云南武定钛铁砂矿三维地质建模及成矿预测

2024-01-18叶林文张永强

云南地质 2023年4期

叶林文，张永强

(云南省有色地质局楚雄勘查院，云南楚雄 675000)

随着信息技术和软硬件平台的发展，三维地质建模已成为矿产资源勘查和矿业开发过程中一项常规生产技术。传统矿产勘查领域主要对二维地质资料分析开展矿体预测与评价，但关键信息提取、多元信息融合分析等方面存在不足。

本文以云南武定基岩区风化壳钛铁砂矿主要分布区域为研究对象，基于3DMine软件建模，建立武定3个中大型典型钛铁砂矿矿山模型、区内构造模型、基岩岩体模型等，结合区内地球物理、化学特征，分析总结区内找矿预测模型信息、圈定基岩分布带，建立成矿模式、优选找矿预测区，及预测区地表模型、地层模型、矿体模型等，立体直观的为区内钛铁矿资源潜力评价及矿集区增储提供参考。

1 区域地质背景

调查区大地构造为扬子陆块区，上扬子古陆块，康滇基底断隆带中北部。属滨太平洋成矿域，上扬子(陆块)成矿省，滇中(基底隆起带)Fe-Cu-Pb-Zn-Ag-Au-Pt-Pa-Ni-Ti-Sn-W-REE-P-S-重晶石-蓝石棉-盐类-煤成矿带，东川-易门(基底隆起带)Fe-Cu-Pb-Zn-Ti-Sn-Al-W-Mn-P-S-重晶石-盐类矿带北部成矿区带。

区域地层自元古界至新生界在不同地区均有出露，新生界第四系(Q)、第三系(N)、白垩系上统(K2)、侏罗系中统(J2)、三迭系上统(T3)、泥盆系中统(T2)、奥陶系中下统(O1-2)、寒武系中下统(∈1-2)、震旦系上下统(Za-b)、下元古界上昆阳群(Pt1)。岩性组合主要以泥岩、砂质泥岩、石英砂岩、页岩、白云岩、具硅质条带白云岩、板岩为主。构造线以南北向为主，其次为北东向、北西向，呈向南收敛的放射状排列。褶皱以向斜开阔，背斜狭窄为特征，断裂破坏而不完整。主要有老熊箐向斜和麦粮田背斜，构造为区域深大断裂禄丰-武定褶皱基底隆起带南北向边界断裂为主，武定地区叫发窝-中干河断裂向北延入四川境内，向南经罗茨至易门地区，走向延伸数百千米，断裂面西倾，倾角60°～85°，沿断裂带伴随有多期次基性岩侵入体和火山钠质熔岩、碱性火山岩分布，有铁、铜、铅锌矿产出。其中沿武定-易门断裂侵入的含钛辉绿辉长岩为区内风化壳型钛铁砂矿的成矿母岩。区内分布大小不等的基性侵入岩体30多个，出露面积0.1km2～7km2，最大可达27km2，其产出主要受发窝-中干河南北向区域大断裂控制，沿南北向、北东向、东西向和层间次级断裂侵位，呈岩床、岩脉、岩株或岩墙产出，岩体分异差。侵入时代多为华力西期，侵位于古生代地层中，普遍含钛铁矿、钛磁铁矿，含量一般3%～7%，为区内钛铁砂矿的成矿母岩。图1。

图1 区内构造纲要图Fig 1. Structural Outline Map of The Area

2 三维地质建模

本次以3DMine三维建模软件为平台，通过武定钛铁砂矿主要分布区典型矿山地质报告、区内区域地质构造资料、物理化学特征等多元资料整理，分析成矿模式，建立区内基岩岩体、三个中大型典型矿山、探矿工程、物化探异常、预测区等一系列三维可视化物化探异常多元融合地表模型、基岩岩体实体模型、断层模型、矿体实体模型，块体模型报告、钻孔工程模型等。

(1)地表模型：将收集的研究区测量资料、20m地形等高线、DTM数据整理提取等高线及其相应的标高值，通过3DMine对提取的等高线进行线赋高程处理，清理线文件中重复点、相交/自相交线、重复/压盖线；利用3DMine中的表面建模或网格插值工具创建研究区、矿山地表模型(图2)；建立重点区域居民地、河流、道路等地理数据的三维模型，与收集到物化探异常等多元信息贴合地表模型，使地表模型更直观丰富，更有利于整个研究区的综合分析。在地表模型任意方向切剖面，可以快速提取剖面地形线，并定位地质界线、断层线及各类地物在剖面上的准确位置。

