若爾蓋510鈾礦床三維地質(zhì)建模及深部找礦預(yù)測研究

馬冰，陳田華，李寶新，董之凱，張新民，王永飛

若爾蓋510鈾礦床三維地質(zhì)建模及深部找礦預(yù)測研究

馬冰，陳田華，李寶新，董之凱，張新民，王永飛

（四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610052）

在充分收集若爾蓋510鈾礦床相關(guān)資料基礎(chǔ)上，通過運(yùn)用3DMine國內(nèi)礦業(yè)軟件，建立了該礦床三維地質(zhì)模型，并以此為基礎(chǔ)開展了礦體空間分布特征、礦體與斷裂構(gòu)造關(guān)系等方面的研究。結(jié)合成礦地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，在510鈾礦床共預(yù)測深部及外圍找礦空間7處，為區(qū)內(nèi)下步勘查工作部署提供了有利依據(jù)。

3DMine；若爾蓋鈾礦；三維地質(zhì)模型；深部找礦預(yù)測

鈾資源是一種極其重要和敏感的戰(zhàn)略資源，在國際國內(nèi)礦產(chǎn)資源中均占有舉足輕重的地位。四川省若爾蓋鈾礦田是我國著名的碳硅泥巖型鈾礦床產(chǎn)區(qū)（陳友良等，1986；金有忠和田文浩，2011），510鈾礦床是主干礦床之一，具有一定代表性。該礦床品位富，礦體成群集中分布，各礦段主礦體占有的資源量大，盲礦多，探深的資源潛力大。通過礦床三維可視化模型的建立，可直觀展示礦體空間展布等特征，從而能有效的進(jìn)行深部找礦的預(yù)測。

1.第四系；2.拉垅組上段；3.拉垅組下段；4.塔爾組上段；5.塔爾組下段；6.羊腸溝組上段；7.羊腸溝組下段；8.蘇里木塘組上段；9.蘇里木塘組下段；10.地層界線；11.實(shí)測及推測斷層；12.巖漿巖；13.中型鈾礦床；14.小型鈾礦床；15.礦點(diǎn)

1 礦床地質(zhì)特征

510鈾礦床位于四川省若爾蓋縣降扎鄉(xiāng)境內(nèi)，大地構(gòu)造位置屬于南秦嶺印支褶皺帶，白龍江復(fù)背斜西端核部-近白依溝背斜西傾伏端北翼。屬祁連-秦嶺鈾成礦省南秦嶺鈾成礦帶迭部-降扎鈾成礦亞帶西端。

510鈾礦床主要由5個(gè)礦段、3個(gè)遠(yuǎn)景段組成。由西向東分別為雪蓮溝遠(yuǎn)景段、向陽西溝礦段、向陽東溝礦段、中長溝礦段、切路溝遠(yuǎn)景段、天贊溝礦段、埡口礦段和那垅遠(yuǎn)景段（圖1）。

1.1 地層

礦區(qū)主要出露有寒武系（?）、奧陶系（O）和志留系（S）地層。礦體主要賦存于下志留統(tǒng)羊腸溝組上段（S1y）。該地層以灰色、深灰色薄至中厚層變絹云母石英粉砂巖為主，與粉砂質(zhì)絹云母板巖互層，頂部板巖中含較多微粒狀黃鐵礦，中部夾似層狀硅質(zhì)巖及灰?guī)r，鈾礦化主要賦存于含碳硅質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)巖中。

1.2 構(gòu)造

礦床位于白依溝背斜近西傾伏端的北側(cè)翼部，斷裂發(fā)育，主要為近東西向、北西向和北東向。以近東西向的走向斷裂最為發(fā)育，在伴隨斷裂的同時(shí)，板巖中常有小型褶皺生成。北東向斷裂與近東西向斷裂的復(fù)合部位，控制礦床的產(chǎn)出，硅質(zhì)巖與灰?guī)r建造中的近東西向斷裂控制礦體的產(chǎn)出。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，巖漿活動(dòng)多為脈巖零星出露，鉆孔中所見類型有輝綠巖、英安斑巖、閃長玢巖、煌斑巖巖脈，順層或切層貫入，未切斷和侵入礦體內(nèi)，未見其對(duì)礦體的破壞作用。

