蓬萊北部地區典型礦床三維地質模型構建與成礦預測研究

趙輝績，韓艷超*，吳寧寧,張迪

(1.山東省地質測繪院，山東 濟南 250002；2.蒙陰縣自然資源和規劃局，山東 蒙陰 276200; 3.山東地礦新能源有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

膠東是國內最重要的金礦成礦區之一，20世紀60年代以來，前人在區內開展了大規模的金礦找礦及詳實的科研工作[1-2]。近幾年，深部找礦取得新突破，各金礦帶的專題研究不斷深入[3-9]。蓬萊北部地區位于膠東半島北部棲霞—大柳行金礦帶北端，分為徐家集金礦田和龍山店金礦田。相對膠東主要的金礦帶而言，蓬萊北部地區的勘查及科研工作均相對較弱。

本文對該區進行了金礦深部成礦預測研究，引入三維地質建模軟件，建立準確的三維地質模型，表達各種地質體的三維空間展布及相互關系，可以有效地對深部礦體進行預測。此次構建的模型包括區域尺度三維地質模型和礦床尺度三維地質模型。其中區域尺度三維地質模型根據不同地質要素可進一步劃分為巖體模型、地表模型、斷裂構造模型和蝕變帶模型；礦床尺度三維地質模型構建了上口王李金礦三維地質模型、西南王金礦三維地質模型、三丁家金礦三維地質模型、井周金礦三維地質模型。

1 區域地質背景

蓬萊北部地區地處華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(Ⅱ)膠北隆起(Ⅲ)膠北斷隆(Ⅳ)[10]。區內以前寒武紀結晶基底為主，蓋層不甚發育，基底包括太古宇、元古宇，在海岸帶有中生界分布。區域內發育有新太古代、古元古代及中生代巖漿巖，其中以新太古代巖漿巖分布最廣，古元古代次之，中生代巖漿巖僅在中部出露，已有研究資料表明中生代侵入巖與金礦成礦關系最為密切，已發現的礦床多分布于巖體接觸部位[11-14]。三維地質模型結果顯示區內巖漿巖界面形態不規則，傾角變化較大。區域內以NE向、NNE向斷裂構造為主，其次為NEE向、近EW向斷裂，兩者構成共軛“X”型斷裂組合，控制了整個區域的構造格架。徐家集礦田主要發育NE向、NNE向斷裂構造，以呂馮-張趙斷裂為主。還密集發育多條復雜的NE向、NNE向低序次斷裂構造。根據金礦成礦空間分布及多序次構造之間的控礦作用分析，NE向、NNE向斷裂為重要的導礦、儲礦構造(圖1)[9]。

1—第四系；2—新近系；3—王氏群；4—青山群；5—萊陽群；6—蓬萊群；7—荊山群；8—粉子山群；9—膠東巖群；10—正長斑巖脈；11—花崗閃長斑巖脈；12—花崗斑巖脈；13—二長花崗斑巖脈；14—石英閃長玢巖脈；15—閃長玢巖脈；16—煌斑巖脈；17—偉德山花崗巖；18—郭家嶺花崗閃長巖；19—文登花崗巖；20—玲瓏花崗巖；21—雙頂片麻巖套；22—萊州組合；23—棲霞片麻巖套；24—馬連莊組合；25—斷層；26—地質界線；27—金礦床(點)；28—研究區范圍圖1 區域地質略圖

2 三維地質模型構建

三維地質模型是運用地質理論與計算機三維可視化技術有機結合的產物，是綜合地質統計學、空間信息管理技術、空間分析和預測技術進行構建的三維空間立體模型[15]。其構建原理是通過已有的點數據、線數據、面數據，以點連線，以線造面，以面構體，將復雜的地質體通過已有的一維、二維數據刻畫成更加接近實際的三維空間立體模型。三維地質模型比傳統的地質圖件更加形象生動、直觀易懂[16-17]。

