湖南思通溪銻礦三維地質建模及資源量估算

閆友誼， 向　濤， 范建福， 王　琨

(1.中化地質礦山總局湖南地質勘查院，湖南長沙410004； 2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037)

湖南思通溪銻礦三維地質建模及資源量估算

閆友誼1， 向濤1， 范建福2， 王琨2

(1.中化地質礦山總局湖南地質勘查院，湖南長沙410004； 2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京100037)

摘要：在大量收集礦區鉆孔、探槽等地質數據的基礎上，利用探礦者(Minexplorer)軟件建立了湖南沅陵縣思通溪礦區的礦體三維模型，采用地質塊段法、地質截面法和地質統計學方法分別進行儲量估算。結果顯示，利用探礦者軟件進行儲量估算可視化效果好，便于操作，計算結果真實可靠。

關鍵詞：儲量估算；三維建模；探礦者(Minexplorer)軟件；思通溪銻礦；湖南沅陵

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.03.367

中圖分類號：P628;P618.66

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2015)03-0367-06

收稿日期：2015-06-12；編輯：侯鵬飛

基金項目：中國地質調查局地質礦產調查評價專項“全國重要礦種成礦區劃部署研究”(12120114051501)，商業地質項目“湖南省沅陵縣思通溪銻礦詳查”

作者簡介：閆友誼(1965—)，男，高級工程師，地質調查與勘探專業，主要從事礦產普查與勘探工作，E-mail：yyy1095@163.com

0引言

三維地質建模技術基于對大量原始數據的綜合分析，在三維空間中建立三維地質體模型，利用地質解譯、地學統計、空間分析、空間信息管理等技術，進行三維可視化分析、儲量估算、成礦預測、勘探設計等工作(肖克炎等，2010；陳建平等，2011，2014)。

隨著三維GIS技術和計算機技術的不斷發展，三維建模技術在地質勘查及礦產資源開發等方面得到更為廣泛的應用(肖克炎等,2010,2012；張婷婷等，2012)。三維GIS的發展為礦產資源評價的三維可視化、空間分析及動態模擬提供了實現手段(陳建平等,2008)。利用三維GIS平臺能在三維空間顯示各類空間實體，顯示空間上的品位、厚度和密度及其相關變化，對空間實體的幾何形狀、位置及其分布情況進行定量預測(陳建平等,2005；陳東越等,2013；劉智宇等,2013)。

隨著科技的發展，銻已經被廣泛應用于生產各種阻燃劑、玻璃、搪瓷、橡膠、涂料、塑料、半導體元件、醫藥及化工等產品。我國銻礦資源豐富，產量及出口量居世界首位(丁建華等,2013；王永磊等,2013)。銻礦儲量分布較為集中，大中型礦多，礦石質量好。湖南盛產銻礦，沅陵縣思通溪礦區位于湖南省沅陵縣西南方向的筲箕灣鎮九龍山村境內，面積5.11 km2。本次研究以思通溪銻礦為研究區，進行三維地質建模及資源量估算。

1區域地質背景

思通溪銻礦位于揚子地臺與華南加里東褶皺帶的過渡地帶，地殼運動頻繁，經歷了從武陵—喜山等6次大的構造運動，地殼淺部構造巖漿活動十分強烈，形成一系列北東向褶皺和斷裂，造成經向、緯向、北西向及多個構造體系的多次聯合、復合，形成十分復雜而規模巨大的疊瓦剪切推覆構造帶，其中層間剝離空間、層間斷裂破碎帶及層內裂隙系統形成重要的容礦構造。區域上礦區位于隆起帶，地層長期遭受剝蝕，由老至新，地層以板溪群五強溪組(PtBnw)廣泛分布為主，其余為板溪群馬底驛組、震旦系下統南沱組、震旦系上統陡山沱組及留茶坡組、寒武系下統牛蹄塘組和第四系(圖1)。

