夏甸-姜家窯金礦床三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)及礦體賦存規(guī)律

徐韶輝，王云燕，楊真亮，李瑞翔，王慧，王永慶，張騰

(1.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 招遠 265400；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250109)

0 引言

三維地質(zhì)模型是一種將地質(zhì)信息和地理信息相結(jié)合并存儲于計算機網(wǎng)絡(luò)上，可供多用戶訪問和開展地質(zhì)、資源決策分析的三維可視化虛擬淺層地殼[1-4]。地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象都不同程度地存在著參數(shù)信息、結(jié)構(gòu)信息、關(guān)系信息和演化信息不完全的情況。面對大量的二維圖件資料,普通地質(zhì)工作者難以全面、準(zhǔn)確地了解整體地質(zhì)情況。完整地建立三維地質(zhì)信息系統(tǒng)，開展多源、異構(gòu)和異質(zhì)地質(zhì)時空數(shù)據(jù)采集、管理、集成、融合、處理和分析，并采用可視化技術(shù)進行三維全息多尺度建模，可以有效地透視地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高人類的洞察力和分析判斷力，直觀地感知和理解深部的地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)過程，從而有助于挖掘深層次地質(zhì)規(guī)律，進而探索隱伏礦床，揭示地質(zhì)現(xiàn)象孕育的深部背景、機理和隱患，實現(xiàn)對地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的有效管理、利用和保護。三維可視化技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)勘查、找礦重要技術(shù)手段[5-9]。

以往在夏甸-姜家窯金礦床開展過大量科學(xué)研究工作，但多是依托于單個礦段開展，未將數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)歸攏，全面的探討成礦、賦礦規(guī)律[10-13]。近年來，隨著深部找礦開展、勘查技術(shù)水平提高、勘查投入逐漸增加，研究區(qū)積累了豐富的地質(zhì)資料，最大勘查深度已超2km，可建立精細化三維地質(zhì)模型，有利于開展三維視角下綜合研究。

1 礦床概況

夏甸-姜家窯金礦床位于招平斷裂帶中南段[14-17]，由道北莊子、姜家窯、夏甸等3個礦段組成(圖1)，為典型的構(gòu)造蝕變巖型金礦床。主要控礦斷裂為NE向招平斷裂帶，斷裂內(nèi)發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定的斷層泥，沿斷層泥向兩側(cè)蝕變分帶明顯，近乎對稱分布[19-20]，由內(nèi)向外分別為(黃鐵)絹英巖化碎裂巖帶—(黃鐵)絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶—(黃鐵)絹英巖化花崗巖帶—鉀化/紅化帶。礦體主要賦存于構(gòu)造面下盤，緊貼構(gòu)造面分布的(黃鐵)絹英巖化碎裂巖帶—(黃鐵)絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶為主礦體主要賦存部位，礦體規(guī)模大、多呈大脈狀、具分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)分布規(guī)律。遠離主裂面產(chǎn)出的(黃鐵)絹英巖化花崗巖帶多賦存小規(guī)模礦體，產(chǎn)狀變化較大[21-23]。上盤及最外圍的鉀化/紅化帶少見礦體產(chǎn)出。

1—第四系；2—定國寺段透輝大理巖、含金云蛇紋大理巖；3—郭家店單元中粗粒二長花崗巖；4—崔召單元中粒含黑云二長花崗巖；5—牟家單元片麻狀細粒奧長花崗巖；6—新莊單元中細粒含角閃黑云英云閃長質(zhì)片麻巖；7—黃鐵絹英巖化花崗巖；8—絹英巖化花崗巖；9—黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；10—黃鐵絹英巖化碎裂巖；11—絹英巖化碎裂巖；12—礦區(qū)范圍；13—采礦區(qū)范圍；14—建模范圍圖1 夏甸-姜家窯金礦床地質(zhì)簡圖