2.1 三維建模數據源

根據建模數據類型可將三維地質建模方法分為5種，既基于鉆孔數據的建模、基于剖面數據的建模、基于曲面數據的建模、基于多源數據的建模、非層狀地質體建模[18-19]。本次三維地質建模采用基于剖面數據的建模方法。使用Creatar XModeling軟件進行三維地質建模并開展深部預測研究，需要大量的數據資料支撐才能夠深入準確地刻畫地下三維空間中地質體的形態，本次工作充分收集了研究區內區域地質、礦區地質、地球物理、地球化學、礦山勘查以及科研成果資料。共收集區域剖面11條，重磁聯合剖面11條，CSAMT剖面7條，典型礦床勘探線剖面26條等。

2.2 三維地質模型構建方法

所建模型按照其形態特征可分為三維空間面模型、三維空間體模型。三維空間面模型是一個由多個線段拐點組成的三角面構成的不封閉的開放面實體，無內外之分，以層狀形態顯示。本次建立的地表模型和構造模型都屬于三維空間面模型。地表模型是根據原始剖面資料的地形線坐標數據提取三維建模用到的位置信息，將原始數據轉換成可供面模型建立使用的標準化數據。同理構造模型則是利用原始剖面資料里的斷層線坐標數據提取位置信息，將其轉換成標準化數據。三維空間體模型，是一個由多條封閉線段連接構成的封閉面所圈閉的空間實體，有內外之分，形態多樣。三維空間體模型又可進一步分為單體模型和復雜多源交互模型，本次建立的礦床模型為復雜多源交互模型，礦體模型為單體模型。

單體模型是根據原始剖面資料和地面坐標數據提取三維建模用到的屬性信息和位置信息，便可將原始數據轉換成可供單體模型建立使用的標準化數據。復雜多源交互模型是以地質認識為指導，綜合利用地理、地質、地球物理等數據，從中提取出地質要素的信息，建立斷層、地層以及侵入體、礦體等各種復雜地質體的三維結構模型。

2.3 區域巖體三維模型建造

建立區域巖體三維模型能夠直觀展示區域內主要巖體的分布規律，巖體接觸關系，對于分析礦床成因，總結礦床賦存位置規律具有較為重要的意義。以研究區范圍為界線，以實測剖面數據為依據，建造整個研究區內出露的主要巖體的三維模型，所建模型屬于復雜多源交互模型。

巖體模型的建立主要依據區域剖面數據，根據上述復雜多源交互模型數據準備要求和處理方法處理后，將其剖面數據導入XModeling軟件后，根據剖面位置信息提取參數將二維剖面轉換為空間三維剖面，然后再根據剖面界線對巖體頂底界進行圈連，最終根據巖體頂底界構建巖體模型。

本次構建的巖體模型主要為新太古代棲霞序列條帶狀細粒含角閃黑云英云閃長質片麻巖；古元古代郭家嶺序列斑狀中細粒含黑云二長花崗巖；白堊紀雨山序列石英閃長玢巖、花崗閃長斑巖、二長花崗斑巖(圖2)。

①—郭家嶺序列羅家單元；②—棲霞序列回龍夼單元；③—雨山序列水夼單元；④—雨山序列賀家溝單元；⑤—雨山序列王 家莊單元圖2 研究區主要侵入巖體三維示意圖

2.4 構造、蝕變帶與礦床模型建造

斷裂構造模型是礦床三維地質模型的重要內容，能夠直觀地展示斷層與礦體之間的空間關系，對分析礦床成因、合理布設勘探工程及礦山開采都具有非常重要的意義。由于在整個區域尺度內的斷裂寬度較小，且含礦斷裂中的礦體寬度為1m左右，區域剖面均以單獨的線條表示斷裂，因此，斷裂構造模型是以面模型的形式表現的。

礦化蝕變帶模型能夠把礦化蝕變帶的空間位置、形態等特征三維展示出來，而且可以進一步從三維角度觀察到礦化蝕變帶與礦體關系。礦化蝕變帶模型主要通過基于剖面數據構建，其數據源主要來自于區域剖面及所收集的礦區內的剖面數據。所建模型為單體模型，其具體的構建流程與斷裂構造模型類似。