圖1　研究區區域地質簡圖Fig.1　Regional geological map of the study area

礦區同沉積大斷裂發育，海底火山噴發、噴氣，成礦物質來源十分豐富，又有陸間裂陷槽聚礦沉積而形成板溪群、芙蓉溪群和震旦系江口群等活動型類復理石建造，形成銻礦重要的礦源層。研究區深部雪峰地幔塊體東緣巖石圈增厚，并有數條北東向深大斷裂切割，形成規模宏大的網絡狀韌性剪切系統，其韌性剪切變形、變質作用，使巖石和礦物脫炭、脫水，產生大量的成礦流體，并接納區域變質成礦熱液、巖漿活動成礦熱液、地下水成礦熱液及深部上升成礦熱液，在韌性剪切帶系統中聚集、混合，并在強大的應力作用下不斷從圍巖中提取銻，使銻不斷富集，形成規模巨大的成礦熱液庫。在地殼運動產生的地應力、溫度梯度、壓力梯度及濃度梯度的作用下，成礦熱液沿深大剪切斷裂帶上升進入地殼中，在淺部的片理化帶、劈理密集帶、次級和再次級北東向韌脆性斷裂、北西向張性及張扭性斷裂中成礦。

礦區地層產狀較緩，呈舒緩波狀展布，有1套完整的變質長石石英砂巖夾粉質絹云母板巖，因為銻礦成礦主要是氣液成礦，對產狀較陡的破碎帶銻礦成礦而言相當于1個完整的蓋板。較緩的地層產狀和孔隙細小的巖石能使銻氣液不易揮發，在合適的空間構造部位充填成礦，礦體賦存于斷層傾角由陡變緩的鞍部。

礦區主要礦體賦存于中元古界板溪群五強溪組第三巖性段灰綠色變質長石石英砂巖中，均產于斷層破碎帶中，產狀較陡。含銻礦(化)體多呈規則或不規則的層狀、似層狀、透鏡狀，沿走向或傾向均有尖滅再現與分支復合現象。

礦體產于斷層產狀舒緩部位，呈薄脈狀、透鏡狀產出，嚴格受斷層破碎帶控制。其總體形態、延伸、延展、產狀與控礦、容礦構造帶一致，即破碎帶產狀變緩、寬度較大時，礦體厚度變大；破碎帶變薄或封閉時，礦體變薄或尖滅。

通過老硐編錄及鉆探工程驗證，大致可知各工業礦體具薄而富的特點，一般厚度為0.4～2.4 m，礦體與圍巖以構造面劃分，界線分明，一般圍巖均不含銻，有用礦物硫化銻呈致密塊狀集中分布且品位較高。

2三維礦床地質模型的建立

建立三維礦床地質模型首先要有詳實的鉆孔數據在空間上作為約束，因此需要全面收集研究區鉆孔、坑探、槽探等相關數據資料。本次研究收集鉆孔27個、探槽14個、勘探線剖面18個，相關勘探報告2份，主要用于建立思通溪銻礦的礦體模型。三維地質模型構建基于中國地質科學院礦產資源研究所自主研發的“探礦者”(Minexplorer)軟件平臺(范建福等,2012)。

2.1　鉆孔模型構建

通過對收集資料的分析整理，建立三維空間數據庫，根據探礦者軟件要求的數據格式，將鉆孔數據總結為3個數據表，分別為鉆孔位置表、鉆孔形態表和采樣信息表。鉆孔位置表主要包括鉆孔的開孔位置、孔深及所在的勘探線號等，鉆孔形態表主要包括鉆孔方位角和傾角，采樣信息表主要分段描述了鉆孔的不同巖性及元素含量的測試結果。

鉆孔數據界面如圖2。

圖2　鉆孔數據界面示意圖Fig.2　Sketch showing interface of drill hole data

利用探礦者軟件就可以在三維視圖中進行鉆孔的三維顯示，并根據鉆孔所在勘探線的分布情況，設置勘探線剖面的位置(圖3)。

圖3　探槽、鉆孔三維示意圖Fig.3　Three-dimensional schematic diagram of trenches and drill holes

