云南武定鈦鐵砂礦三維地質(zhì)建模及成礦預(yù)測(cè)

葉林文，張永強(qiáng)

(云南省有色地質(zhì)局楚雄勘查院，云南楚雄 675000)

隨著信息技術(shù)和軟硬件平臺(tái)的發(fā)展，三維地質(zhì)建模已成為礦產(chǎn)資源勘查和礦業(yè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中一項(xiàng)常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)。傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域主要對(duì)二維地質(zhì)資料分析開(kāi)展礦體預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，但關(guān)鍵信息提取、多元信息融合分析等方面存在不足。

本文以云南武定基巖區(qū)風(fēng)化殼鈦鐵砂礦主要分布區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，基于3DMine軟件建模，建立武定3個(gè)中大型典型鈦鐵砂礦礦山模型、區(qū)內(nèi)構(gòu)造模型、基巖巖體模型等，結(jié)合區(qū)內(nèi)地球物理、化學(xué)特征，分析總結(jié)區(qū)內(nèi)找礦預(yù)測(cè)模型信息、圈定基巖分布帶，建立成礦模式、優(yōu)選找礦預(yù)測(cè)區(qū)，及預(yù)測(cè)區(qū)地表模型、地層模型、礦體模型等，立體直觀的為區(qū)內(nèi)鈦鐵礦資源潛力評(píng)價(jià)及礦集區(qū)增儲(chǔ)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

調(diào)查區(qū)大地構(gòu)造為揚(yáng)子陸塊區(qū)，上揚(yáng)子古陸塊，康滇基底斷隆帶中北部。屬濱太平洋成礦域，上揚(yáng)子(陸塊)成礦省，滇中(基底隆起帶)Fe-Cu-Pb-Zn-Ag-Au-Pt-Pa-Ni-Ti-Sn-W-REE-P-S-重晶石-藍(lán)石棉-鹽類-煤成礦帶，東川-易門(基底隆起帶)Fe-Cu-Pb-Zn-Ti-Sn-Al-W-Mn-P-S-重晶石-鹽類礦帶北部成礦區(qū)帶。

區(qū)域地層自元古界至新生界在不同地區(qū)均有出露，新生界第四系(Q)、第三系(N)、白堊系上統(tǒng)(K2)、侏羅系中統(tǒng)(J2)、三迭系上統(tǒng)(T3)、泥盆系中統(tǒng)(T2)、奧陶系中下統(tǒng)(O1-2)、寒武系中下統(tǒng)(∈1-2)、震旦系上下統(tǒng)(Za-b)、下元古界上昆陽(yáng)群(Pt1)。巖性組合主要以泥巖、砂質(zhì)泥巖、石英砂巖、頁(yè)巖、白云巖、具硅質(zhì)條帶白云巖、板巖為主。構(gòu)造線以南北向?yàn)橹鳎浯螢楸睎|向、北西向，呈向南收斂的放射狀排列。褶皺以向斜開(kāi)闊，背斜狹窄為特征，斷裂破壞而不完整。主要有老熊箐向斜和麥糧田背斜，構(gòu)造為區(qū)域深大斷裂祿豐-武定褶皺基底隆起帶南北向邊界斷裂為主，武定地區(qū)叫發(fā)窩-中干河斷裂向北延入四川境內(nèi)，向南經(jīng)羅茨至易門地區(qū)，走向延伸數(shù)百千米，斷裂面西傾，傾角60°～85°，沿?cái)嗔褞О殡S有多期次基性巖侵入體和火山鈉質(zhì)熔巖、堿性火山巖分布，有鐵、銅、鉛鋅礦產(chǎn)出。其中沿武定-易門斷裂侵入的含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖為區(qū)內(nèi)風(fēng)化殼型鈦鐵砂礦的成礦母巖。區(qū)內(nèi)分布大小不等的基性侵入巖體30多個(gè)，出露面積0.1km2～7km2，最大可達(dá)27km2，其產(chǎn)出主要受發(fā)窩-中干河南北向區(qū)域大斷裂控制，沿南北向、北東向、東西向和層間次級(jí)斷裂侵位，呈巖床、巖脈、巖株或巖墻產(chǎn)出，巖體分異差。侵入時(shí)代多為華力西期，侵位于古生代地層中，普遍含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦，含量一般3%～7%，為區(qū)內(nèi)鈦鐵砂礦的成礦母巖。圖1。

圖1 區(qū)內(nèi)構(gòu)造綱要圖Fig 1. Structural Outline Map of The Area

2 三維地質(zhì)建模

本次以3DMine三維建模軟件為平臺(tái)，通過(guò)武定鈦鐵砂礦主要分布區(qū)典型礦山地質(zhì)報(bào)告、區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料、物理化學(xué)特征等多元資料整理，分析成礦模式，建立區(qū)內(nèi)基巖巖體、三個(gè)中大型典型礦山、探礦工程、物化探異常、預(yù)測(cè)區(qū)等一系列三維可視化物化探異常多元融合地表模型、基巖巖體實(shí)體模型、斷層模型、礦體實(shí)體模型，塊體模型報(bào)告、鉆孔工程模型等。

