山东五莲七宝山地区多金属矿体三维模型预测与评价

王欣，陈建，李大鹏，张岩，王海芹，梁太涛，刘晓

(1.山东省第八地质矿产勘查院，山东省地矿局有色金属矿找矿与资源评价重点实验室，日照地质地理信息大数据研究院，山东 日照 276826；2.自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东省地质科学研究院，山东 济南 250013；3.山东理工大学，山东 淄博 255000)

0 引言

山东五莲七宝山地区自20世纪70年代发现中型金铜矿、大型硫铁矿以来，近几年又有新的突破，即发现了中型铅锌银多金属矿床，矿床均孕育在七宝山杂岩体内。在以往科研工作中，前人对金铜矿床地质特征、流体演化特征、成矿地球化学条件、控矿因素和七宝山火山机构等开展了大量的研究[1-6]。然而，受项目任务目标、研究内容等条件的限制，系统的成矿预测研究较少，尤其是在三维地质建模和深部预测方面显得比较薄弱[7-11]。

随着找矿难度的增加，深部和隐伏区的勘查重点逐渐受到重视[12-13]。在当前电子信息高速发展的时代，三维构建、模型预测逐渐成为新的技术找矿趋势[14-18]。因此，在七宝山地区利用新的成矿预测理论，结合以往勘查成果[19]，对区内矿床成矿模式和成矿预测进行研究，在完善深部成矿要素的基础上，构建矿床的多元三维地质模型，为实现深部找矿预测提供新的技术支撑和找矿参考。

1 区域地质概况

研究区处于NNE向的郯庐断裂和NE向的五莲-青岛断裂的交会部位，这2组构造是沟通深部岩浆房的重要通道。后期区域性上地幔突起，幔源物质上涌，造成了中生代火山喷发、次火山岩侵入，从而导致矿化活动的频繁发生。七宝山地区岩浆和成矿活动与胶莱盆地深部壳幔转化形成的深大断裂有关。伴随多期的岩浆活动，引发七宝山火山机构的形成，为中低温火山热液型多金属矿床的形成提供了有利的成矿地质背景。

区内主要受燕山期岩浆活动作用的影响，早期有大规模的火山喷发，在火山喷发作用中形成了中心式喷发的七宝山火山机构；晚期被强烈的岩浆侵入，侵入体主要为七宝山侵入杂岩体，其由不同期次、不同岩性的侵入岩组成，出露面积约25km2，平面形态为NW—SE向稍长的椭圆形，长轴长约5.5km，短轴长约4.5km(图1)。

1—第四系；2—王氏群红土崖组；3—青山群方戈庄组；4—青山群八亩地组；5—大盛群田家楼组；6—大盛群沟组；7—莱阳群曲格庄组；8—石英闪长玢岩；9—安山玢岩；10—辉石安山岩；11—闪长岩；12—辉石闪长岩；13—辉石二长岩；14—粗安斑岩；15—闪长玢岩；16—多金属矿化带；17—断裂带；18—张性断层；19—压性断层；20—张扭性断层；21—压扭性断层；22—断层；23—推测断层；24—地质界线；25—不整合地质界线；26—地层产状；27—钓鱼台硫铁矿床；28—金线头金铜矿床；29—七宝山多金属矿床图1 五莲县七宝山矿集区地质略图[20]

七宝山地区多期次火山岩浆活动使金、银、铜、铅、锌成矿物质不断聚集，并在合适的构造位置最终富集、沉淀形成工业矿体。区内硫铁矿矿体产出受到青山群火山岩地层的严格控制，其形成与青山群火山岩的喷出活动有关。而区内的金铜矿体主要赋存于七宝山杂岩体的金线头隐爆角砾岩筒内，金铜矿化在空间上与石英闪长玢岩-花岗闪长斑岩关系较密切，铅锌矿化则与细密斑安山玢岩的浅成侵入活动有关。

各期次的侵入岩在空间分布上密切相伴，按其野外产状、相互穿插关系及岩性特征等，可划分为4期：辉石闪长岩-闪长岩，辉石(角闪)安山玢岩，花岗闪长斑岩-石英闪长玢岩，安山玢岩-闪长玢岩[21]。