1.4 鈾礦化特征

礦床內(nèi)現(xiàn)已圈定大小礦體92個(gè)，其中多數(shù)為盲礦體，規(guī)模較大的礦體12個(gè)，礦體延長近5km。各已知礦段內(nèi)的礦體多集中位于區(qū)內(nèi)主含礦建造變窄部位并與北東向斷裂交匯的地段（金有忠和田文浩，2011；李宏濤等，2020）。鈾礦化特征以中長溝礦段最具代表性（圖2）。

1.第四系；2.塔爾組下段；3.羊腸溝組上段；4.羊腸溝組下段；5.硅質(zhì)巖；6.灰?guī)r；7.白云巖；8.板巖；9.砂巖；10.斷層；11.鈾礦體

已知礦體多賦存于下志留統(tǒng)羊腸溝組上段的中下部的硅質(zhì)灰?guī)r與硅質(zhì)巖含礦建造界面附近，其次是硅質(zhì)灰?guī)r中含炭板巖、硅質(zhì)巖夾層界面，所發(fā)現(xiàn)的礦體多產(chǎn)于層間走向斷層中，礦體受巖性及構(gòu)造控制較明顯。

2 三維建模

三維可視化建模技術(shù)是在二維地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納、總結(jié)與分析。通過三維軟件建模平臺(tái)的處理和優(yōu)化在三維空間構(gòu)建地表、礦體、構(gòu)造等一系列地質(zhì)模型，最終來反映礦體在三維空間的分布特征及品位變化規(guī)律等，為進(jìn)一步挖掘新老礦床的資源潛力提供了新思路（周鄧，2016）。

本次研究以510鈾礦床內(nèi)資料較齊全的雪蓮溝—天贊溝地段為建模對(duì)象，在系統(tǒng)收集地形、鉆孔、剖面信息基礎(chǔ)上，利用3DMine軟件，采用基于鉆孔數(shù)據(jù)和勘探線剖面圖相結(jié)合的方法進(jìn)行三維礦體實(shí)體模型的構(gòu)建。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

三維地質(zhì)建模過程中，數(shù)據(jù)信息是建模的基礎(chǔ)和前提，在全面系統(tǒng)地收集雪蓮溝—天贊溝地段的地形、鉆孔、剖面數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，建立了該礦床的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

2.1.1 鉆孔數(shù)據(jù)庫

本次共收集了研究區(qū)內(nèi)的76個(gè)鉆孔綜合柱狀圖及相關(guān)成果報(bào)告，對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入整理。利用 Access 數(shù)據(jù)庫建立鉆孔數(shù)據(jù)庫所需要的定位表、測斜表、化驗(yàn)表、巖性表等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。將鉆孔數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入3DMine軟件中，建立起三維鉆孔模型。

2.1.2 地形數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

選取510鈾礦床1∶10000地形地質(zhì)圖為底圖，利用MAPGIS軟件進(jìn)行處理，去掉影響地表模型創(chuàng)建的多余線段后，將比例尺轉(zhuǎn)換為1∶1000，以便與鉆孔圖件相適配。在檢查確認(rèn)無誤后將線文件轉(zhuǎn)換成CAD的.dxf格式文件，直接導(dǎo)入到3DMine軟件中，經(jīng)優(yōu)化處理生成地形模型。

2.1.3 剖面數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本次共收集鉆孔剖面圖28張，剖面數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括圖像坐標(biāo)校準(zhǔn)、線圖元連接、抽稀、面圖元閉合、圖元分層、標(biāo)注工作。

