乳山市金港礦區蛇紋巖礦地質特征及三維地質模型建立

張海芳

(山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264000)

0 引言

礦床三維模型是“數字礦山”的基礎，是礦床的數字表征。20世紀70年代中期開始，西方主要國家成立軟件公司研制采礦軟件。到了80年代初期，相繼推出了各種采礦軟件，這些軟件涉及領域包括：礦床模擬、開采評估、設計規劃、生產管理等[1-2]。90年代時,礦業軟件技術的研究和應用到了空前的繁榮時期，礦業軟件不斷的更新換代，幾乎所有的大中型礦業公司都擁有用于開采計劃編制和資源及儲量評估的礦業軟件系統[3-4]。比較有影響的礦業軟件有Datamine，Surpac、Ctech，Micromine等。國產三維可視化軟件剛剛涌現，

Creatar-Xmodeling是一套以地質理論為指導，提取地質資料中的地質信息，將計算機技術和數學方法相結合，建立三維地質模型的建模軟件。該軟件引進了先進的三維引擎庫，實現了三維可視化、立體建模、品位估值、資源儲量計算、境界優化及繪圖等功能，在一定程度上能夠與國外同類產品相媲美[7]。該研究借助于北京超維創想信息技術有限公司自主研發的Creatar-Xmodeling三維地質建模軟件[5-6],搭建全息、精細的蛇紋巖礦體鉆孔數據庫及三維地質模型，

1 礦區地質概況

礦區大地構造位置處于秦嶺-大別-蘇魯造山帶(Ⅰ級)膠南-威海隆起(Ⅱ級)威海隆起區(Ⅲ級)乳山-榮城斷隆(Ⅳ級)昆崳山-乳山凸起部位(Ⅴ級)的西部[8]。

1.1 地層

礦區地層簡單(圖1)，主要有中生代白堊紀萊陽群林寺山組及新生代第四系(1)乳山市金成礦業有限公司，山東省乳山市金港礦區化肥用蛇紋巖詳查報告，2012年。。

1—第四紀灰黃色含礫混粒砂、砂礫層、中細砂；2—林寺山組細粒巖、砂礫巖、含礫粗砂巖；3—崔召單元中粒含黑云二長花崗巖；4—滕家單元條帶狀細粒含黑云花崗閃長質片麻巖；5—煙墩山單元中細粒變輝石角閃石巖；6—通海單元變輝石橄欖巖(滑石化蛇紋巖)；7—偉晶巖脈；8—礦體及編號;9—不整合接觸界線;10—地層產狀(度);11—片麻理產狀(度);12—地質界線；13—見礦鉆孔；14—勘探線圖1 山東省乳山市金港礦區地質略圖

1.2 構造

礦區構造不發育，主要表現為節理、裂隙，對地層、巖漿巖等的連續性、完整性無影響。

1.3 巖漿巖

礦區與蛇紋巖礦有關的侵入巖主要為中元古代海陽所序列。

(1)通海單元。 分布于礦區中部芽咀臺往南到西泓村西一帶，呈透鏡狀、殘留包體狀產出，以包體形式分布在中生代玲瓏序列崔召單元內，長軸多呈NW，NE向，長一般350～500m，最長1500m，寬一般45～140m，最寬處550m，巖性為變輝石橄欖巖(滑石化蛇紋巖)、含磁鐵綠泥蛇紋巖。變輝石橄欖巖呈淺綠色、淺褐綠色，粒狀變晶交代網環結構，塊狀構造，礦物成分主要為：橄欖石75%，輝石25%；含磁鐵綠泥蛇紋巖呈暗綠色、黑綠色，鱗片變晶結構、交代殘余結構，塊狀、網脈狀構造，礦物成分主要為：蛇紋石80%，綠泥石>10%，磁鐵礦3%±，方解石少量。該單元為蛇紋巖礦主要賦礦巖體，其中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ號礦體賦存于該單元中。

(2)煙墩山單元。 主要分布于礦區中東部，分布較廣泛，呈小巖株狀、長橢球狀產出，巖性為中細粒變輝石角閃石巖，墨綠色，粒狀變晶結構、纖狀結構，塊狀構造，礦物成分主要為：角閃石、蛇紋石，少量輝石、黑云母、綠泥石、滑石等，巖石蝕變強烈，主要為蛇紋石化、綠泥石化。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