2 三維地質(zhì)模型構(gòu)建

模型構(gòu)建采用北京超維創(chuàng)想信息技術(shù)有限公司Creatar XModeling軟件。是一套以地質(zhì)工作過程為引導(dǎo)，結(jié)合計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)方法，基于地質(zhì)工作者的經(jīng)驗和認識，利用各種相關(guān)地質(zhì)資料中提取出來的地質(zhì)要素信息，對地質(zhì)現(xiàn)象進行三維重建、展現(xiàn)和分析的軟件平臺。可展現(xiàn)地層、巖體、構(gòu)造等地質(zhì)現(xiàn)象的空間幾何特征、內(nèi)部屬性特征以及相互關(guān)系等地質(zhì)信息。

2.1 數(shù)據(jù)處理

(1)鉆孔數(shù)據(jù)處理。主要用于模型校正、屬性模型建立等，由4個表格組成，分別為基本信息表(工程編號、孔口坐標(biāo)、孔深、軌跡類型等)、測斜數(shù)據(jù)表(工程編號、測斜深度、方位角、天頂角等)、巖性結(jié)果表(空號、深度區(qū)間、巖性名稱、巖性代號、巖性描述等)、樣品分析結(jié)果表(工程編號、采樣深度、樣長、基本分析測試結(jié)果等)。先將已有數(shù)據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)后錄入至Excel工作文檔中，隨后轉(zhuǎn)為txt文檔，建立數(shù)據(jù)庫。

(2)剖面數(shù)據(jù)處理。金礦床勘查程度高，已形成完善的勘探系統(tǒng)和勘查網(wǎng)度，以往勘查過程中編制了大量的勘查線剖面圖。但由于礦權(quán)范圍的限制，在同一勘查線、不同標(biāo)高區(qū)段編制的剖面圖往往是獨立的，加上時間跨度大，需對不同礦區(qū)范圍、統(tǒng)一勘查線的剖面圖進行拼接。首先對不同時期、不同礦權(quán)剖面圖進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括坐標(biāo)系統(tǒng)、語義命名標(biāo)準(zhǔn)等，隨后在原報告基礎(chǔ)上對礦區(qū)接觸部位地層、侵入巖、蝕變帶等進行拼接，對礦區(qū)接觸部位的礦體進行重新圈連，掛屬性后形成完善的剖面圖，合計完成勘查線剖面圖52張。

2.2 模型構(gòu)建

建模數(shù)據(jù)中平面地質(zhì)圖比例尺為1∶1萬，勘查線剖面圖比例尺為1∶2000，水平控制網(wǎng)度設(shè)為60m×60m，最小厚度設(shè)為0.1m。三維地質(zhì)模型包括三維巖體模型(包括構(gòu)造、地表、地層、巖漿巖、圍巖、蝕變帶)、三維礦體模型、屬性模型等。

三維礦體模型和三維地質(zhì)體模型構(gòu)建以剖面法為主(圖2)。地質(zhì)體模型采取的建模方法為基于多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)體復(fù)雜交互建，系統(tǒng)從可利用的多源數(shù)據(jù)出發(fā)，提取和解譯出關(guān)于單個地質(zhì)界面的相關(guān)原始數(shù)據(jù)，建立單地質(zhì)界面的三維空間形態(tài)，并進行交互式編輯；然后將各個建立好的地質(zhì)界面進行求交，去掉地質(zhì)界面的多余部分；最后將各個地質(zhì)界面拼合形成三維地質(zhì)體。三維礦體模型是基于礦體表面建模方法構(gòu)建，建模順序從輪廓線提取—礦體表面生成—礦體(圖2、圖3)。

