廣東長江鈾礦田長排地區(qū)三維模型構建及意義

白蕓，朱鵬飛，祁家明，葉永欽，劉軍港，孫璐，朱靜，曹珂，李曉翠，孔維豪，劉琳瑩

（1.核工業(yè)北京地質研究院，北京 100029；2.核工業(yè)二九〇研究所，廣東 韶關 512000；3.中國地質大學（北京），北京 100083）

隨著地表礦、淺部礦的日益減少，地質找礦難度日益增大且找礦效果日益降低，深部礦的找尋已經成為許多國家和地區(qū)找礦的主要對象［1］。同時，隨著計算機技術的發(fā)展，越來越多的礦床需要真實的地表和地下模型，以查看各種實體的空間分布關系，如構造的展布、礦體的形態(tài)特征、礦體的埋藏狀況以及與其他地質體的空間關系等，以便準確地預測礦體的深部延伸趨勢，編制更加詳盡和清晰的探礦工程部署圖，以提高工程部署的準確性及預測未來的施工方向［2］。本文基于長排地區(qū)地質勘探資料，利用3DMine 軟件構建了長排地區(qū)三維地質模型，建立該地區(qū)地表模型、鉆孔數(shù)據(jù)庫、礦體模型、巖體模型和構造模型，為長排地區(qū)深鉆選址、深部成礦預測和下一步勘查工作部署提供科學依據(jù)。

1 區(qū)域地質概況

長排地區(qū)位于長江礦田中部，北接棉花坑礦床［3］，處于長江斷陷帶中部，受油洞斷裂及黃溪水斷裂帶夾持控制［4］。區(qū)內巖漿活動頻繁，礦區(qū)范圍內主要出露有印支期中粒斑狀二云母花崗巖和燕山期中粗粒斑狀黑云母花崗巖、細粒斑狀黑云母花崗巖，其次為中基性巖脈和堿交代巖等。區(qū)內斷裂構造發(fā)育，縱橫交錯。斷裂方向主要有：北西、北東、北北西向3 組，其中北西向主要有油洞斷裂，北東向構造主要有53、54、59、62 號帶等，北北西向構造主要有60、61、63、78 號帶及9 號帶（南段）等構造帶［5］（圖1）。

圖1 長排地區(qū)地質簡圖Fig.1 Geological sketch of Changpai area

建模范圍內，構造主要為61 號帶和7 號帶、油洞斷裂和兩條南北向斷裂F1和F2。北西向油洞斷裂，是本區(qū)的控礦構造，也是含礦構造。在區(qū)內出露長約1 000 多米，寬度按照平均厚度10 m 處理。其被兩條南北向斷裂F1、F2和7 號帶分割為4 個部分，為便于介紹，從北西向南東依次定名為油洞斷裂第一段，油洞斷裂第二段，油洞斷裂第三段，油洞斷裂第四段。

北北西向斷裂61號帶和7號帶，在本區(qū)極為發(fā)育，是本區(qū)的主要含礦構造帶。61 號帶在地表出露，7 號帶在7 號帶7 號勘探線以北出露地表，以南隱伏，在7 號帶25 號勘探線以南尖滅。其總體走向為320°～350°，傾向北東，局部傾向南西，傾角一般為75°～85°。長度均在1 000 m以上，由北向南縱貫全區(qū)。該組構造帶地表出露寬度一般為0.5～5.0 m，往中深部均有變寬的趨勢，如61 號帶，深部寬度可達幾十米。構造蝕變帶寬度還控制了鈾礦化寬度，構造蝕變帶寬度增大部位往往鈾礦化較好，礦體變富、變大［5］。

區(qū)內鈾礦化（體）嚴格受斷裂帶控制，礦體主要產于北西向油洞斷裂及北北西向61、7、60、9（南段）號帶的構造蝕變帶中；礦體產狀與構造帶產狀基本一致，大多數(shù)礦體走向為北北西—北西向，約325°～355°，傾角65°～87°，呈帶狀、透鏡狀產出［6］。