金港礦區圈定礦體11個，編號為Ⅰ—Ⅺ，其中Ⅰ，Ⅱ號為主要礦體,礦石量分別占查明礦石總量的57.61%，19.00%，Ⅲ號為次要礦體,礦石量占查明礦石總量的12.32%；礦石主要為滑石化蛇紋石、蛇紋石化變輝石角閃巖。

Ⅰ號礦體：分布于36～52線之間，賦存標高+20m～-187m(圖2)，呈脈狀?？刂崎L約360m，最大斜深210m，厚度15.19～47.28m，平均33.91m，厚度變化系數47.65%，厚度較穩定，礦體沿走向和傾向均未封閉；礦體走向NEE，傾向SE，傾角21°～62°；MgO含量20.23%～35.66%，平均28.34%，品位變化系數33.55%，有用組分分布均勻。有害組分CaO含量0.17%～4.50%，平均2.74%。

1—黑云二長花崗巖；2—二長花崗巖；3—輝石角閃巖；4—滑石化蛇紋巖；5—斜長角閃巖；6—礦體及編號；7—探槽及編號；8—鉆孔及編號；9—取樣位置圖2 金港礦區蛇紋巖礦48線剖面示意圖

Ⅱ號礦體：分布于36～52線之間，賦存標高+25m～-82m(圖2)，位于Ⅰ號礦體南側，與Ⅰ號礦體近平行。礦體呈脈狀，控制長約360m，最大斜深90m，厚度5.23～30.27m，平均24.06m，厚度變化系數62.14%，厚度較穩定，礦體沿走向和傾向均未封閉；礦體走向NEE，傾向SE，傾角30°～48°；MgO含量19.29%～32.71%，平均25.87%，品位變化系數47.15%，有用組分分布均勻。有害組分CaO含量0.79%～4.76%，平均2.52%。

Ⅲ號礦體：分布在52～66線之間，賦存標高+70m～-40m。礦體呈脈狀，控制長約300m，最大斜深70m，厚度22.32～65.70m，平均40.13m，厚度變化系數47.65%，厚度較穩定，礦體沿走向和傾向未封閉；礦體長軸近EW向，傾向S，傾角45°～54°；MgO含量20.07%～37.24%，平均27.11%，品位變化系數43.27%，有用組分分布均勻。有害組分CaO含量0.10%～4.74%，平均2.32%。

2.2 礦石特征

2.2.1 礦石礦物成分

該礦床礦石類型為滑石化蛇紋巖型、蛇紋石化變輝石橄欖巖型、蛇紋石化變輝石角閃巖型。

(1)滑石化蛇紋巖型礦石主要由蛇紋石、滑石等組成。

(2)蛇紋石化變輝石橄欖巖型礦石主要由蛇紋石、橄欖石、單斜輝石、陽起石、磁鐵礦等組成。

(3)蛇紋石化變輝石角閃巖型礦石主要由蛇紋石、單斜輝石、透閃石等組成。

2.2.2 礦石化學成分

據化學全分析結果(表1)，礦石MgO含量10.35%～27.88%。近地表礦石因風化淋濾作用，MgO含量降低，CaO，SiO2含量增高。

表1 礦石化學成分

3 鉆孔數據庫的建立

鉆孔數據庫是建立三維空間模型的基礎。通過對礦區鉆孔數據進行整理、規范，將其整合為3個數據表：鉆孔基本信息表(表2)、鉆孔分層信息表(表3)和鉆孔傾斜信息表(表4)，以Excel工作表形式分別記錄礦區鉆孔的孔口位置、深度；巖性；方位角、天頂角等信息，利用Xmodeling軟件在三維空間顯示鉆孔軌跡、分布(圖3)，為實體模型的建立奠定基礎[9-10]。

