山東五蓮七寶山地區(qū)多金屬礦體三維模型預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

王欣，陳建，李大鵬，張巖，王海芹，梁太濤，劉曉

(1.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省地礦局有色金屬礦找礦與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，日照地質(zhì)地理信息大數(shù)據(jù)研究院，山東 日照 276826；2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013；3.山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000)

0 引言

山東五蓮七寶山地區(qū)自20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)中型金銅礦、大型硫鐵礦以來，近幾年又有新的突破，即發(fā)現(xiàn)了中型鉛鋅銀多金屬礦床，礦床均孕育在七寶山雜巖體內(nèi)。在以往科研工作中，前人對(duì)金銅礦床地質(zhì)特征、流體演化特征、成礦地球化學(xué)條件、控礦因素和七寶山火山機(jī)構(gòu)等開展了大量的研究[1-6]。然而，受項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容等條件的限制，系統(tǒng)的成礦預(yù)測(cè)研究較少，尤其是在三維地質(zhì)建模和深部預(yù)測(cè)方面顯得比較薄弱[7-11]。

隨著找礦難度的增加，深部和隱伏區(qū)的勘查重點(diǎn)逐漸受到重視[12-13]。在當(dāng)前電子信息高速發(fā)展的時(shí)代，三維構(gòu)建、模型預(yù)測(cè)逐漸成為新的技術(shù)找礦趨勢(shì)[14-18]。因此，在七寶山地區(qū)利用新的成礦預(yù)測(cè)理論，結(jié)合以往勘查成果[19]，對(duì)區(qū)內(nèi)礦床成礦模式和成礦預(yù)測(cè)進(jìn)行研究，在完善深部成礦要素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建礦床的多元三維地質(zhì)模型，為實(shí)現(xiàn)深部找礦預(yù)測(cè)提供新的技術(shù)支撐和找礦參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)處于NNE向的郯廬斷裂和NE向的五蓮-青島斷裂的交會(huì)部位，這2組構(gòu)造是溝通深部巖漿房的重要通道。后期區(qū)域性上地幔突起，幔源物質(zhì)上涌，造成了中生代火山噴發(fā)、次火山巖侵入，從而導(dǎo)致礦化活動(dòng)的頻繁發(fā)生。七寶山地區(qū)巖漿和成礦活動(dòng)與膠萊盆地深部殼幔轉(zhuǎn)化形成的深大斷裂有關(guān)。伴隨多期的巖漿活動(dòng)，引發(fā)七寶山火山機(jī)構(gòu)的形成，為中低溫火山熱液型多金屬礦床的形成提供了有利的成礦地質(zhì)背景。

區(qū)內(nèi)主要受燕山期巖漿活動(dòng)作用的影響，早期有大規(guī)模的火山噴發(fā)，在火山噴發(fā)作用中形成了中心式噴發(fā)的七寶山火山機(jī)構(gòu)；晚期被強(qiáng)烈的巖漿侵入，侵入體主要為七寶山侵入雜巖體，其由不同期次、不同巖性的侵入巖組成，出露面積約25km2，平面形態(tài)為NW—SE向稍長(zhǎng)的橢圓形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約5.5km，短軸長(zhǎng)約4.5km(圖1)。

1—第四系；2—王氏群紅土崖組；3—青山群方戈莊組；4—青山群八畝地組；5—大盛群田家樓組；6—大盛群溝組；7—萊陽群曲格莊組；8—石英閃長(zhǎng)玢巖；9—安山玢巖；10—輝石安山巖；11—閃長(zhǎng)巖；12—輝石閃長(zhǎng)巖；13—輝石二長(zhǎng)巖；14—粗安斑巖；15—閃長(zhǎng)玢巖；16—多金屬礦化帶；17—斷裂帶；18—張性斷層；19—壓性斷層；20—張扭性斷層；21—壓扭性斷層；22—斷層；23—推測(cè)斷層；24—地質(zhì)界線；25—不整合地質(zhì)界線；26—地層產(chǎn)狀；27—釣魚臺(tái)硫鐵礦床；28—金線頭金銅礦床；29—七寶山多金屬礦床圖1 五蓮縣七寶山礦集區(qū)地質(zhì)略圖[20]