礦體模型建立主要采用了剖面數據的平行剖面法，選取區內典型礦床進行詳細地礦體模型構建，流程。

礦床模型建立能夠直觀反應礦區內巖體三維空間中的分布情況、不同巖體的接觸關系，以及礦體在巖體中的賦存位置等，對于研究礦床成因，成礦模式具有重要意義，且與礦體模型相結合可進一步總結礦體賦存位置規律，本次所構建的典型礦床模型主要是依據礦區剖面數據，所構建的模型屬于復雜多源交互模型，其具體構建流程與巖體模型構建流程相似。通過上述流程構建了徐家集礦田及龍山店金礦田的斷裂構造、蝕變帶與礦床三維疊合模型(圖3、圖4)。

1—礦床；2—蝕變帶；3—斷裂構造；①—上口王李礦區上口趙家礦段；②—上口王李礦區金翅嶺礦段；③—上口王李礦區上口王李礦段；④—高家莊金礦；⑤—北羅家金礦；⑥—西南王金礦；⑦—趙家金礦；⑧—大寧家金礦；⑨三丁家金礦；⑩—杏呂家金 礦；—山王家金礦圖3 徐家集礦田斷裂構造與蝕變帶、 礦床三維疊合示意圖

1—礦床；2—蝕變帶；3—斷裂構造；①—響李金礦；②—井周金礦；③—龍山金礦；④—龍山店后河金礦；⑤—龍山河砂金礦；⑥—蝎子頂金礦；⑦—蝎子頂金礦外圍圖4 龍山店礦田斷裂構造與蝕變帶、 礦床三維疊合示意圖

區域內的金礦體均產于斷裂控制的構造蝕變帶中，根據三維模型結果顯示徐家集礦田內蝕變帶多呈NNE向展布，傾向多為NW向；龍山店礦田東部地區與徐家集礦田一致，西部地區部分構造蝕變帶傾向為NW向，構造蝕變帶沿走向和傾向均具有膨脹夾縮、分支復合特征。

3 典型礦床模型及成礦預測

3.1 上口王李金礦床

3.1.1 礦床地質特征

區內地層主要為第四系。巖漿巖主要包括郭家嶺序列羅家單元中細粒含黑云二長花崗巖與棲霞序列回龍夼單元條帶狀英云閃長質片麻巖，兩者基本覆蓋礦區，二者侵入界面總體呈NE向，傾向NW向，且具有上陡下緩的“鏟式”特征，侵入界面沿走向呈波狀展布，主礦體垂直該界面產出，切穿二者界面。

3.1.2 礦體地質特征

礦床發育4個礦體，編號為Ⅸ、Ⅱ、Ⅴ-1、Ⅴ-2。Ⅸ號礦體呈薄板狀，賦存標高為-45m～-400m，長400余米，垂深355m，斜深370m。總體走向為NW 350°，傾向NE，傾角60°～80°，平均傾角70°左右。該礦體具有比較明顯的側伏現象，從南西高處向北東深處側伏，側伏角在60°～70°。Ⅱ號礦體呈薄板狀，賦存標高+55m～-330m，長560余米，垂深385m，斜深420m。總體走向為NE10°，傾向NW，平均傾角60°左右。該礦體具有比較明顯的側伏現象，從南西高處向NE深處側伏，側伏角在45°左右。Ⅴ號礦體呈薄板狀，賦存標高+140m～-126m，長390余米，垂深266m，斜深270m。總體走向為NW 350°，傾向變化較大，局部E傾或W傾，傾角較陡，75°～84°，平均傾角80°左右，礦體深部及兩側均未封閉。

3.1.3 深部成礦預測

上口王李金礦礦體多賦存于構造蝕變巖帶內主斷面以下，根據礦床勘探結合建模結果顯示，Ⅸ號主礦體具有比較明顯的側伏現象，從南西高處向北東深處側伏，側伏角在60°～70°；Ⅱ號礦體亦具有相同方向側伏現象，側伏角相對較緩，在45°左右；Ⅴ號礦體分兩部分，深部及兩側均未封閉。

