邹家山铀矿床2、3号带三维地质模型构建及应用

方启春， 罗建群， 朱鹏飞， 党飞鹏， 孙会饶，魏 欣， 吕 川， 陶尔侃

(1．核工业二七〇研究所，江西 南昌 330200；2．核工业北京地质研究院，北京 100029)

邹家山铀矿床是相山铀矿田中已探明的3个大型铀矿床之一，是国内第一个具有工业价值的火山岩型铀矿床，已探明储量占整个相山铀矿田近三分之一。邹家山铀矿床2、3号带位于4号主矿带北东侧，勘查深度较浅，以往认为该地矿体规模较小，矿体群向深部尖灭，找矿前景不大。近年来，核工业二七〇研究所在邹家山铀矿床2、3号带近外围开展铀矿勘查工作，在深部发现了新的找矿空间，包括矿体(群)和矿化蚀变带，以及特富品位矿体，取得了较好的找矿成果，扩大了该区铀矿资源量规模，显示该区较好的找矿前景。勘查结果显示在邹-石断裂带中的F1主断裂下盘、火山岩组间界面及基底界面附近、火山岩组间界面陡变部位等区域都是成矿有利部位，具有进一步找矿的空间。主断裂与火山岩组间界面的交叉复合部位是寻找特富品位矿体的有利部位。因此邹家山铀矿床2、3号带仍然具有较大的找矿潜力，值得进一步开展铀矿勘查工作。

国内外三维地质建模技术日趋成熟，三维可视化理论及技术方法逐渐应用于矿山深部隐伏矿体勘查工作中，并取得了丰富的成果(卢鹏飞等，2017)。GOCAD软件是国际上公认的一款主流三维地学建模软件，具有强大的三维建模、可视化、地质解译和分析的功能(张洋洋等，2013；王瑶等，2017)。根据矿区较为成熟的成矿、控矿理论，利用模型指导矿山深部及隐伏矿体的勘查及开采工作，是地质大数据时代发展的必然趋势(朱超等，2010)。在努力开辟新找矿靶区的同时，加强对已开采矿床的二次开发，挖掘老矿床的资源潜力，也是一种行之有效的找矿方法(罗建群等，2016a,2016b)。邹家山地区勘查找矿工作已进入攻深找盲阶段，找矿难度增大。邹家山铀矿床2、3号带的钻探和坑探数据丰富，为构建研究区精细三维地质模型提供了丰富的资料。通过构建研究区三维地质模型，可以直观地展示研究区-1 000 m以浅目标地质体的空间形态；对邹家山地区深部地质结构、控矿构造、矿化蚀变分布规律等进行综合研究，可以精准预测成矿有利部位，提高找矿效率，为进一步增加深部铀矿资源量提供依据。

1 区域地质概况

1.1 地质构造位置

邹家山铀矿床地处湘桂赣地块北东缘、华南板块与扬子板块的缝合部位(曾文乐等，2019)。矿床受贯穿整个研究区的北东向邹-石断裂带和火山塌陷构造联合控制，其中邹-石断裂带主要由呈北东向雁行排列的F1、F6、F7、F10等断层构成(图1)，具多期活动的特点。邹家山铀矿床由1、2、3、4、14、15、19号共7条矿带组成；4号带为主矿带，2、3号带位于4号主矿带北东侧；3号带赋存在F1北东段内，2号带处于F1与F6的夹持部位。

图1 邹家山铀矿床地质略图Fig.1 Geological sketch map of Zoujiashan uranium deposit1.地表矿体；2.断裂；3.火山塌陷构造；4.露天采场边界；5.灰色蚀变带；6.研究区

1.2 地层

研究区出露的地层较为单一(表1)，地表仅出露下白垩统鹅湖岭组上段碎斑熔岩(K1e2)，深部主要为下白垩统打鼓顶组上段流纹英安岩(K1d2)及基底青白口系变质岩(Qb)。

表1 研究区地层简表Table 1 The stratum of study area

1.3 构造

邹家山铀矿床主要受区域性断裂和相山盆地火山塌陷构造联合控制。矿床内断裂、火山塌陷构造十分发育。邹-石断裂带是贯穿邹家山铀矿床的主断裂，走向为30°～60°，倾向北西，倾角较陡，为70°～85°，长约为10 km，宽约为100～200 m(胡荣泉等，2013)。在2、3号带范围内主要有F1、F6断裂(表2)。断裂两侧地层发生显著位移，北西盘相对上升，局部见F1断裂两侧地层垂直断距约150 m。断裂结构面较为平直，走向呈舒缓波状。断裂中见有构造透镜体，构造泥、斜冲擦痕、镜面，平面上似右行排列。F6断裂地表露头的擦痕、阶步显示有顺时针方向扭动，说明该断裂经受过多期次的活动，为一继承性断裂。除F1断裂本身含矿外(3号矿带)，其他仅在局部区段揭露到铀矿化，主要表现为矿后构造活动的形迹。

