云际铀矿床三维地质模型构建及分析

2021-07-30白芸朱鹏飞马恒朱静孔维豪曹珂

铀矿地质 2021年4期

白芸，朱鹏飞，马恒，朱静，孔维豪 ,曹珂

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.中铁资源集团绿纱矿业股份有限公司，北京 100039；3.中国地质大学（北京），北京 100083）

新时期我国核工业发展对铀资源提出了重大长远的新需求，发现和突破更多的铀资源是当前或今后相当长一个时期面临的重大而艰巨的任务。相山铀矿田作为火山岩型铀矿，在我国铀资源构成中具有非常重要的意义。目前，相山矿区的浅部勘探程度相对比较高，但主要限于浅表（小于500 m），对深部的研究和成矿前景预测涉及较少，因此，开展－2 000～500 m 空间找矿勘探对该地区的可持续发展显得尤为重要［1］。

三维地质模型的构建是利用计算机技术和数学相结合，对不同地质体、地质构造及其空间展布进行3D 展示的一种先进的技术方法，它能够表达地下各个地质体之间的空间分布和地质形态特征，对实现深部找矿具有重要的指导意义［2］。本文采用SKUA-GOCAD 软件进行三维地质建模［3］，该软件具有多样性的建模方法，其核心技术是离散平滑内插方法（Discrete Smooth Interpolation，简称DSI）。DSI方法具有一系列的优点，如自由选择格网模型，自动调整格网模型，实时交互操作，能够处理一些不确定的数据等，DSI 的这些优点决定了它在地质建模和可视化中的重要地位［4］。

本文基于云际铀矿床三维地质调查研究，收集整理云际矿床勘探等资料，运用SKUAGOCAD 软件流程建模方法，建立了该矿床三维地质实体模型，并结合地质背景和成矿规律，以期对成矿远景进行预测。

1 研究区地质概况

相山矿田位于赣杭火山岩带西南端的一个上侏罗统中酸性火山塌陷盆地（或称破火山口）内。相山破火山口是由发育于前寒武系褶皱基底上的上侏罗统的中心式火山口塌陷而成的。破火山口呈东西向的椭圆形，面积约300 km2。云际铀矿床位于相山矿田的北东部，为南北向、北东东向断裂和火山塌陷构造复合部位［5］。该区地层总体分为三层，基底主要为震旦系变质岩，基底之上为上侏罗统打鼓顶组和鹅湖岭组沉积火山岩。

矿区内断裂构造十分发育，根据空间分布可分为南北向断裂带和东西向断裂带两组。南北向断裂带包括云际主断层、云际-上谙大断层和云际-丰产断层，其中云际主断层是本矿床的主要含矿构造。东西向断裂带为云际-游坊断层和云际-凤岗断层（图1）。

图1 云际矿床地质略图Fig.1 Geological sketch of Yunji deposit

矿区内岩浆岩主要为斑状花岗岩，其侵入在隐晶质花岗斑岩和细晶质花岗斑岩之中，主要出露于云际村附近一带，呈团块状，不规则岩脉等形态产出。

2 三维地质模型构建

云际矿床建模区面积大约2 km2，建模深度为2 000 m。三维模型包括地形地貌模型、钻孔模型、构造-地层实体模型、岩体模型和矿体模型［6］。可以直观展示地层和断层、地层和矿体、断层和矿体之间的位置关系和空间展布。

2.1 基本数据处理

根据建模范围，收集云际铀矿床相关地质、物探、化探、遥感等资料，并对这些资料进行预处理，为三维综合建模工作做好数据准备。

本次研究共收集云际铀矿床报告1 份、附图58 张，其中附图包括勘探线剖面图42 张和附表14 张，统计得出共布设勘探线42 根，钻孔144个。

从报告附表中整理得到数据库，包括定位表、测斜表和属性表，其中属性表包括岩性表和品位表。利用MapGis 软件的三维坐标转换功能，将地质图、地质剖面图定位至三维空间中［7］（图2）。

图2 云际矿床三维工程示意图Fig.2 3D schematic diagram showing the exploration engineering for Yunji deposit

2.2 地形地貌模型

地形地貌模型可以真实的反应出地表的地貌情况，是矿床建模中不可缺少的一部分。在露天矿山和地采矿山中可以用来切割绘制平面图和剖面图，因此在采矿设计中具有重要的意义［8］。

利用MapGIS 软件将收集到的云际铀矿床1∶2 000 地形地质图进行等高线矢量化，并对高程赋值。然后将MapGIS 等高线数据（*.wl）转换为AutoCAD 格式（*.dxf），加载进SKUAGOCAD 建模平台［9］。

在SKUA-GOCAD 软件中，首先根据建模范围生成一个地形面，然后不断分裂这个面，同时用等高线进行约束，反复多次直到符合要求，然后利用贴图功能，将提前裁剪好的遥感影像，贴合到地形面上［10］（图3）。

图3 云际矿床三维地形地貌图Fig.3 3D remote sensing image around Yunji deposit

2.3 钻孔模型

首先，将定位表（包括钻孔位置X、Y、Z 和最大孔深等信息）、测斜表（包括钻孔名称、深度、倾向和倾角等信息）和属性表（包括钻孔名称，某一岩性起始深度及终止深度，岩性等信息），按SKUAGOCAD 软件规范的格式进行整理，并保存为.txt格式。在SKUA-GOCAD 软件中，直接进行加载，形成钻孔数据库。每个钻孔都生成了相应的岩性起始标志，钻孔三维模型见图4。但是，因为地形面是由等高线插值而得，所以钻孔的孔口高程与地形面不一定吻合，这就需要对地形面进行校正，使孔口位置与地形面严格一致［5］。这也是构建钻孔数据库的一大功能。

