基于數字礦床模型的陜西潼關縣Q8號金礦脈西段三維成礦預測

陳建平，史 蕊，王麗梅，陳珍平

(1．中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083;2．中國地質大學(北京)國土資源與高新技術研究中心，北京 100083;3．北京市國土資源信息開發研究重點實驗室，北京 100083)

基于數字礦床模型的陜西潼關縣Q8號金礦脈西段三維成礦預測

陳建平1，2，3，史 蕊1，2，3，王麗梅1，2，3，陳珍平1，2，3

(1．中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083;2．中國地質大學(北京)國土資源與高新技術研究中心，北京 100083;3．北京市國土資源信息開發研究重點實驗室，北京 100083)

陜西省潼關縣桐峪金礦區Q8號礦脈是小秦嶺為數不多的幾個大型礦床之一。經過多年的開采和利用，目前該礦的地表礦和淺部礦已基本被采空，資源出現短缺，鑒于此，如何開展深部的三維礦產資源預測與評價成為當今技術研究的熱點。將傳統的二維找礦方法拓展到三維空間上，從三維角度實現金礦的深部地質定量化信息的可視化，運用三維空間的找礦標志變量進行深部隱伏礦體的三維預測，并根據預測結果的大小圈定了有利成礦區4處，從而為整個潼關地區的金礦資源開發提供科學依據，也為隱伏礦床的研究提供新的思路。

數字礦床模型;三維證據權;成礦預測;陜西潼關

0 引言

20世紀80年代以來，地表礦、淺部礦及易識別礦日益減少，隱伏礦和深部礦的找尋(三維成礦預測)已經成為許多國家和地區的主要找礦方向。隨著計算機圖形學技術、三維可視化技術、三維插值以及數據庫技術的迅猛發展，在此基礎上利用計算機三維建模技術和地質統計學估算儲量，進行隱伏礦體的三維立體成礦預測已成為近幾年來礦產勘查領域的一大亮點，對解決我國大批礦山所面臨的資源危機有著十分重要的意義。以Micromine軟件為平臺，根據地質異常理論及證據權重法和信息量法，在找礦模型的指導下，通過建立數字礦床模型進行隱伏礦體的三維預測，對礦山的開發利用及規劃具有指導作用。

1 研究區概況

Q8號礦脈位于小秦嶺金礦田西部、陜西東部邊緣，行政區劃隸屬于陜西省潼關縣李家鄉。礦區范圍東西長 1 800 m，南北寬 800～1 200 m，面積1．64 km2。礦區由桐峪口北西距隴海線太要車站8 km，北東距隴海線予靈車站7．5 km，北距鄭潼公路11 km，交通方便。

Q8號金礦床是陜西小秦嶺金礦田中規模最大的礦床，而且以礦體分布集中、盲礦為主、礦石品位富、可綜合利用為最大特征。礦區位于小秦嶺金礦田大月坪—金羅斑復式背斜核部，區內出露地層為太古宇太華群大月坪組地層，巖性主要為黑云(角閃)斜長片麻巖，賦礦層位為大月坪組，礦體分布于Q8控(脈)礦斷裂構造帶中。

Q8號礦床主要控制條件是太華群大月坪組礦源層，北東向構造與緯向系近東西向構造的復合以及含金石英脈密集區的控制;燕山期花崗巖分布的控制等形成成礦物質基礎、熱源和容礦空間的聯合控制的規律(白和，2003;欒世偉等，1991)。

2 數字礦床模型

數字礦床簡單地說就是數字化的礦床，或者說是信息化的礦床，可以理解為礦床的信息模型，即一個以地理坐標為依據的、數字化的、三維顯示的、虛擬的礦床，其核心思想是用數字化的手段整體解決礦床及其與空間位置相關的信息表達與知識管理(Simon，1994;高志武等，2005)。地質模型與成礦規律的研究是建立數字礦床模型的基礎(陳建平等，2008)。

2．1 地表三維模型

地表表面模型在露天礦山和地采礦山中可以用來切制平面圖和剖面圖，因此在采礦設計中具有重要意義，可以說，在三維礦山模型中，如果缺少了地形模型則是不完整的(楊建宇等，2006)。

對收集到的潼關地形數據，先在MapGIS軟件中進行編輯，提取出已經賦予高程值的各等高線，對50 m間距的各等高線進行檢查校正，去掉與地形無關的線(如陡坎線)，轉換成DXF文件格式，然后導入到Micromine軟件中(楊東來等，2007)，建立相應的DTM模型(圖1)。

圖1 Q8號礦脈地表表面模型

2．2 工程三維模型

本區的探礦工程以坑探和鉆探工程為主。結合礦床的地質特征以及地形條件，選定在1 060．36 m標高以上，以坑探手段為主、鉆探手段為輔進行勘探;在1 060．36 m標高以下，則以鉆探手段為主。

