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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2018, 26(5): 586-595 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.586

基于Surpac的马蹄沟金矿床三维地质模型构建及找矿预测

安乐,1, 何虎军,1,2, 杨兴科1, 韩柯1, 李斌1, 胡国朝1

1长安大学地球科学与资源学院,陕西 西安 710054

2长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西 西安 710054

Construction of 3D Geological Model and Prospecting Prediction of Matigou Gold Deposit Based on Surpac

AN Le,1, HE Hujun,1,2, YANG Xingke1, HAN Ke1, LI Bin1, HU Guozhao1

1School of Earth Science and Resources,Chang’an University,Xi’an 710054,Shaanxi,China

2Key Laboratory of Western Mineral Resources and Geological Engineering,Ministry of Education,Chang’an University,Xi’an 710054,Shaanxi,China

收稿日期: 2018-08-07   修回日期: 2018-09-15  

基金资助: 陕西省地质调查院资助项目“秦岭成矿带典型矿集区勘查成果集成与技术支撑研究”.  214027160195
中央高校基金(创新团队)“秦岭陆内造山成矿作用与找矿建模研究”.  310827173702

Received: 2018-08-07   Revised: 2018-09-15  

作者简介 About authors

安乐(1993-),男,陕西榆林人,硕士研究生,从事矿产资源评价与预测研究工作764693491@qq.com , E-mail:764693491@qq.com

何虎军(1979-),男,陕西合阳人,副教授,硕士生导师,从事矿产资源评价与成矿预测、水工环地质灾害不确定性评价理论与方法、矿田地质与矿井地质和计算机地学应用研究与教学工作hsj2010@chd.edu.cn , E-mail:hsj2010@chd.edu.cn

摘要

基于马蹄沟金矿已有的勘查工程数据和研究成果,利用Surpac软件平台建立了马蹄沟金矿区三维可视化地学模型,三维直观且定量地展现了马蹄沟金矿地形、地层、构造和矿化域基本情况。综合研究了该矿区金矿化的空间分布规律,认为马蹄沟金矿体主要沿NW-SE向展布延伸,罗汉寺—瓦窑上韧脆性逆冲推覆断层(F9)及其派生和演化构造是本矿区主要控矿构造。随着高程由高到低变化,矿化强度有减弱趋势,且呈现出不连续特征;矿化有向深部延伸的趋势;1 450~1 550 m中段是该矿成矿有利区段。通过对马蹄沟金矿化分布规律和矿化强度变化特征进行研究,结合矿化与构造之间的关系,在矿区圈定出2处找矿预测靶区。研究结果为该矿区下一步找矿勘查工作提供了依据。

关键词: Surpac ; 三维地质建模 ; 马蹄沟金矿 ; 实体模型 ; 块体模型 ; 品位模型 ; 找矿预测

Abstract

Based on the existing exploration engineering data and research results of Matigou gold mine,a 3D visual geoscience model of Matigou gold mine area was established by using Surpac software platform.The 3D visualization geoscience model visually and quantitatively shows the basic conditions of the terrain,stratum,structure and mineralization of Matigou gold mine.The comprehensively study about the spatial distribution of gold mineralization in the mining area was conducted.It is believed that Matigou gold orebody mainly extends along the northwest-south eastward direction.The toughness and brittle thrust nappe fault (F9) and its derivative and evolutionary structures in the Luohansi-Wayaoshang are the main ore-controlling structures in the mine area.The mineralization intensity decreases from high to low,showing discontinuous characteristics.Mineralization has a tendency to extend deep,and the middle section of 1 450~1 550 m is a favorable section for mineralization of the gold mine.Through the study of the distribution law of the mineralization of Matigou gold mine and the variation characteristics of mineralization intensity and the relationship between mineralization and structure,two prospecting targets were identified in the mining area.The research results provide foundation for the next prospecting work in the mining area.

Keywords: Surpac ; 3D geological modeling ; Matigou gold mine ; solid model ; block model ; grade model ; prospecting prediction

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本文引用格式

安乐, 何虎军, 杨兴科, 韩柯, 李斌, 胡国朝. 基于Surpac的马蹄沟金矿床三维地质模型构建及找矿预测. 黄金科学技术[J], 2018, 26(5): 586-595 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.586

AN Le, HE Hujun, YANG Xingke, HAN Ke, LI Bin, HU Guozhao. Construction of 3D Geological Model and Prospecting Prediction of Matigou Gold Deposit Based on Surpac. Gold Science and Technology[J], 2018, 26(5): 586-595 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.05.586

