金灘巖體峽里鈾礦床三維地質(zhì)建模*

孟平虹 袁庚紅 吳贊華 白 俞 謝文萍 曾智超

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六三大隊(duì)）

已有學(xué)者對(duì)峽里鈾礦床成因、控礦構(gòu)造、成礦規(guī)律等進(jìn)行了深入研究，但有關(guān)三維地質(zhì)建模的研究還比較少［1-9］。據(jù)現(xiàn)存資料，目前鉆探揭露深度基本為淺地表，90%左右的鉆孔僅揭露到-200 m左右及更淺的地表，在深部還具有較大的探索潛力。本研究運(yùn)用MineSight軟件，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)峽里鈾礦床某帶進(jìn)行鈾品位統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、變異函數(shù)計(jì)算、地質(zhì)資源儲(chǔ)量和平均品位估算、三維地質(zhì)建模?？梢詮难芯砍晒辛私鈲{里鈾礦床地下三維分布情況、深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和成礦規(guī)律，指導(dǎo)深部及外圍找礦決策和分析，進(jìn)一步挖掘峽里礦床資源。

1 地質(zhì)概況及建模思路

金灘巖體位于贛中西部，巖體呈北北西向橢圓形巖基產(chǎn)出，侵入華南—寒武系變質(zhì)巖地層中，出露面積約164 km2，出露地層主要有粉砂質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖、絹云母千枚巖夾變質(zhì)粉砂巖和泥巖。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育3組斷裂，分別為北東向、東西向和北西向。區(qū)內(nèi)主要巖石類型為黑云母花崗巖、二云母花崗巖和含石榴子石二云母花崗巖。含石榴子石二云母花崗巖形成時(shí)代稍早，為239 Ma；黑云母花崗巖和二云母花崗巖形成時(shí)代稍晚，為220 Ma。元素地球化學(xué)和同位素特征表明，黑云母花崗巖源巖為貧黏土的碎屑沉積巖，而其他2種花崗巖則是富黏土的泥質(zhì)沉積巖。黑云母礦物化學(xué)特征研究表明，二云母花崗巖更低的結(jié)晶溫度和氧逸度是促進(jìn)鈾在二云母花崗巖中富集的有利因素。

峽里鈾礦床賦礦圍巖為二云母花崗巖和含石榴子石二云母花崗巖，呈巖株產(chǎn)于金灘巖體東部邊緣。鈾礦體主要產(chǎn)于內(nèi)帶花崗巖碎裂（破碎）蝕變帶中，其次產(chǎn)于外帶變質(zhì)巖碎裂（破碎）蝕變帶內(nèi)，嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造所控制。礦體規(guī)模較小，礦體形態(tài)為脈狀、透鏡狀和不規(guī)則狀，礦體較陡，傾角為50°～75°，勘查類型屬?gòu)?fù)雜（Ⅲ）型，峽里鈾礦床某帶主要礦體由40 m×40 m的工程間距控制。

目前國(guó)內(nèi)外的三維地質(zhì)建模軟件有GoCAD、MineSight、Micromine、MapGis K9、3DMine等。與其他國(guó)際化軟件類似，MineSight軟件采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法（克里格法）作為建模的核心。與傳統(tǒng)的幾何法（地質(zhì)塊段法、開采塊段法、斷面法等）相比，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法在理論、資源量分類及動(dòng)態(tài)管理、勘查設(shè)計(jì)、市場(chǎng)認(rèn)同上均有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［10］。本研究運(yùn)用MineSight軟件，以金灘巖體峽里鈾礦某帶為例，分析整合二維原始地質(zhì)資料，建立三維地質(zhì)建模。三維地質(zhì)建模主要包括地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、區(qū)域變量選擇及統(tǒng)計(jì)分析、變異函數(shù)計(jì)算和儲(chǔ)量估算（克里格估值），建模技術(shù)流程見(jiàn)圖1。

2 三維地質(zhì)建模

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本次研究共建立孔口坐標(biāo)、鉆孔測(cè)斜、樣品分析化驗(yàn)值和地質(zhì)代碼4個(gè)數(shù)據(jù)文件，所有數(shù)據(jù)文件誤差范圍為±0.6%，符合三維建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)要求。

