广东长江铀矿田长排地区三维模型构建及意义

2022-07-27白芸朱鹏飞祁家明叶永钦刘军港孙璐朱静曹珂李晓翠孔维豪刘琳莹

铀矿地质 2022年4期

白芸，朱鹏飞，祁家明，叶永钦，刘军港，孙璐，朱静，曹珂，李晓翠，孔维豪，刘琳莹

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.核工业二九〇研究所，广东韶关 512000；3.中国地质大学（北京），北京 100083）

随着地表矿、浅部矿的日益减少，地质找矿难度日益增大且找矿效果日益降低，深部矿的找寻已经成为许多国家和地区找矿的主要对象［1］。同时，随着计算机技术的发展，越来越多的矿床需要真实的地表和地下模型，以查看各种实体的空间分布关系，如构造的展布、矿体的形态特征、矿体的埋藏状况以及与其他地质体的空间关系等，以便准确地预测矿体的深部延伸趋势，编制更加详尽和清晰的探矿工程部署图，以提高工程部署的准确性及预测未来的施工方向［2］。本文基于长排地区地质勘探资料，利用3DMine 软件构建了长排地区三维地质模型，建立该地区地表模型、钻孔数据库、矿体模型、岩体模型和构造模型，为长排地区深钻选址、深部成矿预测和下一步勘查工作部署提供科学依据。

1 区域地质概况

长排地区位于长江矿田中部，北接棉花坑矿床［3］，处于长江断陷带中部，受油洞断裂及黄溪水断裂带夹持控制［4］。区内岩浆活动频繁，矿区范围内主要出露有印支期中粒斑状二云母花岗岩和燕山期中粗粒斑状黑云母花岗岩、细粒斑状黑云母花岗岩，其次为中基性岩脉和碱交代岩等。区内断裂构造发育，纵横交错。断裂方向主要有：北西、北东、北北西向3 组，其中北西向主要有油洞断裂，北东向构造主要有53、54、59、62 号带等，北北西向构造主要有60、61、63、78 号带及9 号带（南段）等构造带［5］（图1）。

图1 长排地区地质简图Fig.1 Geological sketch of Changpai area

建模范围内，构造主要为61 号带和7 号带、油洞断裂和两条南北向断裂F1和F2。北西向油洞断裂，是本区的控矿构造，也是含矿构造。在区内出露长约1 000 多米，宽度按照平均厚度10 m 处理。其被两条南北向断裂F1、F2和7 号带分割为4 个部分，为便于介绍，从北西向南东依次定名为油洞断裂第一段，油洞断裂第二段，油洞断裂第三段，油洞断裂第四段。

北北西向断裂61号带和7号带，在本区极为发育，是本区的主要含矿构造带。61 号带在地表出露，7 号带在7 号带7 号勘探线以北出露地表，以南隐伏，在7 号带25 号勘探线以南尖灭。其总体走向为320°～350°，倾向北东，局部倾向南西，倾角一般为75°～85°。长度均在1 000 m以上，由北向南纵贯全区。该组构造带地表出露宽度一般为0.5～5.0 m，往中深部均有变宽的趋势，如61 号带，深部宽度可达几十米。构造蚀变带宽度还控制了铀矿化宽度，构造蚀变带宽度增大部位往往铀矿化较好，矿体变富、变大［5］。

区内铀矿化（体）严格受断裂带控制，矿体主要产于北西向油洞断裂及北北西向61、7、60、9（南段）号带的构造蚀变带中；矿体产状与构造带产状基本一致，大多数矿体走向为北北西—北西向，约325°～355°，倾角65°～87°，呈带状、透镜状产出［6］。

2 长排地区三维模型建设

利用二维图件建立三维地质模型是一个较繁琐的过程，需要从大量二维图件中提取三维建模所需要的数据［7］。本次建模工作收集到长排地区地形地质图、70 条勘探线剖面图等资料，利用3DMine 软件完成了地表模型、钻孔数据库、矿体模型、岩体模型和构造模型的建设，在后续的应用过程中起到了重要的作用。

2.1 地表模型建设

地表模型可以真实反映地形的高低起伏，直观指示构造位置，地质界线，是建模不可或缺的一部分。从收集的地形地质图中，提取等高线图层，经MapGIS 图像变换、校正，实现坐标的配准，赋真实高程后，在3DMine 中形成地表模型［8］。这种不规则的曲面常用TIN（Triangular Irregular Networks）表达，即用一组相邻但不重叠的不规则三角形平面片构成的网络来表达不规则曲面［9］。而生成TIN 的方法主要采用Delaunay 三角形连接法［10］。

