归来庄金矿是鲁西地区最大的金矿床，也是全国规模最大的隐爆角砾岩型金矿床[1,2]，该矿床发现于1987年，是当时山东省乃至全国地质找矿的重大突破，被列为我国“七五”三大找矿成果之一。然而，经过25年的开采，目前归来庄金矿已成为资源危机矿山，进入了深部找矿阶段。以林景仟为代表的专家学者先后对归来庄金矿的形成时代、矿床类型、成矿序列、成矿模式和成矿规律等进行了研究[2,3,4,5]，一批新的地质工作者运用地球化学、综合信息方法等新技术对归来庄金矿开展了进一步的研究[6,7]，取得了许多成果。近年来，归来庄金矿深部勘探力度不断加大，投入了大量钻探工作量，积累了许多新的资料，但是仍然缺乏对深部矿体三维地质建模的研究，不利于深部找矿的进一步开展。本文通过整理近30年钻孔资料，运用Surpac软件建立归来庄金矿立体模型，取得了一些新的发现，为矿山生产设计和深部找矿提供理论依据。
1 矿床地质特征
归来庄金矿位于山东省平邑县铜石镇，区域内大面积分布古生代寒武纪和奥陶纪碳酸盐岩，前寒武纪和中生代岩浆活动强烈。
矿区内出露地层主要为寒武—奥陶纪碳酸盐岩和碎屑岩，地层总体走向NW，倾向NE，倾角7°～33°。中生代铜石杂岩体位于矿区西半部，铜石岩体出露面积约为40 km2，呈岩株、岩脉和岩床状产出，主要岩性为二长闪长玢岩和二长斑岩等，侵位于泰山群、寒武系和奥陶系等地层中（图1）。
图1
图1
区域地质构造简图（据张国权[6]修改）
Fig.1
Regional geological structure map
Q-第四系；E-古近系；K-白垩系；J-侏罗系；C+P-石炭系+二叠系；Є+O-寒武系+奥陶系；Z-震旦系；Ar-太古界；K1γδμYd-中生代闪长玢岩；J2ηπT-中生代二长斑岩；ξπ
1-1号和1-2号金矿体主要矿石类型为硅化萤石化构造—隐爆角砾岩含金矿石，占矿石总量的95.83%。矿石呈紫褐色和褐灰色，具交代残余、星状和填隙结构，角砾状和浸染状构造。
矿床内围岩蚀变主要有硅化、黄铁矿化、萤石化、绢云母化和碳酸盐化等。其中，硅化、黄铁矿化、萤石化和绢云母化与金矿化关系密切。蚀变分带不明显，常见多种蚀变叠加[14]。
除1-1号和1-2号金矿体之外的其他矿体规模较小，主要赋存于寒武纪朱砂洞组和张夏组中，呈层状和似层状产出，受地层控制，其产状与围岩地层基本一致。因其规模很小，本次不做研究。
2 矿体Surpac三维建模
2.1 建立地质信息数据库
表1 钻孔数据库结构
Table 1
| 数据表名称 | 数据主要字段 |
|---|---|
| 孔口坐标表 | 钻孔号、Y坐标、X坐标、Z坐标（孔深） |
| 测斜表 | 钻孔号、孔深、倾角、方位角 |
| 地质岩性表 | 钻孔号、岩性分段起点、岩性分段终点、岩性代码 |
| 样品分析表 | 钻孔号、采样起点、采样终点、金银等品位 |
图2
图2
归来庄金矿地层分组图
Fig.2
Stratigraphic map of Guilaizhuang gold deposit
1.地层界线；2.F1断层；3.北庵庄组；4.东黄山组；5.三山子组；6炒米店组；7.崮山组；8.张夏组；9.馒头组；10.朱砂洞组
利用Surpac软件进行数据统计，Au元素的品位区间为0.01×10-6~412.00×10-6，平均值为4.18×10-6。此次研究将金品位划分为3个区间，并赋予不同颜色（表2）。
表2 钻孔数据库结构
Table 2
| 金品位/(×10-6) | 显示颜色 | 注释 |
|---|---|---|
| 0.2~1.0 | 黄绿色 | 金矿化体边界品位 |
| 1.0~2.5 | 红色 | 金边界品位 |
| 蓝色 | 金最低工业品位 |
之后采用剖面线法构建矿体模型，依次按勘探线号（本次为24-51线）对矿体进行剖面解译（图3），最后圈定出矿体。
图3
图3
圈定矿体解译线
Fig.3
Orebody interpretation line
