三维数字建模技术在陕西某铅锌矿深部找矿中的应用

刘 亭，王光宁，齐艳妮

（西北矿冶研究院，甘肃白银730900）

三维数字建模技术在陕西某铅锌矿深部找矿中的应用

刘 亭*，王光宁，齐艳妮

（西北矿冶研究院，甘肃白银730900）

目前矿产资源形势严峻，矿山深部找矿已成为一种势在必做的勘查工作。论述了三维地质建模技术在陕西某铅锌矿深部找矿中的应用实例，通过地层、已知矿体、蚀变带、断裂构造等地质体的建模与成矿信息综合分析、成矿规律总结，圈定了2个有利成矿区域，为矿山的深部地质找矿和矿山生产等工作提供了直观、快速的技术支持。

地质找矿；三维建模；隐伏矿体

1 概述

随着矿产资源的快速消耗，越来越多的大型、易采、高品位的矿产资源已被发现，矿产勘查的难度日益加大，找矿主体已逐渐从地表、浅部及易识别的矿体向隐伏矿、深部矿、难识别的矿体转变，因此利用新方法、新技术来发现隐伏矿体、深部矿体已成为当前地质勘查领域重要的研究方向之一。近年来，随着计算机技术的逐步成熟，使得三维地质模拟技术得以实现，已形成了一套比较完善的理论，并逐步将三维可视化理论应用到矿山深部及隐伏矿床的地质找矿工作中。

本文通过阐述陕西旬阳某铅锌矿利用传统地质信息建立三维地质模型，并以此模型指导矿山深部及隐伏矿体的地质找矿工作，说明三维数字建模技术在矿山找矿工作中的作用。

2 研究区地质概况

陕西某铅锌矿位于秦岭造山带南秦岭印支褶皱带，矿区位于该构造带东南部大羊山复向斜和汉江复背斜之间的次级褶皱中，在成矿区带上，矿区隶属南秦岭成矿带（Ⅲ级）镇安—旬阳成矿区（Ⅳ级）麻坪河-南沙沟铅锌成矿带（V级）。矿区经地表追索与工程控制，共圈定矿体4条（自南向北编号为K1-K4），矿体受一定岩性及层间破碎带控制，大致呈似层状、透镜状分布，矿石以浸染状、条带状为主。

中统双河镇组（S2s）为该矿区主要出露地层，该地层可细分为4个岩性段，其中第二岩性段（S2s2）灰色粉砂质千枚岩为矿区的主要含矿层位，第三岩性段（S2s3）灰—浅灰色粉砂质千枚岩夹薄层状、条带状粉砂岩，为矿区的次要含矿层位。

矿区内无大型的褶皱构造，多为顶厚、斜歪的褶曲构造，总体与大羊山复向斜枢纽倾向一致。EW向断裂对矿区地层切割强烈，断裂带东西长度约15km，宽20余米，断裂构造带内岩石变形强烈，具炭化、糜棱岩化特征，EW向断层对矿区内矿体均有不同程度的截切。矿区内层间破碎带发育，成组出现，与矿区4条矿体相吻合，断层面沿走向、倾向具波状弯曲，倾角较缓。

3 三维地质建模技术的应用

三维地质建模技术即是在特定的数据结构与三维环境下，利用现代空间理论、三维模拟技术及计算机技术，将与地质找矿有关的勘查地质、生产探矿、测量、样品分析等原始数据与图元资料进行综合整理与研究，将各种地质体的不规则边界和空间分布特征形象的展现在眼前，寻找各种地质找矿信息之间的相互联系，研究地质体的几何结构及其内部的物理、化学属性的变化规律，并用于地质综合研究与资源储量估算[1]。

陕西某铅锌矿山的地质找矿工作是以3DMine矿业工程软件为平台，利用矿山地质勘探数据、矿山生产测量、统计数据等原始资料，建立了矿区地表模型、矿体模型、断层模型、地层模型、开拓工程模型、钻孔数据模型以及基于实体模型建立的矿区块体模型，通过模型与数据分析，预测了有利成矿区段，为该矿区的深边部找矿工作圈定靶区。

