新疆智博鐵礦床三維地質建模及深部成礦預測

李紫源 謝明財 肖文交 韓春明

摘? 要：隨著淺部礦的日益減少，深部找礦任務越來越受到重視。三維地質建模技術在成礦預測、資源定量評價等方面得到廣泛應用?；贛icromine軟件平臺利用三維建模技術及地質統(tǒng)計學等方法，結合收集的礦區(qū)勘探工程數(shù)據(jù)，構建了西天山典型火山巖型鐵礦床——新疆智博鐵礦地表模型、地層模型、鉆孔模型、礦體模型等三維地質模型?；诘刭|認識及構建的三維地質模型的研究得出：①新疆和靜縣智博火山巖型鐵礦床具層控特征;②礦床控礦因素包括地層標志和圍巖蝕變;③初步估算靶區(qū)資源量為9 382.85×104 t。

關鍵詞：智博鐵礦床;Micromine軟件平臺;三維地質模型;成礦預測;深部找礦

近年來人類地質找礦工作發(fā)生了明顯的轉變，不斷向深部找礦、定量化和精確化成礦預測方向發(fā)展。三維立體找礦方法對現(xiàn)階段深部找礦、定量化和精確化找礦工作尤為重要?；谟嬎銠C技術三維立體模型的建立，可更全面、更準確、更直觀地反映深部地質情況，為尋找深部隱伏礦床及成礦預測提供技術支撐。前人對智博鐵礦進行了大量研究[1-7]，主要集中在巖石礦物、地質年代學、礦床地球化學、同位素等方面[1-5]，關于該礦床三維建模和深部預測方面研究較少。本文以智博鐵礦為研究對象，利用礦區(qū)已有地質數(shù)據(jù)（包括153個鉆孔和24條勘探剖面資料），利用計算機技術和Micromine軟件，在三維環(huán)境下利用空間分析預測、地學統(tǒng)計、實體內容分析及圖形可視化等工具，對該礦三維成礦地質體建模，實現(xiàn)研究區(qū)成礦地質體三維空間的可視化，并對深部成礦進行預測，為該區(qū)深部定位定量找礦提供科學依據(jù)和技術支撐。

1? 區(qū)域地質背景及礦床地質特征

1.1? 區(qū)域地質背景

西天山為中亞成礦域重要組成部分，其地球動力學演化與中亞造山帶密切相關[7]，整體呈楔形夾于塔里木板塊與準噶爾板塊之間。研究認為西天山的形成與成礦作用與古生代北天山洋、南天山洋的演化關系密切[8-9]。

阿吾拉勒成礦帶位于西天山礦集區(qū)內，自東向西分布有備戰(zhàn)、敦德、智博、查崗諾爾等火山巖型鐵礦床。區(qū)域內斷裂構造較發(fā)育，伴隨有大量的火山活動，以晚古生代時期最強烈。該成礦帶地層出露相對齊全，包括前寒武紀、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、第四系，以石炭系大哈拉軍山組和伊什基里克組分布最廣泛，同時也是區(qū)內主要賦礦地層（圖1）[11]。

1.2? 礦床地質特征

智博鐵礦位于新疆和靜縣西北約200 km的博羅科努山系主脊線上，構造位置處于伊犁地塊東北緣活動帶，NW向區(qū)域性大斷裂南側，與查崗諾爾鐵礦直線距離約10 km。礦區(qū)內出露地層主要為大哈拉軍山組火山巖（圖2），具大陸島弧火山巖地球化學特征，形成年齡為300.3 Ma[3]。智博礦區(qū)礦體賦存于大哈拉軍山組第二段，巖性主要為玄武巖、粗面安山巖和玄武質粗面安山巖等。礦區(qū)構造整體較簡單，主要為單斜構造。西段礦區(qū)發(fā)育一定程度的成礦后斷裂，對礦體延伸和側伏形態(tài)具一定破壞作用。中、東礦段深部僅有小斷層活動，對礦體整體形態(tài)分布影響較小。礦區(qū)內侵入巖以花崗閃長巖和石英閃長巖為主，主要分布在礦區(qū)西南部，與火山巖地層及礦體呈侵入接觸關系。花崗巖體具“A”型花崗巖特征，形成年齡為304.1 Ma和294.5 Ma[4，12]。