图4 云际矿床三维钻孔模型图Fig.4 3D borehole model of Yunji deposit

2.4 构造-地层模型

SKUA-GOCAD 软件提供的流程建模（Workflow）中的构造模型（Structural Modeling）建模功能模块，可以以向导模式半自动化建立地质体构造模型［11］。地质体模型根据物探1∶5 000 的AMT 剖面解译，下推至－2 000 m，模型－260 m 以下全部为基底（图5）。

图5 云际矿床地质体与构造模型图Fig.5 3D model of geological bodies and structure for Yunji deposit

本次建模地层主要有第四系、鹅湖岭组上段、鹅湖岭组下段、打鼓顶组上段和震旦系［12］（图6），其简述如下（表1）

图6 云际矿床地层模型图Fig.6 3D model of strata for Yunji deposit

表1 工作区地层简表Table 1 Strata in working area

矿区内断裂构造十分发育，根据空间分布可分为南北向断裂带和东西向断裂带两组（图7）。

图7 云际矿床构造图Fig.7 3D model of faults and boreholes for Yunji deposit

南北向断裂带包括云际主断层、云际-上谙大断层和云际-丰产断层。云际主断层出露于地表，全长3 km，贯通矿区南北。断层走向从南到北由北北东逐渐转为北北西，形成一个弧形，倾向西，倾角为50°～60°，上部转陡，下部变缓，是本矿床的主要成矿构造［13］。云际-上谙大断层呈南北向延伸，长达4 km，倾向西，倾角为60°，有幅度不大的偏扭，形状近于弧形，弯曲部向东凸起，是一个不含矿的构造。云际-丰产断层位于云际主断层的东侧，矿区的北部，大致呈南北向延伸，长1 km 左右，倾向西，倾角为60°，该断层亦为一个含矿构造。

东西向断裂带为云际-游坊断层和云际-凤岗断层。由于没有收集到云际-游坊断层的资料，本次建模工作没有构建该断层。云际-凤岗断层呈北西-南东向延伸，倾向西南，倾角为73°。

2.5 岩体模型

在矿区范围内岩浆岩为斑状花岗岩（以前称之为燕山期花岗斑岩），主要出露于云际村附近一带，海拔标高在0～460 m，呈团块状、不规则岩脉状出现（图8）。

图8 云际矿床岩体模型图Fig.8 3D model of landform and porphyry granite around Yunji deposit

2.6 矿体模型

云际矿床的矿体严格受云际主断层的控制，总的产状走向近南北，倾向西，倾角为50°～60°，沿走向延伸长度达1 250 m，矿体呈板状，90%矿体赋存于云际主断层上盘附近，矿体厚度较大，且连续，但形状不规则。局部放大矿体和云际主断层模型，可看出矿体走向与断层交角不大，一般为0°～20°（图9）。

图9 云际矿床矿体与云际主断层关系图Fig.9 3D model showing the relation of ore body to main faults for Yunji deposit

矿体富集的有利部位是呈“弧形“的云际主断层的中心部位及其与近东西向断裂构造的相交部位，矿体倾伏深度与断裂构造发育程度密切相关，总的情况是南部浅（标高215 m），北部深（标高－65 m）［14］（图10）。寻找同类型断裂构造及其确定它的有利成矿部位是今后扩大矿床远景的重要线索之一。

图10 云际矿床矿体分布有利部位图Fig.10 3D model of faults，boreholes and ore bodies for Yunji deposit

不同岩性的接触带对成矿亦有明显的控制作用（图11）。在构造与岩性条件都有利于成矿的条件下，如果断层上下盘是同一种岩性就不利于矿体的富集。断裂构造通过两种不同的岩性接触带才利于成矿，这种现象可能与断裂构造发育的选择性有密切关系。在同一种岩性内断裂活动呈简单的剪切活动，而在不同岩性的接触带，断裂构造规模就比较大，活动亦比较强烈，有利于矿液的涌入。

图11 云际矿床矿体与地层展示图Fig.11 3D model of ore body and strata for Yunji deposit

3 成矿远景预测

利用三维地质模型可以直观地查看地质体之间的关系，结合地质背景和成矿规律对矿床的成矿远景进行了预测（图12）。

图12 云际矿床成矿远景预测图Fig.12 3D model for the metallogenic prediction of Yunji deposit

1）矿区南部：不管是地表，还是深部，只有分散的矿化点或矿化现象，铀矿脉厚度小，品位低，没有工业价值。另外，本区的主要断裂构造云际-上谙大断裂是不含矿的。因此，预测结果为矿区南部找矿前景不大。

2）矿区北部：本矿床的主要含矿构造-云际主断层向北继续延伸，并在其东侧有一条与其近于平行的云际-丰产断层存在，该区具有一定规模的矿体。这说明矿体虽然受构造控制，但是与岩浆活动亦有密切关系，因为云际-丰产断层之所以由无矿变为含矿，是与花岗斑岩的出露有关系的。因此，今后工作重点应是上述两条断裂构造和花岗斑岩。

3）矿区西部：云际-游坊断层延伸至本矿区西部（云际村附近），另外，在矿区西北部有大片花岗斑岩出露，地质特点与北部相似。因此，推测具有成矿潜力，应该对该区进行更进一步的探查。

4）矿区东部：矿区东部的地质特征也与北面相似，在其外围有大量花岗斑岩出露。另外，云际-风岗推测断层可能通过本区。因此，也应该进一步探查。

5）矿区深部：云际铀矿体倾伏深度与断裂构造发育程度密切相关，本矿床主要含矿构造-云际主断层的特点是南部浅、北部深，因而矿体倾伏深度亦是南部浅、北部深。几个深部控制孔的资料表明，南部在215 m，北部在－65 m 处已经不存在工业矿体。因此，认为本矿床向深部的发展远景不大。