圖3 夏甸-姜家窯金礦床三維地質(zhì)模型

屬性模型以鉆孔數(shù)據(jù)為主?？蓪崿F(xiàn)在已經(jīng)獲得離散采樣點數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用距離反比插值，生成地下三維空間或地質(zhì)體內(nèi)部(在結(jié)構(gòu)模型的邊界約束下生成)的真三維地學(xué)屬性模型數(shù)據(jù)。對所有具有空間概念的屬性數(shù)據(jù)建立空間模型，可以通過設(shè)置相應(yīng)的模型類型、空間插值方法、等值面含量、等值面顏色、透明度等內(nèi)容完成模型的制作。

3 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)

(1)地層三維模型。主要為第四系和古元古代荊山群，第四系主要分布于模型中部及兩側(cè)，呈“丁”字狀、薄層狀上覆在棲霞序列牟家單元表面。厚度1～10m，溝谷相對較厚，由亞砂土、砂質(zhì)黏土及含有不同比例、不同成分礫石的砂土和混粒砂組成，體積僅0.06km3，占模型體積的0.07%。古元古代荊山群位于模型南側(cè)拐角處，呈三角薄層狀上覆在棲霞序列牟家單元表面，南東方向延伸至模型外，主要為定國寺段透輝大理巖、含金云蛇紋大理巖，厚度不足200m，體積0.17km3，占模型體積的0.20%(圖3)。

(2)巖漿巖三維模型。巖漿巖在礦區(qū)內(nèi)廣泛出露，主要為新太古代譚格莊序列和中生代玲瓏序列巖體，總體積84.04km3，占模型體積的95.02%，為模型的主要組成部分(圖3)。譚格莊序列巖體位于控礦構(gòu)造上盤，兩側(cè)及外圍均延伸至模型外，為上盤的主要組成部分，整體呈楔形，上表面為剝蝕面，相對較平緩，局部被第四系及荊山群地層覆蓋，下表面直接與蝕變帶接觸，呈SE傾斜，與控礦構(gòu)造面近乎平行，與下盤玲瓏序列巖體呈侵入接觸、構(gòu)造接觸。主要由牟家單元組成，巖性為片麻狀細粒奧長花崗巖，體積34.89km3，占模型體積的39.46%。

玲瓏序列巖體位于控礦構(gòu)造下盤，構(gòu)成下盤的主體，模型范圍內(nèi)呈“三角體”。北西側(cè)出露地表，地表剝蝕面平緩，外圍延伸至模型外，上表面與蝕變帶接觸，接觸面近乎平行于控礦構(gòu)造面。上覆地質(zhì)體為譚格莊序列巖體，兩者呈侵入接觸、構(gòu)造接觸。主要由郭家店單元組成，巖性為弱片麻狀中粒二長花崗巖，體積49.14km3，占模型體積的55.56%。

(3)蝕變帶三維模型。蝕變帶沿招平斷裂帶兩側(cè)展布，其形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀與招平斷裂帶基本一致，上覆巖體為譚格莊序列巖體，下伏巖體為玲瓏序列巖體。模型內(nèi)蝕變帶走向長4.4km，傾斜長5.5km，厚度變化較大，從幾十米至幾百米，多集中在100～200m。上下表面均呈凹槽狀、階梯狀或波狀，總體積4.17km3，占模型體積的4.72%(圖3)。

(4)構(gòu)造三維模型。主要為招平斷裂帶，位于模型中部且貫穿整個模型。既是控礦構(gòu)造也是導(dǎo)礦構(gòu)造，總體走向40°～49°，平均45°，傾向SE，傾角30°～60°，主斷裂面沿中生代玲瓏巖體與新太古代棲霞巖體接觸界面展布。平面上形態(tài)變化較大，沿走向上呈“S”型展布、傾向上呈“階梯狀”(圖4a)。