2.2 區(qū)域變量選擇及統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)峽里鈾礦床的特點(diǎn)，將鈾品位作為區(qū)域化變量。模型范圍、位置及塊段尺寸等作為模型基本參數(shù)。模型范圍的確定需要綜合考慮礦體規(guī)模、產(chǎn)狀、鉆探工程等因素，保障模型范圍內(nèi)有足夠的信息［11-12］。因此，確定塊段模型范圍時(shí)，應(yīng)從平面范圍及深度范圍2個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。建立模型塊段尺寸為10 m×3 m×4 m（東向×北向×臺(tái)階高度）的XL15模型，每個(gè)塊段有26項(xiàng)數(shù)據(jù)，其中主要有地表（TOPO）、鈾克立格法品位（UKR）、鈾距離反比法品位（UID）、鈾多邊形法品位（UPL）、鈾方差（UKER）、體重（SG）、巖石類型（CROCK）等。

峽里地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)共統(tǒng)計(jì)鉆孔239個(gè)，總進(jìn)尺53 046.53 m，取樣長(zhǎng)度1 253.99 m，樣品數(shù)1 700個(gè)。鈾礦特高品位25個(gè)，因品位變化系數(shù)小于100%，將工業(yè)品位的8倍界定為特高品位（0.24%）下限值。依據(jù)原始樣品品位累積概率圖，97.5%分位數(shù)對(duì)應(yīng)的鈾品位值為0.2%。按統(tǒng)計(jì)法替換原則，用0.2%代替上述所有特高品位。礦產(chǎn)開采方法、礦產(chǎn)類型與品位在垂深方面的變異程度一般可以確定組合樣長(zhǎng)度，本次建模采用1 m組合長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，原始樣品數(shù)據(jù)和組合樣品數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。通過(guò)原始和組合樣品數(shù)據(jù)對(duì)比分析，各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)特征值相近，均值相對(duì)誤差僅為0.37%；取對(duì)數(shù)后，組合樣品鈾品位對(duì)數(shù)直方圖分布規(guī)律與鉆孔原始樣品一致，說(shuō)明組合樣品劃分合理。

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復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模會(huì)存在一些難度，如礦體外推偏大、邊界不準(zhǔn)確、夾石剔除困難等［13］。為盡量避免上述問(wèn)題，本次建模利用Mine-Sight軟件，首先依據(jù)鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范（DZT0199-2015），以鉆孔鈾品位≥0.01%初步圈定品位礦化域；隨后結(jié)合成礦規(guī)律建立地質(zhì)礦化域；最后應(yīng)用以上兩者礦化域構(gòu)成復(fù)合礦化域?qū)嶓w，將品位估算限定于合理的范圍內(nèi)。

2.3 變異函數(shù)的計(jì)算

峽里鈾礦床勘查控制工程基本網(wǎng)度間距為40 m×40 m，平巷在垂深方向間距為40 m。因此，在計(jì)算變異函數(shù)時(shí)的搜索角取11.25°，基本滯后距取25 m。本次研究選取了鈾品位作為區(qū)域化變量，利用MineSight軟件對(duì)其進(jìn)行變異函數(shù)計(jì)算與擬合。變異函數(shù)等值線圖能夠反映礦體產(chǎn)狀特征［14］，根據(jù)圖2和地質(zhì)規(guī)律分析，確定主軸方向?yàn)?01.25°方向，次軸方向?yàn)?1.25°方向。由各方向的試驗(yàn)變異函數(shù)曲線分析發(fā)現(xiàn)，鈾品位變異函數(shù)在101.25°（主軸）、11.25°（次軸）和垂直方向上有一樣的塊金常數(shù)和基臺(tái)值，但變程不同。該特征與本區(qū)礦體總體走向近于東西向、礦體傾向北東的基本產(chǎn)狀特征相符。由鈾的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)曲線圖可以擬合得到鈾品位球狀模型理論變異函數(shù)。變異函數(shù)參數(shù)將用于后續(xù)克里格法品位估計(jì)中，因此變異函數(shù)的準(zhǔn)確性對(duì)品位估值結(jié)果的準(zhǔn)確性意義重大。在MineSight軟件中，變異函數(shù)曲線擬合的合理性是通過(guò)交叉驗(yàn)證檢驗(yàn)，進(jìn)行交叉驗(yàn)證應(yīng)對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，特別是某些參數(shù)和數(shù)據(jù)搜索必須要符合實(shí)際。從表2中可知，實(shí)際值與估計(jì)值的均值偏差很小，接近于0。從交叉驗(yàn)證殘差分布直方圖中可以看出，殘差符合正態(tài)分布。上述兩點(diǎn)表明，使用該組變異函數(shù)參數(shù)對(duì)鈾品位進(jìn)行估值是無(wú)偏差的，即用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法估值建模是合適的。