表2 邹家山铀矿床2、3号带主要断裂一览表Table 2 The main faults of the No.2 and No.3 belt of Zoujiashan uranium deposit

1.4 矿体地质特征

矿体在空间分布上具有成群、成带、总体产状近于一致，并呈侧列展布的特点。总体上，矿体数量多，规模小；多数形态简单，呈单脉状、透镜状，少数矿体形态较复杂呈囊状、折线形、弧形、“Y”形、“人”字形和树杈状等；品位和厚度变化系数较大，矿体富集部位明显。单个矿体规模不大，而多个矿体平行侧列所组成的矿带往往可延伸上百米。矿体在空间分布上总体产状近于一致，但不同矿带间存在差异。2号带呈北东向分布于主断裂两侧的构造裂隙中，3号带呈主脉状赋存于主断裂破碎带中，矿体赋矿标高为-210～230 m，总体走向为35°，倾向北西，倾角10°～63°；含矿岩性主要是碎斑熔岩和流纹英安岩。矿石矿物以沥青铀矿、含钍沥青铀矿为主。金属矿物有赤铁矿、黄铁矿、方铅矿等。脉石矿物有绢云母、绿泥石、萤石等。根据矿物共生组合、近矿围岩蚀变及其与矿化的相互关系，矿石可划分为2种类型：铀-赤铁矿型、铀钍-萤石型。

1.5 围岩蚀变

矿床内蚀变普遍发育，常见有水云母化、钠长石化、赤铁矿化、萤石化、碳酸盐化等。蚀变具有多期多阶段活动特征，往往沿同一构造裂隙互相叠加，呈明显的蚀变分带特征。从矿前期到主成矿期，蚀变增强而宽幅逐渐变小，并形成以铀钍-萤石、水云母化为中心的对称中心式蚀变分带，即中心往往是强萤石化或强水云母化蚀变带，其旁侧为早期形成的赤铁矿化蚀变带，而最外侧为矿前形成的水云母化灰色蚀变带。

2 控矿因素分析

2.1 构造控矿

邹家山铀矿床2、3号带铀矿化主要受邹-石断裂带北东向F1、F6断裂控制。2号带矿体产于F1断裂上盘；3号带矿体产于F1断裂中。F1断裂既为含矿构造又为导矿构造。区内弧形火山塌陷构造是盆地火山塌陷构造的一个区段；陷落形成阶梯状塌陷陡坡(变陡部位)，造成塌陷部位岩层变陡和从打鼓顶组与鹅湖岭组岩组界面附近到基底界面间的不同地层、岩石发生了不同程度的变形，在组间界面产生一系列的挠曲甚至倒转。

邹-石断裂带深切基底变质岩，其多期次活动为成矿热液的运移提供了主要通道。火山塌陷构造与区域性断裂构造复合，导致了强烈的岩块陷落，并相互挤压牵引，使层间界面变陡，形成了一系列挠曲、褶皱及密集的裂隙群，为含矿热液的沉淀、富集提供了有利场所。

2.2 界面控矿

2.2.1 火山岩组间界面控矿

火山岩组间界面为构造薄弱带，矿体多集中产于火山岩组间界面附近的裂隙密集带中。鹅湖岭组碎斑熔岩及打鼓顶组流纹英安岩同属脆性岩石。在构造应力作用下，界面附近岩石由于脆性的物理性质，易产生裂隙，使岩石破碎，这为含矿热液的运移及沉淀提供了有利场所，有利于含矿热液在该界面附近富集成矿。火山岩组间界面陡变部位附近也是矿体赋存的有利场所，由于陡变部位物理、化学性质变化较大，有利于铀的富集。

2.2.2 构造与火山岩组间界面联合控矿

在F1断裂与火山岩组间界面的复合部位，尤其是控矿断裂与组间界面变陡的复合部位，裂隙密集发育，使得岩石破碎强烈。它既为含矿热液的运移提供通道，也为成矿物质富集、沉淀提供储存空间，是形成特富矿体的有利部位(周邓等，2017)，又是寻找特富矿体的重要部位。