七寶山地區(qū)多期次火山巖漿活動(dòng)使金、銀、銅、鉛、鋅成礦物質(zhì)不斷聚集，并在合適的構(gòu)造位置最終富集、沉淀形成工業(yè)礦體。區(qū)內(nèi)硫鐵礦礦體產(chǎn)出受到青山群火山巖地層的嚴(yán)格控制，其形成與青山群火山巖的噴出活動(dòng)有關(guān)。而區(qū)內(nèi)的金銅礦體主要賦存于七寶山雜巖體的金線頭隱爆角礫巖筒內(nèi)，金銅礦化在空間上與石英閃長(zhǎng)玢巖-花崗閃長(zhǎng)斑巖關(guān)系較密切，鉛鋅礦化則與細(xì)密斑安山玢巖的淺成侵入活動(dòng)有關(guān)。

各期次的侵入巖在空間分布上密切相伴，按其野外產(chǎn)狀、相互穿插關(guān)系及巖性特征等，可劃分為4期：輝石閃長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖，輝石(角閃)安山玢巖，花崗閃長(zhǎng)斑巖-石英閃長(zhǎng)玢巖，安山玢巖-閃長(zhǎng)玢巖[21]。

2 技術(shù)方法和工作流程

2.1 技術(shù)方法

在對(duì)七寶山地區(qū)多金屬礦進(jìn)行了系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MapGIS 10、ArcGIS軟件分別對(duì)前期平面地質(zhì)圖、剖面地質(zhì)圖、中段面地質(zhì)圖、地球物理圖件、地球化學(xué)和遙感解譯等圖件進(jìn)行處理，將坐標(biāo)系統(tǒng)一到國(guó)家大地2000坐標(biāo)系，高程統(tǒng)一到黃海高程系。使用三維地質(zhì)建模軟件3DMine和GOCAD，對(duì)勘查工程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將礦區(qū)平面地質(zhì)圖、剖面地質(zhì)圖和中段面地質(zhì)圖等校正到三維坐標(biāo)系的精確位置，作為后續(xù)建模工作的基礎(chǔ)。將鉆孔柱狀圖中孔跡線、開孔坐標(biāo)、巖性分層和樣品分析數(shù)據(jù)提取后，制作鉆孔模型。對(duì)于探槽數(shù)據(jù)，將其視作水平鉆孔處理。本次工作提取剖面地質(zhì)圖中的礦體邊界、平面地質(zhì)圖中的礦體露頭、中段面地質(zhì)圖中的礦體形態(tài)，結(jié)合探槽和鉆孔中的巖性分層信息，制作礦體的實(shí)體模型。同時(shí)，將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為塊體模型，并根據(jù)勘查工程中的樣品分析數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)元素空間分布進(jìn)行插值，完成塊體模型的制作。

2.2 工作流程

資料的有效整合是整個(gè)項(xiàng)目得以順利進(jìn)行的第一步和重要前提。收集和應(yīng)用到的資料包括：區(qū)域地質(zhì)圖、地形圖、平面地質(zhì)圖、中段面地質(zhì)圖、勘查線剖面圖、遙感地質(zhì)解譯圖、探槽鉆孔編錄數(shù)據(jù)、可控源音頻大地電磁測(cè)量等地球物理數(shù)據(jù)、水系沉積物測(cè)量等地球化學(xué)數(shù)據(jù)和研究區(qū)內(nèi)主要勘查報(bào)告、研究報(bào)告、論文等，這些資料對(duì)建立七寶山地區(qū)多金屬礦三維地質(zhì)體模型和找礦模型起到重要的作用(圖2)。

圖2 三維地質(zhì)建模及深部成礦預(yù)測(cè)流程圖

3 資料收集與數(shù)據(jù)處理

3.1 平面地質(zhì)圖與中段面地質(zhì)圖

本研究中收集平面地質(zhì)圖13幅，中段面地質(zhì)圖6幅，全部為MapGIS格式。在MapGIS10軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將6°分帶的圖件投影為3°分帶，統(tǒng)一坐標(biāo)系橫坐標(biāo)為6位，縱坐標(biāo)為7位。對(duì)于不同年代的數(shù)據(jù)，如使用不同的坐標(biāo)系，全部統(tǒng)一到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。將所有圖件的比例尺縮放為1∶1000，保持圖面坐標(biāo)單位與實(shí)際坐標(biāo)在數(shù)值上一致，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)軟件、三維地質(zhì)建模軟件的數(shù)據(jù)一致。以研究區(qū)數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，將平面地質(zhì)圖在三維空間中顯示，效果如圖3所示。

