三維地質建模方法在貴州銅仁地區李家灣—道沱錳礦區的運用

葉 飛，潘 文，劉 健，解 巖,2，周 玲，左 勇，占朋才，吳本林

(1. 貴州省地礦局103地質大隊，貴州 銅仁 554300； 2. 成都理工大學，四川 成都 610059)

三維地質建模方法在貴州銅仁地區李家灣—道沱錳礦區的運用

葉 飛1，潘 文1，劉 健1，解 巖1,2，周 玲1，左 勇1，占朋才1，吳本林1

(1. 貴州省地礦局103地質大隊，貴州 銅仁 554300； 2. 成都理工大學，四川 成都 610059)

三維地質模擬技術以模型為基礎直觀精確地重建地質對象結構，形象地表達地質體空間形態和分布。有助于地質人員認識深部地質結構，有效的幫助地質人員預測分析深部地質信息在勘察區域的空間位置以及相互之間的關系。傳統的地質三維建模平臺，限于語言及操作習慣，較難掌握，在地質基層生產單位常規作業軟件Mapgis基礎上，適當結合Surpac，運用研究區已有勘查成果，總結出一套適合生產單位深部建模方法。同時構建了研究區大塘坡期起沉錳盆地構架，為后期靶區選擇，提供了一定的依據。針對性地解決區內的找礦實際問題，以期進一步擴大地質成果。更好的為找礦工作服務。

錳礦；礦體模型；圍巖模型；三維地質建模

0 前 言

研究區位于上揚子東緣成礦帶，大地構造位置處上揚子地塊與華夏地塊的過渡區，跨越上揚子地塊和江南造山帶。近年來，在古天然氣滲漏模式指導下[1]，通過銅仁地區錳礦整裝勘查區，先后在區內新松桃西溪堡(普覺)、松桃道沱、松桃高地和松桃桃子坪4個隱伏超大型錳礦床。該整裝勘查區新發現的超大型錳礦床數，占全球己發現超大型錳礦床總數約三分之一[2]。被譽為破解了錳礦深部找礦難題。我國礦產資源形勢嚴峻，深部礦產找礦和開采工作的重要性越來越大[3]，隨著勘查深度的推進，人們對深部礦產資源的空間分布特征卻越發難以推測[4]，對深部礦產認知度也更低。三維地質模擬[5-7]技術以模型為基礎直觀精確地重建地質對象結構，形象地表達地質體空間形態和分布。有助于地質人員認識深部地質結構，有效的幫助地質人員預測分析深部地質信息在勘察區域的空間位置以及相互之間的關系。縮短工程周期，提高工作效率，優化工程設計，提高設計水平[8]。

本文旨在結合已有勘查成果，利用空間信息進行三維地質建模，并針對以上數據做相關統計分析，通過研究礦區的構造、地層、礦體的空間三維展布與礦化富集的內在聯系，針對性地解決區內的找礦實際問題，以期進一步擴大地質成果[9]。

本次三維地質建模主要通過建立地質數據庫、創建研究區地層模型、礦體模型、構造模型或其他類型模型[10]。以勘探線剖面圖及鉆孔柱狀圖為三維地質建模的數據源，按照線框架建模的技術思路，由剖面輪廓線和地面地質界線聯合重構了成礦地質體的三維表面[11]，按照國際礦業領域通用塊體模型概念。通過數據庫和三維模型疊加顯示，可對礦體空間展布、儲量計算、動態儲量報告、品位和不同屬性的分布特點進行綜合運用[10]，服務找礦。

1 區域背景

研究區大地構造位置處上揚子地塊與華夏地塊的過渡區，跨越上揚子地塊和江南造山帶，研究區為揚子地層區沉積[12-14]，是一個以新元古界淺變質巖系為基底的復雜褶皺帶。出露的基底為新元古界梵凈山群，為一套巨厚的變質火山巖系和陸源碎屑巖系，其上為新元古界淺變質巖系板溪群，伴隨羅迪尼亞超大陸的裂解，華南及研究區發生大規模伸展裂陷，巨厚的板溪群在區域拉伸斷裂過程中造就了區內半地塹式聚錳盆地[15-20]。加里東運動，曾使該區一度隆起，缺失古生界泥盆和石碳系地層。中生代早期的印支運動使研究區隆升為陸、晚期的燕山運動使其發生強烈變形，形成復雜的斷褶帶，喜馬拉雅運動再次發生斷塊狀差異性隆升。經過不同期次構造運動的復合、疊加和改造作用，形成了區內褶皺、斷裂以北北東—北東向為總體構造線的區域構造格架，但褶皺多被后期斷裂破壞和改造，屬中等—復雜構造變形區[21-25]。區域內出露地層有：中元古界薊縣系、新生元古界青白口系、南華系、震旦系、古生界寒武系、奧陶系及新生界第四系。

