三維建模技術(shù)在安徽省月山礦田成礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

方東會(huì)，李曉暉，張明明

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246001；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不斷加大，老礦山資源逐漸枯竭，急需在老礦床和礦田周邊及深部尋找接替資源，延續(xù)礦山服務(wù)年限，保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源的需求。然而受傳統(tǒng)地質(zhì)勘探手段的限制，找礦勘探難度和成本都大幅提高了。隨著GIS技術(shù)在地學(xué)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步和成熟，通過(guò)GIS技術(shù)提取地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等多元素找礦信息，構(gòu)建三維地質(zhì)體模型，運(yùn)用三維成礦預(yù)測(cè)方法能更好地服務(wù)于深部及隱伏礦床的成礦預(yù)測(cè)。

月山礦田位于揚(yáng)子地塊北緣下?lián)P子臺(tái)坳沿江斷褶帶中段，是長(zhǎng)江中下游銅（鐵）金屬成礦帶中的典型礦田之一。本文通過(guò)GIS技術(shù)，構(gòu)建月山礦田三維立體地質(zhì)模型，進(jìn)行三維立體成礦預(yù)測(cè)，對(duì)月山礦田的深部及周邊的找礦工作有一定的指導(dǎo)意義。

2 月山礦田地質(zhì)特征簡(jiǎn)述

月山礦田位于揚(yáng)子地塊北緣下?lián)P子臺(tái)坳沿江斷褶帶中段。礦田內(nèi)地層自元古界到第四系出露較齊全。與成礦關(guān)系[密切的主要有晚古生代的石炭—二疊紀(jì)和早中三疊世的碳酸鹽巖層和碳酸鹽巖層與硅鋁質(zhì)巖層組合，共有4個(gè)層位。

礦田內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，與礦巖成礦關(guān)系密切。斷裂構(gòu)造以北東向、北西向和東西向?yàn)橹?，提供了巖漿或礦液的運(yùn)移通道，褶皺構(gòu)造為巖體或礦體提供了產(chǎn)出空間。月山巖體定位于北東向深大斷裂構(gòu)造中。

礦田內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要出露月山巖體、總鋪巖體及五橫巖體南部。月山巖體與銅鐵成礦關(guān)系最為緊密。巖石的年齡為140.8Ma±1.5Ma(鋯石U-Pb法加權(quán)平均年齡，2012年)，屬燕山早期，巖石類型主要為中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖與石英閃長(zhǎng)巖，局部出現(xiàn)二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，中心相為花崗閃長(zhǎng)巖?？備亷r體成巖時(shí)代屬燕山早期侵入體，巖石類型為石英閃長(zhǎng)巖與閃長(zhǎng)巖。五橫巖體橫跨兩個(gè)構(gòu)造單元，北端進(jìn)入廬樅盆地（坳陷），南端延伸至月山巖體之北數(shù)公里而進(jìn)入懷寧隆起，與月山巖體一樣同受北東向基底構(gòu)造——懷寧～樅陽(yáng)深斷裂帶控制，由閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖兩種巖性組成。主體部分閃長(zhǎng)巖成巖時(shí)代140.0Ma（鋯石U-Pb法，2014年），屬燕山早期侵入體。二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖成巖時(shí)代為132.6Ma±1.3Ma，是羅嶺巖體的南延部分，屬晚期，與廬樅地區(qū)南部的羅嶺巖體巖性相似。

3 三維建模方法及成果

首先在Surpac軟件中建立月山礦田空間數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)由礦產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

然后通過(guò)融合物探相關(guān)數(shù)據(jù)及解譯結(jié)果對(duì)月山礦田內(nèi)深部地質(zhì)體或構(gòu)造的三維特征進(jìn)行推斷和解釋，在三維空間內(nèi)精確的表征地質(zhì)構(gòu)造及其他相關(guān)信息。

在Surpac平臺(tái)上分步驟進(jìn)行三維立體模型構(gòu)建。

首先對(duì)斷裂、地層及巖體等進(jìn)行平面約束；第二步用矢量地形數(shù)據(jù)，網(wǎng)格化后賦予上述平面約束信息三維坐標(biāo)；第三步用地質(zhì)物探綜合剖面，對(duì)剖面內(nèi)斷裂、地層及巖體進(jìn)行垂向約束，對(duì)垂向約束界面信息開(kāi)展三維變換計(jì)算，賦予三維坐標(biāo)；第四步用三維建模方法對(duì)地層、巖體、斷裂進(jìn)行三維地質(zhì)界面建模；第五步開(kāi)展三維模型的空間布爾運(yùn)算，構(gòu)建月山礦田三維地形模型，完成月山礦田立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建工作；最后一步是通過(guò)剖切剖面對(duì)立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證，循環(huán)修正，直至立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)符合相關(guān)要求。