a—構(gòu)造三維模型；b—礦體三維模型圖4 三維模型圖

4 礦體三維模型

礦床共圈定礦體165個，總體積24020154m3。礦體絕大多數(shù)賦存于招平斷裂主裂面以下的黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖中，極少數(shù)礦體產(chǎn)于斷裂面以上。整體來看，淺表部見礦效果較差，-400m標(biāo)高以上礦體零散分布，規(guī)模較小，多為透鏡狀，沿走向近似等距分布。向深部金礦床內(nèi)礦體趨于完整，各礦床主礦體實為同一礦體，構(gòu)成規(guī)模巨大的超大型礦體，礦體編號為Ⅰ-9號礦體，主要位于主裂面下方的黃鐵絹英巖化碎裂巖內(nèi)，近乎平行構(gòu)造面展布，礦體內(nèi)無礦間隔明顯(圖4b)。Ⅰ-9號礦體走向長3.3km，傾斜長2.4km，最大控制標(biāo)高-2km。體積為21297184m3，占礦體模型的88.66%。其他礦體規(guī)模均較小，往往主礦體厚度較大部位周圍小礦體較集中，多呈透鏡狀、小脈狀。

5 模型分析

(1)主礦體特征分析。在厚度、品位水平分布圖中均勻布點，網(wǎng)度60m×60m，合計布點799個，直接提取各點的屬性值(厚度、品位值)，生成厚度、品位分布直方圖(圖5)。

夏甸-姜家窯金礦床主礦體厚度整體呈正態(tài)分布，一般1～15m，平均5.21m(圖5a)。從厚度水平分布圖中(圖6a)可以看出，礦體厚度分布不均勻，厚大部位呈NE向線性分布，礦體中部厚度較大，向外圍逐漸變薄，無礦、弱礦間隔明顯。主礦體品位一般1～8g/t，平均3.03g/t(圖5b)。從品位水平分布圖中(圖6b)可以看出，礦體品位分布不均勻，中部相對較高，向外圍逐漸降低。厚度較大區(qū)域品位往往較高，兩者呈正相關(guān)。

圖5 主礦體厚度(a)和品位(b)分布直方圖

圖6 夏甸-姜家窯金礦床厚度(a)和品位(b)水平分布圖

夏甸-姜家窯金礦床主礦體厚度×品位值1.00～178.09m·g/t，平均17.87m·g/t。厚度×品位分布特征與厚度分布特征基本一致，中部相對較富集，向外圍有逐漸減弱趨勢，富集部位呈NE向線性分布，與招平斷裂帶近乎平行。

工作中通常將大于礦體平均品位6～8倍的樣品視為特高品位，本文以該數(shù)值作為參考，將厚度×品位值大于其平均值的4倍，作為高值區(qū)，將厚度×品位值大于其平均值的8倍，作為特高值區(qū)。共提取較連續(xù)高值區(qū)2處，視為礦體富集區(qū)(圖7)，富集區(qū)厚度×品位值72.49～178.09m·g/t，平均104.29m·g/t。

圖7 夏甸-姜家窯金礦床厚度×品位水平分布圖

(2)構(gòu)造表面坡度分析。共提取構(gòu)造表面坡度值8404個，分布區(qū)間5.60°～79.50°，平均46.36°，主要集中在30°～60°之間。由淺到深坡度值有降低趨勢，礦體富集地段構(gòu)造表面坡度值明顯偏低(圖8)。

圖8 招平斷裂帶坡度及主礦體疊合圖

對礦體富集區(qū)(編號分別為A和B)及其外圍緩沖區(qū)進行坡度分析。緩沖距離為富集區(qū)直徑(圖9)，分別提取了2個礦體富集區(qū)外圍緩沖區(qū)、上方緩沖區(qū)、下方緩沖區(qū)內(nèi)坡度值，并繪制各范圍坡度分布折線圖(圖10、圖11)。

圖9 主礦體富集區(qū)及緩沖區(qū)