2.2　單工程礦體圈定

按照設定的勘探線位置形成一系列近似平行的剖面，在剖面上根據資源量圈定指標，結合“穿鞋戴帽”原則，根據樣品分析結果，礦體邊界按工業指標要求對各礦體進行圈定，將大于或等于最低工業品位的樣品全部圈定為礦體；小于最低工業品位的樣品或礦體厚度小于最低可采厚度的則按邊界品位進行圈定。選用單元素圈定方法，圈定標準：Zn元素最低工業品位為0.7%，邊界品位為0.3%，最低可采厚度為0.8 m，夾石剔除厚度為2 m(圖4)。

圖4　單工程礦體圈定示意圖Fig.4　Sketch showing delineation of single-engineering ore body

2.3　剖面礦體圈定

根據研究區礦體形態特征，在剖面上圈定礦體邊界范圍。研究區銻礦主要呈似層狀、透鏡狀，大致近水平展布；剖面形態較為簡單，厚度、品位變化不大；平面形態不太規則。剖面上礦體的圈定根據研究區礦體似層狀、透鏡狀的基本特征進行連接，采用滿足單工程礦體圈定的工程點連續封閉及達到最低工業指標連續單工程連線有限外推圈定。

資源儲量估算采用達到最低工業指標的工程點連線封閉圈定，礦體的連接和外推須遵循礦床地質規律。工程之間礦體的厚度不大于相鄰工程實際控制的礦體最大厚度。在地質平面圖和資源量估算垂直投影圖上，根據探礦工程圈定的礦體和相鄰工程的見礦情況，用直線連接礦體邊界線。兩相鄰工程均見礦，兩工程之間礦體直接相連；兩相鄰工程一個見礦，另一個見礦化，采用有限外推法確定礦體邊界，按兩相鄰工程間距的1/3推定；兩相鄰工程一個見礦，另一個不見礦化時，按兩相鄰工程間距的1/4推定。邊緣見礦工程以外無其他工程控制或未見礦工程至見礦工程之距離遠大于基本勘查工程間距時，由見礦工程向外采用無限外推法確定礦體邊界，外推基本勘查工程間距的1/4。傾向上見礦工程以外無工程控制，由見礦工程向外采用無限外推法確定礦體邊界，外推基本勘查工程間距的1/4(圖5)。

圖5　剖面礦體圈定示意圖Fig.5　Sketch showing delineation of orebodies in profile

2.4　曲面連接

在三維視圖中打開剖面線文件，依次選中的同一礦體在相鄰剖面中的邊界線進行曲面連接。礦體沿走向外推邊界需要建立輔助剖面來完成，根據外推準則在相應距離設置輔助剖面，通過剖面編輯來實現不同的尖滅方式。得到的封閉礦體曲面則需進行拓撲錯誤檢查，如邊界邊、重復點、退化三角形等；如果未發現拓撲錯誤，就可以形成地質體模型，保存為體文件(圖6)。

圖6　思通溪銻礦礦體三維模型Fig.6　Three-dimensional model for orebodies in the Sitongxi antimony deposit

3礦體儲量估算過程

3.1　工業指標設定

在三維礦體模型的基礎上進行資源量估算，為了得到最合理的工業指標，根據《鎢、錫、汞、銻礦產地質勘查規范》(DZ/T 0201—2002)及《湖南省部分礦種礦床一般工業指標(試行)》(湘國土資發[2012]42號)，綜合沅陵縣思通溪礦區銻礦礦體特征確定指標方案(表1)。

