃道沱、松桃高地和松桃桃子坪4個(gè)隱伏超大型錳礦床。該整裝勘查區(qū)新發(fā)現(xiàn)的超大型錳礦床數(shù)，占全球己發(fā)現(xiàn)超大型錳礦床總數(shù)約三分之一[2]。被譽(yù)為破解了錳礦深部找礦難題。我國礦產(chǎn)資源形勢(shì)嚴(yán)峻，深部礦產(chǎn)找礦和開采工作的重要性越來越大[3]，隨著勘查深度的推進(jìn)，人們對(duì)深部礦產(chǎn)資源的空間分布特征卻越發(fā)難以推測(cè)[4]，對(duì)深部礦產(chǎn)認(rèn)知度也更低。三維地質(zhì)模擬[5-7]技術(shù)以模型為基礎(chǔ)直觀精確地重建地質(zhì)對(duì)象結(jié)構(gòu)，形象地表達(dá)地質(zhì)體空間形態(tài)和分布。有助于地質(zhì)人員認(rèn)識(shí)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效的幫助地質(zhì)人員預(yù)測(cè)分析深部地質(zhì)信息在勘察區(qū)域的空間位置以及相互之間的關(guān)系?？s短工程周期，提高工作效率，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平[8]。

本文旨在結(jié)合已有勘查成果，利用空間信息進(jìn)行三維地質(zhì)建模，并針對(duì)以上數(shù)據(jù)做相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，通過研究礦區(qū)的構(gòu)造、地層、礦體的空間三維展布與礦化富集的內(nèi)在聯(lián)系，針對(duì)性地解決區(qū)內(nèi)的找礦實(shí)際問題，以期進(jìn)一步擴(kuò)大地質(zhì)成果[9]。

本次三維地質(zhì)建模主要通過建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建研究區(qū)地層模型、礦體模型、構(gòu)造模型或其他類型模型[10]。以勘探線剖面圖及鉆孔柱狀圖為三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)源，按照線框架建模的技術(shù)思路，由剖面輪廓線和地面地質(zhì)界線聯(lián)合重構(gòu)了成礦地質(zhì)體的三維表面[11]，按照國際礦業(yè)領(lǐng)域通用塊體模型概念。通過數(shù)據(jù)庫和三維模型疊加顯示，可對(duì)礦體空間展布、儲(chǔ)量計(jì)算、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量報(bào)告、品位和不同屬性的分布特點(diǎn)進(jìn)行綜合運(yùn)用[10]，服務(wù)找礦。

1 區(qū)域背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處上揚(yáng)子地塊與華夏地塊的過渡區(qū)，跨越上揚(yáng)子地塊和江南造山帶，研究區(qū)為揚(yáng)子地層區(qū)沉積[12-14]，是一個(gè)以新元古界淺變質(zhì)巖系為基底的復(fù)雜褶皺帶。出露的基底為新元古界梵凈山群，為一套巨厚的變質(zhì)火山巖系和陸源碎屑巖系，其上為新元古界淺變質(zhì)巖系板溪群，伴隨羅迪尼亞超大陸的裂解，華南及研究區(qū)發(fā)生大規(guī)模伸展裂陷，巨厚的板溪群在區(qū)域拉伸斷裂過程中造就了區(qū)內(nèi)半地塹式聚錳盆地[15-20]。加里東運(yùn)動(dòng)，曾使該區(qū)一度隆起，缺失古生界泥盆和石碳系地層。中生代早期的印支運(yùn)動(dòng)使研究區(qū)隆升為陸、晚期的燕山運(yùn)動(dòng)使其發(fā)生強(qiáng)烈變形，形成復(fù)雜的斷褶帶，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)再次發(fā)生斷塊狀差異性隆升。經(jīng)過不同期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的復(fù)合、疊加和改造作用，形成了區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂以北北東—北東向?yàn)榭傮w構(gòu)造線的區(qū)域構(gòu)造格架，但褶皺多被后期斷裂破壞和改造，屬中等—復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)[21-25]。區(qū)域內(nèi)出露地層有：中元古界薊縣系、新生元古界青白口系、南華系、震旦系、古生界寒武系、奧陶系及新生界第四系。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