2 長排地區(qū)三維模型建設

利用二維圖件建立三維地質模型是一個較繁瑣的過程，需要從大量二維圖件中提取三維建模所需要的數(shù)據(jù)［7］。本次建模工作收集到長排地區(qū)地形地質圖、70 條勘探線剖面圖等資料，利用3DMine 軟件完成了地表模型、鉆孔數(shù)據(jù)庫、礦體模型、巖體模型和構造模型的建設，在后續(xù)的應用過程中起到了重要的作用。

2.1 地表模型建設

地表模型可以真實反映地形的高低起伏，直觀指示構造位置，地質界線，是建模不可或缺的一部分。從收集的地形地質圖中，提取等高線圖層，經MapGIS 圖像變換、校正，實現(xiàn)坐標的配準，賦真實高程后，在3DMine 中形成地表模型［8］。這種不規(guī)則的曲面常用TIN（Triangular Irregular Networks）表達，即用一組相鄰但不重疊的不規(guī)則三角形平面片構成的網(wǎng)絡來表達不規(guī)則曲面［9］。而生成TIN 的方法主要采用Delaunay 三角形連接法［10］。

地表模型建成后可貼合與之相對應的地質圖和遙感影像圖，進而達到真實顯示的效果（圖2）。這樣在進行深鉆選址工作時，就能在地表模型上查看孔口所在位置的真實地表情況，如若在交通不便利的地方，可以及時修改孔口所在位置，不用到實地進行觀察。

圖2 長排地區(qū)地表模型示意圖Fig.2 Schematic surface model of the Changpai area

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫建設

3DMine 軟件是通過外接數(shù)據(jù)庫來進行存儲的，也就是先在Excel 表格中整理地質信息基礎數(shù)據(jù)，再倒入軟件中，最后保存于Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中［11］。鉆孔數(shù)據(jù)庫主要包括4 張表，分別是定位表、測斜表、巖性表和品位表。本次工作沒有收集到相關文字材料，所以數(shù)據(jù)庫所有信息都要從相關剖面圖中提取。這就要對剖面圖進行二維到三維的轉換［12］（圖3）。根據(jù)轉換后的剖面，還原鉆孔軌跡，提取鉆孔定位、側斜和巖性表中的信息。根據(jù)剖面中附帶的品位表，錄入鉆孔數(shù)據(jù)庫所需品位信息，至此鉆孔數(shù)據(jù)庫的基本信息已錄入完成。

圖3 長排地區(qū)三維狀態(tài)下的勘探線剖面示意圖Fig.3 Schematic 3D exploration section in Changpai area

長排地區(qū)共轉換70 張勘探線剖面圖，提取100 個鉆孔的定位和測斜信息，完善了每個鉆孔的巖性屬性，錄入了每張剖面的品位信息。

建立鉆孔數(shù)據(jù)庫后，還需要設置顯示風格，一方面為了區(qū)分巖性，對巖性表中巖性的顯示顏色進行設定，另一方面為了便于圈定礦體，對礦化表中品位的顯示顏色進行設定［13］，圖中紅色為鉆孔中鈾礦品位大于0.05，這樣就可以三維視角查看鉆孔，瀏覽鉆孔的位置、軌跡、巖性、品位等信息（圖4）。還可以沿勘探線生成豎直剖面圖，進行地質解譯，圈定礦體。

圖4 長排地區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫Fig.4 3D Borehole presentation in Changpai area

2.3 礦體實體建設

礦體實體模型是整個三維模型構建的核心部分，可以厘清礦體和各個控礦要素之間的關系，清晰地發(fā)現(xiàn)鈾礦化（體）富集部位，也可以獲得任意地段資源量，對深部成礦預測發(fā)揮了重要作用［14］。

