西藏雄村銅金礦床的數字礦床模型構建及意義

張婷婷, 黃 勇, 唐曉倩, 劉 飛

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質調查局成都地質調查中心, 四川成都 610081;3)成都理工大學, 四川成都 610059;4)中國地質科學院地質研究所, 大陸構造與動力學國家重點實驗室，北京 100037

西藏雄村銅金礦床的數字礦床模型構建及意義

張婷婷1), 黃 勇2), 唐曉倩3), 劉 飛4)

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質調查局成都地質調查中心, 四川成都 610081;3)成都理工大學, 四川成都 610059;4)中國地質科學院地質研究所, 大陸構造與動力學國家重點實驗室，北京 100037

西藏謝通門縣雄村銅金礦是在岡底斯成礦帶中發現較早, 勘探工作也開展較早的大型銅金礦床,是岡底斯成礦帶上具有代表性的島弧型斑巖銅金礦床, 對該礦床的深入研究, 為在相似地質條件下尋找“雄村式”礦床具有重要的指導意義。本文在總結雄村銅金礦床成礦地質條件和控礦因素的基礎上, 以該礦床的地質描述模型為依據, 以礦區勘探資料為數據基礎, 將三維地質建模和可視化這一高新技術應用于該礦床,建立了雄村銅金礦的數字礦床模型, 充分展示了立體模型對地質體空間特征的有效表達, 實現了該礦床的數字化、可視化和動態化管理。同時, 將數字礦床模型與礦區的大比例尺高精度磁測數據結合, 開展多源信息三維綜合分析, 為礦區深部和外圍三維定位定量預測提供有力的技術支持。

地質描述模型; 數字礦床模型; 大比例尺成礦預測

20世紀七八十年代, 隨著計算機軟硬件技術的進步, 以美國、加拿大和前蘇聯為代表的國家基于地理信息系統平臺, 將三維可視化、三維地質建模等技術應用于地質現象和過程的研究, 實現了地學三維模擬。經過三十多年的發展, 隨著 Vulcan、MineSight、Micromine、Surpac、datamine等地質建模軟件的廣泛應用, 信息技術在礦產資源開發利用中發揮著越來越重要的作用。國內也自主開發了如3Dmine、Minexplorer等更加適應我國地質環境的建模軟件。三維地質建模作為礦床和礦山數字化的基礎技術, 從單一的地質體立體模型的建立, 逐步向三維結構和屬性建模、三維空間分析、多源信息的綜合分析預測方向發展, 更加體現了該技術的實用性, 為在大比例尺礦區尺度上進行礦床的預測和評價提供了有力的技術支持(Houlding, 1994; Mallet,2002; Apel, 2006; Wang et al., 2011)。

西藏謝通門縣雄村銅金礦是在岡底斯成礦帶中發現較早、勘探工作也開展較早的斑巖型礦床, 由I、Ⅱ、III號銅金礦體組成, 其中I號礦體是本次工作的研究重點。前人對雄村銅金礦的成礦時代、礦床成因、礦床地質特征、元素地球化學特征以及礦化蝕變特征等進行了深入研究(徐文藝等, 2006; 張麗等, 2007; 唐菊興等, 2009a, b, 2010; 張萬平等,2009; 郎興海等, 2010a, b, c, 2011, 2012a, b; 黃勇等,2011, 2012; 丁楓等, 2012), 積累了豐富的科研資料。本文基于前人的研究成果, 對礦區勘探資料進行二次開發, 以雄村銅金礦的礦床地質模型為依據,建立了該礦床可視化的數字模型, 實現了礦床的數字化、可視化和動態化管理, 有效提高了地質模型的實用價值。此外, 地球物理勘探對礦區深部和外圍的找礦勘探具有重要的作用, 將礦區的物探數據與數字礦床模型結合, 開展多源信息三維綜合分析,進行三維立體預測, 是礦區深部和外圍找礦預測的重要方向之一。