3.1 地表三维模型

地表模型的建立可将地层分界线、矿体出露、断层线等插值投影到地表模型上，为地质体的空间分析提供参考依据。本次工作利用3DMine软件DTM表面功能对原始地形地质图进行处理，直接生成地表三维模型（图1），将地质信息投影至地表模型，可通过三维可视化准确分析矿体延伸状态，如该矿区地质平面图显示的矿体呈“雁形”排列，在三维空间却呈现为近东西向似层状分布。

图1 地质界线在地表模型的投影

3.2 地层实体模型

工作区主要出露的地层有为中统双河镇组（S2s）的4个岩性段，即深灰—灰黑色含炭千枚岩（S2s1）、灰色粉砂质千枚岩（S2s2）、灰—浅灰色粉砂质千枚岩（S2s3）、灰—灰黄色粉砂质千枚岩（S2s4），区域主要含矿层位为S2s2、S2s3两个层位，为研究区的主要控矿因素之一。

本次工作通过现场收集剖面图、地形地质图并对坑道工程进行现场编录等工作，利用软件使得平面投影高度位置与三维空间中的实际情况一致，将各个同类地层界线相连，然后通过实体模型间的布尔计算，确定实体的边界线，避免出现空隙、相交等其他不完整信息，完成了不同地层实体模型，从而展现出含矿地层的空间分布特征、变化趋势。

3.3 断层（断裂）实体模型

断层三维模型的建立对于地质勘探、生产及成矿研究都具有重要的意义[2]。断层的三维建模需要结合剖面解译结果或地下探矿工程的断层揭露位置，准确地表达断层的延伸方向、空间位置及对矿体延伸的影响程度，本次工作采用中段开拓巷道及区域地质图中显示的断层延伸、断面的错动方向对其进行了三维建模（图2）。断层模型的建立可有效分析断层与矿体的关系，断层错动对矿体延伸的影响等，如F3断裂带在矿区东部将3号矿体截断并发生东北向位移，使矿体在断裂带两侧出现一段空白地带。

图2 工作区断裂带实体模型

3.4 矿体（蚀变带）实体模型

已知矿体的三维模型、蚀变模型的建立对成矿规律的总结具有重要的意义，通过分析研究矿体（蚀变带）与地层、断裂带的空间分布关系，对寻找铅锌矿床的分布空间具有重要的指示作用。本次地质找矿通过对地表矿体露头、采矿工程揭露、钻孔见矿情况，对工程已控制的矿体在中段平面图上进行矿体圈定，利用软件生成已知矿体三维模型（图3）。

图3 已控制矿体实体模型

3.5 钻孔（属性）数据模型

钻孔数据库的建立是将钻孔的孔口坐标、孔深、测斜数据、样长、品位信息、岩芯信息等原始数据按照一定格式建立数据库，通常将坑道采样信息、探槽参照钻孔数据格式建立统一的地质数据库。通过三维可视化软件，可对钻孔数据库进行随时的更新、修改、查询功能，查看钻孔的空间立体分布状况。钻孔数据库是矿体、岩层三维模型的建立基础，也是进行储量计算与地质统计分析研究的依据。

3.6 块体模型

随着三维建模理论和三维空间插值技术的不断成熟，以三维矿体模型为基础通过空间插值技术来计算矿体储量已成为发展趋势。结合矿体形态、走向、倾向、厚度及空间分布特征，根据矿体实体范围，确定块体建模单元参数与建模范围。本次块体模型的建立以及地质统计学与插值理论的应用充分考虑了矿体空间变化及其品位空间变化特征，估值块体相对于各样品的相对位置及与邻近样品之间的关系，避免了块段法品位估值的缺点，提高了矿产储量估算的精度。

3.7 三维成矿预测

在建立矿床三维模型的基础上，分析地层、断层、矿体、蚀变体、钻孔等地质找矿模型之间的空间关系，提取与分析各控矿要素，得出矿体的特征变量（走向、倾向、倾角、厚度等）参数，确定研究区域蚀变模型及特征参数的取值范围，并利用插值理论为每一个块体单元块赋予属性值，通过单元属性的范围显示功能，可直接的显示出成矿有利区域，圈定地质找矿靶区。