近年来,更直观更精确地圈定矿体边界、了解地质体的三维空间分布形态、准确地解译和圈定地质体以便指导深部找矿与预测,成为地质学领域的重点研究方向。有关Surpac软件三维地质建模(3D Geosciences Modeling)及可视化的研究日渐成熟,并取得了显著的成果,Surpac软件逐渐被推广应用,在地质勘探、采矿和测量等领域均有涉及[1,2,3,4,5]。凤县马蹄沟金矿地处秦岭礼县—太白矿集区的东段,凤县—太白矿集区北侧,长期以来受到国内外金矿专家的关注。前人在该矿集区内的庞家河、太阳寺等大中型金矿床开展了较为详细的地质调研,取得了丰富的研究成果,为马蹄沟金矿床的研究提供了有利基础。自2012年该区设立陕西省基金中心金矿预查及普查工作以来,初步控制了马蹄沟—庙沟一带金矿床的矿体展布,找矿成果显著。然而,对该金矿区三维地质模型研究以及矿区矿体的空间预测研究尚属空白。充分利用矿区已有的地质资料,并借助三维数字矿山软件Surpac,对该矿区进行了三维可视化技术研究,直观有效地反映了该金矿矿体、地层和断层等的空间分布特征,揭示了矿化分布规律,以期为下一步找矿工作提供依据。

1 矿区地质概况

马蹄沟金矿床位于陕西省凤县东北部。矿区大地构造位置处于南秦岭礼县—柞水华力西褶皱带,属于秦祁昆地层区东昆仑—南秦岭分区。矿区地层呈近EW向展布(图1),古元古界至第四系皆有出露,以元古宇和古生界分布最广,主要赋矿地层为新元古界罗汉寺岩群[6]。由于罗汉寺岩群构造变形和改造强烈,岩石组合较复杂,长期以来其确切时代划分依据不足,争论较大[7]。矿区罗汉寺岩群岩性主要为绢云绿泥千枚岩、变粉砂岩、粉砂质板岩夹安山质糜棱岩、大理岩和浅褐色石英质糜棱岩。蚀变类型以硅化、黄铁矿化和绢云母化为主。矿区内主要断裂有碾子沟—套坝韧脆性断层(F8)和罗汉寺—瓦窑上韧脆性逆冲推覆断层(F9)。其中,F8为近顺层产出的韧脆性剪切断裂带,该断裂带从矿区东北角穿过,走向NNW,断层倾向20°~45°,倾角40°~60°,上盘上冲,断层内构造角砾岩发育,褐铁矿化、硅化和黄铁矿化强烈。F9呈NW向穿过矿区,断层倾向350°~45°,倾角较陡,为55°~70°,结构面发育千糜岩,剪切透镜体和片理化发育强烈,属印支—华力西期浅层次构造相韧脆性断层。凤县地区发育有唐藏石英闪长岩、何家庄花岗闪长岩和红花铺奥长花岗岩等岩体,矿区内部发育多条含硫化物石英细脉[8]。在距离矿区南部最近的老虎窑北侧,可见肉红色中—粗粒二长花岗岩,露头规模约为10~20 m,中—粗粒等粒结构,块状构造。前人分析得出凤县地区年龄为(247±4)Ma的岩体具有与埃达克岩相似的地球化学特征[9]

图1

图1   马蹄沟金矿区地质图(据文献[10]修改)

1.黄土残坡积物及冲积物;2.大草滩组;3.丹凤岩群;4.古元古界秦岭群;5.绢云千枚岩夹粉砂质千枚岩;6.粉砂质千枚岩、千枚状粉砂岩夹薄层白云质粉砂岩;7.绿泥绢云粉砂质千枚岩;8.深灰色绢云粉砂质千枚岩;9.绢云石英片岩;10.灰绿色变粉砂岩、凝灰质砂岩和熔岩;11.变质石英砂岩;12.细粒石英闪长岩;13.中粒含榴花岗闪长岩;14.韧性断层;15.断层;16.金矿化蚀变带及矿体位置

Fig.1   Geological map of the Matigou gold mine area(modified according to reference[10])


2 矿体及矿石特征

马蹄沟金矿矿体主要分布在脆—韧性剪切带中,罗汉寺—瓦窑上韧脆性逆冲推覆断层(F9)及与其平行的派生剪切带和断裂控制着矿化体的分布;赋矿地层为早古生代罗汉寺岩群c岩段,主要含矿岩性为糜棱岩化灰绿色粉砂质千枚岩、含碳千枚岩和构造角砾岩等;矿体整体基本呈带状沿NW-SE向延伸,具有近平行多层状和分支复合特征。单矿体呈不规则的薄板状和透镜状,总体产状为20°~40°∠5°~15°,产状较稳定,局部具舒缓波状特征,倾向延长与走向延长不易分辨。在腰庄沟—马厂沟脑一带受马厂沟—上垭河断层(F2)的影响,产状可能变陡。主要蚀变类型为强硅化、绿泥石化、绢云母化、微细粒浸染状黄铁矿化和褐铁矿化等。