1 礦區地質概況

雄村銅金礦區位于西藏特提斯-喜馬拉雅構造域南部, 屬岡底斯-念青唐古拉陸殼地體基礎上發育的岡底斯南緣晚燕山期-早喜馬拉雅期陸緣巖漿弧東段南緣巖漿弧與昂仁-日喀則中-新生代弧前盆地轉換部位(張麗等, 2007)。礦區及外圍出露的地層主要為中-下侏羅統雄村組(J1-2x)火山沉積巖, 巖石組合為中酸性凝灰巖、火山角礫巖、流紋巖等火山巖夾礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、泥質板巖和灰巖等;其次為下白堊統比馬組(K1b)火山-沉積巖, 巖性組合為安山巖、礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、泥質板巖和較多的灰巖(圖1)。由于受早期板塊俯沖和后期板塊碰撞作用的影響, 區內巖漿活動強烈, 在早中晚侏羅世、白堊世、第三紀均有發生, 其中與成礦有關的巖漿活動主要發生在中晚侏羅世和白堊世。區內斷裂構造發育,主要出現在雄村組(J1-2x)及侵入其中的巖漿巖中, 走向呈近東西向、近南北向、北西-南東向和北東-南西向, 其中近東西向和北西-南東向斷裂與成礦有一定的關系。圍巖蝕變強烈, 主要有鉀長石化、黑云母化、紅柱石化、硅化、鈉長石化、絹云母化、白云母化、粘土化、電氣石化、矽卡巖化、角巖化和青磐巖化等(唐菊興等, 2006)。

2 雄村銅金礦床的地質描述模型

礦床模型是對一組相似礦床基本屬性特征的系統概括, 反映了礦床的形成環境和成礦規律性, 其中礦床地質描述模型是用自然語言概括總結某一類礦床的成礦地質環境、礦床地質特征以及控礦因素、物化遙找礦標志等(Cox et al., 1986; 張貽俠, 1993)。礦床模型提出了對礦床綜合資料的模型化表達, 為數字礦床模型的建立提供了重要的參考依據, 本文基于前人的研究成果, 總結了雄村銅金礦床的地質描述模型(表 1), 對地質模型的深入理解, 是數字模型建立的基礎, 直接關系到數字模型的可靠性。

雄村銅金礦是中-晚侏羅世新特提斯洋殼向拉薩地塊俯沖所形成的島弧或類似島弧環境中產出的斑巖型銅金礦床, 其中 I號礦體的成礦作用主要發生在具眼球狀石英斑晶的角閃石英閃長玢巖(J2δομ1j)及其外接觸帶強蝕變中細粒凝灰巖中, 晚侏羅世角閃石英閃長玢巖體導致大面積礦化蝕變, 早期蝕變經歷了弱的鉀硅酸鹽化階段和強烈紅柱石次生石英巖化階段, 晚期蝕變經歷了黃鐵絹英巖化階段和青磐巖化階段, 對應礦床的形成經歷了早期Cu-Au-Ag成礦和晚期Zn-Pb-Cu-Au-Ag成礦, 早期成礦階段形成了 Cu-Au-Ag主礦體, 晚期疊加 Zn-Pb-Cu-Au-Ag礦化(唐菊興等, 2010; 郎興海等, 2010a, 2011)。

圖1 雄村銅金礦礦區地質圖(據唐菊興等, 2006)Fig. 1 Simplified geological map of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

表1 雄村銅金礦床的地質描述模型Table 1 Geological descriptive model of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

3 雄村銅金礦床的數字模型

數字礦床模型的概念最早始于美國地調局, 主要用于中小比例尺礦產資源評價當中, 國內學者趙鵬大也提出過類似的概念。 從廣義上講，數字礦床模型是指將地質礦床的自然描述語言轉換成計算機能夠識別的數字和符號, 從而實現礦床類型的計算機自動推理和輔助決策(Cox et al., 1986; 肖克炎等,2006)。隨著三維建模和可視化技術的發展, 國內一些學者將其應用于礦床數字化方面, 如高志斌等提出數字礦床模型可以簡單地理解為數字化、信息化的礦床, 一個以地理坐標為依據的、數字化的、三維顯示的虛擬礦床, 陳建平等也在此基礎上, 發表了相關文章(高志斌等, 2005; 陳建平等, 2011)。本文所指數字礦床模型針對大比例尺礦區尺度, 有別于其最初的含義, 同樣借助于三維地質建模和可視化技術, 將對地質模型的認識拓展到三維空間, 包括地質空間結構、蝕變空間分帶、元素空間分布等。

本次工作基于Micromine平臺, 共收集了雄村I號礦體的24條地質剖面, 167個鉆孔, 21870條鉆孔分析值以及礦區地形地質圖等資料, 用以構建礦區地質數據庫, 實現礦區探礦工程的數字化、動態化管理, 為數字礦床模型的建立提供數據來源。

