新疆北山地區羅東銅鎳礦三維地質建模及控礦構造的演化研究

楊 陽，張 敏，魏玉凱

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第十一地質大隊，新疆 昌吉 831100）

新疆北山地區羅東銅鎳礦，位于北山地區的西部方向，處于坡北鎂鐵質——超鎂鐵質雜巖帶西側，是一個典型的雜巖礦山體。通過翻閱大量的調查資料，發現該地區的羅東巖體形態、產狀、巖相分帶具有集中化、分散化等特征。因此傳統建模方法根據以往的銅鎳礦體物化探異常特征，建立銅鎳礦三維地質模型。此次研究在傳統建模方法的基礎上，優化設計建模過程，將模型的計算速度和精確度都進行不同程度的提升，為銅鎳礦的探采工作提供更加先進的技術。因此研究新疆北山地區羅東銅鎳礦的三維地質建模方法，并分析控礦構造的演化過程。

1 新疆北山地區羅東銅鎳礦三維地質建模

1.1 構建地表模型

數字地形模型是地形分布特征的表現形式，通過已知坐標屬性和離散分布點，模擬顯示地面的連續性特征。在3DMine 礦山建模軟件中，利用散點、線條以及閉合線生成地表模型。首先將散點數據上傳到3DMine 數據庫中，通過散點圖的形式預先設定地表特征點，利用三角形網連接各點，形成一個表面模型。然后為線條上的點進行高程賦值，結合帶有高程值的地形線條，生成散點數據信息，再利用線條生成地表模型的基本外觀。然后利用自身程序轉化模型的基本框架，通過顏色渲染功能模擬地表的起伏狀態[1]。此次研究構建的礦區范圍地形模型，利用mapgis6.7 對1：1000 的地質圖進行掃描，然后矢量化處理生成的二維圖像，得到礦區范圍地形線，如下圖1 所示。

將處理后的文件導入到3DMine 的管理數據庫中，賦值完等高線高程后檢查并清理地形線，清理重復點或者線條，得到完整的新疆北山地區羅東銅鎳礦地表模型。

1.2 構建3D 地形地質模型

依據新疆北山地區羅東銅鎳礦段地形地質圖，結合上述構建的范圍地形模型，建立3D 地形地質圖。在校正后的地形地質圖上，提取因為自然環境因素、人為開采因素導致的斷層及地層信息，將該信息上傳到3DMine 中，檢查同時清理提取的數據，同時打開范圍地形模型，利用點以及文字轉換線條落在數字地形模型上的功能，同時要求地質區顏色與地形地質圖之間，按照1：1000 的比例進行格式統一，以3D 效果圖的形式，建立地形地質圖模型。該過程首先要建立主要地層模型，根據地層的頂底板點，在地形地質圖及其剖面圖中獲取與地層有關的信息，確定模型的地層。自然類型模型則從剖面圖和儲量估算圖中，提取與自然類型有關的信息。建立礦體實體模型時，將原有的cad 勘探線剖面圖三維化；然后解譯及圈定剖面礦體；再協調和處理各個子模型之間的空間位置關系；將該模型與原地勘剖面進行對比，注意校核線框實體的有效性；最后進行數據糾錯，對存在構建問題的銜接面、銜接點進行調整，實現對3D 地形地質圖的構建。