2.2 剖面空間屬性建立

剖面空間屬性建立是三維建模的基礎(chǔ)，其原理是將平面屬性（X、Y）的剖面圖豎立成立體屬性剖面圖（X、Y、Z）。該過程主要用到了3DMine軟件中的平面兩點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（平移）和坐標(biāo)調(diào)換（X-Y-Z）功能。在空間屬性建立過程中，主要依據(jù)剖面線起止點(diǎn)、鉆孔三維坐標(biāo)（X、Y、Z）對(duì)剖面空間屬性進(jìn)行約束。剖面空間屬性建立后，原有剖面圖信息即位于其所在的空間坐標(biāo)系（X、Y、Z）內(nèi)。在剖面空間屬性建立后，以圖元的地質(zhì)含義為基礎(chǔ)對(duì)不同點(diǎn)、線、面文件進(jìn)行圖元分層，過程中剖面圖所得鉆孔空間數(shù)據(jù)與鉆孔數(shù)據(jù)庫所得鉆孔空間數(shù)據(jù)開展了參照對(duì)比工作，進(jìn)一步校正了地質(zhì)要素的空間位置。

2.3 礦體圈連

采用剖面線法（線框模型）構(gòu)建礦體模型，即將剖面劃分過程中所得的礦體各勘探線的剖面線數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維建模軟件中，并對(duì)這些剖面線數(shù)據(jù)信息進(jìn)行空間分析處理，按照地層中礦體的整體走向與趨勢，將相鄰勘探線之間以三角網(wǎng)的形式進(jìn)行連接，再將礦體的兩端進(jìn)行閉合工作，此時(shí)封閉起來的模型就形成了礦體的實(shí)體模型（陶曉麗，2015）。

表1 三維建模礦體外推原則數(shù)據(jù)表

將同一礦體邊界線組織在相同文件分層下，利用實(shí)體—連接三角網(wǎng)—閉合線到閉合線，依次連接不同剖面線上的礦體邊界線，形成礦體實(shí)體文件，在連接已有礦體邊界線基礎(chǔ)上，采用勘探線間距的1/4平推方法進(jìn)行礦體外推（表1），形成相應(yīng)的*.3ds和*.3dm格式文件。

2.4 斷裂構(gòu)造連接

將同一組斷裂構(gòu)造線組織在相同文件分層下，利用實(shí)體-連接三角網(wǎng)-開放線到開放線，依次連接不同剖面線上的斷裂構(gòu)造線，形成斷裂產(chǎn)狀面，并保存*.3ds和*.3dm格式文件，斷裂構(gòu)造面的外推原則與礦體外推原則一致。

2.5 三維可視化模型建立

利用3DMine軟件完成地表DTM、鉆孔位置、構(gòu)造線、礦體等地質(zhì)要素三維建?；A(chǔ)上，將以上形成文件組織在一個(gè)工程內(nèi)，即形成相應(yīng)礦床的三維地質(zhì)模型，能較直觀的展示各礦段礦體空間分布形態(tài)，附加DTM模型的礦床礦體及斷裂宏觀的三維模型圖見圖3。

圖3 雪蓮溝—天贊溝地段三維地質(zhì)模型圖（紅色為礦體，紫色為斷裂構(gòu)造）

2.5.1 礦體空間展布特征

從礦體的三維空間分布上可以看出，礦體整體呈近東西向帶狀分布，南北向礦帶寬度在1km內(nèi)，結(jié)合地形西高東低的特征，礦體埋深由東至西依次增加，天贊溝地段礦體主要賦存在3 500～3 100m標(biāo)高范圍內(nèi)；中長溝地段礦體主要賦存在3 600～3 100m標(biāo)高范圍內(nèi)；向陽東溝地段礦體賦存在3 650～2 700m標(biāo)高范圍內(nèi)；向陽西溝-雪蓮溝地段礦體賦存在3 400～2 880m標(biāo)高范圍內(nèi)。區(qū)內(nèi)西部勘探深度較大，基本可達(dá)900m以淺，中部中長溝地段勘探深度主要在500m以淺，僅個(gè)別鉆孔達(dá)900m，東部天贊溝則在600m以淺。已發(fā)現(xiàn)礦體標(biāo)高整體在3 500～2 800m之間，普遍在標(biāo)高3 000m以上。