3.1 地表DEM

高程是表達地球表面起伏形態的基本幾何量,地形數據經過計算機處理, 基于點、線或者面實現不同層面上的、多種比例尺的可視化表達, 通過紋理映射, 與遙感影像疊加, 可以逼真再現三維地形景觀, 也可以通過飛行模擬瀏覽地形的局部細節和整體概貌。

雄村礦區位于西藏自治區中南部, 雅魯藏布江中游北岸, 地形切割中等至強烈, 谷深巖峭, 屬深谷中等切割區, 海拔在3900～5570 m之間, 起伏較大, 礦區向北山地連綿不絕, 向南地勢低緩、開闊平坦(圖2)。地表模型的建立不僅能反應地表的起伏、地質體從地表到地下的延伸情況, 還能作為礦體、地層等模型邊界的限定條件。

3.2 鉆孔空間分布

勘探工程是獲取礦區三維空間信息最直接有效的手段, 鉆探數據以其對地下三維地質信息直觀、準確、詳細的反映, 成為構建三維數字礦床模型的重要基礎數據。雄村 I號礦體在露天首采地段由50 m×50 m勘探網度控制, 在礦體厚度不大處放稀至50 m×100 m, 鉆孔的位置信息、形態信息控制了鉆孔在深部的形態, 鉆孔的分析值則是進行礦床定量研究的基礎(圖3)。

3.3 礦體及頂底板模型

地質體具有復雜多變的形態, 很難用規則的幾何形體來描述, 將地質調查和測量獲得的離散的、不均勻的數據進行空間插值處理, 基于特定的三維數據結構, 構建不規則幾何模型, 實現地質體的立體化表達。礦體模型的建立, 可以直觀地反映礦體的形態特征, 延伸趨勢, 同時, 對礦體進行品位賦值, 可以實現自動化的儲量估算, 大大提高地質工作的效率。

雄村I號礦體在平面上為一巨型透鏡體(圖4), 走向北西, 沿走向方向延伸約1000 m, 南北向剖面上呈似層狀、厚板狀, 東西向剖面上呈順層分布的向南東側伏的似層狀。礦體傾向北東, 傾角40°～53°, 傾向方向最大延伸達590 m, 單孔見礦厚度最大至 474.5 m,礦區中部的88個鉆孔中, 礦體邊部厚度為5 m, 中部為474.5 m, 平均厚度216.296 m。礦體頂板在中東部為始新世黑云母花崗閃長巖, 西北部為始新世石英閃長巖, 礦體底板則主要由中-早侏羅世角閃石英閃長玢巖組成, 部分為蝕變中細粒凝灰巖(圖5)。

3.4 斷層模型

構造條件是巖漿熱液運移的通道, 是重要的控礦要素,斷裂與成礦物質的活化運移和沉淀富集過程有著密切的關系, 斷裂所致的成礦有利部位更決定了礦化空間的形態變化特征。雄村礦區內發育多組斷層(圖1), 其中F1和F2斷層對I號礦體最為重要,礦體基本夾持于F1、F2斷層之間。F1主斷層貫穿整個區域, 呈 265°～280°方向展布于測區中部, 延伸約3.5 km, 傾向北, 傾角一般在40°～50°, 是礦區重要的控礦構造; F2主斷層在礦區中部呈 265°～280°方向展布, 貫穿于礦區的北東側, 傾向北, 傾角一般在 50°以上, 最大可達 73°, 含礦斑巖體侵位于 F1和 F2斷層之間, 致使其間的斑巖體及圍巖幾乎全巖礦化(圖 6)。

3.5 多源信息綜合分析模型

隨著找礦工作的不斷深入, 地質找礦工作逐漸由尋找地表出露礦轉變為尋找深部隱伏礦, 找礦難度也隨之加大, 這就要求結合地球物理、地球化學、遙感等方法開展多源信息綜合分析預測, 充分發揮各種方法的優勢, 取長補短, 以盡可能少的找礦投入取得最大的找礦收益(王世稱等, 2000)。地球物理勘探因其對深部地質和找礦信息的有效反應, 成為預測深部隱伏礦體的重要輔助手段, 其中磁法勘探以其輕便易行、效率高、成本低、地域限制小、工作范圍廣的特點, 成為發展最早、應用廣泛的一種地球物理勘探方法, 通過對航磁數據的濾波和轉換處理, 突出磁場的特征, 進行異常解譯, 分析和圈定靶區, 指導找礦(張云等, 2010; 婁德波等, 2008;盧焱等, 2008; 樊俊昌等, 2012)。

