云南普朗铜矿三维地质建模与深部找矿预测

(1. 中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430000；2. 河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院,河南 郑州 450000)

0 引 言

目前，我国矿产资源勘查工作的重点逐渐由地表、浅部、易识别矿向深部转移，勘查工作不断深入,找矿难度进一步加大，传统的找矿方法在深部矿体预测中遇到了瓶颈。随着三维地质建模与预测技术的不断发展(王功文等,2007,2008；Wang et al.,2012；Epting et al.,2013)，三维地质模型预测更能适应当前的找矿需要。陈建平等(2007, 2009, 2012)先后在云南个旧地区、新疆可可托海、陕西小秦岭金矿田等地区开展了大量三维地质建模及深部成矿预测工作，并相继提出了三维可视化预测模型找矿方法以及对大比例尺隐伏矿体的定量预测方法；向中林等(2009)探讨了基于不同工程钻探获取的地质数据实现地质信息的三维可视化表达；毛先成等(2016)以广西大厂锡多金属矿床为例，通过系统分析成矿规律、控矿因素，构建了深部定位预测模型，提出了适用于深部找矿系统的可视化预测方法；王功文等(2011)综合利用物化遥等信息，开展了隐伏矿体的三维建模及定位定量预测。

在前人研究的基础上，总结了适用于普朗铜矿床的找矿地质模型，运用Surpac软件建立了研究区三维地质体模型，以立方体预测模型理论为指导，对研究区进行了深部找矿预测，为普朗铜矿的增储提供找矿靶区。

1 成矿地质背景

研究区位于滇西北与四川接壤地带，甘孜—理塘板块结合带西侧，德格—中甸陆块东缘(图1)。区内断裂构造发育，岩浆活动强烈，岩浆岩分布广泛，为斑岩型铜矿的形成提供了极为有利的地质环境,形成了以铜钼多金属为主的雪鸡坪、红山等大型斑岩-矽卡岩型矿床，成矿地质条件较好(李文昌,2007)。

区内出露地层主要为三叠系，由老至新依次划分为尼汝组、曲嘎寺组、图姆沟组、喇嘛哑组，其中曲嘎寺组与图姆沟组为区内主要赋矿层位(曾普胜等,2003；李文昌等，2015)。

区域构造格架呈北西—南东向，发育一系列北西、北北西向紧密线性褶皱和同向断裂(范玉华等,2006)。在安山岩、英安岩、流纹岩及火山碎屑岩组成的岩盖下，石英闪长玢岩大面积出露，部分岩体中见石英二长斑岩，为铜矿成矿的主要赋矿岩石。

图1 研究区区域地质构造简图(a) 区域大地构造位置图；(b) 古义敦岛弧地区构造地质简图；(c) 中甸地区地质简图(据Wang et al.,2011；Yang et al.,2016；杨镇，2017)Fig. 1 Regional geological structure sketch of the study area(a) Regional tectonic position; (b) Tectonic geological sketch of ancient Yidun island arc area; (c) Geological sketch of Zhongdian area (after Wang et al., 2011; Yang et al., 2016; Yang, 2017)

普朗铜矿区共圈定铜矿体20条，铅锌银多金属矿体3条，其中铜矿体主要分布于首采区普朗复式斑岩体Ⅰ号岩体中。

2 三维地质模型构建与成矿有利信息提取

2.1 三维地质模型构建

三维地质建模实现了地质体在三维空间的可视化及地质信息的有效集成。利用已有的地形地质图、勘探线剖面图、钻孔资料等，使用剖面建模法构建研究区的地表、构造、矿体、岩体以及蚀变模型(图2)。

图2 研究区三维地质模型(a) 研究区三维空间范围；(b) 地表模型；(c) 构造模型；(d) 矿体模型；(e) 岩体模型；(f) 蚀变带模型F3-1-断裂及编号；KT1-矿体及编号Fig. 2 3D geological model of the study area(a) 3D space scope of the study area; (b) Surface model; (c) Structural model; (d) Ore body model; (e) Rock mass model; (f) Alteration zone model

根据研究区实体模型的范围建立普朗铜矿床三维块体模型，模型区坐标范围为南北长3 200 m，东西宽2 000 m，高程3 000～4 485 m。基于勘探线间距、钻孔工程间距及计算机性能等多方面考虑，模型建块划分尺度为16 m ×16 m×10 m，块体模型单元块总计2 237 679个，同时对各控矿要素进行块体划分(表1)并赋值。

表1 各地质体块体数统计结果

2.2 成矿有利信息提取

2.2.1 找矿模型构建 云南普朗铜矿床为斑岩型铜矿床，构造条件在成矿过程中起着重要作用，区内2条主断裂均为成矿前断裂，其交会部位为矿质的运移和沉淀提供了有利条件和场所，控制着成矿岩体的产出。区内岩浆岩广泛发育，以侵入岩为主，是产生矿床的决定性因素，已知的铜矿化体均赋存于斑岩体中。区内蚀变发育，由岩体中心向外依次为钾化硅化带、黄铁绢英岩化带及青磐岩化带，其中钾化硅化带及黄铁绢英岩化带与铜矿化的关系最为密切。综合考虑文献资料及各类物化探资料，对矿床的区域地质背景、矿床成因类型、控矿要素等进行系统分析，建立研究区找矿地质模型(表2)。