智博鐵礦已控礦化帶東西長約5.5 km，寬約1.5 km，分為東、中、西礦體3個含礦段，共圈定68個礦體，礦產(chǎn)資源主要集中于東礦段（圖2）。本次研究重點區(qū)域為東礦段與中礦段。其中東礦段圈出11個鐵礦體，資源量占全區(qū)的97%以上，為智博礦床的主礦區(qū)，包括有Fe15-1、Fe15-2、Fe18、Fe19、Fe20等幾個主礦體。礦區(qū)內鐵礦體多被第四紀沉積物及冰水堆積物覆蓋，僅少部分出露于地表，出露形態(tài)多呈厚板狀、似層狀[7]。礦區(qū)內礦石礦物以磁鐵礦為主，次為黃鐵礦。礦石構造以塊狀構造和浸染狀構造為主、角礫狀構造次之，局部為條帶狀構造、脈狀-網(wǎng)脈狀構造。礦石結構包括半自形-他形粒狀結構、交代殘余結構、碎裂結構及板條狀結構。復雜多樣的礦石結構構造顯示多期次成礦及疊加改造成礦特點。脈石礦物主要為綠簾石、鉀長石、透輝石、鈉長石、陽起石、綠泥石等蝕變礦物。智博鐵礦發(fā)育廣泛圍巖蝕變，以透輝石化、鈉長石化、鉀長石化、陽起石化、綠簾石化為主，含少量綠泥石化和碳酸鹽化。圍巖蝕變具多階段特點，靠近礦體圍巖蝕變強烈。礦體頂、底板幾乎全為綠簾石化-鉀長石化-綠泥石化玄武巖、安山巖[7]。

2? 三維地質建模

本文主要利用Micromine、GIS等軟件完成數(shù)據(jù)分析及三維建模工作。Micromine軟件是當前國內外應用較多的地質建模軟件，是目前國際上較前沿、先進的地學建模軟件之一。該軟件能綜合多元地學信息且在三維空間可視化，建立更直觀、準確的三維地學多要素地質模型，并具有強大的分析功能。

2.1? 建立地表范圍模型

整體模型坐標范圍為：東礦段：NS15340100～15341500，EW4800300～48001400，高程3 500～4 200 m;中礦段：NS15341500～15343500，EW47994000～4800700，高程3 500～4 300 m。在建立研究范圍內地層模型之后，運用GIS軟件對收集的研究區(qū)中段、東段等高線進行二維地形生成（圖3），并最終將地層模型與地形模型結合生成研究區(qū)地表形態(tài)DTM模型，得到研究區(qū)東礦段與中礦段地表范圍模型（圖4）。通過三維地表范圍模型，能很好地展現(xiàn)研究區(qū)較陡立特征，區(qū)域內海拔3 500～4 300 m，相對高差700～800 m。

2.2? 建立深部礦體模型

本次研究使用礦區(qū)153個鉆孔資料，鉆孔均為直孔，利用鉆孔信息可對研究區(qū)深部礦體進行控制約束。結合鉆孔信息（包括孔口坐標表、測斜數(shù)據(jù)表、樣品數(shù)據(jù)表）進行整理后導入Micromine軟件中形成鉆孔數(shù)據(jù)庫。通過鉆孔數(shù)據(jù)庫的控制，礦體實體模型可運用Micromine軟件生成，據(jù)剖面上顯示的不同礦體進行連接，生成不同種類礦體實體模型（圖5）。智博東礦段礦體形態(tài)復雜多變（圖6-a），礦體深部厚大，形態(tài)多為層狀、似層狀、透鏡狀，總體走向NW向，產(chǎn)狀較緩。礦石礦物以大量磁鐵礦為主，含少量浸染狀黃鐵礦，局部可見細脈赤鐵礦及零星黃銅礦。以勘探線28附近的Fe7礦體為例（圖2），礦體呈似層狀、厚板狀，傾角0°～14°。該礦體最大厚度85.10 m，最小2.00 m，平均35.88 m。鐵礦石最高品位68.01%，最低20.07%，平均49.53%[13]。中礦段較東礦段厚度更薄，圈定的兩個礦體Fe10與Fe11（圖2），均產(chǎn)于玄武巖與安山巖中。礦體主要分布于東、西兩部分，多以似層狀出露于地表，已進行露天開采。以Fe10礦體為例，出露長度約110 m，平均厚約12 m，鐵礦石最高品位51%，最低28%，平均39%（圖6-b）[14]。東礦段與中礦段礦體均具層控特征。