1.钻孔；2.勘探线及编号；3.1-1号矿体解译线；4.1-2号矿体解译线
2.2 建立实体模型
采用剖面线法结与相连段法相结合的方法，根据建好的矿体剖面解译线，结合实际金矿体形态、产状规律及赋存条件，使用Surpac软件的实体模型工具依次捕捉，生成三角网并连接成实体模型，如图4所示。依次连接并完成模型创建之后对实体模型进行有效性验证，由Surpac软件自动生成验证报告。通过检查实体连接，Surpac系统可以自动查出模型是否存在封闭区间、重复三角形等连接错误，如存在错误则在改正后再次完成验证，当反复验证直至没有错误提示则表示实体模型建立成功。
图4
图4
归来庄金矿矿体实体模型
Fig.4
Solid model of orebody in Guilaizhuang gold deposit
1.钻孔；2.勘探线及编号；3.1-1号矿体；4.1-2号矿体；5.不整合面
一般情况下，在生成简单矿体实体模型时验证都能通过，但是在制作复杂矿体模型时，会出现无效边、三角网相交等各种问题[20]。如果出现实体验证无效，就不能运行下一步，例如实体模型体积计算报告和逻辑运算等。为了解决实体模型验证问题，前人研究认为可以采取以下方法：（1）检查实体内各面的三角网号，相同的三角网号才能连接；（2）检查组成实体的线框文件是否符合空间关系，矿体的空间关系应参考剖面，结合实际情况判断；（3）使用不同的三角网算法验证，这是由于Surpac软件中提供了4种算法，而4种算法各有优劣性；（4）查找解译线中是否存在交叉线的错误；（5）检查两线之间点稀疏度（重复点：段内相邻点小于0.05）；（6）尝试使用2条控制线，可以使计算机连接三角网更准确；（7）尝试直接移动（或者重新连接）线框的点，通过修改使之符合空间关系。
2.3 建立块体模型
式中：
图5
图5
归来庄金矿矿体块体模型(俯视图)
Fig.5
Block model of orebody in Guilaizhuang gold deposit（top view）
3 模型验证与评估
模型验证的主要方法有平均品位趋势和品位—吨位曲线分析，模型值的基本统计分析，以及地质剖面图中的数据与模型值对比分析等[21]，本次研究同时采用这3种方法进行模型验证与评估。
根据Surpac软件统计出的1-1号矿体资源量报告，作出1-1号矿体金品位与矿石量随高程变化的曲线图，如图6所示。从图中可以看出，在-150～100 m高程范围，1-1号矿体品位在0.2×10-6～0.6×10-6区间的矿石量最多，在-400～-500 m高程处矿石品位达到研究区的最高值，后经过特高样品处理后平均品位接近0.7×10-6，但矿石量不大，这与勘查过程中品位和矿石量的实际分布特征相符。
图6
图6
归来庄金矿1-1号矿体金品位与矿石量随高程变化曲线图
Fig.6
Curve of gold grade and ore volume with height variation of No.1-1 orebody in Guilaizhuang gold deposit
前人研究表明，在矿体隐爆过程中，由于F1断裂深部前缘岩浆冷凝固结，形成封闭环境，下部岩浆气液继续上侵聚集，使封闭体系内温度和压力急剧增高，当能量达到一定程度时，便导致了强烈的次火山隐爆作用。在强大的能量驱动下，隐爆产物贯入F1断裂，形成隐爆—侵入角砾岩。唐兴菊等[22,23]认为对于隐爆角砾岩型金矿，在隐爆成矿过程中，后一次隐爆角砾岩化叠加在第一次隐爆角砾岩化的部位为形成富矿的最佳部位。图6中金品位出现3次峰值，从侧面验证了归来庄金矿床在形成过程中经历了多次的爆破—沉淀（胶结）过程形成多个矿化蚀变阶段，最终形成了爆破角砾岩型金矿床。此外，在古生代碳酸盐岩地层中顺层断层十分发育，由于碳酸盐岩具有较为特殊的化学性质，使得金容易在碳酸盐岩中的顺层断层富集。此处主要是在F1断层中富集成矿，而馒头组和崮山组岩性结构致密，化学活动性差，对金的聚集不利，所以 1-1号矿体形成了“厚—薄—厚”的形态特征，金品位变化明显。图6反映出平均金品位和矿石量变化大。从1-1号金矿化体金品位三维可视化模型（图7）可以看出，金品位存在明显分带现象，呈条带向西侧伏，应为流体运移的方向。通过建立三维模型，发现在1-2号矿体的最上端，即F1断层产状发生较大变化的地方，矿床品位最高，达到了412×10-6。