矿石工业类型属微细粒浸染型,金属矿物主要为黄铁矿,含少量黄铁矿氧化而成的褐铁矿、赤铁矿和黄钾铁钒等。矿石中金矿物的嵌布状态有包裹金、裂隙金和粒间金,以包裹金为主,占96.18%,裂隙金和粒间金很少。

3 三维地质建模

3.1 工程数据库的创建

(1)原始地质资料收集与处理。地质数据是三维地质建模的基础和前提[11],大量充分的勘探工程数据能够更加准确地揭示矿区的地质特征和矿体的空间展布特征。为了保证所建三维地质模型的可靠性,大量收集并整理了凤县马蹄沟金矿的原始地质资料。共收集整理了包括地表和钻探工程、槽探工程等56个勘探工程数据,其中钻探工程数据46个,槽探工程数据3个,穿脉工程数据5个,沿脉工程数据1个,剥土工程数据1个。金品位数据为2 115个,岩性数据为322个。将以上数据按照Surpac数据库文件格式进行处理,得到开孔坐标(Collar)、测斜数据(Survey)、化验表和岩性表4个表格。对于马蹄沟金矿目前的研究情况,已有的勘探工程数据能够满足三维地质建模的条件,并可准确圈定矿体的三维空间位置和展布形态,这为后续模型的建立打下坚实的基础,确保了所建模型的可靠性。

(2)地质数据库的建立。地质数据库是矿山资源评估和采矿设计的基础,地质数据库为三维地质模型的建立提供了数据基础[12,13]。根据马蹄沟金矿的实际情况,建立适合生产需求的地质数据库数据表结构。建立了4个数据表,即Collar(孔口信息表)、Survey(测斜信息表)、Sample(样品分析表)和Geology(岩性表),数据表结构见表1。将整理完成的数据表根据Surpac软件的对话框提示导入其中,形成地质数据库。

表1   地质模型数据库结构

Table 1  Geological model database data table structure

数据表名称数据主要字段
Collar(孔口信息表)钻孔号、北坐标、东坐标、高程、终孔深度、孔迹线、勘探线号、勘探线_ID
Survey(测斜信息表)孔号、测斜深度、倾角、方位角
Sample(样品分析表)孔号、样品编号、深度自、深度至、Au品位、绘图样号、样柱
Geology(岩性表)孔号、层号、深度自、深度至、岩性

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(3)地质信息的三维显示。此时的数据库还不能够直观明确地显示各数据表中的地质信息,需要根据实际工作需求对钻孔孔迹线风格、孔口风格、地质图案、标注和钻孔显示风格等进行设置,以满足清晰、明确、直观地显示钻孔地质信息的要求,方便矿化体圈定等后续步骤的进行。本文中涉及的钻孔显示风格如图2所示。孔迹线根据Sample(样品分析表)中金品位着色,孔口风格以钻孔编号显示,地质图案用Sample(样品分析表)中的金品位表示,标注信息有左侧的样品编号、右侧的金品位值和岩性。钻孔显示风格根据金品位的不同等级分别用不同的颜色显示,以区分金品位高低,有利于矿化体的圈定。

图2

图2   马蹄沟金矿区钻孔显示风格

Fig.2   Display style of drilling in Matigou gold mine area


3.2 地表模型的建立

地表模型主要依据地质图中的等高线数据建立,Surpac软件可以直接导入.dxf文件,而地质图通常为MapGIS图件,所以对其等高线进行高程赋值后须保存为.dxf文件。保存的.dxf文件导入Surpac软件后,通过图层运算将等高线转换至真实的三维空间坐标后创建地表DTM模型,然后可根据高程为地表模型进行着色[图3(a)],以反映地表高低起伏。

图3

图3   马蹄沟金矿区地表模型(a)和地层模型(b)

1.黄土残坡积物及冲积物;2.大草滩组;3.丹凤岩群;4.古元古界秦岭群;5.绢云千枚岩夹粉砂质千枚岩;6.粉砂质千枚岩和千枚状粉砂岩夹薄层白云质粉砂岩;7.绿泥绢云粉砂质千枚岩;8.深灰色绢云粉砂质千枚岩;9.绢云石英片岩;10.灰绿色变粉砂岩、凝灰质砂岩和熔岩;11.变质石英砂岩;12.细粒石英闪长岩;13.中粒含榴花岗闪长岩

