陜西商丹地區(qū)偉晶花崗巖型鈾礦床“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型

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(1.陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安 710024；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

陜西商丹地區(qū)鈾礦床是偉晶花崗巖型鈾礦勘查程度最高、找礦成果最顯著的地區(qū)。自上世紀(jì)70年代初以來，陜西省核工業(yè)地質(zhì)局224大隊(duì)(原核工業(yè)西北地勘局224大隊(duì))、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院、核工業(yè)203研究所等單位相繼對商-丹地區(qū)鈾礦地質(zhì)進(jìn)行了研究，取得了一些研究成果。

1 礦產(chǎn)預(yù)測研究方法依據(jù)

本次研究以“三位一體”找礦預(yù)測地質(zhì)模型為指導(dǎo)(葉天竺，2013)，充分收集商丹地區(qū)地質(zhì)、地質(zhì)工程、地球化學(xué)、地球物理、遙感等資料以及最新的勘查項(xiàng)目跟蹤成果資料，利用室內(nèi)外礦床研究最新成果，建立偉晶花崗巖型鈾礦成礦模式。

根據(jù)工作區(qū)室內(nèi)外研究最新進(jìn)展與成果，偉晶花崗巖型鈾礦床模型以420～415 Ma 時期的侵入巖為重要成礦動力學(xué)背景，根據(jù)研究區(qū)多元地學(xué)信息，運(yùn)用2D/3DGIS可視化技術(shù)，系統(tǒng)提取工作區(qū)的找礦信息，建立研究區(qū)多元多維多尺度找礦模型。

2 偉晶花崗巖型鈾礦床找礦地段預(yù)測過程

2.1 偉晶花崗巖型鈾礦樣品的組合及統(tǒng)計分布特征分析

本文研究的內(nèi)容為條件模擬方法，條件模擬方法本身就是為了消除克里金法在估值過程中產(chǎn)生的“平滑效應(yīng)”，因此，只要在確定異常品位值不是人為錯誤的前提下，并不需要對特高值進(jìn)行處理，但是樣品組合是必須的操作步驟，目的是為了掌握偉晶花崗巖型鈾礦床中鈾元素的分布情況，進(jìn)一步認(rèn)清鈾元素分布規(guī)律，指導(dǎo)下一步進(jìn)行條件模擬時采用何種方法進(jìn)行變異函數(shù)分析與計算，以便選取更加符合礦床自身特點(diǎn)的方法。

通過化驗(yàn)數(shù)據(jù)中的元素樣品進(jìn)行統(tǒng)計分析得知，偉晶花崗巖型鈾礦體以0.5米為組合樣長，為保障數(shù)據(jù)一致性，巖性數(shù)據(jù)也采用0.5 m為組合樣長。

2.2 偉晶花崗巖型鈾品位變差函數(shù)分析

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)以區(qū)域化變量為理論，以變差函數(shù)為工具研究隨機(jī)變量在空間的隨機(jī)性和相關(guān)性，在實(shí)施普通克里金估值之前，必須對鈾組合樣品進(jìn)行變差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析，并繪制曲線。

GOCAD軟件中變差函數(shù)分析模塊有四個主菜單，分別是： Domain Mode、Compute Mode、Modeling Mode和Settings，即：范圍模式、計算模式、建模模式和設(shè)置模式。

(1)Domain Mode：包括輸入鉆孔數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)屬性選擇鈾品位，數(shù)據(jù)區(qū)域選擇秦嶺群地層，采取率，不用進(jìn)行坐標(biāo)體系轉(zhuǎn)換，不做屬性轉(zhuǎn)換。

(2)Compute Mode：進(jìn)行垂向變差函數(shù)計算時，需設(shè)置步數(shù)、步長等參數(shù)。計算三維變差函數(shù)時還需設(shè)置方位角、傾角方向的容差、帶寬等參數(shù)。

(3)Modeling Mode：在變差函數(shù)分析過程中，方位角、傾角等參數(shù)需要多次嘗試，最終選擇擬合效果最好的參數(shù)和模型。

2.3 偉晶花崗巖型鈾品位估值

GOCAD中克里金估值操作是通過Reservoir Properties(儲層建模)工作流完成的，具體操作如下

(1)選擇Reservoir Properties工作流，右鍵新建一個工作流程，選擇Reservoir Grid/Voxet，即要進(jìn)行估值運(yùn)算的柵格實(shí)體，設(shè)置屬性個數(shù)，屬性名稱，及屬性類型(連續(xù)、不連續(xù))。

