三维建模技术在湖南花垣铅锌找矿中的应用

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(1．中国地质大学(北京)地球科学与资源学院， 北京 100083； 2．中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037； 3.中化地质矿山总局湖南地质勘查院，湖南 长沙 410004)

0 引 言

湖南湘西北铅锌矿为大型层控热液型矿床，产于寒武系下统清虚洞组中段的藻礁灰岩地层中(刘文均等，2000；罗卫等，2009；周云等，2011)。控矿要素主要包括地层、岩相和构造，需要对各类控矿要素进行综合分析(钟九思等，2007)。使用中国地质科学院矿产资源研究所自主研发的“探矿者”(Minexplorer)软件(肖克炎等，2010；范建福等，2012)，对区内李梅矿区的地质分析及三维建模研究，得到花垣地区铅锌找矿的思路，进而建立区域三维模型来指导区域尺度上的三维找矿工作。

1 区域地质背景

研究区位于湘西花垣地区，地跨上扬子地块和江南地块2个二级大地构造单元，在地层和沉积建造上是一个在扬子旋回基础上发展起来的长期沉降单元。自震旦纪以来，地台型盖层发育较全，下古生界沉积厚度达到4 000余m，其中碳酸盐岩厚达1 800余m(孙玉娴等，1985；陈明辉等，2011)。区内深大断裂构造带呈NE—NNE向展布，发育有与之近似垂直的次级断裂带。它们具有长期继承、多期活动的特征，是控制岩相、岩性、褶皱和导矿、容矿构造的主导因素。沿断裂岩石以硅化、方解石化蚀变为主，伴有白云石化、重晶石化、沥青化。铅锌矿主要赋存在下寒武统清虚洞组碳酸盐岩的中部藻灰岩中，含矿层厚度约为100～300 m，为碳酸盐岩台地边缘浅滩-生物礁相(付胜云，2011)。已知矿点主要分布于摩天岭背斜西翼，包括李梅、渔塘等矿区。矿体多数在平缓背斜的近轴部，产状平缓(图1)。

图1 花垣地区地质简图

2 矿区三维地质建模

2.1 三维空间数据库

将收集到的矿区地质资料进行整理，包括矿区地质图、地形图、钻孔原始编录信息、钻孔柱状图、勘探剖面图、工程分布图等。通过适当的矢量化、格式转换等工作，建立李梅矿区的空间三维数据库，进而对数据进行综合管理，如数据录入、查询、编辑、分析等。矿区三维建模主要依据钻孔信息来实现对整个矿区隐伏地质情况的控制，对钻孔数据的编录和表达显得至关重要。在Minexplorer软件中，钻孔信息主要通过钻孔位置表、钻孔形态表、钻孔采样信息表来具体描述，再将表格信息转换为特定格式的钻孔文件。李梅矿区参与建模的钻孔共419个，分布于70余条勘探线上(图2)。在空间三维数据库中可实现对每个钻孔岩性信息的展示和查询，录入数据之后，需要在三维空间中对每个钻孔进行核对，保证其位置、形态、岩性信息准确无误。

图2 李梅矿区钻孔分布图

2.2 矿体三维模型

利用生成的钻孔文件，在样品中铅锌品位值的基础上，以矿体空间分布规律、控矿要素为主导因素，根据矿体的产出位置、三维空间的对应关系进行矿体圈定。

首先进行剖面定义，将钻孔投影在XY平面上，按照一定的勘探线间距和勘探线方向来确定勘探线。在李梅矿区，勘探线间距为100 m。在建立矿体三维模型过程中，圈定矿体选定的锌边界品位是0.7%，最低可采厚度1.8 m，夹石剔除厚度为2.0 m，进行单工程圈定。剖面上矿体主要分为相邻工程矿体连接、矿体内部夹石连接和不同品级矿石界线的连接等步骤，单品级矿石，平推至相邻工程间距的1/2处。通过李梅矿区的三维地质模型可以明显看出，矿体具有多层性，主要呈层状、似层状产出，局部有分枝、复合、尖灭等现象(图3)。

图3 李梅矿区矿体三维地质模型

2.3 矿区地层三维模拟

矿区地层三维模型的建立主要根据钻孔上每个地层的岩性特征，对相邻同一地层进行空间连接。对于复杂地层应根据勘探线剖面图、地质专家意见等，进行交互操作，完成地层模型的创建(图4)。