Fig.3   Surface model(a) and stratum model(b) of Matigou gold mine area


3.3地层实体模型的建立

实体模型实质是由一系列三角面(即三角面集合)构成的实体表面或轮廓,即实体模型是由一系列不重叠的三角形来连接多边形线串(.str)中所含的点来定义一个实体或空心体。这些三角形在三维空间里不重叠也不相交,实体模型的三角网可以很彻底地闭合为一个空间结构[14]

以矿区勘探线剖面图和区域地质资料等作为原始资料,对其进行处理后建立马蹄沟金矿地层和断层模型。其处理过程主要分为以下7个步骤:(1)将勘探线剖面图保存为.dxf格式文件;(2)将.dxf格式的勘探线剖面图导入Surpac软件中,另存为.str格式的线文件;(3)将.str格式的勘探线剖面图的坐标转换为真实的三维空间坐标;(4)闭合各勘探线剖面图中的地层线段并清除重复点、交叉点和聚结点等;(5)通过“段间连接三角网”建立各岩层实体模型;(6)利用“剪切并保留低于DTM的实体”功能去除所有地层实体高于地表的范围;(7)将得出的地层实体导入同一图层并保存。经过上述步骤处理得到马蹄沟金矿地层模型[图3(b)]。

3.4 矿体实体模型建立

建立矿床模型不仅能够准确掌握矿体的几何空间形态,还能为品位模型估值奠定基础[15]。矿体模型的构建有多种方法,通常根据建模目的、矿床特征和资料详细程度等灵活切换应用多种方法。马蹄沟金矿矿体模型主要根据钻孔数据建立,勘探线剖面图则作为辅助。钻孔以金品位属性显示,沿勘探线方位切割钻孔剖面,将切割后的各剖面进行剖面解译,沿顺时针方向圈出矿体,生成闭合线。依次连接相邻剖面间的矿体边界线,建立矿体实体模型。验证并修改模型,使其成为闭合实体,最后生成马蹄沟金矿矿体实体模型[图4(a)]。所建立的马蹄沟金矿矿体实体模型充分证明了矿体整体沿NW-SE向延伸展布的特征。

图4

图4   马蹄沟金矿区矿体模型(a)及其与罗汉寺岩群的关系(b)

2.罗汉寺岩群碎屑岩段粉砂质千枚岩、千枚状粉砂岩夹薄层白云质粉砂岩;3.罗汉寺岩群碎屑岩段绢云千枚岩夹粉砂质千枚岩;4.矿体

Fig.4   Orebody model of Matigou gold mine area(a) and its relationship with Luohansi rock group(b)


将所建立的地层模型中的罗汉寺岩群单独提取并进行透明化显示,然后导入矿体实体模型中。矿体实体模型可以真实反映矿体主要赋存于罗汉寺岩群中,为矿区主要赋矿层位[图4(b)]。

1.罗汉寺岩群碎屑岩段绿泥绢云粉砂质千枚岩;

3.5 断层实体模型的建立

为了更清楚地掌握断层与地层及矿体之间的空间位置关系,分析矿床成因,并为后续矿山工程的布置提供参考,准确建立矿床的断层模型是非常必要的。以勘探线剖面图和区域地质资料为依据,按照与地层实体模型建立相类似的步骤,建立了马蹄沟金矿断层实体模型[图5(a)]。断层实体模型真实地展现了断层在空间上的产出状态,将矿体模型一同导入就可以直观地反映断层与矿体的空间关系[图5(b)]。结合野外工作成果,认为罗汉寺—瓦窑上韧脆性逆冲推覆断层(F9)及其派生和演化构造是本矿区主要控矿构造。

图5

图5   马蹄沟金矿区断层模型(a)及其与矿体的关系(b)

1.矿体;2.F3断层;3.F2断层;4.F6断层;5.F9断层;6.F8断层;7.F11断层

Fig.5   Fault model(a)and its relationship with ore body(b)in Matigou gold mine area


3.6 块体模型及品位模型的建立

矿体模型只能显示矿体的空间几何形态,无法反映矿体的品位信息,更不能用于储量计算。通过将三维实体模型剖分为块体模型,使得每个立方块体都有自己的属性信息,包括三维空间坐标值和反映成矿有利信息的属性值,可以实现由定性找矿向定量找矿的突破[16,17,18,19]。根据马蹄沟金矿矿体的形态特征和空间分布特征,结合探矿工程和矿体厚度等实际情况,同时为了满足准确圈定矿体的需要,将块体模型单元块设置为长×宽×高=10 m×10 m×5 m,最小单元块设置为长×宽×高=5 m×5 m×2.5 m,模型大小设置为长×宽×高=2 500 m×1 990 m×565 m,单元块总数为1 245 546个[图6(a)]。对矿体单独显示块体模型[图6(b)]。