Ⅸ號礦體為主礦體，結合其礦體品位與厚度變化等值線圖(圖5、圖6)，可以看出礦體的深部品位稍高于淺部，其中在-200m～-350m標高之間，出現3個品位大于10g/t的礦柱，表明這3個位置是成礦作用較強及礦液運移及聚集沉淀的重點部位。礦體從淺部向深部明顯變厚，-45m標高以上，礦體厚度不足0.5m，而在深部，礦體的厚度基本大于1.5m。-300m之下，出現真厚度大于2m的礦體，表明礦體有向北東深部側伏的某些特征。故而推測該主礦體-300m以下北東向深部為成礦有利地段。

1—1～3g/t；2—3～10g/t；3—10～20g/t；4—>20g/t圖5 上口王李金礦Ⅸ號礦體品位變化等值線圖

1—<0.5m；2—0.5～1.0m；3—1.0～2.0m；4—>2.0m圖6 上口王李金礦Ⅸ號礦體厚度變化等值線圖

3.2 西南王金礦床

3.2.1 礦床地質特征

西南王金礦內出露地質體以巖漿巖為主，主要由中生代燕山早期郭家嶺序列羅家單元為主，其次為新太古代譚格莊序列牟家單元和棲霞序列回龍夼單元。區內主要含礦構造蝕變帶主要產出于郭家嶺序列羅家單元的斑狀中粒含黑云二長花崗巖與棲霞序列回龍夼單元英云閃長質片麻巖接觸帶部位[20]。

3.2.2 礦體地質特征

礦床共發育12個礦體，分別編號Ⅹ～ⅩⅤ、ⅪⅩ、ⅩⅩ、ⅩⅩⅣ、ⅩⅩⅥ、ⅩⅩⅪ、ⅩⅩⅫ號礦體，Ⅹ號為主礦體，Ⅺ號礦體次之，Ⅻ號和ⅩⅢ號礦體規模相對較大，其余礦體規模均較小。Ⅹ號礦體賦存在黃鐵礦化石英脈和黃鐵絹英巖化花崗巖中。礦體呈脈狀，空間起伏不大。總體走向14°，傾向SE，傾角為6°～34°，平均20°。控制走向長560m，傾斜長約950m，控制標高+68m～-408m。Ⅺ號礦體賦存在黃鐵礦化石英脈、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖及黃鐵絹英巖化花崗巖中，呈脈狀產出，空間起伏較大，呈明顯的V字形。總體走向7°，北半部分傾向SE，南半部分傾向NE，傾角16°～52°，平均34°。控制走向長415m，傾斜長543m，控制標高-111m～-487m。Ⅻ號礦體賦礦巖性為黃鐵礦化石英脈、絹英巖化花崗巖及絹英巖化花崗質碎裂巖。礦體形態較簡單，呈脈狀產出，總體走向19°，傾向SE，傾角12°～30°，平均21°。控制走向長137m，傾斜長467m。控制標高-105m～-285m。Ⅻ號礦體賦礦巖性為黃鐵礦化石英脈和絹英巖化花崗巖。形態較簡單，呈脈狀產出，總體走向12°，傾向SE，傾角10°～32°，平均21°。控制走向長130m，傾斜長564m，控制標高為-22m～-269m(圖7)。

1—Ⅹ號礦體；2—Ⅺ號礦體；3—Ⅻ號礦體；4—ⅩⅢ號礦體；5—ⅩⅣ號礦體；6—ⅩⅤ號礦體；7—ⅪⅩ號礦體；8—ⅩⅩ號礦體；9—ⅩⅩⅣ號礦體；10—ⅩⅩⅥ號礦體；11—ⅩⅩⅪ號礦體；12— ⅩⅩⅫ號礦體圖7 西南王金礦區礦體模型示意圖