图4 李梅矿区地层(清虚洞组)三维地质模型

根据三维地层模型可以看出，李梅矿区含矿地层产状近水平，层控特征明显，矿体与含矿层位置耦合良好，与勘探的实际结果吻合。与三维矿体模型综合分析，可直观展示矿体在地下的形态特征。可以通过矿体沿任意方向的切割，进一步研究矿体及含矿层的相关地质形态。

3 区域三维地质建模

区域三维地质建模的难点是可参与建模的钻孔少，且分布不均。主要根据地质图、主干剖面图、综合柱状图等综合分析，利用地表产状进行合理下推，得到隐伏地质体界线，进而建立三维模型。

3.1 区域三维空间数据库

通过建立区域三维空间数据库，将多元信息在统一的三维空间坐标系下显示出来，便于建模人员对区域地质情况的总体把握。钻孔信息对区域地质情况的控制虽然重要，但收集到的钻孔数据，相对于整个区域来说，显得过于集中，需筛选出两部分钻孔，一部分参与建模，另一部分作为验证孔，便于对模型进行修正(图5)。

图5 花垣研究区可用钻孔分布图

3.2 区域地质格架模型

地质格架模型是地层格架模型的延伸表达，主要研究区域地层、构造、岩浆岩的演化规律、空间展布特征及相互关系模型。

在进行区域地质建模之前，需先建立区域地质格架模型，对研究区内地层的演化特征及分布规律有详细的认识，对区内构造的展布、期次及与成矿的关系等有初步的判断，对区内岩体的位置、产状、与矿体的关系等有详细的了解。针对花垣研究区铅锌矿的层控热液型特点，主要对含矿层与主干断裂进行具体建模分析。

3.3 出露地质体表面模拟

利用地表等高线生成数字高程模型(DEM)，并与二维平面地质图进行融合处理，生成具有三维形态特征的地质体表面(图6)。提取不同地层的地质体表面，可作为地质体建模的顶界面。

图6 三维地质体表面

3.4 建立区域三维模型

通过构造分区、剖面创建、剖面编辑等步骤，可得到三维地质体界线，将同一地层的地质体界线连接成曲面，并进行曲面封闭，通过拓扑错误检查之后，利用拓扑重建，形成含矿层(清虚洞组中段)的三维地质体模型(图7)。根据区域产状的不同，将整个建模区域分为若干子区，避免了多组产状在建模过程中的相互影响。根据建模区域地质情况的复杂程度及研究需要，设置剖面的方向、间距、剖切深度、关联钻孔等，可根据不同需要进行局部钻孔的加密和抽稀。得到的剖面需根据实际地质情况进行人工检查和编辑，确保剖面数据的正确性，才能得到准确的地质体界线。

图7 花垣地区含矿层(清虚洞中段)三维地质体模型

曲面连接后需理顺各地层之间的关系，并利用前面生成的三维地质体表面，作为三维地质体模型的顶界面。通过反复的拓扑错误检查、曲面编辑等步骤，最终可生成三维地质体数据。

从花垣地区含矿层三维地质体模型可以推断，含矿层在大断裂北侧也有分布，埋深比南侧含矿层深约400～600 m，产状近水平，断层两侧有较大差异，南侧为南东向，北侧为北西向。

4 结 论

通过对矿区三维模型与区域三维模型的综合分析可以看出，建立的区域三维模型与多钻孔数据控制的矿区三维模型位置及形态基本吻合。根据矿体在含矿层中的位置可以推断，成矿与含矿层厚度有关。将区域化探异常与区域三维模型及矿体模型复合(图8)，显示化探异常横跨大断裂两侧，可以推断大断裂北侧的清虚洞组中段也可能含矿。

图8 区域化探异常与区域三维地质体模型复合显示

通过对湖南花垣地区典型矿床(李梅矿区)三维模型和区域三维模型的建立，对研究区地质情况有了直观清楚的认识，突出了不同尺度三维模型建立的研究重点。矿区三维地质建模基于大量钻孔提供的详细地质信息，区域三维地质建模主要依靠地表产状及综合信息建立的三维地质格架模型。不同尺度的三维建模有助于分析地质体的展布特征，利用典型矿床模型总结的规律，指导区域三维找矿的方向，通过模型比对，可对信息较少的隐伏地区提供相应的数据支撑。

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