(2)選擇是否使用硬約束數(shù)據(jù)，以及輸入數(shù)據(jù)的選擇、輸入數(shù)據(jù)是否賦值到柵格實(shí)體的網(wǎng)格中(本文使用U品位值全部為原值的104倍，特此說明)。

(3)選擇估值區(qū)域及估值方法。這里提供了多種估值和模擬方法，包括多種克里金插值方法、SGS、SIS模擬方法及DSI插值方法。

(4)選擇擬合得到的變差函數(shù)模型，進(jìn)行估值運(yùn)算。

2.4 偉晶花崗巖型鈾品位模擬

本次偉晶花崗巖型鈾品位隨機(jī)模擬，也是通過工作流程Reservoir Properties完成的，同鈾品位估值的方法類似，區(qū)別在于模擬方法選擇序貫高斯模擬。

2.5 偉晶花崗巖型鈾礦鈾巖性估值與模擬

2.5.1 偉晶花崗巖型鈾巖性變差函數(shù)分析

GOCAD軟件無法識別中文字符，因此在進(jìn)行巖性估值和模擬之前需要先將巖性描述用數(shù)字代碼表示，再將數(shù)字化的巖性數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中參與計算。巖性數(shù)據(jù)屬于離散數(shù)據(jù)，一般采用指示克里金法進(jìn)行估值。

進(jìn)行巖性的估值和模擬之前，需要對幾種巖性分別進(jìn)行變差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析，并繪制曲線。擬合的過程和普通克里金變差函數(shù)擬合大致相同，需要注意的是，因?yàn)閹r性數(shù)據(jù)屬于離散數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這里需要選擇Indicator(指示變換)，數(shù)值類型選擇離散型，閾值選擇幾種巖性分別對應(yīng)的數(shù)字代碼。

為了簡化運(yùn)算，巖性劃分為三類：片麻巖、細(xì)?；◢弾r和偉晶花崗巖。

2.5.2 偉晶花崗巖型鈾巖性估值

偉晶花崗巖型鈾礦的巖性估值同品位估值類似，采用Reservoir Properties工作流程完成，選取要進(jìn)行估值運(yùn)算的柵格實(shí)體，屬性類型選擇離散型，確定這幾種巖性所占比例以及估值方法選擇，本次選擇指示克里金方法。

2.5.3 偉晶花崗巖型巖性模擬

本文采用序貫指示模擬方法進(jìn)行偉晶花崗巖型鈾礦巖性模擬，其步驟同品位模擬類似，同樣采用Reservoir Properties工作流程完成，主要的區(qū)別在于所用數(shù)據(jù)為巖性數(shù)據(jù)，模擬方法選擇SIS方法，最后還需要對結(jié)果進(jìn)行平滑處理。

圖1 偉晶花崗巖型礦床成因模式找礦預(yù)測維恩圖

圖2 偉晶花崗巖型鈾礦找礦預(yù)測圖

2.6 對比驗(yàn)證

2.6.1 物探異常驗(yàn)證

本論文研究收集使用活性炭異常暈、伽瑪射線異常暈兩種物探異常數(shù)據(jù)。

地下隱伏的鈾礦體，由于鈾元素的放射性衰變，其氣態(tài)放射性衰變子體氡通 過擴(kuò)散、對流等過程到達(dá)地表土壤層?；钚蕴糠ň褪抢没钚蕴繉﹄钡奈锢砦阶饔?，測量土壤中的氡活度濃度，進(jìn)而圈出異常暈的方法?；钚蕴糠ㄌ綔y深部地質(zhì)信息具有靈敏度高、精度高，探測深度大等優(yōu)點(diǎn)。

伽馬測量在鈾礦找礦工作中具有較廣泛的應(yīng)用，它的主要原理是通過儀器測定地表巖石及土壤、礦石中放射性元素衰變所釋放的γ射線強(qiáng)度，用于圈定鈾異常或礦化遠(yuǎn)景區(qū)、地質(zhì)填圖等，該方法在鈾礦勘查中發(fā)揮了重要作用，用活性炭異常暈及伽瑪射線異常暈驗(yàn)證鈾品位的模擬結(jié)果，就能驗(yàn)證模擬結(jié)果在地表的可靠性。