鉆孔數據是地質技術人員在野外鉆探現場記錄并整理的第一手技術資料，對于地質剖面的形成及其他深部信息的獲取具有十分重要的作用。本次工作收集到23張研究區內的鉆孔柱狀圖，并將其整理為建立鉆孔數據庫所需的4張Excel表格，即工程坐標表、測斜數據表、樣品分析表和巖性表。將這些表導入到Micromine軟件，建立鉆孔工程的實體模型(圖2)。

坑道實體模型的建立有助于地質工作者清楚地看到礦區內坑道工程的實際部署，并且在三維空間里可以與其他實體模型相疊加，因而能更好地了解礦區內礦體的勘探情況和其他地質條件。本次收集到的數據包括由中金公司提供的部分Excel表中的測量數據，以及1986年提交的陜西省潼關縣桐峪金礦區Q8礦脈西段詳細勘探地質報告中所提供的部分測量數據，將這些數據按照Micromine軟件所要求的格式導入工程，參考勘探報告中給出的YD素描圖，對不同中段的坑道導線進行了連接，進而形成該礦區的坑道實體模型(圖3)。

圖2 Q8號礦脈鉆孔工程實體模型

圖3 Q8號礦脈坑道實體模型

2．3 礦體三維模型

由于勘探線剖面圖是各類工程勘察試驗和專家經驗解釋結果的結合，具有更高的可信度。因此，本次研究首先對研究區的14條勘探線剖面進行了幾何坐標的校正及三維空間的恢復，然后生成DXF格式的文件，導入到Micromine軟件中，提取出各礦體的輪廓線，最后對各勘探線剖面進行連接、平滑，最終建立礦體的三維模型(王麗梅等，2010)(圖4)。

圖4 Q8礦體三維模型

3 成礦信息綜合分析提取

找礦模型的定量分析在三維空間上主要借助于“立方體模型”來實現傳統的二維找礦向三維找礦的新突破。本次根據現有地質資料對礦體的揭示，特別是勘探線的分布，結合礦體的形態、走向、傾向和空間分布特征確定了研究區的范圍。模型區是一個東西長1 724 m，南北長1 144．5 m，垂高為909 m的立方體，并且將該范圍進行三維立方塊化。單元塊行×列×層為10 m×10 m×10 m，模型包括次分塊總共有690 449個單元塊(陳愛兵等，2004)。

(1)建立了三維立方體模型后，可以將根據找礦模型所確定的致礦信息作為屬性賦值給每一個單元塊。如由于整個大月坪組的地層在該區域上均為有利成礦的地層，因此將5個組的地層分別作為5個變量。使用地層實體模型對立方體模型進行限定，劃分出不同地層所包含的立方體，作為礦床預測中的有利地層變量。(2)將二維成礦預測研究中的斷裂構造信息的定量化分析(主要包括：構造等密度、構造平均方位、構造中心對稱度、斷裂優益度、構造交點數等變量)拓展到三維空間內。具體操作如下：將二維的、具有不同屬性值的這些網格按照正確的地理坐標導入三維軟件中，形成一個具有三維X、Y、Z坐標及不同屬性信息的數據表，據此對整個研究區的三維立方體進行插值，從而使研究區內的三維立方體模型具有斷裂構造的不同屬性，提取致礦信息，作為礦床預測中的有利斷裂構造信息。(3)使用花崗偉晶脈巖實體模型對立方體模型進行限定，作為礦床預測中的有利巖體變量。(4)同時利用鉆孔數據來分析這些單元塊的元素三維異常分布。鉆孔中對樣品的Au含量進行了分析，本次工作使用距離反比加權對未知單元塊進行Au元素含量插值(靳國棟等，2003;鄧明國，2005)。以當前金礦的邊界品位1.0 g/t為異常下限，過濾出可能發生礦化的區域(圖5)，作為礦床預測的一個變量。

圖5 化探異常提取

4 研究區三維成礦預測

4．1 三維證據權預測

根據相關的原理和算法，基于．net平臺用C#語言進行代碼編寫和軟件調試，完成了該三維證據權系統的開發，利用該系統計算各個證據圖層的權重值(表1)。其中，W+、W－分別為證據因子存在區和不存在區的權重值，C值大小表示證據因子與成礦的相關性(Agterberge et al，1998)。從計算結果可以看出：Au元素異常、含金構造帶、斷裂交匯、斷裂等密度、構造中心對稱度以及斷裂交點數這些證據圖層的綜合權重值表現得很高，說明這些變量與Au的形成具有密切的關系。

根據后驗概率的相對大小，將研究區內不同的立方塊劃分為不同的等級，不同等級賦予不同的顏色。由圖6可以看出，預測礦塊的高值區與已知礦體在空間位置上具有良好的吻合度和一致性，從而驗證了該方法的有效性。

圖6 預測礦塊與已知礦體疊加顯示圖

表1 各證據圖層權重表

4．2 三維信息量預測

信息量法應用于區域礦產預測，是由維索科奧斯特羅夫斯卡婭(1968)及恰金(1969)先后提出的(范永香等，2003)。為了能夠對三維證據權的預測結果進行系統的評價，筆者又利用三維信息量法對數據進行了相關計算。