2.2.3 基底界面控矿

基底界面控制的矿体产状较为平缓，界面多为打鼓顶组流纹英安岩与青白口系变质岩岩性界面。由于该界面两侧岩石物理性质、化学成分差异较大，使得界面附近岩石受应力易产生裂隙密集带，易成为构造薄弱区，导致成矿物质在此富集、沉淀。由于该界面埋藏较深，前人对其探索相对较少，所以该界面具有较大的找矿潜力。

2.3 蚀变控矿

研究区内F1和F6断裂旁侧的次级构造破碎带、裂隙密集带、火山岩岩性界面、基底界面附近，发育大面积强烈的热液蚀变，改变了围岩的物理力学性质，不仅使新生矿物与原生矿物体积发生了变化，也使岩石的孔隙度及微裂隙发生改变，导致岩石更易破碎，形成蚀变破碎带。遭受蚀变的构造破碎带，一方面为成矿热液的运移和矿质沉淀提供必要的通道和容矿空间，另一方面蚀变后的岩石铀含量增加，产生预富集，为成矿创造了有利的物理化学条件(周玉龙等，2010)。

3 三维地质模型的构建

3.1 建模数据及流程

研究区面积约为0.85 km2，模型底板标高设计为-1 000 m。主要建模资料有1∶1 000勘探线剖面图共30幅，其中1线至45线有23幅、2线至14线有7幅；1∶2 000地形地质图有1幅；1∶1 000中段平面图有11幅，标高从150 m至-250 m，间隔-40 m。各地质图件导入GOCAD软件前需统一比例尺并进行几何校正来消除图形误差，以此提高数据的可靠性。模型的构建采用勘探线剖面建模方法，步骤如图2。

图2 剖面建模流程图Fig.2 The flow chart of profile modeling

3.2 数字高程模型(DEM)的构建

在MAPGIS软件中矢量化地形地质图中的等高线并附上高程属性，等高线范围应大于建模范围，便于后期裁剪拼接，将其转化为DXF数据格式后导入GOCAD软件中。将导入后的等高线数据转化为散点群数据，利用构造建模流程法(简称SMW)构建DEM，网格密度设置为10 m×10 m。构造建模流程法运用了GOCAD软件中的离散光滑插值(DSI)功能，曲面中的三角网格大都细分成了等边三角形(孟小红等，2001；张聚兴，2006)。DSI具有较强的局部编辑功能，能校正模型中因克里金插值而引发的局部几何形变，使得构建的模型更接近实际情况(张燕飞等，2011；赵增玉等，2014；吴志春等，2015)。将构建好的DEM贴上地形地质图的纹理，最终得到赋有地质属性的DEM(图3)。

图3 邹家山铀矿床2、3号带DEMFig.3 The DEM of the No.2 and No.3 belt of Zoujiashan uranium deposit

3.3 井巷工程的构建

邹家山铀矿床经过多年的采掘，有着复杂的巷道系统。收集到的中段采掘工程平面图共11幅，中段标高从-250至-150 m，各中段间隔为40 m。水平巷道有较多分支，在建立水平巷道的过程中，先构建每一个中段的主巷道，在此基础上建立其他较小的分支巷道。确定各平巷轴线，通过平巷轴线构建平巷，应遵循先构建主巷道再构建分支巷道的原则(罗建群等，2016a)。构建完的平巷中各巷道相互穿插但不连通，与实际情况不符，因此需要将其相互切割，删除两巷道穿插处其内部多余的面，最后得到相通的水平巷道模型(图4)。

图4 巷道及模拟钻孔模型Fig.4 The model of laneway and virtual drill 1.巷道；2.模拟钻孔及编号

3.4 地质界面的构建

地质界面主要为断层面、地层界面等。构建断层面，应先建立研究区内构造框架模型后再构建其他类型界面。构建断层面时，由于断层的数据量相对较少且局部产状存在突变情况，有限的数据难以控制其深部形态，所以在断层面的构建过程中需要做一些辅助线来控制其形态。先复制两端的断层线，分别顺势移动至两端外，以便后期对断层面进行裁剪。然后用200 m间隔的水平面裁剪断层线，得到各水平面与断层线之间的交点。将交点设置为控制节点并连接成一条折线，对折线进行加密节点并平滑处理，使得控制节点之间能够平滑过渡，最终得到各水平标高的平滑曲线。根据SMW方法利用这些曲线构建出初始断层面，然后将勘探线剖面上的断层线及地质图中对应断层线作为约束条件对初始断层面进行约束、平滑处理，得到最终符合实际情况的断层面(图5)。