3.2.3 深部成礦預測

根據礦床勘查工作結合三維模型成果顯示西南王礦區金礦體賦存位置與區域成礦規律較為一致，均位于郭家嶺序列巖體和棲霞序列巖體的接觸部位，且產狀較緩平均20°～30°，該空間位置為斷裂構造的膨大部位，可提供充足的成礦空間和深部物質來源，是較為理想的成礦位置。

根據三維模型顯示郭家嶺序列巖體和棲霞序列巖體的接觸界面呈現波狀起伏，Ⅹ號主礦體深部仍未封閉，推測其深部仍存在產狀較平緩的有利成礦位置。

3.3 三丁家金礦床

3.3.1 礦床地質特征

三丁家金礦內出露地質體以巖漿巖為主，主要由中生代燕山早期郭家嶺序列羅家單元為主，其次為新太古代棲霞序列回龍夼單元。巖性主要包括片麻狀細粒奧長花崗巖、片麻狀細粒含黑云二長花崗巖。除Ⅶ-1號礦體與巖體接觸帶相交，部分深入至棲霞序列回龍夼單元中外，其余礦體主要賦存在郭家嶺序列羅家單元的二長花崗巖中。

3.3.2 礦體地質特征

礦床發育8個礦體，分布在Ⅶ號礦化蝕變帶和Ⅷ號礦化蝕變帶中。Ⅶ號礦化蝕變帶內有4個金礦礦體，編號為Ⅶ-1、Ⅶ-2、Ⅶ-3、Ⅶ-4號礦體，Ⅶ-1號礦體為Ⅶ礦化蝕變帶規模最大的；Ⅷ號礦化蝕變帶內有4個金礦礦體，編號為Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3、Ⅷ-4號礦體，其中Ⅷ-1、Ⅷ-4礦體為主要礦體，Ⅷ-2、Ⅷ-3為次要礦體。Ⅶ-1礦體賦存于黃鐵礦化石英脈中。礦體走向30°～60°，傾向NW，傾角30°左右。礦體沿走向長度為490m，傾斜寬為270m，控制標高-17m～-265m，埋深77～347m。礦體形態較簡單，呈脈狀產出，深部未封閉，礦化較連續，厚度變化不大，空間位置起伏變化較大。Ⅶ-2號礦體沿走向長度為150m，呈脈狀產出，走向30°左右，傾向NW，傾角30°～40°。礦體長度為80m。Ⅶ-3號礦體長度265米，呈脈狀產出，走向30°左右，傾向NW，傾角30°～40°。Ⅶ-4號礦體長度為40m，呈脈狀產出，走向30°左右，傾向NW，傾角30°～40°。Ⅷ-1號礦體呈脈狀產出，走向35°，傾向SE，傾角16°～44°，走向長度475m，斜深247m，控制標高55m～-93m，埋深33m～176m，深部未封閉，礦體在空間中不連續，有間斷，推測有斷層，斷層性質不明。礦體沿走向、傾向厚度變化不大。Ⅷ-2號礦體呈薄脈狀產出，走向35°左右，傾向SE，傾角27°～44°，沿走向長200m，斜深為168m，控制標高20m～-130m，埋深67～218m。Ⅷ-3號礦體呈薄脈狀產出，走向35°左右，傾向SE，傾角32°～40°，沿走向長201m，斜深131m，控制標高-4m～-183m，埋深97～268m。Ⅷ-4號礦體形態較簡單，呈脈狀產出，礦體平面呈S型，空間起伏較大，整體走向35°，傾向SE，傾角27°～40°。礦體沿走向長約477m，斜深約252m，控制標高26m～-210m，埋深62～295m，深部未封閉。礦體整體沿走向、傾向厚度變化不大，除個別礦體深部還未封閉外，其余礦體均已封閉，不再進行深部預測(圖8)。

1—Ⅶ-1號礦體；2—Ⅶ-2號礦體；3—Ⅶ-3號礦體；4—Ⅶ-4號礦體；5—Ⅷ-1號礦體；6—Ⅷ-2號礦體；7—Ⅷ-3號礦體；8—Ⅷ -4號礦體圖8 三丁家金礦區礦體模型示意圖