2 研究區地質概況

2.1地層

區內出露地層主要有元古界青白口系板溪群、南華系、震旦系、古生界寒武系、奧陶系及新生界第四系地層。區內地層，大致呈NEE向展布。錳礦賦存于南華系下統大塘坡組一段中，南華系從下至上，下統為兩界河組、鐵絲坳組、大塘坡組，上統為南沱組。兩界河組和鐵絲坳組相當于的冰海沉積。兩界河組主要分布在大塘坡地區，與下伏的青白口系板溪群紫紅色粉砂質板巖呈不整合接觸；大塘坡組為Sturtian冰期與Marinorn冰期之間的間冰期沉積；南沱組相當于Marinorn冰期沉積，局部夾白云巖透鏡體。現將南華系地層巖性從老到新敘述如下。

兩界河組(Nh1l)：底部以含礫長石石英砂巖或含礫泥晶白云巖透鏡體與下伏紅子溪呈角度不整合接觸；中上部為灰色厚層含礫長石石英砂巖夾含礫泥(粉)晶白云巖透鏡體。區域上呈線狀展布，厚度變化較大，厚度0～126.14 m。

鐵絲坳組(Nh1t)：主要為灰色厚層含礫砂巖、長石石英砂巖，間夾泥晶白云巖、含砂礫白云巖透鏡體及粉砂質頁巖等，局部地段發育大型板狀斜層理、交錯層理。以角度不整合或假整合超覆于板溪群之上，厚度2.50～394.94 m。

大塘坡組(Nh1d)：下部為黑色炭質頁巖夾菱錳礦、含礫砂巖、少量白云巖等，橫向上可相變為粉砂質頁巖或白云巖，水平層理發育，厚度1.89～50.00 m；中、上部為灰色粉砂質頁巖及少量粉砂質粘土巖、砂巖等，水平層理發育，厚度30.00～320.00 m。

南沱組(Nh2n)：下部為黃綠、黃灰色塊狀含礫粉砂巖、含礫粉砂質頁巖；中部為灰綠、黃綠色含礫砂巖；上部為灰綠、黃灰色含礫粘土巖、含礫砂巖夾黃灰色、深灰色粘土巖。礫石呈渾圓狀、次棱角狀，大小20 cm×15 cm～0.2 cm×1 cm，含量1%～5%，成分主要為石英、砂巖、粘土巖、白云巖等,厚度200.00 m。

2.2構造

區內復雜的不同構造體系，不同期次的構造形跡，相互復合，對后期錳礦體的保存有著重要的影響。區內褶皺主要有梵凈山穹狀背斜，盤山背斜，猴子坳向斜與大塘坡向斜，主要斷裂有三陽斷裂、楊立掌斷裂、木耳斷裂、水銀廠斷裂、紅石斷裂等，其主要構造特征敘述如下：

梵凈山穹狀背斜：位于工作區南部，其長軸呈北北東向，東、西兩側分別為紅石斷裂及三陽斷裂所切割。穹窿核部為本區最老的地層—青白口系梵凈山群，并有花崗巖及基性小巖體侵入，四周為青白口系板溪群—奧陶系地層。核部地層陡立，傾角50(°)～85(°)，甚至直立或倒轉，為一系列武陵期形成的北北東向的線狀褶皺，翼部的青白口系板溪群與核部的梵凈山群成角度不整合接觸，地層傾角平緩，一般為20(°)～45(°)。

猴子坳向斜：位于松桃烏羅—道坨—耿溪一帶，核部出露的最新地層為寒武系清虛洞組，奧陶系桐梓組，兩翼地層依次為寒武系，震旦系，南華系及板溪群等地層，四周巖層傾角一般在20(°)～30(°)，為兩翼不對稱的短軸狀向斜構造。