本次研究工作通过综合分析各控矿要素，圈定了2个地质找矿靶区：

（1）480～580m标高之间，4～8号勘探线范围内2号、3号矿体在深部有一定的成矿前景；

（2）矿区西部1号矿体下盘有盲矿体的存在，具有一定的找矿前景，工作期间该区域施工的探矿巷道已揭露部分盲矿体。

4 三维地质建模技术的优点与不足

矿山的地质找矿工作需要了解矿山的地质特征、寻找地质体的空间分布规律、分析各元素的变化趋势，但这些要素在三维空间复杂多变，很难在有限的二维平面内对其进行详细描述。而三维地质模拟技术的应用，可以通过三维空间理论，将与成矿有关的地质体的空间分布关系、矿体的空间变化趋势、地质体的物理化学属性进行综合研究与对比分析，通过可视化的方法，快速、便捷地对信息进行及时分析与处理，更加透彻地分析各种地质问题，得出地质体间的空间分布关系、总结成矿规律，大幅提高了地质工作者的工作效率，节约了在制图、地质资料管理与应用过程中的时间与精力，降低了矿山地质勘查的风险与盲目的工程投入，实现传统地质工作向三维地质找矿的转变。

虽然三维地质建模技术对地质找矿工作有很好的指导作用，但在勘查应用中也存在以下的不足之处：

（1）原始数据格式复杂多样、建模时间较长。三维地质建模是以完整的地质、测量数据为基础，然而矿产勘查涉及地质勘查、基础地质、地球物理、地球化学、生产统计等多方面、多专业的地质编录、矿山测量、化验分析数据及成果资料，数据信息量繁多、格式不一，使得在短时间内很难准确、全面、快速地完成矿山数字模型的建立工作[3]。

（2）矿山勘查历史悠久，以往资料无法综合利用。矿山历年地质勘查资料、生产探矿、测量、样品分析等原始资料的收集、整理的准确性及完整性关系到建立的三维地质模型与实际情况的复合程度，是三维找矿预测的基础，也影响到最终储量计算、矿山开拓设计等方面应用的准确性。

（3）矿体的空间赋存形态极不规则，矿体受断层、褶皱等构造影响，经常出现分支复合、边缘形态复杂等现象，在复杂极薄矿体的剖面解译线连接时会出现自相交等现象，因此建立矿体三维模型不仅需要地质工作者的耐心解译，还需要灵活应用三维建模软件的各种连接方式和技巧，通过研究工作的深入，不断地更新与修改地质模型。

5 结论

矿产勘查技术已经建立了完善的理论体系并在实际工作中积累了大量的实践经验，而三维地质建模技术的发展对于矿山隐伏矿、深部找矿工作又推出了新的途径，然而三维技术应用在矿山勘查与生产中的时间较短、普及程度较差，又制约着三维技术指导地质找矿应用效果，因此，矿山采用三维建模技术管理模式，建立矿山三维模型，不仅可以提升矿山的管理水平与工作效率，还有利于数据共享与资料保存，缩短三维地质建模周期，为矿山深部及隐伏矿体的找矿工作奠定基础。本次工作中所采用的三维建模技术已成功应用于甘肃多个金属矿床的深部找矿勘探工作中，并通过坑内钻、地质钻探等工程对预测成矿区域进行了验证，取得了明显的效果，提高了深部找矿的效率。

[1]戎景会,陈建平,尚北川.基于找矿模型的云南个旧某深部隐伏矿体三维预测[J].地质与勘探,2012（1）:191-198.

[2]周涛发，袁锋，张明明，李晓辉，等.三维地质模拟在深部找矿勘探中的应用[J].安徽地质，2011（6）：100-104.

[3]倪平泽，刘修国，李超岭，李丰丹.3D矿床建模技术在数字矿产勘查中的应用[J].中国地质大学学报，2010（3）：444-452.

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1004-5716（2016）12-0101-03

2016-02-04

2016-02-05

刘亭（1985-），男（汉族），甘肃白银人，工程师，现从事矿山三维数字化建模、地质勘查、矿山地质方面的工作。