(1)地表模型：將收集的研究區(qū)測(cè)量資料、20m地形等高線、DTM數(shù)據(jù)整理提取等高線及其相應(yīng)的標(biāo)高值，通過(guò)3DMine對(duì)提取的等高線進(jìn)行線賦高程處理，清理線文件中重復(fù)點(diǎn)、相交/自相交線、重復(fù)/壓蓋線；利用3DMine中的表面建?；蚓W(wǎng)格插值工具創(chuàng)建研究區(qū)、礦山地表模型(圖2)；建立重點(diǎn)區(qū)域居民地、河流、道路等地理數(shù)據(jù)的三維模型，與收集到物化探異常等多元信息貼合地表模型，使地表模型更直觀豐富，更有利于整個(gè)研究區(qū)的綜合分析。在地表模型任意方向切剖面，可以快速提取剖面地形線，并定位地質(zhì)界線、斷層線及各類地物在剖面上的準(zhǔn)確位置。

圖2 花喬典型礦山地表模型Fig 2. Surface Model of Typical Huaqiao Deposit

(2)工程數(shù)據(jù)庫(kù)：地質(zhì)工程數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)和提取重點(diǎn)勘探工程數(shù)據(jù)，滿足探礦工程三維顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、樣品組合和后續(xù)估值分析等要求。

工程數(shù)據(jù)庫(kù)中鉆孔模型的建立根據(jù)地質(zhì)信息整理錄入數(shù)據(jù)表格，分別為開(kāi)孔坐標(biāo)表、鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)表和樣品分析表等將三個(gè)基礎(chǔ)表格做一個(gè)Excel工作薄的不同工作表，導(dǎo)入3DMine中建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，生成三維鉆孔模型，可直觀清晰的觀察鉆孔在整個(gè)區(qū)內(nèi)的空間部分情況、其次還可快捷完成樣長(zhǎng)、品位基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)等。

(3)地層實(shí)體模型：將區(qū)內(nèi)1：5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖矢量化，各地層界線形成閉合線，結(jié)合區(qū)內(nèi)地表模型，用各地層閉合線分離地表表面模型，得到各地層地表分布情況，再依據(jù)各剖面圖各巖層范圍現(xiàn)提取、地層產(chǎn)狀等完成地層模型建立(圖3)。

圖3 花喬典型礦山及預(yù)測(cè)區(qū)地層模型Fig 3. Stratigraphic Models of Typical Huaqiao Deposit and Prediction AreasK2m-白堊系上統(tǒng)馬頭山組；J2z-侏羅系中統(tǒng)張河組；J2z-侏羅系中統(tǒng)馮家河組；T3s-三疊系上統(tǒng)舍資組；O1h-奧陶系下統(tǒng)紅石崖組；O1t-奧陶系下統(tǒng)湯池組；∈1s-寒武系中統(tǒng)雙龍?zhí)督M；∈1d-寒武系中統(tǒng)陡坡寺組；∈1c-寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組；V-輝綠輝長(zhǎng)巖基巖體

(4)斷層實(shí)體模型：礦山、預(yù)測(cè)區(qū)進(jìn)行圖切剖面，然后在各剖面上圈出斷層，通過(guò)連接各剖面同名斷層面生產(chǎn)三維斷層實(shí)體。整個(gè)研究區(qū)依據(jù)1：5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖、構(gòu)造綱要圖內(nèi)斷層分布、斷層性質(zhì)等信息，設(shè)置100m～200m緩沖，通過(guò)開(kāi)放線到開(kāi)放線形成斷層緩沖模型。

(5)礦體實(shí)體模型：礦體模型采用實(shí)體模型建立。典型礦山依據(jù)礦山地質(zhì)剖面圖，將剖面圖三維轉(zhuǎn)換后按粘土層、砂土層、半分化層分別提取礦體閉合線，用閉合線之間連接形成礦體模型；預(yù)測(cè)區(qū)礦體模型，據(jù)區(qū)內(nèi)含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體分布的范圍、規(guī)模大致以800m×800m網(wǎng)度切割地質(zhì)剖面，預(yù)測(cè)區(qū)礦體厚度參考相鄰礦山礦體實(shí)體模型實(shí)體網(wǎng)格厚度分析數(shù)據(jù)、結(jié)合外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查點(diǎn)揭露各礦體厚度綜合分析而得。由剖面圖提取各層礦體線連接預(yù)測(cè)區(qū)礦體實(shí)體模型(圖4)。所有礦體實(shí)體模型需完成實(shí)體驗(yàn)證(無(wú)開(kāi)方邊、自相交、無(wú)效邊)，完成各礦體實(shí)體體積與報(bào)告內(nèi)估算礦體體積比較分析，誤差均控制在3%以內(nèi)(表1)，保證礦體資源儲(chǔ)量報(bào)告的精確性。