图5 断层面的构建过程Fig.5 The establishment process of fault planea.矢量化勘探线剖面中的断层线；b.添加两端辅助线；c.利用水平面裁剪得到的辅助线构建的初始断层面；d.裁剪后的断层面

在地层界面的构建过程中，先矢量化勘探线剖面图上的地层界线，将其按岩性进行分类。若地层界线形态较为复杂，则需在复杂地层界线两侧进行插值处理，计算机插值的辅助线形态介于其两侧地层界线之间，这使得地层界面能在形态复杂部位平缓过渡。按需求对有限数据内插辅助线，根据SMW方法生成各目标地质体的界面，然后利用勘探线剖面上的地层界线对其进行约束、离散平滑处理。

根据新、老地层的切割规律，用新地层对老地层进行切割处理，除去多余部分后便得到研究区内的目标地质界面，然后利用与各地质单元相关联的界面进行组装，并赋予其对应的地质颜色属性，最终得到各地质单元的面模型。

3.5 三维地质面模型的组合

矢量化勘探线剖面中的矿体边界线，以此对矿体进行标记。以DEM面、-1 000 m水平标高面分别作为模型的顶、底板，根据研究区范围构建模型外边框，然后将各建模地质单元的面模型进行组装，最终得到邹家山铀矿床2、3号带三维地质面模型(图6)。该模型包含了碎斑熔岩、凝灰岩、流纹英安岩、砂岩、变质岩、构造、巷道、矿体共8个模型单元，可以对单个模型单元进行三维展示，也可以根据需求对多个模型单元进行叠加展示。

图6 邹家山铀矿床2、3号带三维地质模型Fig.6 The 3D geological model of No.2 and No.3 belt of Zoujiashan uranium deposit1.鹅湖岭组上段碎斑熔岩；2.鹅湖岭组下段凝灰岩；3.打鼓顶组上段流纹英安岩；4.打鼓顶组下段砂岩；5.青白口系变质岩；6.构造；7.巷道；8.矿体

4 模型的应用

4.1 深部成矿特征及成矿预测

根据在模型中标记的铀矿体空间展布情况，铀矿体在空间上富集部位清楚，具有分布集中、成群、成带、总体走向近乎北东向的特点，垂向上铀矿化主要集中在-130 m至150 m范围内。北东向F1、F6断裂构造为区内主要控矿构造，在F1和F6断裂旁侧、断裂夹持部位和火山岩组间界面(碎斑熔岩与流纹英安岩界面)陡变部位的交汇部位铀矿化较为集中(图7a)，多呈群脉状产出，且品位较高。含矿岩性主要为碎斑熔岩及流纹英安岩，组间界面北西段埋深较浅、南东段埋深较深。空间上大致以F1为界线，在F1东侧组间界面整体往南西向倾斜，北东段组间界面陡变部位矿体分布较为集中(图7b)；南东段靠近1号带附近，组间界面急剧变深，由于该区段碎斑熔岩厚度大于700 m，施工难度较大，所以由钻孔揭露到的组间界面信息有限，该区段的组间界面是深部探索的重点部位。

图7 铀矿化与组间界面的空间关系Fig.7 The spatial relationship between uranium mineralization and the interface of intergroupa.铀矿化空间分布图；b.铀矿化与组间界面的空间关系图

研究区内的基底界面(流纹英安岩与青白口系变质岩界面)的空间展布形态与组间界面类似，整体呈南东向倾斜，且在南东段形态陡变(图8)。在研究区的北东段，基底界面埋深较浅，在基底界面突变部位揭露到了多段矿体，显示基底界面也是铀矿化富集的有利部位。所以在空间上，研究区矿化特征大致符合前人总结的“三界面”赋矿规律，即主干断裂构造面、基底界面、火山岩体组间界面的突变部位是成矿的有利部位(张万良等，2005；张万良，2005；黄振等，2014)。由于控矿构造和界面组合形式的多样性，导致矿床(体)具多相位、多部位、多层位的产出特点。

图8 基底界面与铀矿化的空间关系Fig.8 The spatial relationship between uranium mineralization and the basement interface

以前人总结的“三界面”赋矿规律为主导找矿思路，根据模型的三维空间特征，对模型进行了定性分析，除去一些工作程度很高的地段外，发现在研究区西南段第27号勘探线至37号勘探线之间，存在1处成矿有利部位。该部位位于北东向主干断裂F1与F6的夹持区域，空间上处于火山岩组间界面往南东向陡倾部位，深部地质控制程度较低，符合组间界面与构造界面复合控矿理论。在地质图上圈闭出了1个成矿有利部位(图9a)，并在空间上对该部位进行了圈定(图9b)。该区域地表地势相对平缓，便于钻探施工，平均海拔约210 m，预测成矿标高在-100～-330 m，预计钻孔见矿深度为310～540 m。