3? 智博礦區(qū)深部成礦預測

3.1? 主要控礦因素

智博礦區(qū)主要控礦因素為地層和圍巖蝕變。智博礦區(qū)整體上地層較單一，主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組，為研究區(qū)內主要賦礦圍巖。以中礦段預測區(qū)為例，預測范圍內地層沒有變化，因此可在該地層范圍內建立重點預測區(qū)。中礦段礦體主要產(chǎn)出于淺灰綠色或淺灰褐色綠泥石化和綠簾石化蝕變安山巖中，因此對成礦有直接影響的安山巖相關巖性及重點范圍進行建模（圖7）。智博礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育十分廣泛，時空分布上具一定規(guī)律性，與成礦關系密切。主要蝕變類型包括綠簾石化、綠泥石化、陽起石化等。以綠簾石化蝕變?yōu)槔谘芯繀^(qū)范圍內廣泛發(fā)育，在中礦段與東礦段礦體附近均觀察到不同程度綠簾石化蝕變，圍巖蝕變強度越靠近礦體越表現(xiàn)強烈。

3.2? 深部預測模型

智博成礦預測建立在立方體預測模型基礎上，通過研究礦區(qū)控礦地質條件和找礦標志在空間上、特別是在深部的變化規(guī)律，綜合分析處理各種深部找礦評價的定量化信息，建立三維找礦地質模型。然后建立研究區(qū)地層、構造、巖體、已知礦體和元素異常的三維實體模型，并據(jù)實體模型進行研究區(qū)三維立方體提取，將找礦定量化信息賦予每個立方體。最后使用證據(jù)權、地質統(tǒng)計學等預測理論，開展研究區(qū)深部礦體三維預測（圖8）。

本次研究中，智博鐵礦預測范圍包含東段和中段，范圍較廣。預測立方體塊用30 m次分，應用距離反比加權法預測立方體塊進行360 m插值，取TFe品位40%作為邊界品位。預測成礦靶區(qū)范圍坐標整體集中分布在4個區(qū)域，即中礦段相似高程西部，東礦段深部，中礦段和東礦段交接處深部，東礦段同高程周邊。由于中礦段及東礦段交接處鉆孔數(shù)據(jù)不全，預測結果并不能完全覆蓋該區(qū)域。按TFe品位40%，體重2.9估算資源量，初步估算該靶區(qū)資源量為9 382.85×104 t。初步判斷，中礦段深部可能是趨勢上有礦帶區(qū)域，需收集磁法數(shù)據(jù)后，通過綜合信息量法進一步分析預測。

4? 結論

（1） 基于micromine三維建模軟件平臺，建立新疆和靜縣智博鐵礦地表模型、礦體模型、地層模型、預測模型等三維地質模型，實現(xiàn)研究區(qū)內成礦地質體三維可視化?；谇叭搜芯砍晒敖⒌闹遣╄F礦床三維地質模型，認為新疆和靜縣智博火山巖型鐵礦床具層控特征，產(chǎn)于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三亞組第一段，礦體主要呈似層狀、厚板狀。應用三維地質模型、立方體預測模型，圈定智博鐵礦深部成礦預測區(qū)。

（2） 結合研究區(qū)地質工作與智博礦區(qū)三維地質模型的構建，智博礦區(qū)主要控礦因素為地層（包括安山巖對找礦的輔助作用）和圍巖蝕變。

（3） 基于建立的三維地質模型，運用定量預測評價方法可快速半定量評價礦產(chǎn)資源。初步估算該靶區(qū)資源量為9 382.85×104 t。中礦段深部可能是趨勢上有礦帶區(qū)域，研究結果可為智博礦區(qū)深部找礦提供科學依據(jù)。

（4） 由于中礦段及東礦段交接處鉆孔數(shù)據(jù)不全，本次研究預測結果不能完全覆蓋該區(qū)域。資源量估算結果還需據(jù)磁法數(shù)據(jù)進一步驗證。

參考文獻

[1]? ? 蔣宗勝，張作衡，王志華，等.新疆西天山智博鐵礦床蝕變礦物學、礦物化學特征及礦床成因探討[J].礦床地質，2012a，31（5）： 1051-1066.