图6

图6   马蹄沟金矿区块体模型

Fig.6   Block model of Matigou gold mine area


对块体模型进行品位估值的方法有克里格法(地质统计学中常用普通克里格法)和距离幂次反比法。距离幂次反比法是根据各样品点距待估点的距离远近不同,来体现其对待估点的影响程度的不同,距离越近的样品点对待估点的影响越大,因此,离待估点近的样品应比离待估点远的样品的权值大,对于金矿幂次一般选用3[20]。本文采用距离幂次反比法对块体模型进行金品位估值,估值结束后即可生成品位模型,然后根据不同的品位区间对品位模型着色,可精确反映不同空间位置的品位高低变化(图7)。根据品位模型可计算出金属储量,按照中段来计算金属储量,可直观反映不同中段金属储量的高低,进而得出成矿有利标高位置。马蹄沟金矿各中段金储量曲线如图8所示,可见中段1 450~1 500 m和1 500~1 550 m金储量最多,均超过10 t,故标高1 450~1 550 m为成矿有利范围。

图7

图7   马蹄沟金矿区矿体品位模型

Fig.7   Grade model of orebody in Matigou gold mine area


图8

图8   马蹄沟金矿区矿体中段—储量吨位曲线图

Fig.8   Curve of tonnage reserve-middle section of ore body in Matigou gold mine area


4 矿化空间分布规律及找矿预测

为了更明确地显示矿化在空间上的分布规律,采用距离幂次反比法对所建立的矿体块体模型进行金品位估值,然后将每一个块的属性(坐标和金品位)导出到数据表中,对块体的金品位进行X-Y平面(图9)、X-Z横剖面[图10(a)]和Y-Z纵剖面[图10(b)]进行投影计算,投影值为相同投影坐标上金品位的平均值,可以反映金矿化的平均强度。

图9

图9   马蹄沟金矿区X-Y平面金品位投影等值线图

Fig.9   Contour map of Au grade projection inX-Yplane of Matigou gold mine area


图10

图10   马蹄沟金矿区X-Z横剖面(a)和Y-Z纵剖面(b)金品位投影等值线图

Fig.10   Contour map of Au grade projection inX-Zcross section(a) andY-Zlongitudinal section(b) of Matigou gold mine area


X-Y平面金品位投影等值线图(图9)可知,品位变化主要沿NW-SE向展布延伸,SN向也有矿化趋势,但较NW-SE向弱;NW向矿化较SE向强。由X-Z横剖面和Y-Z纵剖面金品位投影等值线图(图10)可知,矿化强度由标高1 600 ~1 200 m有减弱趋势,且呈现出不连续特征,在标高1 500 m附近矿化不连续,矿化较标高1 600 m和1 400 m弱,矿化有向深部延伸的趋势。

综合上述平面图和横、纵剖面图金品位投影情况,在空间上圈定出2个找矿靶区,分别为靶区Ⅰ和靶区Ⅱ。其中,靶区Ⅰ标高1 300~1 000 m,控制东坐标36 379 300~36 379 700 m,控制北坐标3 765 600~3 766 000 m区域;靶区Ⅱ标高1 600~1 400 m,控制东坐标36 378 400~36 378 800 m,控制北坐标3 766 200~3 766 600 m区域。这2个靶区有较大的找矿前景,应作为下一步找矿的重点区域。

5 结论

(1)利用Surpac软件平台建立了马蹄沟金矿区地表模型和各实体模型,可以直观地显示观察矿体、地层和断层在真实三维空间中的形态和展布特征及规律,为后续地质工作和矿山开采提供有利依据。

(2)通过对矿体块体模型赋金品位值建立马蹄沟金矿品位模型,在Surpac软件中生成储量报告,实现了储量报告生成的自动化。通过储量报告得到各中段金储量分布曲线图,分析得出中段1 450~1 550 m金储量最多,超过20 t,是成矿有利范围。

(3)通过导出各块体的属性,绘制出X-Y平面、X-Z横剖面和Y-Z纵剖面金品位投影图。分析得出马蹄沟金矿金品位变化主要沿NW-SE向展布延伸。在高程上矿化强度具有由高到低减弱的趋势,呈现出不连续特征,矿化有向深部延伸的趋势。

(4)利用建立的品位模型分析金矿化的分布规律和矿化强度的变化特征,结合矿区地质资料,初步预测出2个找矿靶区,具有良好的深部找矿前景。

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