2 技术方法和工作流程

2.1 技术方法

在对七宝山地区多金属矿进行了系统研究的基础上，应用MapGIS 10、ArcGIS软件分别对前期平面地质图、剖面地质图、中段面地质图、地球物理图件、地球化学和遥感解译等图件进行处理，将坐标系统一到国家大地2000坐标系，高程统一到黄海高程系。使用三维地质建模软件3DMine和GOCAD，对勘查工程数据进行处理。将矿区平面地质图、剖面地质图和中段面地质图等校正到三维坐标系的精确位置，作为后续建模工作的基础。将钻孔柱状图中孔迹线、开孔坐标、岩性分层和样品分析数据提取后，制作钻孔模型。对于探槽数据，将其视作水平钻孔处理。本次工作提取剖面地质图中的矿体边界、平面地质图中的矿体露头、中段面地质图中的矿体形态，结合探槽和钻孔中的岩性分层信息，制作矿体的实体模型。同时，将实体模型转换为块体模型，并根据勘查工程中的样品分析数据对相关元素空间分布进行插值，完成块体模型的制作。

2.2 工作流程

资料的有效整合是整个项目得以顺利进行的第一步和重要前提。收集和应用到的资料包括：区域地质图、地形图、平面地质图、中段面地质图、勘查线剖面图、遥感地质解译图、探槽钻孔编录数据、可控源音频大地电磁测量等地球物理数据、水系沉积物测量等地球化学数据和研究区内主要勘查报告、研究报告、论文等，这些资料对建立七宝山地区多金属矿三维地质体模型和找矿模型起到重要的作用(图2)。

图2 三维地质建模及深部成矿预测流程图

3 资料收集与数据处理

3.1 平面地质图与中段面地质图

本研究中收集平面地质图13幅，中段面地质图6幅，全部为MapGIS格式。在MapGIS10软件中对数据进行处理，将6°分带的图件投影为3°分带，统一坐标系横坐标为6位，纵坐标为7位。对于不同年代的数据，如使用不同的坐标系，全部统一到2000国家大地坐标系。将所有图件的比例尺缩放为1∶1000，保持图面坐标单位与实际坐标在数值上一致，实现地理信息系统软件、三维地质建模软件的数据一致。以研究区数字高程模型为基础，将平面地质图在三维空间中显示，效果如图3所示。

图3 红石岗矿段中段面地质三维地质构建图

3.2 勘查线剖面图

本研究中收集整理到的勘查线剖面全部集中在杏山峪、红石岗、敞沟和金线头地区，共收集MapGIS格式勘查线剖面图61张，作为三维建模的基础剖面。各勘查线剖面较为细致地揭示了研究区矿体形态和空间位置特征，可用于提取研究区断裂、岩体及矿体等信息。由于勘查线剖面图为MapGIS格式，3DMine软件对MapGIS格式提供了良好的支持，可保存其图例、颜色、注记等信息，故本次工作，勘查线剖面图三维配准及显示在3DMine软件中实现(图4)。

图4 红石岗矿段勘查线剖面图三维显示

3.3 勘查工程图

矿床勘探工程包括探槽、浅井、浅钻等地表轻型勘探工程和钻探、坑道等深部勘探工程，所有勘探工程可抽象以钻孔为代表的勘探工程，在矿床三维地质建模中，抽象为表格数据来描述。其中，开孔坐标表描述钻孔等勘探工程在三维空间中的开孔坐标、工程深度及工程类型等信息，包括钻孔编号(hole_id)、三维空间坐标(X、Y、Z)、终孔深度(最大深度max_depth)和孔迹线类型(hole_path)等6个强制性字段，可增加用户特定字段；测斜数据表描述钻孔等勘探工程从地面向地下延伸的轨迹线，包括钻孔编号(hole_id)、测斜深度(depth)、倾角(dip)、方位角(azimuth)4个强制字段；岩性数据表描述钻孔为代表的勘探工程不同分段样品岩性信息，包括钻孔编号(hole_id)、取样深度自(depth_from)、取样深度至(depth_to)、岩石类型(rock_type)4个强制字段，其他属性字段样品编号(sample_id)可为空；样品分析数据表描述钻孔为代表的勘探工程不同分段样品测试分析对象的属性，包括钻孔编号(hole_id)、样品编号(sample_id)、 取样深度自(depth_from)、取样深度至(depth_to)、样长、各样品元素分析值等属性字段。

钻孔与探槽数据是勘查工程最重要的勘查结果，对于地质剖面的形成及其他深部信息的获取具有十分重要的作用。本次共收集利用MapGIS格式钻孔柱状图157个，提取测斜信息708条，样品分析记录12094条，岩性分层记录2691条。提取探槽179条，从中提取样品分析记录1952条(图5)。