1.3 構建塊體模型

地質實體模型可以精準描述銅鎳礦的空間形態與位置，但很難反映其內在性質，因此在構建地表模型、3D 地形地質模型的前提下，還要構建塊體模型，不僅掌握新疆北山地區羅東銅鎳礦的位置及形態，還要迅速把握礦山的內在性質。塊體模型只考慮平面范圍，因此從新疆北山地區金屬礦的數據庫中，找出羅東銅鎳礦的模型構建范圍，然后根據前兩節內容，構建地表模型和地形地質模型。根據模型中的基本參數，自動獲取塊體在水平方向、垂直方向上的最小和最大坐標。然后確定塊體模型的尺寸，塊體尺寸越小時，構建的模型精準度就越高。但由于過小的塊體尺寸會增加計算量，降低整體計算效率，因此本次建模為了保證時效性，將塊體模型尺寸設置為5×5，按照該規格和基本模型架構，自動生成規則格網，此時格網中心點坐標，就是塊體模型在建設平面中的中心點。然后對格網點賦值。由于傳統建模方法根據已知樣本點，采用估值法判斷格網點對應的三角形，然后通過三角面方程插值的方法進行賦值，導致計算過程較為復雜，因此針對傳統建模方法存在的不足，對格網點賦值方法進行改進，提高三角網對格網點賦值的速度與精度。該方法首先根據三角形的角的最值坐標，確定其外接矩形。然后分析網中心線與外接矩形四條邊線之間的關系，當橫縱兩條中心線均與矩形存在交點時，則可知外接矩形影響格網；再分析三角形與中心點之間的關系，當中心點位于三角形內部時，則說明三角形影響格網。根據三角形所影響的格網判斷結果，對格網中心點賦值。當中心點在三角形內部時，則通過三角面方程插值法，確定格網中心點的銅鎳含有率。完成上述賦值工作后，根據格網頂面、底面中心點，建立不同中心點的坐標，其中格網頂面中心點的坐標和底面中心點的坐標，分別用A0(x0,y0,z0)和B0(a0,b0,c0)表示，四個頂面頂點分別為A1、A2、A3、A4；四個底面頂點分別為B1、B2、B3以及B4[2]。已知塊體模型的實際構建尺寸，根據格網頂面中心點坐標，計算其他四個頂點坐標，同理計算格網底面其他四個頂點坐標，從而構建格網底面模型。然后再利用上述提到的頂點坐標，構建模型的側面，將側面、頂面以及底面相連接，形成一個封閉體，也就是塊體模型。塊體模型構建完畢后，將其與其他模型之間進行銜接，然后進行三維顯示。該顯示界面如下圖2 所示。

將地層頂面三角網和底面三角網，分別放入頂面所在圖層和底面所在圖層兩個輸入欄中，單擊“確定”按鈕即可顯示模型的三維立體效果圖；若選擇“是否計算體積/儲量”這一選項，還可以自動計算不同地層中的銅鎳金屬含量。至此實現對新疆北山地區羅東銅鎳礦三維地質模型的構建。

2 控礦構造演化過程分析

目前的礦床內控礦構造，多以褶皺和斷裂的形態為主，總體呈現NW 形態的走勢，還有一些呈現NWW 的走勢特征。其中新疆北山地區羅東銅鎳礦的背斜構造，主要存在NWW 走向的軸向褶皺；控礦斷裂則主要體現在NW 斷裂帶與NWW 斷裂之間。分析控礦構造演化的基本特征時，根據構建的三維地質模型，提取該地區地表和地層的形態學特征，提取每一褶皺和斷裂區域的控礦構造演化數據，然后結合運動學基本定理，分析控礦構造演化成因及規律。已知羅東銅鎳礦某一段露天采場內的NWWNW 向斷裂中，靠近斷裂帶兩側的含銅鎳礦，呈脈狀或是微細浸染狀分布。根據三維模型的觀測結果，發現斷裂帶較破碎部位的含銅鎳礦脈發育情況更好，因此可以判斷該開采地段受地殼活動的影響，在該處劇烈運動，使構造透鏡體、斷層泥以及斷層角礫不斷發育，通過地殼活動重新排列組合，由兩側斷裂帶的牽引使銅鎳礦脈沖出基本地層，因此可以通過含礦斷裂帶的剪切逆斷裂實際情況，判別控礦構造演化過程。根據上述過程可知，在成礦前控礦構造受NW 斷裂與NWW 斷裂的影響，產于礦山的背斜兩翼或切穿背斜，說明控礦斷的形成時間，要晚于背斜和千枚理構造的形成時間。因此根據應力學分析可知，背斜形成于NNE 的擠壓，因此通過上述分析過程，判斷新疆北山地區羅東銅鎳礦的控礦構造演化規律[3]。

3 結束語

此次研究在傳統三維地質建模的基礎上，對三角面方程插值法賦值過程進行了優化，為新疆北山地區羅東銅鎳礦山的三維地質建模，提供更有效率和精度的礦山三維立體模型。但此次研究受復雜地質條件、動態變化的找礦環境影響，其建模方法還存在不足之處，今后的研究工作中，可以對巷道模型的建立進行詳細說明，為三維地質建模提供更加可靠的技術手段。同時還要以實地考察的方式，檢驗控礦構造演化過程分析是否可靠，為國家的找礦技術貢獻一份力量。