表1 3DMine塊體模型報(bào)告與勘探報(bào)告資源量結(jié)果對(duì)比表Tab 1. Comparison of Resource Results Between 3dmine Block Model Report and Exploration Report

圖4 發(fā)塊典型礦山礦體模型Fig 4. The Ore Body Model of Typical FakuaiDeposit

(6)塊體模型：根據(jù)各礦體控制勘探線間距、最小可采厚度等信息設(shè)置塊體尺寸，鈦鐵砂礦按礦巖類型、礦體編號(hào)、采礦權(quán)范圍、采空區(qū)、資源儲(chǔ)量類別、體重、鈦鐵礦物含量、磁鐵礦物含量等基本信息對(duì)塊體進(jìn)行賦值。其中品位通過(guò)查詢礦體模型走向、勘探線間距、實(shí)體網(wǎng)絡(luò)提取礦體實(shí)體模型厚度最大值一半確定距離冪次反比估值搜索參數(shù)，根據(jù)塊體賦值情況逐次增加搜索參數(shù)直至所有塊體賦值成果。

賦值完成后進(jìn)行塊體體積與礦體實(shí)體體積報(bào)告對(duì)比，保證體積誤差在5%以內(nèi)。

本次典型礦山塊體模型資源儲(chǔ)量估值報(bào)告與礦山已有地質(zhì)報(bào)告估算結(jié)果對(duì)比，資源儲(chǔ)量估算誤差均在3%以內(nèi)(表1)。梅子箐典型礦山采用標(biāo)準(zhǔn)塊大?。篨=10m、Y=10m、Z=5m，方位角331°、側(cè)伏角0°、傾角5°、塊體個(gè)數(shù)160876，顯示214254個(gè)面(圖5)。

圖5 梅子箐典型礦山塊體模型Fig 5. Block Model of Typical MeizijingDeposit

3 三維成礦預(yù)測(cè)

(1)礦床成因：含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖漿沿深大斷裂侵入，經(jīng)物理化學(xué)風(fēng)化作用，易溶于水的SiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO等元素流失，不溶于水的Al2O3、Fe、TiO2等礦物分離析出，在地形地貌相對(duì)平緩區(qū)鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、磁鐵礦等礦物富集形成相對(duì)厚大的鈦鐵砂礦。

(2)主要控礦因素：含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體多侵位于早古生代地層，其巖體分布區(qū)是最直接的找礦標(biāo)志；含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體多沿深大斷裂分布；區(qū)內(nèi)航磁異常、高精度磁測(cè)異常與含礦基性超基性巖體套合較好；含鈦基性超基性巖體分布區(qū)多有水系沉積物Fe、Co、Cr、V、Ti、Ni組合異常，Ti土壤地球化學(xué)異常等。

(3)鈦鐵砂礦風(fēng)化殼垂直分帶：礦體賦存于輝綠輝長(zhǎng)巖風(fēng)化殼中，自上至下為紅土層(粘土層)、砂土層、半風(fēng)化層及微風(fēng)化至新鮮輝綠輝長(zhǎng)巖，分別對(duì)應(yīng)礦石類型褐紅色紅土層(粘土層)鈦鐵砂礦、黃白色-褐黃色砂土層鈦鐵砂礦、灰黃色-灰綠色半風(fēng)化層鈦鐵砂礦(圖6)。紅土層、砂土層砂礦在橫縱向上產(chǎn)出穩(wěn)定，下部半風(fēng)化層礦橫縱向上不連續(xù)。

圖6 鈦鐵砂礦風(fēng)化殼垂直分帶Fig 6. Vertical Zoning of Weathering Crust of Ilmenite Placer

(4)三維成礦預(yù)測(cè)區(qū)優(yōu)選：區(qū)內(nèi)鈦鐵砂礦工作程度稍高、控礦巖體單一，成礦模式(圖7)、控礦因素、找礦標(biāo)志相對(duì)簡(jiǎn)單，砂礦風(fēng)化殼垂直分帶規(guī)律。采用傳統(tǒng)成礦預(yù)測(cè)，礦床模型法分析確定預(yù)測(cè)區(qū)、提取有利建模信息完成預(yù)測(cè)區(qū)三維建模。