3.4 井周金礦床

3.4.1 礦床地質特征

井周金礦內巖漿巖廣布主要為新太古代棲霞序列回龍夼單元條帶狀細粒黑云英云閃長巖，礦體分布規律較為明顯呈近等間距的雁列式展布，三維模型顯示礦體受蝕變帶控制較為明顯，呈現出高度相關的聯系，蝕變帶在走向和傾向上均呈舒緩波狀，傾角均在50°左右，由黃鐵礦石英、黃鐵絹英巖化碎裂巖組成。蝕變以硅化、絹英巖化為主，蝕變強烈，礦化連續性好。

3.4.2 礦體地質特征

礦床發育的3個礦體分別編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體。其中Ⅰ號礦體賦存于①號礦脈。Ⅱ、Ⅲ號礦體位于②、③號脈中，為隱伏礦體。Ⅰ號礦體賦存于①號脈，賦礦巖性為黃鐵絹英巖化碎裂巖脈。受構造斷裂蝕變帶控制，產狀與其完全一致，礦體形態多為層狀似層狀，局部豆夾狀，礦化較連續，厚度變化不大。礦體走向40°，傾向NW，平均傾角62°。礦體沿走向長190～460m，斜深約150m，礦體賦存標高0～+120m。該礦體經多年開采已形成一定的采空區。Ⅱ號礦體賦存于②號脈，賦礦巖性為黃鐵絹英巖化碎裂巖。礦體產狀為走向NE 51°，傾向NW，傾角約48°～60°。礦體沿走向長360m，沿傾向最大延伸130m。礦體賦存標高+101～0m。礦化較連續，厚度變化不大。Ⅲ號礦體賦存于③號脈，賦礦巖性為黃鐵絹英巖化碎裂巖。礦體產狀為走向NE 50°，傾向NW，傾角約47°～67°。礦體沿走向長350m，沿傾向最大延伸125m。礦體賦存標高+92m～-18m。礦化較連續，厚度變化不大。

3.4.3 深部成礦預測

根據礦床勘查資料和三維建模成果顯示井周金礦3條礦體產狀基本一致，且向深部均有延伸趨勢。三者走向NE，傾向NW，SW向側伏。井周斷裂控制了礦體的產出。

可控源音頻大地測深剖面資料顯示，井周斷裂深部向下延伸至-1500m逐漸消失，自-500m深度開始逐漸減緩，按照區域成礦規律，斷裂構造產狀變緩部位為膨大空間，利于富集成礦，是井周金礦深部成礦有利部位。礦體深部推測與井周斷裂展布相同。

4 結論

(1)蓬萊北部地區金礦類型主要是產于中生代郭家嶺序列、中生代巖體與新太古代棲霞序列接觸帶中及巖體與變質地層接觸帶中的石英脈型金礦和蝕變巖型金礦。其形成主要受前寒武紀變質基底巖系、中生代燕山期構造-巖漿活動、NE—NNE韌—脆性構造三大因素復合控制。

(2)利用區內的區域剖面，重磁聯合剖面，CSAMT剖面、礦床勘探線剖面等資料，獲取地質體形態、結構及相互關系等信息，以Creatar XModeling軟件作為三維地質建模的工作平臺，分別構建了巖體模型、構造模型、蝕變帶模型及礦體、礦床三維地質模型。

(3)建立上口王李、西南王、三丁家、井周金礦床三維地質模型。上口王李金礦礦體多賦存于構造蝕變巖帶內主斷面以下，根據建模結果顯示，主礦體-300m以下北東向深部為成礦有利地段；西南王金礦礦體產于郭家嶺序列羅家單元之中及其與棲霞序列回龍夼單元接觸部位，Ⅺ號主礦體深部向NE向側伏，仍有較大增儲空間；三丁家金礦大部分礦體深部已封閉；井周金礦三條礦脈產狀基本相同，近等距排列，產于王家莊單元石英閃長玢巖與回龍夼單元含角閃黑云英云閃長巖接觸帶部位，且深部均未封閉，推測-500m深度以下蝕變帶產狀變緩部位為成礦有利地段。