(1)計算各地質因素、找礦標志所提供的找礦信息量(表2)，定量評價各地質因素和標志對指導找礦的作用;(2)利用各找礦標志信息量分別計算每個基本單元的信息量總和，然后根據主觀概率法確定找礦信息量臨界值，此次將信息量的臨界值確定為2．72，用以評價找礦遠景區進行預測(圖7)(陳建平等，2009)。

表2 找礦信息量計算結果

圖7 預測礦塊與已知礦體疊加顯示圖

4．3 遠景區圈定

將三維證據權和三維信息量的預測結果進行疊合分析可以看出，兩者預測的單元塊在空間位置上基本吻合。因此，結合兩種方法的預測結果，在研究區內的三維空間范圍內圈定4個成礦遠景區(圖8)，并依次將其與研究區內的地層和構造實體模型進行疊加分析(圖9、圖10)。

圖8 研究區遠景區的劃分

圖9 遠景區與構造的關系

遠景區A的地層屬于大月坪組中段ArTh．d2-3，巖性主要為黑云斜長片麻巖，角閃黑云斜長片麻巖，見有條痕(紋)狀的混合巖，Q8、Q3051、Q93含金構造帶的交匯部位，鉆孔數據缺乏因而化探異常不顯著，未見坑道布置。

遠景區B地層屬大月坪組中段ArTh．d2-2，巖性主要為黑云斜長片麻巖，分布在Q8含金構造帶內及其周圍的小斷裂中，鉆孔數據缺乏因而化探異常不明顯，未見坑道布置。

圖10 遠景區與地層的關系

遠景區C地層屬大月坪組上段ArTh．d3-1，巖性主要為黑云斜長片麻巖與角閃斜長片麻巖互層，Q4011含金構造帶與Q8含金構造帶及其附近的一個小斷裂帶在此區交匯，此處未見鉆孔數據和坑道工程。

遠景區D地層屬于大月坪組的中段ArTh．d2-1，巖性主要為黑云斜長片麻巖和角閃黑云斜長片麻巖，主要分布在Q4003、Q14以及與Q14下近乎平行的一條斷裂帶內，這3條斷裂近似等距平行分布，據勘探線剖面的鉆孔樣品分析值顯示，該區內Q14斷裂內有品位較高的石英脈分布，只有鉆孔ZK05位于其附近，坑道工程距離此處較遠。

5 結論

(1)成功地將二維成礦預測中反映線性構造致礦信息的定量化分析(主要包括構造等密度、構造中心對稱度、斷裂優益度、構造交點數等變量)拓展到三維空間內(陳建平等，2011)，從而為三維成礦預測提供了新的變量。

(2)根據證據權重值的大小，得出研究區內主要控礦因子為Au元素異常、含金構造帶、斷裂交匯、斷裂等密度、構造中心對稱度以及斷裂交點數這些證據圖層，與找礦有著密切的關系。

(3)預測結果顯示，該研究區內最主要的①號、②號、③號3個礦體所處的立方塊的后驗概率值和信息量值均處于高值區，這驗證了三維證據權法和三維信息量法在該研究區內進行成礦預測的可行性與正確性，為尋找隱伏礦床研究領域提供了新的思路，具有很好的應用前景。

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3D metallogenic prediction for western section of Q8 gold deposit in Tongguan County of Shaanxi based on digital mineral deposit model

CHEN Jian-ping1，2，3，SHI Rui1，2，3，WANG Li-mei1，2，3，CHEN Zhen-ping，1，2，3

(1．School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2．Institute of Land Resources and High Techniques，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;3．Beijing Key Laboratory of Development and Research for Land Resources Information，Beijing 100083，China)

Q8 gold deposit，located in Tongguan County of Shaanxi Province，was one of the few large deposits in Little Qinling Mountains．Through years of exploitation and utilization，the surface and the shallow resources for the mine were mined out．The shortage of resources made 3D prediction and evaluation for the deep mineral resources a hot spot concern in technical research．3D space prospecting method was originated from 2D space and could realize visualization for the deep and quantitative geological information．Dominant variable of 3D space ore-prospecting could predict 3D structure of the deep concealed ore bodies．The authors pointed out four prospective gold mining areas according to the prediction probability．The studies provided scientific basis for the entire area of Tongguan gold resources，also provided new ideas for the research of concealed deposits．

Digital mineral deposit model;3D evidence weight;Metallogenic prediction;Tongguan，Shaanxi

P618．51;P612

A

1674－3636(2012)03－0237－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．237

2012－05－20;編輯：侯鵬飛

陳建平(1959— )，男，教授，博士，博士生導師，主要從事礦產資源定量預測評價和“3S”技術應用的教學與研究工作，E-mail：3s@cugb．edu．cn