A預(yù)測(cè)區(qū)：區(qū)內(nèi)北邊輝綠輝長(zhǎng)巖分布點(diǎn)，單預(yù)測(cè)區(qū)基巖出露面積約4.9km2；南側(cè)緊鄰已知大型鈦鐵砂礦礦點(diǎn)；處發(fā)窩-中干河斷裂上盤以西，重力異常、航磁△T等值線均正異常，為武定-祿勸鈦異常分布區(qū)北部，強(qiáng)度高，高值點(diǎn)20249×10-6；地形坡度約7°，有利于風(fēng)化殼及巖體風(fēng)化堆積物保存，不易受剝蝕的有利地形。

B預(yù)測(cè)區(qū)：區(qū)內(nèi)南西輝綠輝長(zhǎng)巖分布點(diǎn)，單預(yù)測(cè)區(qū)基巖出露面積約3.9km2。北鄰中型鈦鐵砂礦礦點(diǎn)，處發(fā)窩-中干河斷裂上盤以西3km緩沖區(qū)。重力異常、航磁△T等值線均正異常，為花喬-獅山鈦異常區(qū)，呈東西向，高值點(diǎn)11381×10-6，地勢(shì)平緩，高差320m，自西向東形成小谷底，有利于風(fēng)化殼及巖體風(fēng)化堆積物保存。

C預(yù)測(cè)區(qū)：區(qū)內(nèi)南邊輝綠輝長(zhǎng)巖分布點(diǎn)，單預(yù)測(cè)區(qū)基巖出露面積約12.77km2；周邊有多個(gè)已知鈦鐵砂礦礦點(diǎn)；發(fā)育老熊箐向斜和麥糧田背斜，發(fā)窩-中干河斷裂以東和次級(jí)北東向水對(duì)房斷層、石梯坡-來(lái)鶴山斷層緩沖區(qū)。重力異常、航磁△T等值線均為正異常，花喬-獅山鈦異常區(qū)，呈近東西向，高值點(diǎn)47742×10-6。

D預(yù)測(cè)區(qū)：為C預(yù)測(cè)南東側(cè)，單預(yù)測(cè)區(qū)基巖出露面積約1.2km2；中部有1個(gè)已知鈦鐵砂礦礦點(diǎn)；位于發(fā)窩-中干河斷裂以東、總官莊-椅子甸逆斷以西緩沖區(qū)。重力異常、航磁△T等值線均為正異常，為中部花喬-獅山鈦異常，呈近東西向，高值點(diǎn)29116×10-6。

4 預(yù)測(cè)區(qū)三維模型建立

研究圈定4塊預(yù)測(cè)區(qū)，各主要控礦因素都具備。通過(guò)相鄰典型礦山礦體實(shí)體模型提取各層礦體實(shí)體等厚統(tǒng)計(jì)、工程數(shù)據(jù)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)，礦體平均厚度、平均品位及相應(yīng)變化系數(shù)，厚度變化系數(shù)均在50%以下較穩(wěn)定，預(yù)測(cè)區(qū)各層礦體厚度參考相鄰典型礦山厚度。其次，還在預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取樣、稀疏的數(shù)字填圖等工作，室內(nèi)資料整理分析、結(jié)合已建典型礦山礦體模型基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)，繪制預(yù)測(cè)區(qū)800m×800m網(wǎng)距剖面圖，然后剖面圖三維轉(zhuǎn)換、提取各礦體線，完成預(yù)測(cè)區(qū)礦體實(shí)體模型。預(yù)測(cè)區(qū)鈦鐵礦物含量、鈦鐵礦物含量取相鄰已建典型礦山模型平均值及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取樣品位平均值，建立預(yù)測(cè)區(qū)塊體模型(圖8)，塊體報(bào)告預(yù)測(cè)區(qū)潛在資源量。

圖8 預(yù)測(cè)區(qū)剖面、巖體及礦體模型Fig 8.The Profile，Rock Mass，and Ore Body Model of The Predicted Area

傳統(tǒng)成礦預(yù)測(cè)方法、已有相鄰礦山模型有利信息統(tǒng)計(jì)參考、適當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作三者結(jié)合，使預(yù)測(cè)區(qū)可靠度較高，預(yù)測(cè)區(qū)建立三維模型更直觀、多元信息融合更清晰明了，可直接預(yù)測(cè)各預(yù)測(cè)區(qū)潛在資源量，為新一輪找礦行動(dòng)提供更直觀的入庫(kù)項(xiàng)目建議材料。

5 結(jié) 論

區(qū)內(nèi)建立了中大型典型礦山塊體模型、4個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)塊體模型，典型礦山塊體資源儲(chǔ)量報(bào)告與各礦山資源量估算結(jié)果對(duì)比均在3%以內(nèi)，符合相關(guān)規(guī)范。采用傳統(tǒng)成礦預(yù)測(cè)方法、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、預(yù)測(cè)區(qū)三維建模三者結(jié)合，提高了預(yù)測(cè)區(qū)可靠性，塊體模型可直接報(bào)告預(yù)測(cè)區(qū)潛在資源量。