表2 鉆孔基本信息

表3 鉆孔分層信息

表4 鉆孔傾斜信息

1—鉆孔軌跡線；2—鉆孔編號圖3 金港蛇紋巖礦區鉆孔空間立體顯示效果圖

4 三維模型建設

三維建模是在三維地質建模系統(XModelling)中進行二維轉三維，就是把二維數據轉換為三維數據之后，對礦體或地層、巖體等建模對象進行分類[11]。金港礦區建模對象——礦體為滑石化蛇紋巖、蛇紋石化變輝石橄欖巖、蛇紋石化變輝石角閃巖；巖層主要分為海陽所超變輝石橄欖巖、變輝石角閃石巖以及崔召單元中粒含黑云二長花崗巖[12-13]。

4.1 地層、巖體建模

建模方法為基于多源數據的三維地質體建模。系統從多源數據中，提取和解譯出關于單個地質界面的相關原始數據，建立單地質界面的三維空間形態，并進行交互式編輯；然后將各個建立好的地質界面求交，去掉地質界面的多余部分；最后將各個地質界面拼合形成三維地質體[14](圖4)。

1—二長花崗巖；2—變輝石角閃巖圖4 地層、巖體三維模型

4.2 單體建模(礦體建模)

同樣是根據整理的原始剖面數據，使用控制點坐標點對，將二維剖面圖數據轉換至三維空間下的剖面圖數據。礦體建模使用以下方法步驟[15]：①處理及轉換剖面數據；②提取及整理礦體輪廓線數據；③根據剖面情況連相同屬性礦體；④單工程礦體通過輪廓線外推殲滅。

金港礦區蛇紋巖礦體三維空間整體效果圖(圖5)。

1—礦體及編號圖5 礦體模型立體顯示效果圖

5 三維模型的顯示

三維地質模型在虛擬三維環境下，將空間信息管理、地質解譯、空間分析、地學統計、實體內容及圖形可視化等工具結合起來，并用于地質分析的技術。其中，可視化是三維模型最顯著的一個優點。

在三維模型空間(圖6)中可以看出礦體呈似層狀產出，表面多呈NEE向脈狀，礦體多呈緩傾斜，傾角多在30°～48°，個別礦體傾角在62°左右。

1—礦體及編號；2—鉆孔軌跡線圖6 礦體及鉆孔三維模型復合顯示

三維模型中(圖6)，直觀展示鉆孔軸線在空間的位置，勘查中有1類鉆孔——直線型鉆孔。每個鉆孔由表示孔口的點、表示分層巖性的多個直線段等組成。

對礦體、地層、巖體、鉆孔等進行復合顯示(圖7不同方位的立體顯示)，立體再現礦體賦存的空間分布特征，工程控制情況，指導進一步的深部及外圍勘查工作。

目前，由于三維地質模型建設尚在起步階段，雖然已經有了一些成功的應用嘗試，但總體而言對于各礦區復雜程度的不同，在實際使用中會出現無法預期的問題。在地質勘探與礦井設計與生產管理中的應用還并不普及、并不理想，距它應該達到的程度還有很大差距。隨著原始地質資料的數字標準化以及軟硬件技術水平的不斷進步，三維地質模型建設在礦床勘查中將會逐漸發揮便利、高效而強大的作用[16]。

圖7 全區三維模型復合顯示

6 結論

(1)該項目通過對金港礦區蛇紋巖礦勘查資料進行綜合研究，將二維平面引入到三維空間，建立三維地質模型，實現了地下礦體的三維可視化，為實現數字化礦山打下了基礎，也為深部找礦提供了礦體形態研究的先進手段。

(2)目前國內金屬礦業企業打造數字化礦山還處于剛剛起步的階段，三維地質模型在礦山企業中有很大的應用前景。有助于實現礦山行業的信息化管理，服務于礦山生命周期的各個階段，值得在我國其他金屬礦山企業中推廣使用。

(3)盡管三維地質建模發展應用中還存在多種問題，這項技術終究還是會不斷發展的，三維地質建模軟件將更加成熟，在性能上更加穩定，操作上更加簡單、靈活。人們將更深入地探討三維地質建模流程中的共性，抽象出三維地質建模中更一般、更通用的工作流程，使得三維地質建模軟件像人們用WORD/WPS那樣只需要很少的學習與培訓就能上手。隨著業主對地質勘探三維可視化成果的要求，地質勘探隊將逐漸地對勘探成果進行三維建模。