滇西北羊拉銅礦數(shù)字礦床的實(shí)現(xiàn)及地質(zhì)意義

魏 坤

(云南省自然資源廳礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)審中心，云南 昆明650224)

云南德欽羊拉銅礦位于印度板塊與歐亞板塊之間的古特提斯構(gòu)造域，大地構(gòu)造位置屬揚(yáng)子陸塊之中咱地塊西部邊緣，其西側(cè)與昌都-思茅地塊相鄰，其間為金沙江結(jié)合帶。羊拉銅礦床銅金屬量達(dá)到大型。自20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)以來，廣大地質(zhì)工作者進(jìn)行了大量研究工作(潘家永等，2000；林仕良等，2004；曲曉明等，2004；魏君奇等，2004)。在穩(wěn)定同位素成分和來源、稀土地球化學(xué)研究、硅質(zhì)巖特征、以及礦區(qū)構(gòu)造特征和成礦大地構(gòu)造背景演化等方面取得了大量成果，但是，到目前為止，對(duì)羊拉銅礦所有礦體空間上的形態(tài)、產(chǎn)狀、分布，以及斷層、采礦巷道等的三維立體形態(tài)還沒有直觀地展示在人們面前。

為揭開羊拉礦體的這層神秘面紗，筆者依據(jù)《羊拉銅礦首采區(qū)地質(zhì)勘探報(bào)告》中66個(gè)地表鉆孔、36個(gè)坑內(nèi)鉆、22條平硐、25條探槽、24張勘探線剖面圖以及部分野外實(shí)際觀測(cè)資料，借助澳大利亞Surpac三維地質(zhì)軟件，構(gòu)建出羊拉銅礦體三維實(shí)體模型及其數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而為探討銅礦體在空間上分布特征和礦體之間疊置關(guān)系提供了重要證據(jù)。

1 羊拉銅礦地質(zhì)概況

羊拉銅礦主要有三個(gè)礦段，由北往南，分別為江邊、里農(nóng)、路農(nóng)礦段。江邊與里農(nóng)礦段以里農(nóng)大溝為界，最近礦體相距550m；里農(nóng)與路農(nóng)礦段之間相距900m，兩礦段之間礦體走向延伸未完全控制，兩礦段礦體有相連的趨勢(shì)；三個(gè)礦段目前共劃分出有35個(gè)工業(yè)礦體。

里農(nóng)礦段礦體規(guī)模最大，最具代表性，其含礦巖系為一套變質(zhì)的含中基性火山巖的火山-沉積建造，由于構(gòu)造巖片的疊置，時(shí)代跨度較大，綜合現(xiàn)有資料分析認(rèn)為以石炭系為主，礦區(qū)范圍內(nèi)主要礦體按特征和類型大致有四類，分別為層狀-似層狀礦體、矽卡巖型礦體、斑巖型礦體和熱液脈型礦體。礦區(qū)出露地層主要為里農(nóng)組下段(D2+3l1)與中段(D2+3l2)，巖性為砂質(zhì)絹云板巖、砂質(zhì)板巖、變質(zhì)石英砂巖、大理巖。

2 數(shù)字礦床的實(shí)現(xiàn)

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立和數(shù)據(jù)校驗(yàn)

為建立羊拉銅礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，收集了礦山所有的勘探工程數(shù)據(jù)，共計(jì)7340件樣品，按照三維地質(zhì)軟件Surpac的要求格式將鉆孔數(shù)據(jù)分為四個(gè)表，分別為孔口坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫collar，鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)庫survey，品位化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫assay和地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)庫lithology，并進(jìn)行有效性檢驗(yàn)和校正：①樣品重疊檢驗(yàn)；②測(cè)斜深度、取樣深度、巖性深度超出終孔深度檢驗(yàn)；③三維視圖中對(duì)勘查工程的數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