3 三維地質模型建立

三維地質建模雖然軟件繁多，但方法大同小異，大致可分為基于鉆孔的數據建模法、剖面柵格法。近年來，又有專家提出來基于數字地質圖的三維建模方法。基于鉆孔數據建模法是利用鉆孔中地層分層信息進行連接，配合地震等物探資料對鉆空問的信息補充，建立三維地質模型。國外三維建模起步較早，軟件較為成熟，國內三維地質建模的研究主要是停留在對國際三維地質軟件的應用和二次開發上面，取得了一定的研究成果。三維模擬軟件起步較晚，產品結構框架還不太完整，在海量數據處理能力、三維建模、三維分析、跨平臺通信、二次開發支持等方面，相比國外軟件有一定的差距。但國外軟件限于語言及操作習慣，在國內推廣較為緩慢。本文在地質基層生產單位常規作業軟件Mapgis基礎上，適當結合Surpac，運用研究區已有勘查成果，總結出一套適合生產單位礦山深部建模方法。

3.1礦體三維模型建立

本文借助國際先進礦業軟件Surpac，采用鉆孔三維模擬構建研究區三維礦體模型。本文擬采用以下三維地質建模流程本文重點介紹礦體模型建設。

3.1.1 多源異構數據收集與處理

充分收集區內地形及鉆孔數據。本次工作中地形數據采用MapgisWl格式，在校正后，進行高程賦值處理。鉆孔數據根據工作須要，將各類信息存儲進入孔口表、測斜表、巖性表、分析結果表等4張表內。

3.1.2 鉆孔數據庫建立

鉆孔數據庫為礦體建模核心，直接影響后期解譯結果，基于上述工作中所建立孔口表、測斜表、巖性表、分析結果表等4張表。數據庫格式為.mdb格式。

3.1.3 剖面解譯

根據剖面端點、剖面視域范圍，以及勘探線坐標等信息，自動的批量的切剖面，實現剖面解譯，標注地質要素。

3.1.4 建立礦體模型

運用Surpac軟件中的三角網建模手段，建立礦體實體模型。其中礦體和夾石采用方向相反的閉合線圈表示，并區分代號，實現實體模型可視化見圖1～2。

圖1 高地礦區礦體空間三維展布

圖2 道坨礦體礦體空間三維展布

3.2圍巖模型

本文借助國際先進礦業軟件Surpac，剖面柵格法構建研究區礦體圍巖三維模型。建設流程如下。

3.2.1 勘探線處理

收集校正區內勘探線剖面，利用Mapgis/CAD，矢量化區內勘探線剖面，而后采用Mapgi對各地層單元進行拓撲處理，將處理結果將結果按“礦區+勘探線號+地層方式保存”同時文件格式轉換為.DXF格式交換文件。在處理過程中須保證個地層單元名稱統一。本次工作涉及3個礦區，由于勘查時間關系，各地層單元名稱不盡統一，本次工作中采用區內最新地質志，對地層單元進行統一。值得一提的是，以往地層模型構建過程中，大都采用地質界線底界作為建模邊界，該方法在構造簡單區礦區利用尚可，對于構造復雜區，不具備操作性。

3.2.2 勘探線空間位置配準

將處理好線文件導入Surpac，結合剖面實際坐標，反復利用“圖層—運算”、“線文件2D轉換”功能進行各地層單元界線空間配準。配準結果見圖3。

圖3 地層空間配準成果

3.2.3 地層單元模型

將各地層單元線按地層單元由老到新重新編號，編號完成后，在Surpac中拖入單個地層線，利用三角網建模手段，構建獨立地層單元塊體模型。最終將所有地層單元模型歸并，形成最終實體模型見圖4。

圖4 道坨礦區深部三維立體模型(紅色部分為含錳巖系)

4 模型運用

4.1礦體空間分布特征

本次工作涉及李家灣、高地、道沱3個礦區，其中高地與道沱礦區毗鄰，屬同一成錳盆地無爭議，李家灣與高地礦區距離約5 km，二者中部存在一ZK1208孔。筆者通過模擬連線，認為區域礦體及上下圍巖變化均勻，上下協調，筆者認為該區域3個礦區屬同一Ⅳ級斷陷盆地，盆地中心分別位于高地ZK2715、李家灣ZK107一帶。