2.5.2 礦體形態(tài)

建模地段礦體形態(tài)十分復(fù)雜，多呈似層狀、帶狀及脈狀，局部有膨脹、收縮和分枝復(fù)合現(xiàn)象。在建模過程中，可以清晰發(fā)現(xiàn)三維礦體在空間上呈雁行排列，大礦體一般呈板狀、似層狀，小礦體呈短柱狀、透鏡狀、疊瓦狀（圖4）。礦體整體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀、斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀一致。

2.5.3 礦體與斷裂構(gòu)造的關(guān)系

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以東西向?yàn)橹?，傾向北，傾角一致，呈近似等間距平行排列，礦體多位于斷裂夾持部位或者平行斷裂中間，斷裂構(gòu)造對(duì)礦體的控制作用明顯（圖5）。

圖4 似層狀、透鏡狀礦體

圖5 礦體與斷層的關(guān)系（紅色為礦體，紫色為斷裂構(gòu)造）

3 深部找礦預(yù)測

利用三維可視化模型的直觀展示，結(jié)合本區(qū)鈾成礦規(guī)律與各個(gè)地段的物化探特征，對(duì)510鈾礦床開展了找礦預(yù)測，共預(yù)測深部及外圍找礦空間7處，自東向西分別為天贊溝深部、羊腸溝工作空白區(qū)、中長溝深部、向陽東溝深部、向陽溝深部（向陽東溝與向陽西溝之間）、向陽西溝深部、雪蓮溝深部及外圍（圖6），為區(qū)內(nèi)下步工作部署提供了依據(jù)。

圖6 510礦床礦體找礦空間預(yù)測示意圖

3.1 雪蓮溝深部及外圍找礦空間

雪蓮溝地段地處若爾蓋鈾礦田最西端，為510礦床西延部分，區(qū)內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)多處具有較好找礦前景的綜合物化探異常和礦化，且各已知的物化探異常和礦化與其鄰區(qū)向陽西溝礦段地表發(fā)現(xiàn)異常特征高度一致，前期在向陽西溝地段通過深部鉆探工程對(duì)該區(qū)內(nèi)地表發(fā)現(xiàn)的具有較好鈾礦化信息顯示的地段進(jìn)行了揭露與驗(yàn)證，在深部發(fā)現(xiàn)多層富厚鈾礦體及礦化，取得了較好的找礦成果。目前該區(qū)所發(fā)現(xiàn)的礦體沿其走向及傾向均未控制完全，且還有進(jìn)一步往西向雪蓮溝地段延伸的趨勢，可作為510礦床下步勘探的優(yōu)選地段，以進(jìn)一步擴(kuò)大510礦床的找礦遠(yuǎn)景和資源量規(guī)模。

3.2 向陽西溝深部找礦空間

該礦段目前共圈定5層工業(yè)鈾礦體，均為盲礦體。礦體延長大于800m，寬約220m，礦體賦礦標(biāo)高最高為3 390m，最低為2 880m，礦化垂幅近510m，且沿走向及傾向均未控制完全。深部礦體并未封邊，根據(jù)已知礦化體的空間產(chǎn)出特征，其有向下仍有進(jìn)一步延伸并增厚變富的趨勢。通過與鄰區(qū)東側(cè)的向陽東溝、中長溝礦段已知礦體特征的綜合類比與分析，各礦段內(nèi)的鈾礦化多垂幅較大，深部還有較大找礦空間。根據(jù)2019年度在區(qū)內(nèi)開展的深部勘查成果，在該區(qū)域標(biāo)高2 900m以淺揭露到一規(guī)模較大的巖漿巖侵入體，且該侵入體局部有鈾礦化及異常，根據(jù)深源流體主導(dǎo)本區(qū)域成礦的理論（陳友良，2008），說明區(qū)內(nèi)深部賦礦的可能性極大，可作為下步開展深鉆試驗(yàn)與研究的首選地段，以查清該區(qū)深部礦體的空間分布特征，進(jìn)一步拓寬區(qū)內(nèi)深部找礦空間，擴(kuò)大找礦遠(yuǎn)景并為本區(qū)深源流體成礦理論提供更有力的地質(zhì)依據(jù)。