4 三維成礦預(yù)測(cè)工作

月山礦田內(nèi)已知礦床類型主要有：矽卡巖型鐵銅礦床、熱液脈型礦床和沉積地層中含銅砂巖透鏡體礦床，已發(fā)現(xiàn)礦床主要是矽卡巖型鐵銅礦床。預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型是以礦田內(nèi)矽卡巖型鐵銅礦床模型為主，兼顧熱液脈型礦床。矽卡巖型鐵銅礦床主要賦存于巖體與三疊系碳酸鹽地層或膏鹽地層圍巖接觸帶上；三疊系中統(tǒng)地層接觸帶突出部位（S形構(gòu)造、舌狀體構(gòu)造）以及閃長(zhǎng)巖體的隆凹位置均是成礦有利部位；磁化極二階異常對(duì)于月山礦田內(nèi)矽卡巖型鐵銅礦床具有較好的指示意義，區(qū)內(nèi)大部分銅鐵礦床均位于磁化極二階正異常范圍內(nèi)。根據(jù)月山礦田矽卡巖型鐵銅礦床的成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志，結(jié)合月山礦田三維立體結(jié)構(gòu)及已有地質(zhì)及物探數(shù)據(jù)特征，構(gòu)建三維預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型。

三維成礦預(yù)測(cè)軟件基于合肥工業(yè)大學(xué)自主開(kāi)發(fā)完成的《三維成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)》（GeoPMS3D）平臺(tái)，該軟件以地質(zhì)礦業(yè)軟件Surpac作為基礎(chǔ)三維平臺(tái)，采用集成二次開(kāi)發(fā)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成。

根據(jù)月山礦田矽卡巖型鐵銅礦床三維預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型，利用三維成礦預(yù)測(cè)中的多空間分析方法，針對(duì)三維地質(zhì)模型對(duì)閃長(zhǎng)巖體接觸帶、巖體隆起部位、三疊系中統(tǒng)地層接觸帶、三疊系中統(tǒng)地層突起部位進(jìn)行了分析和提取，得到控礦指示要素。然后進(jìn)行三維距離場(chǎng)分析，構(gòu)建相應(yīng)的三維距離場(chǎng)。接著采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)最優(yōu)控礦距離進(jìn)行求取，得到最優(yōu)控礦距離。

表1 月山礦田矽卡巖型鐵銅礦床三維預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型

根據(jù)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型，利用三維空間疊加預(yù)測(cè)模型基于最優(yōu)控礦距離以及磁化極二階正異常信息對(duì)區(qū)內(nèi)矽卡巖型鐵銅礦床的成礦有利部位區(qū)進(jìn)行了定位定量預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖3所示。

基于月山礦田三維立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)圈定10處新的找礦遠(yuǎn)景區(qū)。綜合運(yùn)用定量預(yù)測(cè)中的體積估計(jì)法和豐度估計(jì)法，對(duì)各找礦遠(yuǎn)景區(qū)的資源量進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。

表2 月山礦田矽卡巖型鐵銅礦床新找礦遠(yuǎn)景區(qū)

表3 月山礦田矽卡巖型鐵銅礦床找礦遠(yuǎn)景區(qū)與已知礦床對(duì)照表

其中朱沖鐵銅礦床、安慶銅鐵礦床、馬頭山銅鐵礦床等已知礦床分別位于預(yù)測(cè)的5個(gè)找礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)，顯示出三維預(yù)測(cè)方法較好的預(yù)測(cè)能力。

5 結(jié)論

運(yùn)用三維建模技術(shù)對(duì)月山礦田內(nèi)的鐵銅礦床進(jìn)行了三維成礦預(yù)測(cè)，得到10個(gè)成礦預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景區(qū)，預(yù)測(cè)鐵銅總礦石量超過(guò)2億噸。

通過(guò)建立預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了月山地區(qū)多年總結(jié)的勘探經(jīng)驗(yàn)和找礦理論、地質(zhì)物探信息與三維GIS技術(shù)的有機(jī)融合。進(jìn)一步推進(jìn)了三維GIS技術(shù)在找礦勘探方面的應(yīng)用，擴(kuò)展了三維立體地質(zhì)結(jié)構(gòu)的用途及應(yīng)用范圍。為月山地區(qū)進(jìn)一步的深部找礦工作提供了新的找礦方向及依據(jù)，同時(shí)也證明了三維成礦預(yù)測(cè)方法在隱伏礦體靶區(qū)預(yù)測(cè)工作中的可行性。