2.1地層

區(qū)內(nèi)出露地層主要有元古界青白口系板溪群、南華系、震旦系、古生界寒武系、奧陶系及新生界第四系地層。區(qū)內(nèi)地層，大致呈NEE向展布。錳礦賦存于南華系下統(tǒng)大塘坡組一段中，南華系從下至上，下統(tǒng)為兩界河組、鐵絲坳組、大塘坡組，上統(tǒng)為南沱組。兩界河組和鐵絲坳組相當(dāng)于的冰海沉積。兩界河組主要分布在大塘坡地區(qū)，與下伏的青白口系板溪群紫紅色粉砂質(zhì)板巖呈不整合接觸；大塘坡組為Sturtian冰期與Marinorn冰期之間的間冰期沉積；南沱組相當(dāng)于Marinorn冰期沉積，局部夾白云巖透鏡體。現(xiàn)將南華系地層巖性從老到新敘述如下。

兩界河組(Nh1l)：底部以含礫長石石英砂巖或含礫泥晶白云巖透鏡體與下伏紅子溪呈角度不整合接觸；中上部為灰色厚層含礫長石石英砂巖夾含礫泥(粉)晶白云巖透鏡體。區(qū)域上呈線狀展布，厚度變化較大，厚度0～126.14 m。

鐵絲坳組(Nh1t)：主要為灰色厚層含礫砂巖、長石石英砂巖，間夾泥晶白云巖、含砂礫白云巖透鏡體及粉砂質(zhì)頁巖等，局部地段發(fā)育大型板狀斜層理、交錯(cuò)層理。以角度不整合或假整合超覆于板溪群之上，厚度2.50～394.94 m。

大塘坡組(Nh1d)：下部為黑色炭質(zhì)頁巖夾菱錳礦、含礫砂巖、少量白云巖等，橫向上可相變?yōu)榉凵百|(zhì)頁巖或白云巖，水平層理發(fā)育，厚度1.89～50.00 m；中、上部為灰色粉砂質(zhì)頁巖及少量粉砂質(zhì)粘土巖、砂巖等，水平層理發(fā)育，厚度30.00～320.00 m。

南沱組(Nh2n)：下部為黃綠、黃灰色塊狀含礫粉砂巖、含礫粉砂質(zhì)頁巖；中部為灰綠、黃綠色含礫砂巖；上部為灰綠、黃灰色含礫粘土巖、含礫砂巖夾黃灰色、深灰色粘土巖。礫石呈渾圓狀、次棱角狀，大小20 cm×15 cm～0.2 cm×1 cm，含量1%～5%，成分主要為石英、砂巖、粘土巖、白云巖等,厚度200.00 m。

2.2構(gòu)造

區(qū)內(nèi)復(fù)雜的不同構(gòu)造體系，不同期次的構(gòu)造形跡，相互復(fù)合，對(duì)后期錳礦體的保存有著重要的影響。區(qū)內(nèi)褶皺主要有梵凈山穹狀背斜，盤山背斜，猴子坳向斜與大塘坡向斜，主要斷裂有三陽斷裂、楊立掌斷裂、木耳斷裂、水銀廠斷裂、紅石斷裂等，其主要構(gòu)造特征敘述如下：

梵凈山穹狀背斜：位于工作區(qū)南部，其長軸呈北北東向，東、西兩側(cè)分別為紅石斷裂及三陽斷裂所切割。穹窿核部為本區(qū)最老的地層—青白口系梵凈山群，并有花崗巖及基性小巖體侵入，四周為青白口系板溪群—奧陶系地層。核部地層陡立，傾角50(°)～85(°)，甚至直立或倒轉(zhuǎn)，為一系列武陵期形成的北北東向的線狀褶皺，翼部的青白口系板溪群與核部的梵凈山群成角度不整合接觸，地層傾角平緩，一般為20(°)～45(°)。