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2.4 品位估算

建模過(guò)程中，進(jìn)行了不同長(zhǎng)度組合樣、多種估值方法（普通克里格法、多邊形法、距離反比法）的對(duì)比分析。根據(jù)礦床特征，經(jīng)反復(fù)實(shí)踐探索，創(chuàng)造性地建立了實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)圈礦方式向國(guó)際通用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)圈礦方式的轉(zhuǎn)變。

首先在二維環(huán)境中，根據(jù)三維鉆孔模型、地質(zhì)背景和圖形顯示特征，平移、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)入勘探線，地質(zhì)人員采用人機(jī)交互的方式，以鈾克里格品位≥0.01%（受礦體品位低、陡傾角脈狀等約束）完成初步圈定礦化域輪廓；然后根據(jù)鉆孔見(jiàn)礦位置及勘探工程揭露的礦體位置，在剖面上局部修改封閉礦化域輪廓線，勘探線剖面修改完成之后應(yīng)用MineSight軟件中的“鏈接”工具，依次連接勘探線剖面上的礦化體輪廓線［15］，形成礦化域?qū)嶓w三維模型，礦化域?qū)嶓w構(gòu)建流程見(jiàn)圖3；最后將礦化域?qū)嶓w賦予3D塊段模型，MineSight軟件自動(dòng)生成礦化域?qū)嶓w模塊。

在鈾礦化域限制范圍內(nèi)，使用普通克立格法直接對(duì)每個(gè)塊段進(jìn)行品位估計(jì)［16］，得到每個(gè)塊段的克立格法鈾品位、塊段的方差值和不同邊界的鈾品位殼，鈾0.03%和0.05%品位殼圖見(jiàn)圖4。此外，還用距離平方反比法、多邊形法計(jì)算了模型塊段的鈾品位。

2.5 資源儲(chǔ)量估算

傳統(tǒng)的手工方式估算礦床資源儲(chǔ)量是根據(jù)給定的雙指標(biāo)進(jìn)行圈礦，資源儲(chǔ)量結(jié)果相對(duì)固定，無(wú)法動(dòng)態(tài)反應(yīng)資源儲(chǔ)量。MineSight軟件能夠用多個(gè)不同邊際品位動(dòng)態(tài)圈定礦體，計(jì)算礦區(qū)任意塊段資源儲(chǔ)量。動(dòng)態(tài)估算礦床資源儲(chǔ)量，能有效反映資源儲(chǔ)量隨品位的動(dòng)態(tài)變化情況。通過(guò)對(duì)比分析，模型克里格鈾品位0.05%邊界礦體形態(tài)及資源儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比誤差很小，鈾礦體建模所用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，證實(shí)了用普通克里格法對(duì)該礦體品位估計(jì)所選參數(shù)合理、估值精度高。根據(jù)《鈾礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 019—2015），埋藏較淺的礦體（300 m以淺）可以用一般工業(yè)指標(biāo)中的邊界品位作為最低工業(yè)指標(biāo)來(lái)估算資源量。該模型表明，鈾礦圈礦指標(biāo)由0.05%降低至0.03%時(shí)，鈾金屬量增加38%左右。

3 模型應(yīng)用

根據(jù)三維地質(zhì)建模及原始地質(zhì)資料，該帶礦體總體走向?yàn)樽詵|西向，呈現(xiàn)出兩端埋深較淺、中部埋深較深的分布特征。由圖5可知，A線至E線以南的深部地段，礦體還具有延續(xù)的可能性，可作為下一步工作的靶區(qū)，在結(jié)合地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，布置深部鉆孔?？梢暬S模型中顯示，礦化最好的地段在斑狀黑云母花崗巖及花崗巖與變質(zhì)巖接觸帶的上盤變質(zhì)巖地區(qū)（板巖為主）。MineSight軟件用于資源量估算，能一次性得到按不同的邊界品位計(jì)算模型的礦石資源量，建立資源量和邊界品位的關(guān)聯(lián)關(guān)系（圖6），可以動(dòng)態(tài)反應(yīng)資源儲(chǔ)量，滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

MineSight軟件可滿足復(fù)雜地質(zhì)條件礦床建模需要，在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，可完成包括儲(chǔ)量分類分級(jí)在內(nèi)的礦山地質(zhì)工作。MineSight軟件為礦山數(shù)字化、信息化、模型化管理提供了可靠和科學(xué)的依據(jù)，可以提高礦山企業(yè)的效益，有極高的應(yīng)用前景。

本文在任建國(guó)老師的指導(dǎo)下完成，特此致謝！