圖3 紅石崗礦段中段面地質(zhì)三維地質(zhì)構(gòu)建圖

3.2 勘查線剖面圖

本研究中收集整理到的勘查線剖面全部集中在杏山峪、紅石崗、敞溝和金線頭地區(qū)，共收集MapGIS格式勘查線剖面圖61張，作為三維建模的基礎(chǔ)剖面。各勘查線剖面較為細(xì)致地揭示了研究區(qū)礦體形態(tài)和空間位置特征，可用于提取研究區(qū)斷裂、巖體及礦體等信息。由于勘查線剖面圖為MapGIS格式，3DMine軟件對(duì)MapGIS格式提供了良好的支持，可保存其圖例、顏色、注記等信息，故本次工作，勘查線剖面圖三維配準(zhǔn)及顯示在3DMine軟件中實(shí)現(xiàn)(圖4)。

圖4 紅石崗礦段勘查線剖面圖三維顯示

3.3 勘查工程圖

礦床勘探工程包括探槽、淺井、淺鉆等地表輕型勘探工程和鉆探、坑道等深部勘探工程，所有勘探工程可抽象以鉆孔為代表的勘探工程，在礦床三維地質(zhì)建模中，抽象為表格數(shù)據(jù)來描述。其中，開孔坐標(biāo)表描述鉆孔等勘探工程在三維空間中的開孔坐標(biāo)、工程深度及工程類型等信息，包括鉆孔編號(hào)(hole_id)、三維空間坐標(biāo)(X、Y、Z)、終孔深度(最大深度max_depth)和孔跡線類型(hole_path)等6個(gè)強(qiáng)制性字段，可增加用戶特定字段；測(cè)斜數(shù)據(jù)表描述鉆孔等勘探工程從地面向地下延伸的軌跡線，包括鉆孔編號(hào)(hole_id)、測(cè)斜深度(depth)、傾角(dip)、方位角(azimuth)4個(gè)強(qiáng)制字段；巖性數(shù)據(jù)表描述鉆孔為代表的勘探工程不同分段樣品巖性信息，包括鉆孔編號(hào)(hole_id)、取樣深度自(depth_from)、取樣深度至(depth_to)、巖石類型(rock_type)4個(gè)強(qiáng)制字段，其他屬性字段樣品編號(hào)(sample_id)可為空；樣品分析數(shù)據(jù)表描述鉆孔為代表的勘探工程不同分段樣品測(cè)試分析對(duì)象的屬性，包括鉆孔編號(hào)(hole_id)、樣品編號(hào)(sample_id)、 取樣深度自(depth_from)、取樣深度至(depth_to)、樣長(zhǎng)、各樣品元素分析值等屬性字段。

鉆孔與探槽數(shù)據(jù)是勘查工程最重要的勘查結(jié)果，對(duì)于地質(zhì)剖面的形成及其他深部信息的獲取具有十分重要的作用。本次共收集利用MapGIS格式鉆孔柱狀圖157個(gè)，提取測(cè)斜信息708條，樣品分析記錄12094條，巖性分層記錄2691條。提取探槽179條，從中提取樣品分析記錄1952條(圖5)。

圖5 七寶山地區(qū)鉆孔三維顯示

4 礦體可視化實(shí)體三維模型

4.1 七寶山多金屬礦體三維模型

從平面地質(zhì)圖、中段面地質(zhì)圖、勘查線剖面圖和各勘查工程等三維空間配準(zhǔn)結(jié)果中，提取三維空間中礦體數(shù)據(jù)，根據(jù)勘查工程中礦體圈連的規(guī)則，連接礦體邊界，按照各礦種礦體圈定原則進(jìn)行外推，最終得到七寶山多金屬礦杏山峪礦段(圖6)、紅石崗礦段和敞溝礦段的礦體三維模型。

圖6 杏山峪礦段礦體三維形態(tài)

4.2 七寶山地區(qū)三維斷層模型

根據(jù)研究區(qū)1∶5萬地質(zhì)圖、1∶2.5萬地質(zhì)圖、1∶1萬地質(zhì)圖、1∶2000地質(zhì)圖等地質(zhì)資料，確定七寶山地區(qū)的“X”共軛構(gòu)造、層間斷裂構(gòu)造以及全區(qū)斷裂構(gòu)造。根據(jù)地表露頭測(cè)量、CSAMT和二維地震剖面解譯的結(jié)果，確定各條斷層的產(chǎn)狀，完成研究區(qū)三維斷層模型的構(gòu)建。由于杏山峪、紅石崗、敞溝礦段分布在斷裂帶或及其交會(huì)處，故根據(jù)三維斷層模型可以提取找礦有利區(qū)(圖7)。