图7
图7
归来庄金矿块体模型品位分布图（散云显示）
Fig.7
Grade distribution diagram of bulk model in Guilaizhuang gold deposit（Scattered cloud display）
根据Surpac软件统计出的1-2号矿体资源量报告，绘制出1-2号矿体金品位与矿石量随X轴坐标的变化图如图8所示。在-600～-700 m高程之间，1-2号矿体品位由0.90×10-6降至0.15×10-6且变化较稳定。在EW向坐标值57200～572350之间矿体的宽度变化巨大，矿石量达到峰值，且金矿石平均品位较低，矿体仍沿着断层向深部延伸，矿体较为零碎，与勘探验证的变化趋势相符。
图8
图8
归来庄金矿1-2号矿体金品位与矿石量随EW向坐标变化曲线图
Fig.8
Curve of gold grade and ore volume with east-west axis of No.1-2 ore body in Guilaizhuang gold deposit
前人研究表明[5,6,7]，归来庄1-2号矿体位于深部，距地面670～1 100 m的位置，为构造—隐爆角砾岩型，主要赋存于朱砂洞组矿化碎裂状硅化萤石化白云岩层中，产状较为稳定，与地层总体产状相一致，走向为SW向，倾向NE，倾角一般为8°～20°，矿体规模较小，品位较低，局部富集。前人研究认为归来庄金矿受F1断裂控制[1]，断层既控矿又赋矿，矿体在深部总体向南西侧伏。本次建模生成了1-2号矿体在海拔-600～-900 m之间金品位与矿石量随EW向坐标变化曲线图（图8）。由图8可知，矿体在深部南西向金品位逐渐降低、矿石量逐渐减少，但是侧伏向深部仍可能出现富集带。此次建模采用的边界品位为0.2×10-6，研究发现在1-2号矿体下部还有一层矿化体（图9）。该矿化体主要位于寒武纪朱砂洞组，不整合于前寒武纪花岗质变质基底之上，矿化体周围岩性为二长闪长玢岩和二长斑岩，其下部的灰质白云岩脆性大，化学活动性强。该层位矿化体与磨坊沟式金矿相同，认为其属于磨坊沟式金矿[24]，沿此层位向东延伸可能出现富矿带，具有一定的找矿前景。
图9
图9
归来庄金矿1-2号矿体实体模型
Fig.9
Solid model of 1-2 orebody in Guilaizhuang gold deposit
1-1-2号矿体；2-磨房沟式矿体
4 结语
（1）利用Surpac矿业软件系统建立了归来庄金矿三维地质信息模型（钻孔数据库、实体模型和块体模型等），反映了1-1号和1-2号矿体的产出状态，清楚地展示归来庄金矿矿体三维空间展布特征。
（2）矿体金品位与矿石量随高程的变化特征，从侧面验证了归来庄金矿床在形成过程中经历了多次的爆破—沉淀（胶结）过程，形成了多个矿化蚀变阶段，最终形成了爆破角砾岩型金矿床。
（3）结合相关研究成果，并根据三维地质信息模型进行分析，发现有一层矿化体主要赋存于寒武纪朱砂洞组，且不整合于前寒武纪花岗质变质基底之上，认为该矿化体属于磨坊沟式金矿体，沿此层位向东延伸可能出现富矿带，具有一定的找矿前景。
（4）通过生成矿体金品位与矿石量随高程和EW向坐标变化曲线图，结果显示使用距离幂次反比法进行的3次估值结果均较准确，所建三维地质模型较可靠。对金品位和矿石量在不同方向上的变化趋势进行分析，验证了距离幂次反比法估值结果的准确性，同时掌握了金矿体品位在三维空间中的分布规律，可为下一步深部找矿和开发工作提供参考。
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