图5 七宝山地区钻孔三维显示

4 矿体可视化实体三维模型

4.1 七宝山多金属矿体三维模型

从平面地质图、中段面地质图、勘查线剖面图和各勘查工程等三维空间配准结果中，提取三维空间中矿体数据，根据勘查工程中矿体圈连的规则，连接矿体边界，按照各矿种矿体圈定原则进行外推，最终得到七宝山多金属矿杏山峪矿段(图6)、红石岗矿段和敞沟矿段的矿体三维模型。

图6 杏山峪矿段矿体三维形态

4.2 七宝山地区三维断层模型

根据研究区1∶5万地质图、1∶2.5万地质图、1∶1万地质图、1∶2000地质图等地质资料，确定七宝山地区的“X”共轭构造、层间断裂构造以及全区断裂构造。根据地表露头测量、CSAMT和二维地震剖面解译的结果，确定各条断层的产状，完成研究区三维断层模型的构建。由于杏山峪、红石岗、敞沟矿段分布在断裂带或及其交会处，故根据三维断层模型可以提取找矿有利区(图7)。

1—七宝山杂岩体出露范围；2—七宝山多金属矿采矿权范围；3—金线头金铜矿采矿权范围；4—矿床或矿化点位置图7 七宝山地区断层三维模型

4.3 七宝山地区三维成矿预测模型

本次三维地质建模工作充分利用了地学大数据和全域勘查技术成果，系统收集整理了区域尺度的“地质、矿产、物探、化探、遥感、自然重砂、勘查工程”等多元地学信息三维勘查变量，通过开展多元地质信息数据的数据整理、标准化、转换、融合和分析，构建三维地质建模主题数据库。在三维地质模型中，将多元成矿数据进行属性叠加运算，计算七宝山地区成矿有利空间，得到七宝山地区成矿模型。在GOCAD、3DMine等建模软件支撑下，对立方块体进行赋值，通过对各个预测要素进行成矿有利条件分析与提取，进一步得出七宝山地区预测模型(图8)。

1—七宝山杂岩体出露范围；2—七宝山多金属矿采矿权范围；3—金线头金铜矿采矿权范围；4—窑头找矿靶区；5—矿床或矿化点位置；①—杏山峪矿段；②—红石岗矿段；③—敞沟矿段；④—金线头金铜矿；⑤—窑头隐爆角砾岩筒；⑥—钓鱼台硫铁矿。注：预测模型颜色由蓝色至红色，即颜色越暖反映成矿潜力越大图8 七宝山地区三维成矿预测模型

5 成矿预测效果

依托七宝山地区三维成矿预测模型，通过成矿信息量数据分析，采用地质体积法，共预测七宝山多金属矿Pb+Zn资源量53.04万t，Ag资源量822.05t(1000m以浅)。在排除已有的杏山峪矿段、红石岗矿段、敞沟矿段、金线头金铜矿和钓鱼台硫铁矿的基础上，新圈定窑头找矿靶区(图8)，并预测窑头找矿靶区Cu资源量20.74万t，Pb+Zn资源量15.37万t，Ag资源量120.80t(1000m以浅)。经钻探验证，在窑头找矿靶区新发现窑头隐爆角砾岩筒(图8)，探获2层铅锌铜矿体、2层铅锌铜银矿体、2层铜矿体和1层金铜矿体，共7层多金属矿体，累计矿心总长度19.25m，矿石质量较好，成矿预测效果突出。

6 结论

(1)七宝山地区成矿地质条件好，找矿潜力大，具有较大的找矿前景，是山东省下一步陆相火山热液型矿床的重点勘查区。通过系统收集研究区以往“地、物、化、遥、矿”等成果资料，最终建立了七宝山多金属矿体三维地质模型，通过本次研究进一步确定了五莲七宝山地区的成矿潜力，为该区深部找矿展示了新的方法和新的角度。

(2)本次工作在1000m以浅，预测七宝山多金属矿Pb+Zn资源量53.04万t，Ag资源量822.05t；预测窑头找矿靶区Cu资源量20.74万t，Pb+Zn资源量15.37万t，Ag资源量120.80t。

(3)经钻探验证，在窑头找矿靶区新发现窑头含矿隐爆角砾岩筒，钻遇7层铜及多金属矿体，矿石质量较好，找矿效果突出，证实了区域巨大的资源潜力，为后续找矿指明了方向。