猴子坳向斜：位于松桃烏羅—道坨—耿溪一帶，核部出露的最新地層為寒武系清虛洞組，奧陶系桐梓組，兩翼地層依次為寒武系，震旦系，南華系及板溪群等地層，四周巖層傾角一般在20(°)～30(°)，為兩翼不對(duì)稱的短軸狀向斜構(gòu)造。

3 三維地質(zhì)模型建立

三維地質(zhì)建模雖然軟件繁多，但方法大同小異，大致可分為基于鉆孔的數(shù)據(jù)建模法、剖面柵格法。近年來，又有專家提出來基于數(shù)字地質(zhì)圖的三維建模方法?；阢@孔數(shù)據(jù)建模法是利用鉆孔中地層分層信息進(jìn)行連接，配合地震等物探資料對(duì)鉆空問的信息補(bǔ)充，建立三維地質(zhì)模型。國外三維建模起步較早，軟件較為成熟，國內(nèi)三維地質(zhì)建模的研究主要是停留在對(duì)國際三維地質(zhì)軟件的應(yīng)用和二次開發(fā)上面，取得了一定的研究成果。三維模擬軟件起步較晚，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)框架還不太完整，在海量數(shù)據(jù)處理能力、三維建模、三維分析、跨平臺(tái)通信、二次開發(fā)支持等方面，相比國外軟件有一定的差距。但國外軟件限于語言及操作習(xí)慣，在國內(nèi)推廣較為緩慢。本文在地質(zhì)基層生產(chǎn)單位常規(guī)作業(yè)軟件Mapgis基礎(chǔ)上，適當(dāng)結(jié)合Surpac，運(yùn)用研究區(qū)已有勘查成果，總結(jié)出一套適合生產(chǎn)單位礦山深部建模方法。

3.1礦體三維模型建立

本文借助國際先進(jìn)礦業(yè)軟件Surpac，采用鉆孔三維模擬構(gòu)建研究區(qū)三維礦體模型。本文擬采用以下三維地質(zhì)建模流程本文重點(diǎn)介紹礦體模型建設(shè)。

3.1.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)收集與處理

充分收集區(qū)內(nèi)地形及鉆孔數(shù)據(jù)。本次工作中地形數(shù)據(jù)采用MapgisWl格式，在校正后，進(jìn)行高程賦值處理。鉆孔數(shù)據(jù)根據(jù)工作須要，將各類信息存儲(chǔ)進(jìn)入孔口表、測(cè)斜表、巖性表、分析結(jié)果表等4張表內(nèi)。

3.1.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫建立

鉆孔數(shù)據(jù)庫為礦體建模核心，直接影響后期解譯結(jié)果，基于上述工作中所建立孔口表、測(cè)斜表、巖性表、分析結(jié)果表等4張表。數(shù)據(jù)庫格式為.mdb格式。

3.1.3 剖面解譯

根據(jù)剖面端點(diǎn)、剖面視域范圍，以及勘探線坐標(biāo)等信息，自動(dòng)的批量的切剖面，實(shí)現(xiàn)剖面解譯，標(biāo)注地質(zhì)要素。

3.1.4 建立礦體模型

運(yùn)用Surpac軟件中的三角網(wǎng)建模手段，建立礦體實(shí)體模型。其中礦體和夾石采用方向相反的閉合線圈表示，并區(qū)分代號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型可視化見圖1～2。