[2]? ? 王志華，侯嵐，高永偉，等.西天山智博鐵礦床黃鐵礦成分特征及硫同位素研究[J].礦床地質，2018（6）：1319-1336.

[3]? ? 蔣宗勝，張作衡，侯可軍，等.西天山查崗諾爾和智博鐵礦區(qū)火山，2012b，28（ 7） ，2074- 2088.

[4]? ? ZHANG X，TIAN JQ，GAO J，et al. Geochronology and geochemistry of granitoid rocks from the Zhibo syngenetic volcanogenic iron ore deposit in the Western Tianshan Mountains （NW-China）： Constraints on the age of mineralization and tectonic setting [J]. Gondwana Research， 2012， 22 （2）： 585-596.

[5]? ? 沈立軍，王懷洪，李大鵬，等.新疆西天山智博鐵礦床地球化學及同位素特征[J].地質通報， 2020， 5，698-711.

[6]? ? 孫岳，王功文，方同輝，等. 新疆紅海塊狀硫化物礦床三維地質建模及勘探應用[J].地質與勘探，49（1）：179-184.

[7]? ? 張作衡，洪為，蔣宗勝，等. 新疆西天山晚古生代鐵礦床的地質特征、礦化類型及形成環(huán)境[J].礦床地質， 2012a， 31 （5）： 941?964.

[8]? ? Gao J，Long L L，Klemd R et al.Tectonic evolution of the South Tianshan Orogen and adjacent regions，NW China：Geochemical and age constraints of granitoid rocks.International Journal of Earth Sciences， 2009，98：1221-1238.

[9]? ? Xiao W J， Windley B F， Allen M B et al. Paleozoic multiple accretionary and collisional tectonics of the Chinese Tianshan orogenic collage. Gondwana Research，2013，23（4）：1316-1341.

[10]? Han C M，Xiao W J， Su B X，et al. Late Paleozoic metallogenesis and evolution of the Chinese western Tianshan collage， NW China，central Asia orogenic belts.Ore Geology Reviews， 124：103643. DOI.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103643.

[11]? 田敬全，胡敬濤，易習正，等.西天山查崗諾爾-備戰(zhàn)一帶鐵礦成礦條件及找礦分析[J].西部探礦工程，2009，21（8）：88-92.

[12]? 張喜.西天山智博和查崗諾爾鐵礦成礦背景與成礦作用研究[D].中國科學院大學博士論文，1-244.

[13]? 武陽，申萍，潘鴻迪，等.新疆西天山智博鐵礦床磁鐵礦成分對其成礦機制的指示[J].礦床地質，2021，40（3）：539-554.

[14]? 馬方彬. 新疆智博鐵礦地質地球化學特征和成因[D].中國地質大學（北京），2014.

[15]? 張作衡，王志良，左國朝，等.西天山達巴特礦區(qū)火山巖的形成時代、構造背景及對斑巖型礦化的制約[J].地質學報，2008（11）：1494-1503.

[16]? 馮金星，石福品，汪幫耀，等.西天山阿吾拉勒成礦帶火山巖型鐵礦[M].北京地質出版社，1-132.

Abstract： With the decrease of shallow deposits in the mining area， more and more attention has been paid to the deep prospecting task. 3d geological modeling technology has been widely used in metallogenic prediction and quantitative evaluation of resources.In this paper， based on Micromine software platform， 3d modeling technology and geostatistics and other methods， combined with the collected mining exploration engineering data， the surface model， stratum model， borehole model， orebody model and other 3D geological models of the Typical volcanic iron deposit in the West Tianshan Mountains Zhibo Iron Deposit in Xinjiang were constructed.Based on the geological understanding and 3d geological model， it can be concluded that：①the zhibo volcanic iron deposit in Hejing county， Xinjiang is stratified;②Ore-controlling factors of the deposit include stratum markers and surrounding rock alteration;③Preliminarily estimated resource amount of target area is 93，828，500 tons.

Key words： Zhibo iron deposit;Micromine software platform;3D geological model;Metallogenic prediction;Deep prospecting