3.3 向陽溝深部找礦空間

向陽溝地處510礦床內(nèi)已知的向陽東溝礦段和向陽西溝礦段中間過渡地帶，該區(qū)因受礦權(quán)劃分及工作部署等因素的影響，未開展深部揭露與驗(yàn)證工作，根據(jù)研究認(rèn)為向陽東溝和向陽西溝兩礦段內(nèi)發(fā)現(xiàn)的礦體實(shí)屬同一礦體，向陽西溝與向陽東溝地段中間部位可部署驗(yàn)證性鉆孔，圈連合并對(duì)應(yīng)礦體，進(jìn)一步提升礦床規(guī)模，擴(kuò)大找礦成果。

3.4 向陽東溝深部找礦空間

向陽東溝礦段目前所勘獲的主礦體標(biāo)高為2 934～2 700m，該地段具有良好的放射性物化探背景、成礦地質(zhì)體分布規(guī)模大且具有利的巖性組合、層間斷裂發(fā)育且多為控礦斷裂，在已知的成礦高程范圍內(nèi)，保礦條件好，其物探、水化異常值高，暈圈規(guī)模大，暈圈復(fù)合性好。已知礦體長度、厚度和延深都比較大，品位富、埋深大且多為盲礦體產(chǎn)出，礦段具備較好的鈾礦成礦地質(zhì)條件和找礦基礎(chǔ)。由于該區(qū)經(jīng)費(fèi)投入有限，深部發(fā)現(xiàn)的礦體多未進(jìn)行有效控制，極具進(jìn)一步工作的價(jià)值，可作為下步深部勘查的重點(diǎn)區(qū)域，以擴(kuò)大該區(qū)找礦成果，進(jìn)一步擴(kuò)大資源量規(guī)模并提升資源量級(jí)別。

3.5 中長溝深部找礦空間

中長溝礦段是510礦床的重點(diǎn)礦段，前人在該地段落實(shí)了大型鈾礦產(chǎn)地1處。目前所勘獲的礦體標(biāo)高多在3 600～3 100m，3100m標(biāo)高以深僅做了少量的鉆孔探索，就已發(fā)現(xiàn)了數(shù)層礦體。前人勘查成果基本在500m以淺，500～1 000m深度僅開展部分鉆孔施工，深部仍具很大找礦空間，建議該地段深部開展進(jìn)一步的勘查，控邊探底，擴(kuò)大資源儲(chǔ)量并提升資源儲(chǔ)量級(jí)別。

3.6 羊腸溝工作空白區(qū)找礦空間

中長溝以東、天贊溝以西的羊腸溝地區(qū)，是深部鉆探工程工作的空白區(qū)。羊腸溝地段與中長溝、天贊溝礦段具有相似的成礦地質(zhì)背景及成礦地質(zhì)條件。根據(jù)前人在區(qū)內(nèi)開展的物探測量工作，區(qū)內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的放射性分布規(guī)律及異常特征與中長溝、天贊溝礦段高度一致，顯示該區(qū)具有良好的鈾礦成礦潛力及找礦前景。