圖1 羊拉銅礦地質(zhì)簡圖(據(jù)朱俊，2011)Fig 1.Geological Sketch Map of Yangla Cu Deposit1-第四系；2-第三系；3-下二疊統(tǒng)；4-下石炭統(tǒng)貝吾組；5-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組上段；6-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組中段；7-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組下段；8-下泥盆統(tǒng)江邊組上段；9-下泥盆統(tǒng)江邊組中段；10-下泥盆統(tǒng)江邊組下段；11-志留系；12-燕山期二長花崗巖；13-燕山期斜長花崗巖；14-印支期花崗閃長巖；15-地質(zhì)界線；16-斷裂；17-礦體及編號(hào)；18-不整合界線；19-角礫巖筒；20-實(shí)測(cè)剖面線；Ⅰ—揚(yáng)子陸塊；Ⅱ—甘孜-理塘構(gòu)造混雜巖帶；Ⅲ—義敦島弧帶；Ⅳ—中咱微陸塊；Ⅴ—金沙江構(gòu)造混雜巖帶；Ⅵ—江達(dá)-維西島弧帶；Ⅶ—昌都陸塊；Ⅷ—瀾滄江構(gòu)造混雜巖帶；Ⅸ—察隅陸塊；Ⅹ—妥壩-鹽井島弧帶；Ⅺ—怒江構(gòu)造混雜巖帶

2.2 實(shí)體模型建立

實(shí)體模型是一個(gè)三維的數(shù)據(jù)三角網(wǎng)，它用多邊形聯(lián)接來定義一個(gè)實(shí)體或一個(gè)空心體，所產(chǎn)生的形體用于可視化、體積計(jì)算、在任意方向上產(chǎn)生剖面以及與來自地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)相交，這為品位塊體模型的建立奠定了基礎(chǔ)。實(shí)體模型可形象地展現(xiàn)它的空間幾何結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

2.2.1 地表模型和斷層模型

地形原始數(shù)據(jù)由礦區(qū)實(shí)測(cè)的AUTOCAD格式的1∶2000地形圖數(shù)據(jù)經(jīng)過核對(duì)校正以及格式變更導(dǎo)入到Surpac軟件中再整理，利用地形數(shù)據(jù)建立起DTM模型，再根據(jù)鉆孔編錄和地質(zhì)填圖資料建立斷層模型(圖2)，從三維模型可以明顯看出，羊拉礦區(qū)的地形非常陡峭，屬于高海拔深切割地貌，高程在1588m-3940m之間，落差2352m。

圖2 地表DEM模型(圖為正北方向)Fig 2.Surface DEM Model

2.2.2 礦體模型

礦體的實(shí)體模型是礦體在地下三維空間幾何形態(tài)的顯現(xiàn)，而且是礦體塊體模型的基礎(chǔ)，建立礦體模型通常有兩種方法途徑：①利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的鉆孔資料，根據(jù)品位、巖性進(jìn)行地質(zhì)解譯，圈定各剖面的礦體界線和地質(zhì)界線；②根據(jù)礦山已有的勘探線剖面和平面圖中圈定的礦體范圍構(gòu)建礦體的實(shí)體模型。第一種方法較復(fù)雜，建立的模型更精確，但是對(duì)構(gòu)建模型的地質(zhì)專業(yè)和規(guī)范要求較高；第二種方法是在已有的勘探線剖面和礦體圈定的基礎(chǔ)上建立三維實(shí)體模型，相對(duì)容易。

羊拉礦區(qū)中，礦體變化大，連續(xù)性不好，本研究采用第一種方法進(jìn)行礦體實(shí)體模型的構(gòu)建，在Surpac軟件中，重點(diǎn)考慮礦體的產(chǎn)出位置及三度空間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行圈定，利用已建立好的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中銅品位數(shù)據(jù)，根據(jù)勘探工程間距分別解譯出了24條剖面，然后根據(jù)規(guī)范要求，把24條剖面中的礦體范圍界線和夾石界線連接成礦體實(shí)體模型和夾石實(shí)體模型，礦體編號(hào)分別為KT1、KT2(上)-1、KT2(上)-2、KT2(下)、KT2-7、KT3、KT4-1、KT4和KT5(圖3)。

2.2.3 巷道模型

建立巷道等掘進(jìn)工程模型可直觀反映礦體和工程間的空間位置關(guān)系，以及采礦的智能化管理，本次巷道模型由礦區(qū)實(shí)測(cè)的AUTOCAD格式的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Surpac軟件中進(jìn)行整理構(gòu)建(圖3)，與實(shí)際掘進(jìn)工程完全吻合。