地表模型建成后可贴合与之相对应的地质图和遥感影像图，进而达到真实显示的效果（图2）。这样在进行深钻选址工作时，就能在地表模型上查看孔口所在位置的真实地表情况，如若在交通不便利的地方，可以及时修改孔口所在位置，不用到实地进行观察。

图2 长排地区地表模型示意图Fig.2 Schematic surface model of the Changpai area

2.2 钻孔数据库建设

3DMine 软件是通过外接数据库来进行存储的，也就是先在Excel 表格中整理地质信息基础数据，再倒入软件中，最后保存于Microsoft Access数据库中［11］。钻孔数据库主要包括4 张表，分别是定位表、测斜表、岩性表和品位表。本次工作没有收集到相关文字材料，所以数据库所有信息都要从相关剖面图中提取。这就要对剖面图进行二维到三维的转换［12］（图3）。根据转换后的剖面，还原钻孔轨迹，提取钻孔定位、侧斜和岩性表中的信息。根据剖面中附带的品位表，录入钻孔数据库所需品位信息，至此钻孔数据库的基本信息已录入完成。

图3 长排地区三维状态下的勘探线剖面示意图Fig.3 Schematic 3D exploration section in Changpai area

长排地区共转换70 张勘探线剖面图，提取100 个钻孔的定位和测斜信息，完善了每个钻孔的岩性属性，录入了每张剖面的品位信息。

建立钻孔数据库后，还需要设置显示风格，一方面为了区分岩性，对岩性表中岩性的显示颜色进行设定，另一方面为了便于圈定矿体，对矿化表中品位的显示颜色进行设定［13］，图中红色为钻孔中铀矿品位大于0.05，这样就可以三维视角查看钻孔，浏览钻孔的位置、轨迹、岩性、品位等信息（图4）。还可以沿勘探线生成竖直剖面图，进行地质解译，圈定矿体。

图4 长排地区钻孔数据库Fig.4 3D Borehole presentation in Changpai area

2.3 矿体实体建设

矿体实体模型是整个三维模型构建的核心部分，可以厘清矿体和各个控矿要素之间的关系，清晰地发现铀矿化（体）富集部位，也可以获得任意地段资源量，对深部成矿预测发挥了重要作用［14］。

矿体模型的构建方法主要有3 种：勘探线剖面建模，矿石边界品位建模和钻孔数据建模［15］。长排地区矿体模型的构建结合了钻孔数据库中录入的品位数据和勘探线剖面提取的矿体线来圈定矿体轮廓线。完成矿体圈定后，进行实体验证，检查矿体实体是否存在逻辑错误，如有错误，还要进行实体的编辑完善，使实体模型最终通过实体验证（图5）。通过实体验证的矿体模型，可以快速报告出相关体积和面积，使用选择集的概念，可以求出任意指定矿体模型的体积，从而求出矿体的资源量［16］。

图5 长排地区60、61、7 号带和9 号带（南段）矿体展示图Fig.5 3D presentation Orebody No.60，No.61，No.7 and No.9（South Section）in Changpai area

长排地区铀矿化在垂向上具有明显的变化特征，中上部由于矿后期的脉体较发育，矿化不连续且品位较低，而往深部由于矿后期脉体较少，矿体相对品位较高［5］。此外，矿化垂深亦受构造控制，浅部矿体厚度薄、品位低，且较分散，多以透镜状或扁豆状产出；深部矿体则厚度较大，品位高，呈较为连续的带状产出且矿化垂幅较大，上限标高500 m，下限标高-500 m，矿化垂幅达到了1 000 m［17］，且深部矿体没有尖灭，深部仍具有较大的成矿潜力。

2.4 岩体模型建设

从转换为三维的勘探线剖面图中，提取燕山期和印支期花岗岩的界线，再提取钻孔数据库中燕山期花岗岩和印支期花岗岩的岩性分界点，用这两种不同类型的岩性界限，拟合岩体分界面。在3DMine 中，以建模范围为边界，建立一个盒子，再用地表切割提前作出来的盒子，这样就做出地表以下的部分，再用拟合出来的岩体分界面切分地表以下的部分，就做出岩体模型（图6）。