2.2.2 岩体有利信息提取 研究区主要岩浆岩岩体为普朗复式岩体，普朗复式岩体中的石英二长斑岩与矿体叠合最多，石英二长斑岩作为区内最主要的容矿围岩，其全岩矿化反映其与成矿的关系最为密切；石英闪长玢岩与花岗闪长斑岩与矿体亦有部分叠合。3种岩体的含矿性统计(矿块比指该范围内对应岩体内单元块所含铜矿体的块数占总铜矿体块数的比率，含矿率指含矿块体数占岩体总块体数的比率)结果(图3)展示了不同岩体内的含矿块体数特征，可见石英二长斑岩和花岗闪长斑岩与成矿关系密切，将其提取作为找矿地质异常要素。

表2 研究区找矿地质模型

图3 有利岩体确定Fig. 3 Determination of favorable rock mass

2.2.3 蚀变带信息提取 研究区内蚀变广泛发育，由勘探线剖面图可见，几乎所有的矿体都位于蚀变带范围内。矿体和蚀变带实体模型的叠合显示，铜矿体与钾化硅化带的位置基本重叠，绢英岩化带主要对应铜矿化的部分，至青磐岩化带矿化基本消失。3种蚀变带含矿性统计(图4)显示，钾化硅化带与矿体在空间上的叠合最多，共包含已知矿体块数201 881个，占已知矿体总数的88.84%；与矿体部分叠合的黄铁绢英岩化带和钾化硅化带均为该矿床成为斑岩型矿体的必要条件，两者共包含已知矿体块数223 423个，占已知矿体总数的98.32%，因此将其共同作为此次预测的找矿地质异常要素。

图4 有利蚀变带确定Fig. 4 Determination of favorable alteration zone

2.2.4 构造信息提取 研究区矿体受次级断裂和岩体的双重控制，石英二长斑岩作为主要含矿岩体，其产出主要受区内北西向及北东向断裂控制。断裂模型显示，整个矿体主要出现在断裂构造两侧一定范围之内。

将区内2条主要断裂构造进行一定范围的缓冲区处理，考虑其影响范围的大小，以20 m的范围为间隔，分别作出100～400 m的断裂缓冲区实体模型及块体模型，将其与矿体模型叠合进行空间分析，统计不同范围的断裂缓冲区模型与已知矿体的重合情况(表3，图5)，发现在240 m缓冲区的交点处含矿率与矿块比达到最优值，最终根据统计结果将断裂240 m缓冲区作为此次预测的找矿地质异常要素。

表3 不同断裂缓冲区范围与矿化体叠加统计结果

2.2.5 地球化学信息提取 由普朗铜矿床含有的Mo、Zn、W、Pb、Ag、Au等元素的分量化探分析结果可见，Mo、Au异常与深部的铜矿体具有很好的对应关系。共收集到有用钻孔238个(图6)，Cu分析数据34 278个，Mo分析数据15 698个，Au分析数据 6 559个，使用距离幂次反比法对全区单元块进行Cu、Mo、Au 3种元素含量插值，然后将其作为证据层划分成不同的品位区间，分别进行证据层权值的计算。结果(表4)显示，Cu、Mo和Au品位均为研究区成矿的重要因素，相同证据层中不同品位范围对成矿的影响均存在差异。根据计算结果，最终选取w(Cu)>0.10%、w(Mo)>0.010%、Au品位>0.10 g/t作为找矿有利区，并建立地球化学异常找矿标志模型。

图5 断裂有利缓冲区确定Fig. 5 Determination of fracture favorable buffer zones

图6 普朗铜矿三维钻孔模型Fig. 6 Three-dimensional drilling model of the Pulang copper deposit

表4 各证据层权值参数

对找矿模型设定的5类成矿预测因子进行定量分析与提取，基于实际地质情况建立了研究区的找矿预测模型(表5)。

各找矿有利要素信息的定量化提取和统计分析结果(图7，表6)显示，预测模型中岩体、蚀变带是最有效的找矿信息，统计结果与普朗铜矿的成矿规律一致。

3 深部找矿预测

基于找矿预测模型，利用证据权法与信息量法进行成矿有利信息的计算, 根据二者计算结果的高值叠加区确定有利成矿部位。

3.1 证据权法

证据权法以贝叶斯条件概率为基础，通过计算和利用各种不同证据的权重，将多种证据相结合，以预测某个事件是否会发生。随着GIS技术的应用(Agterberg et al., 1993)，该方法开始用于矿产预测。陈建平等(2007)将二维证据权算法成功引入三维矿产资源预测,效果很好。

在对各找矿有利要素信息进行定量化提取和统计分析的基础上，分别计算各找矿要素的正负相关性与权重值(表7)。结果显示：石英二长斑岩和花岗闪长斑岩的权重均>2.2，与研究区铜矿成矿关系密切；钾化硅化带和黄铁绢英岩化带权重均>5.8，与矿床为斑岩型铜矿床的结论一致；断裂缓冲带的权重>3.1，说明断裂对区内铜矿的形成起到了一定的作用。