图2 花乔典型矿山地表模型Fig 2. Surface Model of Typical Huaqiao Deposit

(2)工程数据库：地质工程数据库用于存储和提取重点勘探工程数据，满足探矿工程三维显示、数据统计分析、样品组合和后续估值分析等要求。

工程数据库中钻孔模型的建立根据地质信息整理录入数据表格，分别为开孔坐标表、钻孔测斜数据表和样品分析表等将三个基础表格做一个Excel工作薄的不同工作表，导入3DMine中建立钻孔数据库，生成三维钻孔模型，可直观清晰的观察钻孔在整个区内的空间部分情况、其次还可快捷完成样长、品位基础统计等。

(3)地层实体模型：将区内1：5万区域地质图矢量化，各地层界线形成闭合线，结合区内地表模型，用各地层闭合线分离地表表面模型，得到各地层地表分布情况，再依据各剖面图各岩层范围现提取、地层产状等完成地层模型建立(图3)。

图3 花乔典型矿山及预测区地层模型Fig 3. Stratigraphic Models of Typical Huaqiao Deposit and Prediction AreasK2m-白垩系上统马头山组；J2z-侏罗系中统张河组；J2z-侏罗系中统冯家河组；T3s-三叠系上统舍资组；O1h-奥陶系下统红石崖组；O1t-奥陶系下统汤池组；∈1s-寒武系中统双龙潭组；∈1d-寒武系中统陡坡寺组；∈1c-寒武系下统沧浪铺组；V-辉绿辉长岩基岩体

(4)断层实体模型：矿山、预测区进行图切剖面，然后在各剖面上圈出断层，通过连接各剖面同名断层面生产三维断层实体。整个研究区依据1：5万区域地质图、构造纲要图内断层分布、断层性质等信息，设置100m～200m缓冲，通过开放线到开放线形成断层缓冲模型。

(5)矿体实体模型：矿体模型采用实体模型建立。典型矿山依据矿山地质剖面图，将剖面图三维转换后按粘土层、砂土层、半分化层分别提取矿体闭合线，用闭合线之间连接形成矿体模型；预测区矿体模型，据区内含钛辉绿辉长岩体分布的范围、规模大致以800m×800m网度切割地质剖面，预测区矿体厚度参考相邻矿山矿体实体模型实体网格厚度分析数据、结合外业现场调查点揭露各矿体厚度综合分析而得。由剖面图提取各层矿体线连接预测区矿体实体模型(图4)。所有矿体实体模型需完成实体验证(无开方边、自相交、无效边)，完成各矿体实体体积与报告内估算矿体体积比较分析，误差均控制在3%以内(表1)，保证矿体资源储量报告的精确性。

表1 3DMine块体模型报告与勘探报告资源量结果对比表Tab 1. Comparison of Resource Results Between 3dmine Block Model Report and Exploration Report

图4 发块典型矿山矿体模型Fig 4. The Ore Body Model of Typical FakuaiDeposit

(6)块体模型：根据各矿体控制勘探线间距、最小可采厚度等信息设置块体尺寸，钛铁砂矿按矿岩类型、矿体编号、采矿权范围、采空区、资源储量类别、体重、钛铁矿物含量、磁铁矿物含量等基本信息对块体进行赋值。其中品位通过查询矿体模型走向、勘探线间距、实体网络提取矿体实体模型厚度最大值一半确定距离幂次反比估值搜索参数，根据块体赋值情况逐次增加搜索参数直至所有块体赋值成果。

赋值完成后进行块体体积与矿体实体体积报告对比，保证体积误差在5%以内。

本次典型矿山块体模型资源储量估值报告与矿山已有地质报告估算结果对比，资源储量估算误差均在3%以内(表1)。梅子箐典型矿山采用标准块大小：X=10m、Y=10m、Z=5m，方位角331°、侧伏角0°、倾角5°、块体个数160876，显示214254个面(图5)。