图6 长排地区岩体模型示意图Fig.6 Schematic 3D presentation of plutons in Changpai area

区内岩浆活动频繁，主要为燕山期花岗岩和印支期花岗岩。地表主要出露燕山期花岗岩，印支期花岗岩出露于东南角，岩体接触面从东北向西南逐渐变深，铀矿化（体）主要产于印支期和燕山期的花岗岩中。

2.5 构造模型建设

构造模型不仅可直观地展示地质构造的空间展布特征，还可反映构造与矿体间的相互关系。准确掌握断层的几何形态、空间展布及相互关系等特征是地质工作的一项重要任务。传统的断层描述方法一般是各种类型的平面图、剖面图、钻孔柱状图等，这些方法一般局限在一维、二维，难以立体、直观地进行三维展示，往往造成对构造空间关系的不同理解，不能满足实际工作的需求［18］。为此，需要建立断层的三维空间模型，将复杂断层的空间展布及其与矿体之间的关系三维展示出来，从不同方位观察构造之间的关系。

油洞断裂有4 段，涉及到第一段的剖面图很少，只有两张，所以，第一段采取的是提取剖面中断层线和地形地质图中断层轮廓线的方式建立的。长排地区钻孔能控制的构造最深深度为-484 m，由于这个模型是对深部的预测，深度需要达到-2 000 m，因此-484 m 以下的构造产状都需要推测。根据地质认识，认为该地区的构造从浅部至深部是稳定的［19］，延续了钻孔揭露出的构造产状。因此，油洞断裂第一段深部推测部分是按照提取的剖面上的断层线产状向下延伸的。没有涉及到油洞断裂第二、第三和第四段的剖面，因此他的构建只能依靠3 个野外地质观测点，横向上按照方位角延伸，纵向上按照倾角向下延伸到-2 000 m。采用多源数据耦合的方式，即充分利用现有的数据，耦合生成符合实际地质情况、能够表达复杂地质现象的三维空间数据模型［20］。

61号带和7号带采用的是提取剖面中断层线的方式建立的，断层线是建立断层实体的数据基础。由于61 号带和7 号带构造产状稳定，提取的所有61 号带和7 号带剖面的断层线都需要按照剖面上的断层线产状，向下延伸到-2 000 m，用以推测深部构造展布。

南北向断裂F1，北面达建模边界，南面与油洞断裂第一段相交；F2断裂北面与油洞断裂第三段相交，南面与油洞断裂第四段相交，由于两条断裂的倾角都是90°，从地表直接向下推测到-2000 m 即可。

最后将构造模型叠加，为后期的应用奠定坚实的基础（图7）。

图7 长排地区构造叠合图Fig.7 Superimposed structure map of Changpai area

3 模型综合分析及深部找矿前景

将钻孔数据库、地表模型、矿体模型、岩体模型和构造模型结合起来，集成长排地区数字模型（图8）。

图8 长排地区各实体模型叠合展示图Fig.8 3D presentation of solid models in Changpai area

通过建立长排地区的三维模型，全面展示整个矿区的地形、岩体分界面、构造和矿体的三维空间分布特征，可绘制矿体、岩体和构造带的平、剖面图等成果图件；也可进一步计算矿体的资源量，大大提高了工作效率［21］。基于长排地区三维模型，根据地质理论认识，进行了深部钻孔的选址，于-1 550 m 深度发现最深工业铀矿，与模型预测见矿深度仅差10 m，证明所建模型准确性高。

通过模型综合分析，得出主要认识：

1）长排地区铀矿体严格受构造蚀变带产状和形态控制，特别是北西向油洞断裂、北北西向含矿构造带61 号和7 号带，铀矿化（体）在主构造带赋存部位较深，标高-500 m 以下构造尚未尖灭，而且在油洞断裂标高-1 550 m 处又探出有厚大的铀矿体，说明成矿构造及矿体有往下延伸的趋势，深部具有较好的找矿潜力和找矿空间；

2）铀矿化（体）主要产于印支期和燕山期的花岗岩中，该期次的花岗岩铀含量高，为铀成矿提供丰富的铀源。已有钻孔对构造带和矿体控制程度不够，结合矿区北西、北北西向含矿构造带的特点和矿体垂幅特征，认为该地区深部有较好的找矿前景，下一步找矿方向主要考虑：主含矿构造带的深部，特别是钻孔未控制住的矿体和构造带的深部［22］。