按0.05的间隔将后验概率值划分为不同的区间，统计各区间内的预测块体含已知矿体的数量。结果显示，后验概率值>0.95的单元包含了77.69%的已知矿体，为较合适的阈值，最终将研究区后验概率值>0.95的范围作为成矿有利区域。

表5 研究区找矿预测模型信息

图7 已知矿体在各预测标志中分布统计图Fig. 7 Distribution statistics of the known ore bodies in all predicted markers

表6 普朗铜矿床立方体预测变量统计

3.2 信息量法

信息量法是预测找矿远景区的统计分析方法，具有非参数性、单变量统计的特点(Vysokoostro-vskaya et al., 1968)。该方法以地质异常理论为指导思想，通过统计各地质要素与找矿标志中的找矿信息量，对各控矿地质因素和找矿标志的指示作用作定量评价，以找出有利成矿位置。信息量值的计算结果见表8。

表7 普朗铜矿床找矿要素权重

在计算出各有利找矿标志的信息量后，计算研究区所有可视化单元的信息量总和，并分别统计不同信息量值区间内叠合已知矿体的单元块数，根据实际情况，将1.8、2.4定为区内含矿与富矿的信息量值界限，由此划分出1.8～2.4、>2.4两个级别。

3.3 定量预测结果评价

证据权法与信息量法2种预测方法得出的计算结果(表7，表8)具有一致性，随着信息量值和后验概率的不断升高，满足条件的单元块数不断减少，含矿率不断升高，逐步筛选出有利成矿的块体。

结合两种计算结果将成矿有利区域划分为2个级别，划分原则为：一级有利区间的信息量总值>2.4且后验概率>0.95，二级有利区间的信息量总值在1.8～2.4之间且后验概率值>0.95。

分别对2个级别的有利区间块体进行着色并与已知矿体共同显示，统计其所占块数和含矿块数(表9)，可见预测立方块体信息量与后验概率高值区与已知矿体的位置十分吻合，综合预测的有利区间已包含了绝大部分矿体，说明预测结果具有一定的准确性，在已知矿体外围的立方体也具有相对较高的数值(图8)。

表8 普朗铜矿床找矿要素信息量

表9 有利成矿区间含矿块数统计结果

图8 成矿有利区与已知矿体位置关系图Fig. 8 Relationship between the ore-forming favorable area and the known ore body

3.4 靶区圈定

结合研究区的地质特征及已有找矿成果，在区内圈定了2 处找矿预测靶区(图9)。

3.4.1 靶区1 位于研究区3—16号勘探线范围内，长约700 m，宽400 m，标高3 080～3 720 m。该区化探异常明显，围岩蚀变强，整体处于钾化硅化带与黄铁绢英岩化带交界处，受岩体的影响较大。高信息量块体主要集中在主矿体KT1西侧深部一带，找矿前景较好。

3.4.2 靶区2 位于研究区0—3号勘探线范围内，长约140 m，宽300 m，标高3 500～3 928 m。该区位于断裂缓冲区影响范围内，受花岗闪长斑岩影响较大，Mo异常明显，为成矿有利区域。

3.5 靶区资源量预测

通过三维可视化模型对圈定的深部找矿靶区进行资源量预测，计算公式为：

Qm=Σ(ViCiρt)

(1)

图9 找矿靶区成果图(a) 靶区与矿体垂直投影图；(b) 靶区与矿体平面图；(c) 靶区倾伏图Fig. 9 Prospecting target area results(a) Vertical projection of target area and ore body; (b) Plan of target area and ore body; (c) Target dip rendering

野外采集矿石Cu平均品位为0.248%，勘探报告显示铜矿石的体积质量为2.68 t/m3。含矿系数用各钻孔中含矿样品与非矿样品的长度比代替，其中，含矿样长总计10 188.4 m，非矿样长总计17 859.16 m，计算得出含矿系数为36.33%。深部预测靶区Cu金属量计算结果见表10。

靶区1内矿体单元总数为16 792个，总体积为4 298.8万m3，Cu平均品位为0.248%，由区内矿体的含矿系数36.33%可计算得到Cu金属预测量为103 799.26 t。

靶区2内矿体单元总数为1 856个，总体积为475.14万m3，由矿体含矿系数36.33%计算最终得到Cu金属预测量为11 472.81 t。

2 个靶区预测Cu金属量总计115 272.07 t，综上表明研究区仍具有较为可观的找矿潜力。

表10 靶区Cu金属量预测结果

4 结 论

(1) 建立了一套完整的包括矿体、地表、构造、岩体、蚀变带的普朗铜矿床三维地质体模型。

(2) 通过对普朗铜矿床成矿规律及控矿要素的分析建立了找矿地质模型，提取了有利找矿要素。运用证据权法和信息量法进行矿床的定位定量预测，最终在KT1矿体的两侧圈定了2 处靶区，计算得出靶区Cu金属的预测总量为115 272.07 t。