礦體模型的構建方法主要有3 種：勘探線剖面建模，礦石邊界品位建模和鉆孔數(shù)據(jù)建模［15］。長排地區(qū)礦體模型的構建結合了鉆孔數(shù)據(jù)庫中錄入的品位數(shù)據(jù)和勘探線剖面提取的礦體線來圈定礦體輪廓線。完成礦體圈定后，進行實體驗證，檢查礦體實體是否存在邏輯錯誤，如有錯誤，還要進行實體的編輯完善，使實體模型最終通過實體驗證（圖5）。通過實體驗證的礦體模型，可以快速報告出相關體積和面積，使用選擇集的概念，可以求出任意指定礦體模型的體積，從而求出礦體的資源量［16］。

圖5 長排地區(qū)60、61、7 號帶和9 號帶（南段）礦體展示圖Fig.5 3D presentation Orebody No.60，No.61，No.7 and No.9（South Section）in Changpai area

長排地區(qū)鈾礦化在垂向上具有明顯的變化特征，中上部由于礦后期的脈體較發(fā)育，礦化不連續(xù)且品位較低，而往深部由于礦后期脈體較少，礦體相對品位較高［5］。此外，礦化垂深亦受構造控制，淺部礦體厚度薄、品位低，且較分散，多以透鏡狀或扁豆狀產出；深部礦體則厚度較大，品位高，呈較為連續(xù)的帶狀產出且礦化垂幅較大，上限標高500 m，下限標高-500 m，礦化垂幅達到了1 000 m［17］，且深部礦體沒有尖滅，深部仍具有較大的成礦潛力。

2.4 巖體模型建設

從轉換為三維的勘探線剖面圖中，提取燕山期和印支期花崗巖的界線，再提取鉆孔數(shù)據(jù)庫中燕山期花崗巖和印支期花崗巖的巖性分界點，用這兩種不同類型的巖性界限，擬合巖體分界面。在3DMine 中，以建模范圍為邊界，建立一個盒子，再用地表切割提前作出來的盒子，這樣就做出地表以下的部分，再用擬合出來的巖體分界面切分地表以下的部分，就做出巖體模型（圖6）。

圖6 長排地區(qū)巖體模型示意圖Fig.6 Schematic 3D presentation of plutons in Changpai area

區(qū)內巖漿活動頻繁，主要為燕山期花崗巖和印支期花崗巖。地表主要出露燕山期花崗巖，印支期花崗巖出露于東南角，巖體接觸面從東北向西南逐漸變深，鈾礦化（體）主要產于印支期和燕山期的花崗巖中。

2.5 構造模型建設

構造模型不僅可直觀地展示地質構造的空間展布特征，還可反映構造與礦體間的相互關系。準確掌握斷層的幾何形態(tài)、空間展布及相互關系等特征是地質工作的一項重要任務。傳統(tǒng)的斷層描述方法一般是各種類型的平面圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖等，這些方法一般局限在一維、二維，難以立體、直觀地進行三維展示，往往造成對構造空間關系的不同理解，不能滿足實際工作的需求［18］。為此，需要建立斷層的三維空間模型，將復雜斷層的空間展布及其與礦體之間的關系三維展示出來，從不同方位觀察構造之間的關系。

油洞斷裂有4 段，涉及到第一段的剖面圖很少，只有兩張，所以，第一段采取的是提取剖面中斷層線和地形地質圖中斷層輪廓線的方式建立的。長排地區(qū)鉆孔能控制的構造最深深度為-484 m，由于這個模型是對深部的預測，深度需要達到-2 000 m，因此-484 m 以下的構造產狀都需要推測。根據(jù)地質認識，認為該地區(qū)的構造從淺部至深部是穩(wěn)定的［19］，延續(xù)了鉆孔揭露出的構造產狀。因此，油洞斷裂第一段深部推測部分是按照提取的剖面上的斷層線產狀向下延伸的。沒有涉及到油洞斷裂第二、第三和第四段的剖面，因此他的構建只能依靠3 個野外地質觀測點，橫向上按照方位角延伸，縱向上按照傾角向下延伸到-2 000 m。采用多源數(shù)據(jù)耦合的方式，即充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，耦合生成符合實際地質情況、能夠表達復雜地質現(xiàn)象的三維空間數(shù)據(jù)模型［20］。