圖10 富集區(qū)A及其緩沖區(qū)坡度分布折線圖

圖11 富集區(qū)B及其緩沖區(qū)坡度分布折線圖

富集區(qū)A：位于夏甸-姜家窯金礦床中部，在富集區(qū)A范圍內(nèi)提取坡度值53個，分布區(qū)間5.60°～62.39°，主要集中在30°～55°之間，平均40.58°；外圍緩沖區(qū)(含富集區(qū)A范圍)提取坡度值470個，分布區(qū)間5.60°～79.45°，主要集中在30°～55°之間，平均45.45°；上方緩沖區(qū)提取坡度值103個，分布區(qū)間34.66°～49.59°，主要集中在40°～55°之間，平均46.83°；下方緩沖區(qū)提取坡度值97個，分布區(qū)間27.38°～74.00°，主要集中在35°～55°之間，平均46.88°。整體來看，富集區(qū)A及外圍緩沖區(qū)處于一個坡度集中在30°～55°之間、陡緩變化較大的區(qū)域，上方緩沖區(qū)坡度分布極為集中，坡度值明顯偏高，平均坡度較其下方的礦體富集區(qū)高6.25°，為該區(qū)域的陡傾段；礦體富集區(qū)坡度域分布相對較廣，坡度分布區(qū)間與該區(qū)域坡度分布區(qū)間基本一致，但平均坡度值明顯偏低，較其他3個地段平均坡度值低4.87°～6.30°，說明處于陡傾交替部位中相對緩傾段；下方緩沖區(qū)坡度值相對較大，應(yīng)處于構(gòu)造陡傾段。 整個緩沖區(qū)和外圍緩沖區(qū)，構(gòu)造面自淺向深經(jīng)歷了陡—緩—陡的坡度變化，礦體富集區(qū)主要位于由陡變緩地段中緩傾段(表1)。

表1 礦體富集區(qū)及其緩沖區(qū)坡度值一覽表

富集區(qū)B：位于夏甸-姜家窯金礦床中北部，在富集區(qū)B范圍內(nèi)提取坡度值119個，分布區(qū)間33.57°～50.58°，主要集中在35°～50°之間，平均42.54°；外圍緩沖區(qū)(含富集區(qū)B范圍)提取坡度值910個，分布區(qū)間13.86°～61.94°，主要集中在35°～55°之間，平均45.27°；上方緩沖區(qū)提取坡度值267個，分布區(qū)間41.41°～56.38°，主要集中在40°～55°之間，平均48.98°；下方緩沖區(qū)提取坡度值231個，分布區(qū)間13.86°～49.81°，主要集中在35°～50°之間，平均41.79°。整體來看，富集區(qū)B及外圍緩沖區(qū)處于一個坡度集中在35°～55°之間、陡緩變化較大的區(qū)域，上方緩沖區(qū)坡度分布極為集中，坡度值明顯偏高，平均坡度較其下方的礦體富集區(qū)高6.44°，為該區(qū)域的陡傾段；礦體富集區(qū)和下方緩沖區(qū)平均坡度值相近，相對較平緩。整個緩沖區(qū)和外圍緩沖區(qū)，構(gòu)造面自淺向深經(jīng)歷了由陡變緩的坡度變化，礦體富集區(qū)主要位于由陡變緩部位。

6 討論

(1)夏甸-姜家窯金礦床淺部較為零散的礦體，在深部連為一體，構(gòu)成一個規(guī)模巨大的礦體，以往獨立勘查、開采的多個礦區(qū)，實為一個超大型金礦床。

(2)夏甸-姜家窯金礦床主礦體厚大部位，品位相對較高，兩者具明顯正相關(guān)。厚度、品位分布不均勻，存在2處富礦段。

(3)主控礦構(gòu)造表面變化較大，沿走向上呈波狀彎曲，沿傾斜方向呈階梯狀。整體來看，構(gòu)造傾角由淺到深有降低趨勢。構(gòu)造陡緩交替中的緩傾段有利于礦體富集，并形成富礦段。利用綜合物探方法探索深部構(gòu)造三維形態(tài)可有效指導(dǎo)深部找礦。