4.2菱錳礦、含錳巖系變化關系

筆者在已有等值線基礎上，運用利用模型中“自動剖面功能”比對功能，認為含錳巖系厚度與菱錳礦層厚度呈正相關關系。同時構建了區內大塘坡早期沉積盆地示意模型。根據該模型顯示，沉積時期，區內存在兩個沉降中心(即高地zk2715、李家灣zk107)和多個次級沉降中心。多個次級隆升見圖5。

圖5 研究區大塘坡早起三維立體沉積盆

4.3資源估算

本文利用3DRC法進行資源儲量計算，對比驗證地質工作者一使用的傳統幾何法—塊段法，結果說明資源儲量計算結果準確、合理，可用的資源儲量報告提交服務[7]。通過本次模型建設，概算研究區錳礦資源量約5.8億t。其中已勘查控制資源量約3億t。尚有巨大開采潛力。

4.4其他運用

三維地質建模能將營腦礦區的所有空間和有用數據信息實現數字化存儲、傳輸和表達，當然這些工作都是建立在整個礦區的所有地質資料包括文中提到的地層、構造、測量、水文、物化探等都建模之后，實現礦區三維數字化管理模式，直觀地了解礦區目前的勘查進度、鉆孔現狀、儲量變化等情況。應用十礦區地質勘查土作中資料數據的動態查詢、快速生成鉆孔柱狀圖、成果報表等，準確地反映礦區勘查的各項生產技術指標，分析確定下一步合理的勘查土作技術指標及找礦方向，極大地提高地質土作人員的工作效率(見圖6、7)。

圖6 李家灣礦區深部采掘模型

圖7 李家灣礦區水紋模型模型

5 結 論

1)本文在地質基層生產單位常規作業軟件Mapgis基礎上，適當結合Surpac，運用研究區已有勘查成果，總結出一套適合生產單位深部建模方法。

2)以三維地質建模理論為指導，在系統收集李家灣—道沱礦區多年地質勘探所獲得的原始資料基礎上，建立區域礦體三維模型，并根據模型運用實際，認為研究區李家灣—道沱礦屬同一四級斷陷盆地，存在兩個沉降中心，及多個次級隆起。

3)根據模型估算，該區域賦存錳礦資源量約5.5億t，目前已控制資源量約3億t，尚有巨大找礦潛力。

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AnApplicationofThreeDimensionalGeologicalModelingMethodinLijiawanMn-mineArea,TongrenofGuizhou

YE Fei1, PAN Wen1, LIU Jian1, XIE Yan1,2, ZHOU Ling1, ZUO Yong1, ZHAN Pengcai1, WU Benlin1

(1.The103GeologicalBrigadeofGuizhouBureauofGeologyandMineralResources,Tongren,Guizhou554300,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

With the deepening of exploration, the spatial distribution characteristics of deep mineral resources are more difficult to speculate. Deep mineral awareness is also lower. Based on the model, 3D of geological simulation technology can reconstruct the geological object structure visually and accurately. It is helpful for geologists to understand the deep geological structure and to help geological personnel to predict and analyze the spatial location of deep geological information in the exploration area and the relationship between them. 3D of modeling platform of traditional geology, limited to the language and operating habits, will be difficult to grasp, on the geological production units at the grass-roots level routine Mapgis software. This article has summed up a set of suitable production in deep modeling method. At the same time, the framework of the manganese manganese basin in the area is built, as provides a basis for the selection of target areas in the later period. Aiming at solving the actual problems of prospecting in the district, we hope to further expand the geological achievements and a better service for prospecting.

Manganese ore; Orebody model; Surrounding rock model; 3D of geological modeling

2017-07-18

貴州1∶5萬塘頭等2幅區調(1212201010000150011-12)；黔地礦科研項目。

葉飛(1984-)，男，貴州晴隆人，高級工程師，研究方向：區域地質調查、三維地質建模；通訊作者：潘文，男，高級工程師，研究方向：地質勘查，手機：18785095872，E-mail：512534074@qq.com.

P631

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.048