圖3 礦體、斷層、巷道模型(圖為正北方向)Fig 3.Orebody，F(xiàn)ault，Tunnel Model

2.3 數(shù)學(xué)模型

礦床數(shù)學(xué)模型的建立是品位估值和儲(chǔ)量計(jì)算的基礎(chǔ)，是分析礦體銅品位空間分布規(guī)律的理論根據(jù)。主要包括實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)的計(jì)算、理論變異函數(shù)的擬合和交叉驗(yàn)證等。

2.3.1 銅品位分布特征

參與計(jì)算的銅品位數(shù)據(jù)來源于各個(gè)勘探線的鉆孔和探槽資料，圖4為銅品位分布直方圖，從圖4中可以看出，圖形出現(xiàn)了很大的正偏斜，說明有個(gè)別因素對(duì)礦化的影響比較顯著突出。另外，還發(fā)現(xiàn)除有一個(gè)大波峰外，右邊還有兩個(gè)很微弱的小波峰出現(xiàn)，這說明礦化是經(jīng)過多期次疊加，但是主礦體是在一個(gè)時(shí)期形成的。圖5為取對(duì)數(shù)后的直方圖，從對(duì)數(shù)直方圖中可以看出，樣品近似對(duì)數(shù)正態(tài)分布，因此我們就可以計(jì)算出其實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)。以上統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果與實(shí)際勘探情況基本一致。

圖4 銅品位分布直方圖Fig 4.Histogram of Cu Grade Distribution

圖5 取對(duì)數(shù)后直方圖Fig 5.Histogram in Logarithm

2.3.2 理論變異函數(shù)的曲線擬合

本次研究工作中，根據(jù)礦體的實(shí)際情況，主要考慮礦體厚度、傾向和礦體走向3個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)，選取了多個(gè)不同的搜索圓錐參數(shù)，與理論變異函數(shù)進(jìn)行了多次擬合，最后選擇最佳的理論變異函數(shù)模型。圖6為銅品位全方向?qū)嶒?yàn)變異函數(shù)曲線及理論擬合曲線，A為實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)曲線，B為理論擬合曲線。從圖6的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)曲線的特征來看，變異函數(shù)曲線波動(dòng)較大，波動(dòng)大的原因?yàn)槭堑V體內(nèi)品位不均勻、變化大所至，雖然數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布不很規(guī)則，但仍可看出γ(h)隨h首先增加，然后趨于穩(wěn)定，符合球狀模型的特點(diǎn)，因而實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)采用球狀模型加權(quán)多項(xiàng)式回歸法進(jìn)行擬合。通過計(jì)算求得變異函數(shù)主要參數(shù)(表1)所示。

圖6 銅品位全方向?qū)嶒?yàn)變異函數(shù)曲線及其擬合曲線Fig 6.Omnidirectional Experiment Variation Function Curve and Fitted Curve of Cu Grade

表1 變異函數(shù)基本參數(shù)Pic 1.Fine Stockwork Ore

最后進(jìn)行變異函數(shù)交叉檢驗(yàn)，以判斷變異函數(shù)擬合參數(shù)的選取是否正確。其基本方法是：利用所得結(jié)構(gòu)模型和已知樣品去估已知值，然后把這些真值和估計(jì)值進(jìn)行比較，對(duì)兩者的殘差(差值)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以判斷變異函數(shù)結(jié)構(gòu)的正確性。通過驗(yàn)證計(jì)算，殘差的分布為正態(tài)分布，銅品位實(shí)際值與估計(jì)值之間的誤差均值趨于零，表明模型確定合理，變異函數(shù)參數(shù)對(duì)銅品位進(jìn)行估計(jì)是無偏的，滿足區(qū)域化變量內(nèi)蘊(yùn)假設(shè)。

3 數(shù)字礦床地質(zhì)意義及討論

羊拉大型銅礦的數(shù)字礦床的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析了銅品位的分布特征，并將礦體用立體圖示的方法表現(xiàn)出來，包括地表模型、斷層模型、礦體模型、巷道模型等，把地下數(shù)百米深度的礦體客觀地展示在廣大地質(zhì)學(xué)家面前，讓地質(zhì)學(xué)家能更清楚、直觀地了解礦體外部特征和空間分布規(guī)律。這對(duì)解決礦床成因有重要的作用，從直觀角度并聯(lián)系野外實(shí)地觀測(cè)可得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