61號帶和7號帶采用的是提取剖面中斷層線的方式建立的，斷層線是建立斷層實體的數(shù)據(jù)基礎。由于61 號帶和7 號帶構造產狀穩(wěn)定，提取的所有61 號帶和7 號帶剖面的斷層線都需要按照剖面上的斷層線產狀，向下延伸到-2 000 m，用以推測深部構造展布。

南北向斷裂F1，北面達建模邊界，南面與油洞斷裂第一段相交；F2斷裂北面與油洞斷裂第三段相交，南面與油洞斷裂第四段相交，由于兩條斷裂的傾角都是90°，從地表直接向下推測到-2000 m 即可。

最后將構造模型疊加，為后期的應用奠定堅實的基礎（圖7）。

圖7 長排地區(qū)構造疊合圖Fig.7 Superimposed structure map of Changpai area

3 模型綜合分析及深部找礦前景

將鉆孔數(shù)據(jù)庫、地表模型、礦體模型、巖體模型和構造模型結合起來，集成長排地區(qū)數(shù)字模型（圖8）。

圖8 長排地區(qū)各實體模型疊合展示圖Fig.8 3D presentation of solid models in Changpai area

通過建立長排地區(qū)的三維模型，全面展示整個礦區(qū)的地形、巖體分界面、構造和礦體的三維空間分布特征，可繪制礦體、巖體和構造帶的平、剖面圖等成果圖件；也可進一步計算礦體的資源量，大大提高了工作效率［21］?；陂L排地區(qū)三維模型，根據(jù)地質理論認識，進行了深部鉆孔的選址，于-1 550 m 深度發(fā)現(xiàn)最深工業(yè)鈾礦，與模型預測見礦深度僅差10 m，證明所建模型準確性高。

通過模型綜合分析，得出主要認識：

1）長排地區(qū)鈾礦體嚴格受構造蝕變帶產狀和形態(tài)控制，特別是北西向油洞斷裂、北北西向含礦構造帶61 號和7 號帶，鈾礦化（體）在主構造帶賦存部位較深，標高-500 m 以下構造尚未尖滅，而且在油洞斷裂標高-1 550 m 處又探出有厚大的鈾礦體，說明成礦構造及礦體有往下延伸的趨勢，深部具有較好的找礦潛力和找礦空間；

2）鈾礦化（體）主要產于印支期和燕山期的花崗巖中，該期次的花崗巖鈾含量高，為鈾成礦提供豐富的鈾源。已有鉆孔對構造帶和礦體控制程度不夠，結合礦區(qū)北西、北北西向含礦構造帶的特點和礦體垂幅特征，認為該地區(qū)深部有較好的找礦前景，下一步找礦方向主要考慮：主含礦構造帶的深部，特別是鉆孔未控制住的礦體和構造帶的深部［22］。

4 結語

1）首次建立了長排地區(qū)三維模型，全面清晰地展示整個地區(qū)的地形、巖漿巖、構造和礦體的三維空間分布特征及勘探控制程度，為該地區(qū)下一步鈾礦勘查工作的部署提供了依據(jù)。

2）通過對模型綜合分析，揭示了礦體、巖體和構造的空間變化規(guī)律，認為主含礦構造帶深部有很大的找礦潛力。

3）基于長排模型進行了鉆探工程的選址，并于-1 550 m 處發(fā)現(xiàn)鈾礦，和預測見礦深度僅差10 m，說明對構造的地質認識是正確的，構造產狀從淺部至深部是穩(wěn)定的，由淺部推測深部產狀的方法是可行的，模型預測見礦深度與實際見礦深度誤差很小，也說明模型的構建是精準的。