图5 梅子箐典型矿山块体模型Fig 5. Block Model of Typical MeizijingDeposit

3 三维成矿预测

(1)矿床成因：含钛辉绿辉长岩浆沿深大断裂侵入，经物理化学风化作用，易溶于水的SiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO等元素流失，不溶于水的Al2O3、Fe、TiO2等矿物分离析出，在地形地貌相对平缓区钛铁矿、钛磁铁矿、磁铁矿等矿物富集形成相对厚大的钛铁砂矿。

(2)主要控矿因素：含钛辉绿辉长岩体多侵位于早古生代地层，其岩体分布区是最直接的找矿标志；含钛辉绿辉长岩体多沿深大断裂分布；区内航磁异常、高精度磁测异常与含矿基性超基性岩体套合较好；含钛基性超基性岩体分布区多有水系沉积物Fe、Co、Cr、V、Ti、Ni组合异常，Ti土壤地球化学异常等。

(3)钛铁砂矿风化壳垂直分带：矿体赋存于辉绿辉长岩风化壳中，自上至下为红土层(粘土层)、砂土层、半风化层及微风化至新鲜辉绿辉长岩，分别对应矿石类型褐红色红土层(粘土层)钛铁砂矿、黄白色-褐黄色砂土层钛铁砂矿、灰黄色-灰绿色半风化层钛铁砂矿(图6)。红土层、砂土层砂矿在横纵向上产出稳定，下部半风化层矿横纵向上不连续。

图6 钛铁砂矿风化壳垂直分带Fig 6. Vertical Zoning of Weathering Crust of Ilmenite Placer

(4)三维成矿预测区优选：区内钛铁砂矿工作程度稍高、控矿岩体单一，成矿模式(图7)、控矿因素、找矿标志相对简单，砂矿风化壳垂直分带规律。采用传统成矿预测，矿床模型法分析确定预测区、提取有利建模信息完成预测区三维建模。

A预测区：区内北边辉绿辉长岩分布点，单预测区基岩出露面积约4.9km2；南侧紧邻已知大型钛铁砂矿矿点；处发窝-中干河断裂上盘以西，重力异常、航磁△T等值线均正异常，为武定-禄劝钛异常分布区北部，强度高，高值点20249×10-6；地形坡度约7°，有利于风化壳及岩体风化堆积物保存，不易受剥蚀的有利地形。

B预测区：区内南西辉绿辉长岩分布点，单预测区基岩出露面积约3.9km2。北邻中型钛铁砂矿矿点，处发窝-中干河断裂上盘以西3km缓冲区。重力异常、航磁△T等值线均正异常，为花乔-狮山钛异常区，呈东西向，高值点11381×10-6，地势平缓，高差320m，自西向东形成小谷底，有利于风化壳及岩体风化堆积物保存。

C预测区：区内南边辉绿辉长岩分布点，单预测区基岩出露面积约12.77km2；周边有多个已知钛铁砂矿矿点；发育老熊箐向斜和麦粮田背斜，发窝-中干河断裂以东和次级北东向水对房断层、石梯坡-来鹤山断层缓冲区。重力异常、航磁△T等值线均为正异常，花乔-狮山钛异常区，呈近东西向，高值点47742×10-6。

D预测区：为C预测南东侧，单预测区基岩出露面积约1.2km2；中部有1个已知钛铁砂矿矿点；位于发窝-中干河断裂以东、总官庄-椅子甸逆断以西缓冲区。重力异常、航磁△T等值线均为正异常，为中部花乔-狮山钛异常，呈近东西向，高值点29116×10-6。

4 预测区三维模型建立

研究圈定4块预测区，各主要控矿因素都具备。通过相邻典型矿山矿体实体模型提取各层矿体实体等厚统计、工程数据基础统计，矿体平均厚度、平均品位及相应变化系数，厚度变化系数均在50%以下较稳定，预测区各层矿体厚度参考相邻典型矿山厚度。其次，还在预测区内开展现场调查、取样、稀疏的数字填图等工作，室内资料整理分析、结合已建典型矿山矿体模型基础分析数据，绘制预测区800m×800m网距剖面图，然后剖面图三维转换、提取各矿体线，完成预测区矿体实体模型。预测区钛铁矿物含量、钛铁矿物含量取相邻已建典型矿山模型平均值及现场调查取样品位平均值，建立预测区块体模型(图8)，块体报告预测区潜在资源量。