對比分析發(fā)現(xiàn)：(1)在這兩種異常暈重合的區(qū)域，鈾品位模擬結(jié)果同樣存在高值區(qū)域，且重合區(qū)域較多，這表示模擬結(jié)果在這些區(qū)域有一定的可靠性；(2)伽瑪射線異常暈、活性炭異常暈有部分?jǐn)?shù)據(jù)落在模擬區(qū)外的巖體，無法判斷其可靠性。因此，經(jīng)過驗(yàn)證，模擬結(jié)果與這兩種異常暈得出的結(jié)果是一致的，較為可靠。

2.6.2 三維模型驗(yàn)證

本次研究主要依據(jù)地質(zhì)剖面圖、鉆孔柱狀圖等構(gòu)建了礦體、巖體和巖性地層的三維模型。將構(gòu)建的三維模型與估值、模擬結(jié)果進(jìn)行對比，可以對估值和模擬的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)估值和模擬結(jié)果的可靠程度。由于模擬方法所采用的變差函數(shù)與估值方法采用的變差函數(shù)相同，在原始數(shù)據(jù)約束范圍內(nèi)，兩者的差異只體現(xiàn)在模擬結(jié)果邊界更趨于真實(shí)，估值結(jié)果邊界存在平滑效應(yīng)。因此只要用估值結(jié)果與三維模型進(jìn)行對比驗(yàn)證即可。

(1)去除空值網(wǎng)格之后的品位估值結(jié)果可以近似的認(rèn)為是含礦巖脈的網(wǎng)格。將其與偉晶花崗巖型鈾礦含礦巖脈模型對比可以看出U品位估值結(jié)果與含礦巖脈模型對應(yīng)程度較好，少數(shù)區(qū)域存在差異。分析原因認(rèn)為：一是構(gòu)建的含礦巖脈模型可能存在不含礦的部分，造成二者存在差異；二是變差函數(shù)變程有限，當(dāng)工程間距較大時，估值結(jié)果會出現(xiàn)不連續(xù)。兩者的對應(yīng)程度還是較好的。

(2)大于工業(yè)品位的估值結(jié)果可以近似的認(rèn)為是礦體的網(wǎng)格。將其與偉晶花崗巖型鈾礦三維礦體模型對比(分析二者差異原因?yàn)椋阂皇枪乐到Y(jié)果由規(guī)則網(wǎng)格構(gòu)成，而礦體模型是不規(guī)則的，兩者之間存在差異；二是根據(jù)勘探線剖面構(gòu)建礦體模型時，兩勘探線剖面之間的部分全部視為礦體，礦體模型范圍必然要大于實(shí)際含礦范圍。

通過以上對比驗(yàn)證，偉晶花崗巖型鈾礦U品位和巖性的估值、模擬結(jié)果，與實(shí)際地質(zhì)情況吻合程度較好，可用于成礦預(yù)測。

3 三維找礦有利地段預(yù)測結(jié)果

靶區(qū)的圈定及評價可以用預(yù)測要素疊加法，其基本思想是：預(yù)測要素存在的地方是成礦有利的地方，預(yù)測要素越多，成礦的有利度越大，也可理解為“各預(yù)測要素等權(quán)重”的加權(quán)方法。

依據(jù)偉晶花崗巖型礦床成因模式制作的找礦預(yù)測維恩圖(圖1)，直觀的顯示了本次工作的預(yù)測思路及所使用的方法，根據(jù)維恩圖做出了找礦預(yù)測圖(圖2)，圈定出9個找礦優(yōu)選靶區(qū)，并根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)約束的強(qiáng)弱分為三級。

需要特別說明的是，條件模擬方法在有數(shù)據(jù)約束的區(qū)域能夠更好的反映變量的變異性，但是沒有數(shù)據(jù)約束的區(qū)域卻具有很大的隨機(jī)性。因此，建議優(yōu)先在Ⅰ級靶區(qū)內(nèi)布置加密工程，在Ⅱ級靶區(qū)內(nèi)布置驗(yàn)證工程，在Ⅲ級靶區(qū)作為重點(diǎn)勘探區(qū)。同時也為該區(qū)域提供新的約束數(shù)據(jù)，使模擬結(jié)果得到不斷的完善。

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