图9 模型中圈定的铀成矿有利部位Fig.9 The favorable position for uranium mineralization in the modela.成矿有利部位在地表投影位置；b.成矿有利部位在空间上的位置

4.2 辅助钻孔设计

利用初步构建的三维地质模型，为2017年度邹家山铀矿床2、3号带普查项目及2018年度邹家山-如意亭普查项目布设的钻孔提出了参考及优化建议。具体内容包括钻孔与巷道是否保持在安全距离、钻孔设计书中各界面深度与模型中各界面揭露深度是否一致、钻孔设计能否达到相应地质目的等。

研究区内共有11层中段，水平标高为150 m至-250 m，中段间隔-40 m，每层中段沿矿体走向均布满了巷道。在2017—2018年设计的钻孔中，有6个钻孔靠近地下巷道。为了查证钻孔轨迹是否与地下巷道保持安全距离，通常需用几何学方法计算出设计钻孔在每个中段平面上的揭穿点坐标，然后将该点坐标投影到每个中段平面图上，通过量算每个中段平面图内揭穿点与巷道之间的距离，并结合施工钻机在钻进施工中的最大偏斜距来衡量钻孔与巷道的距离是否在施工安全范围内。该方法计算复杂且工作量大，不能快速掌握钻孔空间轨迹。如果计算结果不在施工安全范围内，则需要在不影响地质设计目的的前提下重新设计钻孔，调整孔位、方位或倾角等，重新对各中段揭穿点坐标进行计算并逐个中段进行投影。构建虚拟钻孔能直观地展示钻孔与各层巷道的空间位置关系，钻孔轨迹调整也较为简单，为快速而准确地布孔提供了空间依据，提高了工作效率。

2018年度为了探索F1下盘深部流纹英安岩中的铀矿化信息，在研究区5号勘探线东侧外围附近设计了钻孔ZK7R-1。依据小区块灵活建模思路，单独构建了研究区5号勘探线至13号勘探线剖面的精细三维地质模型。根据模型，最初设计的钻孔在150 m中段和110 m中段离最近坑道分别为2.5 m和9.5 m，未达到钻孔施工安全要求，后将孔位向北西挪50 m以避开底部巷道。设计的钻孔与组间界面的揭穿点在组间界面的陡变部位，满足地质设计需要。钻孔ZK7R-1设计方位245°，倾角80°，孔深500 m，根据模型预计该钻孔在水平标高-12 m处揭穿组间界面，在水平标高为-220 m处揭穿基底界面(图10)，预计主要见矿位置在鹅湖岭组与打鼓顶组组间界面附近的裂隙密集带中。

图10 钻孔ZK7R-1模型Fig.10 The model of drilling hole ZK7R-1

经后期钻探施工验证，该孔揭露的组间界面水平标高为-13.2 m，与模型基本一致，但未揭露到基底界面。后经分析发现该区段深部地质情况较为复杂，处于基底界面的陡变部位，深部地层形态在小范围内变化较大，而且周围没有足够钻孔数据对基底界面进行有效控制；误差来源于地质变量的随机性，是在对深部稀疏数据插值处理时由已知点加密到未知点的不确定性所产生的。

5 结论

(1)根据勘探线剖面及地质图等资料构建了邹家山铀矿床2、3号三维地质模型，确定了各目标地质单元的空间形态，直观展现了地下-1 000 m以浅三维地质体、各个地质体之间的接触关系、构造与岩体的空间关系，为研究区内成矿预测提供了直观的地质依据。

(2)综合分析、总结研究区内铀矿化富集规律，提取了该区断裂、界面及蚀变等成矿要素；根据模型中标记的铀矿化信息，在F1和F6主干断裂及其与火山岩岩性界面的复合、陡变部位均发现了铀矿化富集现象，这与前人总结研究区的铀矿化规律一致，可作为该区重要的铀矿化空间定位条件来指导后期的找矿工作。

(3)通过虚拟钻孔可以快速查证设计钻孔的可靠性与合理性，并为钻孔调整提供空间依据。

(4)综合成矿要素对邹家山铀矿床2、3号带三维地质模型进行了定性分析，在F1与F6南西段夹持部位圈定1处铀成矿有利部位。