1—七寶山雜巖體出露范圍；2—七寶山多金屬礦采礦權(quán)范圍；3—金線頭金銅礦采礦權(quán)范圍；4—礦床或礦化點(diǎn)位置圖7 七寶山地區(qū)斷層三維模型

4.3 七寶山地區(qū)三維成礦預(yù)測(cè)模型

本次三維地質(zhì)建模工作充分利用了地學(xué)大數(shù)據(jù)和全域勘查技術(shù)成果，系統(tǒng)收集整理了區(qū)域尺度的“地質(zhì)、礦產(chǎn)、物探、化探、遙感、自然重砂、勘查工程”等多元地學(xué)信息三維勘查變量，通過開展多元地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整理、標(biāo)準(zhǔn)化、轉(zhuǎn)換、融合和分析，構(gòu)建三維地質(zhì)建模主題數(shù)據(jù)庫(kù)。在三維地質(zhì)模型中，將多元成礦數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性疊加運(yùn)算，計(jì)算七寶山地區(qū)成礦有利空間，得到七寶山地區(qū)成礦模型。在GOCAD、3DMine等建模軟件支撐下，對(duì)立方塊體進(jìn)行賦值，通過對(duì)各個(gè)預(yù)測(cè)要素進(jìn)行成礦有利條件分析與提取，進(jìn)一步得出七寶山地區(qū)預(yù)測(cè)模型(圖8)。

1—七寶山雜巖體出露范圍；2—七寶山多金屬礦采礦權(quán)范圍；3—金線頭金銅礦采礦權(quán)范圍；4—窯頭找礦靶區(qū)；5—礦床或礦化點(diǎn)位置；①—杏山峪礦段；②—紅石崗礦段；③—敞溝礦段；④—金線頭金銅礦；⑤—窯頭隱爆角礫巖筒；⑥—釣魚臺(tái)硫鐵礦。注：預(yù)測(cè)模型顏色由藍(lán)色至紅色，即顏色越暖反映成礦潛力越大圖8 七寶山地區(qū)三維成礦預(yù)測(cè)模型

5 成礦預(yù)測(cè)效果

依托七寶山地區(qū)三維成礦預(yù)測(cè)模型，通過成礦信息量數(shù)據(jù)分析，采用地質(zhì)體積法，共預(yù)測(cè)七寶山多金屬礦Pb+Zn資源量53.04萬t，Ag資源量822.05t(1000m以淺)。在排除已有的杏山峪礦段、紅石崗礦段、敞溝礦段、金線頭金銅礦和釣魚臺(tái)硫鐵礦的基礎(chǔ)上，新圈定窯頭找礦靶區(qū)(圖8)，并預(yù)測(cè)窯頭找礦靶區(qū)Cu資源量20.74萬t，Pb+Zn資源量15.37萬t，Ag資源量120.80t(1000m以淺)。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，在窯頭找礦靶區(qū)新發(fā)現(xiàn)窯頭隱爆角礫巖筒(圖8)，探獲2層鉛鋅銅礦體、2層鉛鋅銅銀礦體、2層銅礦體和1層金銅礦體，共7層多金屬礦體，累計(jì)礦心總長(zhǎng)度19.25m，礦石質(zhì)量較好，成礦預(yù)測(cè)效果突出。

6 結(jié)論

(1)七寶山地區(qū)成礦地質(zhì)條件好，找礦潛力大，具有較大的找礦前景，是山東省下一步陸相火山熱液型礦床的重點(diǎn)勘查區(qū)。通過系統(tǒng)收集研究區(qū)以往“地、物、化、遙、礦”等成果資料，最終建立了七寶山多金屬礦體三維地質(zhì)模型，通過本次研究進(jìn)一步確定了五蓮七寶山地區(qū)的成礦潛力，為該區(qū)深部找礦展示了新的方法和新的角度。

(2)本次工作在1000m以淺，預(yù)測(cè)七寶山多金屬礦Pb+Zn資源量53.04萬t，Ag資源量822.05t；預(yù)測(cè)窯頭找礦靶區(qū)Cu資源量20.74萬t，Pb+Zn資源量15.37萬t，Ag資源量120.80t。

(3)經(jīng)鉆探驗(yàn)證，在窯頭找礦靶區(qū)新發(fā)現(xiàn)窯頭含礦隱爆角礫巖筒，鉆遇7層銅及多金屬礦體，礦石質(zhì)量較好，找礦效果突出，證實(shí)了區(qū)域巨大的資源潛力，為后續(xù)找礦指明了方向。