圖1 高地礦區(qū)礦體空間三維展布

圖2 道坨礦體礦體空間三維展布

3.2圍巖模型

本文借助國際先進(jìn)礦業(yè)軟件Surpac，剖面柵格法構(gòu)建研究區(qū)礦體圍巖三維模型。建設(shè)流程如下。

3.2.1 勘探線處理

收集校正區(qū)內(nèi)勘探線剖面，利用Mapgis/CAD，矢量化區(qū)內(nèi)勘探線剖面，而后采用Mapgi對(duì)各地層單元進(jìn)行拓?fù)涮幚?，將處理結(jié)果將結(jié)果按“礦區(qū)+勘探線號(hào)+地層方式保存”同時(shí)文件格式轉(zhuǎn)換為.DXF格式交換文件。在處理過程中須保證個(gè)地層單元名稱統(tǒng)一。本次工作涉及3個(gè)礦區(qū)，由于勘查時(shí)間關(guān)系，各地層單元名稱不盡統(tǒng)一，本次工作中采用區(qū)內(nèi)最新地質(zhì)志，對(duì)地層單元進(jìn)行統(tǒng)一。值得一提的是，以往地層模型構(gòu)建過程中，大都采用地質(zhì)界線底界作為建模邊界，該方法在構(gòu)造簡單區(qū)礦區(qū)利用尚可，對(duì)于構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，不具備操作性。

3.2.2 勘探線空間位置配準(zhǔn)

將處理好線文件導(dǎo)入Surpac，結(jié)合剖面實(shí)際坐標(biāo)，反復(fù)利用“圖層—運(yùn)算”、“線文件2D轉(zhuǎn)換”功能進(jìn)行各地層單元界線空間配準(zhǔn)。配準(zhǔn)結(jié)果見圖3。

圖3 地層空間配準(zhǔn)成果

3.2.3 地層單元模型

將各地層單元線按地層單元由老到新重新編號(hào)，編號(hào)完成后，在Surpac中拖入單個(gè)地層線，利用三角網(wǎng)建模手段，構(gòu)建獨(dú)立地層單元塊體模型。最終將所有地層單元模型歸并，形成最終實(shí)體模型見圖4。

圖4 道坨礦區(qū)深部三維立體模型(紅色部分為含錳巖系)

4 模型運(yùn)用

4.1礦體空間分布特征

本次工作涉及李家灣、高地、道沱3個(gè)礦區(qū)，其中高地與道沱礦區(qū)毗鄰，屬同一成錳盆地?zé)o爭議，李家灣與高地礦區(qū)距離約5 km，二者中部存在一ZK1208孔。筆者通過模擬連線，認(rèn)為區(qū)域礦體及上下圍巖變化均勻，上下協(xié)調(diào)，筆者認(rèn)為該區(qū)域3個(gè)礦區(qū)屬同一Ⅳ級(jí)斷陷盆地，盆地中心分別位于高地ZK2715、李家灣ZK107一帶。

4.2菱錳礦、含錳巖系變化關(guān)系

筆者在已有等值線基礎(chǔ)上，運(yùn)用利用模型中“自動(dòng)剖面功能”比對(duì)功能，認(rèn)為含錳巖系厚度與菱錳礦層厚度呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)構(gòu)建了區(qū)內(nèi)大塘坡早期沉積盆地示意模型。根據(jù)該模型顯示，沉積時(shí)期，區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)沉降中心(即高地zk2715、李家灣zk107)和多個(gè)次級(jí)沉降中心。多個(gè)次級(jí)隆升見圖5。

圖5 研究區(qū)大塘坡早起三維立體沉積盆

4.3資源估算

本文利用3DRC法進(jìn)行資源儲(chǔ)量計(jì)算，對(duì)比驗(yàn)證地質(zhì)工作者一使用的傳統(tǒng)幾何法—塊段法，結(jié)果說明資源儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、合理，可用的資源儲(chǔ)量報(bào)告提交服務(wù)[7]。通過本次模型建設(shè)，概算研究區(qū)錳礦資源量約5.8億t。其中已勘查控制資源量約3億t。尚有巨大開采潛力。