表1　礦體圈定和資源儲量估算指標確定

3.2　儲量計算方法

利用探礦者軟件提供的下列3種不同儲量計算方法對沅陵縣思通溪礦區銻礦礦體進行儲量估算。

3.2.1地質塊段法地質塊段法根據礦石品級、勘探程度、礦山技術條件、水文地質條件、礦床開采次序等，在礦體的投影面上，將礦體劃分為若干個不同的塊段，在每個塊段內利用算術平均法計算儲量(侯德義,1984)。探礦者軟件提供了地質塊段法計算模塊，由于沅陵縣思通溪礦區銻礦體在三維空間中產狀近垂直，需要將鉆孔和礦體做縱投影。根據礦石不同的工業類型、品級和儲量級別等特征，將礦體劃分為若干塊段，接下來就可以自動計算出每一個塊段的面積、真厚度、體積、儲量級別、平均品位、礦石量和資源量，并將結果顯示在儲量估算結果表中(圖7)。計算總礦石量為183 090.822 t，總資源量為2 513.275 t，平均品位為1.439%。

圖7　地質塊段法儲量估算示意圖Fig.7　Sketch showing reserve estimation by the geological block method

3.2.2地質截面法地質截面法是基于勘探剖面的一種礦產資源儲量估算方法，利用勘探剖面將礦體劃分為不同的塊段，通過塊段截面積和剖面間的垂直距離，計算塊段的體積和礦產資源儲量。在探礦者軟件中，通過儲量計算目錄下的截面法菜單進行操作(圖8)，16條剖面共劃分為17個塊段，總礦石量為162 230.060 t，總資源量為2 245.722 t，平均品位為1.384%。

圖8　地質截面法儲量估算示意圖Fig.8　Sketch showing reserve estimation by the geological section method

3.2.3地質統計學方法在地質建模過程中，樣品含量分布、地形起伏、礦體位置等都是區域化變量。采用克里格估值方法，根據目標位置附近的已知信息，利用變差函數計算出周圍已知信息對目標位置的加權值(貢獻大小)，就可以對目標位置進行無偏最優估計，即最佳線性無偏估計(陽正熙,2006)。理想情況下，無偏即數學期望為0，最優為方差最小。相對于距離平方反比等傳統估值方法，克里格估值法不僅能進行準確估算，而且能提供估值精度。在地質應用方面，可以反映變量的空間結構、變量空間相關性與距離之間的關系。

主要選用普通克里格估算方法進行研究區沅陵縣思通溪銻礦體的儲量估算。普通克里格方法將礦化現象視為與空間位置相關的隨機變量，用變異函數作為工具進行無偏估算，并且提供估算誤差。根據軟件擬合的變差函數，依次選擇主軸、副軸和短軸方向，并進行3軸的結構套合(圖9)。計算總礦石量為182 840.239 t，總資源量為2 581.302 t，平均品位為1.442%(圖10)。

圖9　變異性分析示意圖Fig.9　Sketch showing variability analysis

圖10　地質統計學方法儲量估算結果示意圖Fig.10　Sketch showing reserve estimation by the geological statistical method

4結論

在探礦者軟件平臺上，利用剖面圖、鉆孔數據等地質資料建立了沅陵縣思通溪銻礦的礦體三維地質模型。在三維礦體模型的基礎上，分別利用地質塊段法、地質截面法和地質統計學方法進行儲量估算。根據估算結果，3種方法估算的金屬量比較接近。利用探礦者軟件進行儲量估算可視化效果好，便于操作，計算結果真實可靠。

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Three-dimensional geological modeling and resource estimation of the Sitongxi antimony deposit in Hunan Province

YAN You-yi1， XIANG Tao1， FAN Jian-fu2， WANG Kun2

(1. Hunan Geological Exploration Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Abstract：This study established a three-dimensional model for orebodies from the Sitongxi antimony deposit in Yuanling County of Hunan Province using the Minexplorer software based on large amounts of drill holes and trenches data. In addition, reserve estimation was done based on this orebody model by three methods of geological ore block method, geological section method, and geological statistics method. It is shown that the 3D modeling and reserve estimation using the Minexplorer software have several advantages of convenience, better visualization and accuracy.

Keywords：reserve estimation; 3D modeling; Minexplorer software; Sitongxi antimony deposit; Yuanling in Hunan