3.7 天贊溝深部找礦空間

天贊溝地段以往勘查工作表明地段內(nèi)3 505m標(biāo)高以淺利用槽、坑、探工程基本達(dá)到了勘探程度，3 480m標(biāo)高以淺部分基本達(dá)到了詳查程度，深部未封底，走向上未封邊，目前已知的富大礦體多集中賦存在3 400～3 200m標(biāo)高范圍內(nèi)。含礦層?xùn)|延，并有向下變富的現(xiàn)象，根據(jù)西側(cè)中長溝已開采的情況和相鄰地段深部礦體控制情況綜合來看，該地段的礦體在深部仍未控制，同時(shí)該地段出露有下志留統(tǒng)多個(gè)含礦層位，層間控礦斷裂發(fā)育，與成礦關(guān)系密切的熱液活動(dòng)產(chǎn)物巖漿巖體多侵位于該區(qū)下志留統(tǒng)中，具有良好的成礦地質(zhì)背景和成礦條件，可作為510礦床下步深部擴(kuò)大的主要勘查區(qū)域。

4 結(jié)論

通過收集區(qū)內(nèi)相關(guān)工程成果，建立了510鈾礦床鉆孔數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了礦床三維可視化模型。通過三維可視化模型，直觀的展示了建模礦床已知礦體的空間展布特征、礦體與斷裂的關(guān)系以及礦體形態(tài)等特征。以構(gòu)建的礦體三維模型為基礎(chǔ)，結(jié)合510鈾礦床成礦地質(zhì)作用、成礦規(guī)律等關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)問題的研究認(rèn)識(shí)，開展了該區(qū)的成礦預(yù)測研究，共預(yù)測了7處具有較大找礦前景的空間。通過三維模型的直觀展示，可為后期區(qū)內(nèi)勘查工程的部署提供最優(yōu)方案，從而實(shí)現(xiàn)空間精準(zhǔn)定位并開展靶向式鉆進(jìn)，進(jìn)一步提高找礦效率并節(jié)約勘查成本，同時(shí)也可最大限度的減小因工程施工對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的破壞，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)勘查與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。

陳友良，張成江，朱西養(yǎng)，侯明才，梁金龍，孫澤軒．2019．若爾蓋地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦成礦地質(zhì)環(huán)境與成礦作用[M]．北京:科學(xué)出版社，6-7．

金有忠，田文浩．2011．若爾蓋鈾礦田成礦地質(zhì)條件及資源潛力分析[J]．中國地質(zhì)，38（3）：681．

李宏濤，王麗坤，張哲銘，張新民，董之凱．2020．若爾蓋鈾礦田放射性物探異常特征分析及其找礦應(yīng)用[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，40（1）：137．

周鄧．2016．基于3DMine鄒家山鈾礦床三維地質(zhì)模型的構(gòu)建-以3號(hào)帶為例[D]．江西:東華理工大學(xué)，1-2．

陶曉麗．2015．基于3DMine的礦山三維地質(zhì)建模研究[D]．蘭州:蘭州交通大學(xué)，17-18．

陳友良．2008．若爾蓋地區(qū)碳硅泥巖型鈾礦床成礦流體成因和成礦模式研究[D]．成都:成都理工大學(xué)，99-110．

Three-Dimensional Geological Modeling and Deep Prospecting Prediction for the 510th Uranium Deposit in Roigê

MA Bing CHEN Tian-hua LI Bao-xin DONG Zhi-kai ZHANG Xin-min WANG Yong-fei

(Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610052)

A three-dimensional geological model for the 510th uranium deposit in Roigê is established by 3DMine. Spatial distribution of uranium orebodies and relation of uranium orebodies with fracture structure are studied. 7 prospecting targets are predicted based on the three-dimensional geological model.

3DMine; Roigê; three-dimensional geological model; deep prospecting; prediction

P619.14

A

1006-0995（2021）03-0392-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.008

2020-09-30

四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2018SZ0273)；四川省政府性投資地質(zhì)勘查項(xiàng)目（DZ202101）

馬冰（1991— ），女，遼寧新民人，碩士，工程師，研究方向：地質(zhì)勘查

李寶新（1973—），男，遼寧北鎮(zhèn)人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：地質(zhì)勘查