4.4其他運(yùn)用

三維地質(zhì)建模能將營腦礦區(qū)的所有空間和有用數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)、傳輸和表達(dá)，當(dāng)然這些工作都是建立在整個(gè)礦區(qū)的所有地質(zhì)資料包括文中提到的地層、構(gòu)造、測(cè)量、水文、物化探等都建模之后，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)三維數(shù)字化管理模式，直觀地了解礦區(qū)目前的勘查進(jìn)度、鉆孔現(xiàn)狀、儲(chǔ)量變化等情況。應(yīng)用十礦區(qū)地質(zhì)勘查土作中資料數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)查詢、快速生成鉆孔柱狀圖、成果報(bào)表等，準(zhǔn)確地反映礦區(qū)勘查的各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，分析確定下一步合理的勘查土作技術(shù)指標(biāo)及找礦方向，極大地提高地質(zhì)土作人員的工作效率(見圖6、7)。

圖6 李家灣礦區(qū)深部采掘模型

圖7 李家灣礦區(qū)水紋模型模型

5 結(jié) 論

1)本文在地質(zhì)基層生產(chǎn)單位常規(guī)作業(yè)軟件Mapgis基礎(chǔ)上，適當(dāng)結(jié)合Surpac，運(yùn)用研究區(qū)已有勘查成果，總結(jié)出一套適合生產(chǎn)單位深部建模方法。

2)以三維地質(zhì)建模理論為指導(dǎo)，在系統(tǒng)收集李家灣—道沱礦區(qū)多年地質(zhì)勘探所獲得的原始資料基礎(chǔ)上，建立區(qū)域礦體三維模型，并根據(jù)模型運(yùn)用實(shí)際，認(rèn)為研究區(qū)李家灣—道沱礦屬同一四級(jí)斷陷盆地，存在兩個(gè)沉降中心，及多個(gè)次級(jí)隆起。

3)根據(jù)模型估算，該區(qū)域賦存錳礦資源量約5.5億t，目前已控制資源量約3億t，尚有巨大找礦潛力。

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AnApplicationofThreeDimensionalGeologicalModelingMethodinLijiawanMn-mineArea,TongrenofGuizhou

YE Fei1, PAN Wen1, LIU Jian1, XIE Yan1,2, ZHOU Ling1, ZUO Yong1, ZHAN Pengcai1, WU Benlin1

(1.The103GeologicalBrigadeofGuizhouBureauofGeologyandMineralResources,Tongren,Guizhou554300,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

With the deepening of exploration, the spatial distribution characteristics of deep mineral resources are more difficult to speculate. Deep mineral awareness is also lower. Based on the model, 3D of geological simulation technology can reconstruct the geological object structure visually and accurately. It is helpful for geologists to understand the deep geological structure and to help geological personnel to predict and analyze the spatial location of deep geological information in the exploration area and the relationship between them. 3D of modeling platform of traditional geology, limited to the language and operating habits, will be difficult to grasp, on the geological production units at the grass-roots level routine Mapgis software. This article has summed up a set of suitable production in deep modeling method. At the same time, the framework of the manganese manganese basin in the area is built, as provides a basis for the selection of target areas in the later period. Aiming at solving the actual problems of prospecting in the district, we hope to further expand the geological achievements and a better service for prospecting.

Manganese ore; Orebody model; Surrounding rock model; 3D of geological modeling

2017-07-18

貴州1∶5萬塘頭等2幅區(qū)調(diào)(1212201010000150011-12)；黔地礦科研項(xiàng)目。

葉飛(1984-)，男，貴州晴隆人，高級(jí)工程師，研究方向：區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、三維地質(zhì)建模；通訊作者：潘文，男，高級(jí)工程師，研究方向：地質(zhì)勘查，手機(jī)：18785095872，E-mail：512534074@qq.com.

P631

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.048