圖2 雄村礦區地表DEMFig. 2 DEM of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

圖3 雄村I號礦體鉆孔空間分布Fig. 3 Drill hole distribution of Xiongcun No. I ore body

圖4 雄村I號礦體模型Fig. 4 Model of Xiongcun No. I ore body

圖5 雄村I號礦體及頂底板理想模型Fig. 5 Ore body and its roof and floor ideal model of Xiongcun No. I ore body

圖6 雄村I號礦體斷層模型Fig. 6 Fault model of Xiongcun No. I ore body

圖7 航磁異常與礦體疊加圖Fig. 7 Superposition chart of aeromagnetic anomalies and Xiongcun No. I ore body

雄村銅礦在區域上處于雅魯藏布江磁異常西段北強磁異常帶(謝通門-仁布強磁異常帶)南側邊部,緊鄰日喀則中間負磁異常帶。礦區的大比例尺高精度地磁測量, 共采集74, 470個數據, 行程330 km,從圖 7可以看出, 雄村銅礦位于北西走向的地磁區中, 與其東測的花崗閃長巖分布區的高地磁異常區相接, 其它幾個高地磁異常區反映了其它幾個淺成巖體的分布特征, 銅(金)礦體分布在北西向兩個高地磁異常的狹長帶中, 地磁異常值在49200 nT以下,在49100～49000 nT之間(唐菊興等, 2006)。

4 結論

數字礦床模型以點、線、面、體等要素對地質模型進行抽象化表達, 使對礦床的定量評價和預測成為可能。數字礦床模型的構建必須以地質認識為基礎, 才能更好地為地質工作服務。本文在深入分析了雄村銅金礦床的成礦地質條件和控礦因素的基礎上, 總結出該礦床的地質描述模型, 作為構建數字礦床模型的依據。基于幾何形態的模型, 能直觀地表達地質體的空間形態及各地質體的相互關系,以反映地質環境, 本文從地質結構方面入手, 構建了雄村銅金礦 I號礦體的礦體及頂底板模型、構造模型, 充分展示了礦體、圍巖、斷層間的相互關系,對雄村I號礦體的認識更加具體形象。從廣義上講,數字礦床模型還包括蝕變分帶模型、元素空間分布模型等非幾何形態的, 但必須以幾何模型為基礎的組成部分, 用空間結構與空間屬性共同表達完整的地質內容。在數字礦床模型上增加物探、化探、遙感等信息的綜合, 則可得到數字找礦模型, 對數字找礦模型進行空間分析、地質變量提取等最終實現定位定量預測, 得出數字預測模型, 如果將成熟的數字找礦模型和預測模型推廣至中小比例尺, 進行“相似類比”, 由點到面, 勢必又還原到數字礦床模型最初的意義當中去。

致謝: 本文在撰寫過程中得到了中國地質科學院礦產資源研究所唐菊興研究員的悉心指點, 審稿老師給出了指導性意見, 在此表示衷心感謝。

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The Digital Mineral Deposit Model and Its Significance for Xiongcun Cu-Au Deposit, Tibet

ZHANG Ting-ting1), HUANG Yong2), TANG Xiao-qian3), LIU Fei4)
1)MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu, Sichuan610081;3)Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan610059;4)State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

The Xiongcun porphyry copper-gold deposit was found and explored earlier in the Gandise metallogenic belt, accumulating a wealth of data. It is a kind of typical island arc type porphyry copper-gold deposit in this belt. A thorough study of this deposit is of great significance for tracing the “Xiongcun type”deposits in similar geological settings. This paper summarized the ore-forming geological conditions and the ore-controlling factors of Xiongcun porphyry copper-gold deposit and used 3D geological modeling and visualization technology to build its digital deposit model based on the geological exploration data to show the deposit in three-dimensional space and to manage the deposit visually and dynamically. At the same time,the combination of the digital deposit model withthe large-scale aeromagnetic data could provide strong technical support for the deep and peripheral quantitative prediction of the mining area in three-dimensional space.

geological descriptive model; digital mineral deposit model; large-scale metallogenic prognosis

P628.3; P618.41

A

10.3975/cagsb.2012.04.25

本文由國家自然科學基金項目(編號: 41172077)、國家973項目(編號: 2011CB403103)和青藏專項(編號: 1212011085529)聯合資助。

2012-06-18; 改回日期: 2012-07-10。責任編輯: 張改俠。

張婷婷, 女, 1984年生。博士研究生。主要從事礦產勘查及礦產資源評價工作。通訊地址: 100037, 北京市西城區百萬莊大街26號。E-mail: yueztt@qq.com。