(1)建立礦體厚度、傾向、走向3個(gè)方向的礦化數(shù)學(xué)模型，對(duì)銅品位分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，3個(gè)方向上的礦化變化都比較大，并且出現(xiàn)微弱的多峰分布，說明礦床的形成是經(jīng)過多期次疊加形成的，但主礦體的形成只在一個(gè)時(shí)期。數(shù)學(xué)模型真實(shí)形象地體現(xiàn)了礦體銅品位的空間分布規(guī)律，為以后在區(qū)域上找類似羊拉銅礦起到了一定的指導(dǎo)作用。

(2)從各個(gè)不同角度和剖面形態(tài)對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行觀察可知，所有銅礦體都呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出(圖3)，在野外觀察中還發(fā)現(xiàn)礦體的下部有細(xì)網(wǎng)脈狀礦石(照片1)。該模型清晰地顯示出各個(gè)礦體之間的空間關(guān)系，以及與地表的接觸，礦體的上部為大理巖，呈整合接觸，界線明顯。

照片1 細(xì)網(wǎng)脈狀礦石Pic 2.Migration Passage of Hot Brine

(3)由圖3可以看出，當(dāng)?shù)V體遇到F4斷層時(shí)突然殲滅，礦體只產(chǎn)出在F4斷層的北邊，至于斷層的南部(另一盤)有無礦體，或者是礦化，還要更進(jìn)一步的野外地質(zhì)工作來查證；此外，在礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的硅質(zhì)巖，硅質(zhì)巖主要產(chǎn)在賦礦層位，厚度不大，潘家永等(2001)詳細(xì)研究過該區(qū)的硅質(zhì)巖地球化特征，為典型的熱水沉積硅質(zhì)巖，這無疑也指示該礦區(qū)塊狀硫化物礦石是熱水沉積的產(chǎn)物。

(4)野外實(shí)地觀測(cè)證實(shí)上述問題，礦體上部為大理巖，與KT1呈整合接觸，界線清楚。而且在采礦巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)許多熱水通道口，通道規(guī)模大小不等，直徑一般5m～10m，大的近20m，通道邊緣基本都為氧化礦(照片2)，這就說明在成礦時(shí)期，從下部不斷有熱鹵水向上噴出，最后在通道周圍沉積形成塊狀硫化物礦石，礦體的大小隨著通道規(guī)模的大小而變化，通道規(guī)模越大，形成的礦體就越厚大，呈透鏡狀分布，整體成層狀、似層狀(圖3)。

照片2 熱鹵水運(yùn)移通道Tab 1.Variation Function Parameter

4 結(jié)論

本次研究利用澳大利亞Surpac公司的Surpac6.0三維地質(zhì)軟件，首次實(shí)現(xiàn)羊拉數(shù)字礦床，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)礦體銅品位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)銅品位在走向、傾向、厚度3個(gè)方向的變異函數(shù)波動(dòng)性都較大，表明礦體品位變化大，分布不均勻，銅品位分布取對(duì)數(shù)后近似正態(tài)分布。圖中還出現(xiàn)微弱的多峰分布特征，顯示羊拉礦床的礦化類型有多期次，但主礦體是在其中某一期形成。

同時(shí)建立羊拉礦體的三維實(shí)體模型，該實(shí)體模型顯示出羊拉各礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，與上層大理巖接觸界線清楚，盡管在平面地質(zhì)圖中，銅礦體已有所顯示，但礦體的三維實(shí)體模型比常規(guī)地質(zhì)圖中的礦體表達(dá)得更完整和生動(dòng)；另外，在野外觀察中發(fā)現(xiàn)礦石主要為硫化物礦，具塊狀構(gòu)造，在巷道里還發(fā)現(xiàn)了大量的熱鹵水運(yùn)移通道、礦體下部的網(wǎng)脈狀礦石等，礦體下盤巖石中存在綠泥石和絹云母蝕變，還有硅質(zhì)巖的出露，是熱水沉積硅質(zhì)巖，形成于海底熱水活動(dòng)的減弱階段。

綜上所述，不論是礦床數(shù)學(xué)模型、三維實(shí)體模型所展示出來的特征，還是野外地質(zhì)觀察，均暗示出羊拉大型銅礦床主礦體的形成是離不開熱水沉積作用。如果這些認(rèn)識(shí)得到進(jìn)一步證實(shí)，那么對(duì)羊拉銅礦床成因的研究將產(chǎn)生重大影響。