陳建平，嚴(yán) 瓊，尚北川，武 曌

(1．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)國土資源與高新技術(shù)研究中心，北京 100083;2．北京市國土資源信息研究開發(fā)重點實驗室，北京 100083)

湖南黃沙坪地區(qū)鉛鋅礦床三維預(yù)測研究

陳建平1，2，嚴(yán) 瓊1，2，尚北川1，2，武 曌1，2

(1．中國地質(zhì)大學(xué)(北京)國土資源與高新技術(shù)研究中心，北京 100083;2．北京市國土資源信息研究開發(fā)重點實驗室，北京 100083)

湖南黃沙坪鉛鋅礦是我國重要的鉛鋅礦生產(chǎn)基地，由于多年開采，已成為危機礦山，在研究該礦成礦背景的前提下，通過計算機三維建模方法，建立三維礦床模型，并提取出找礦有利條件，從而建立起該礦區(qū)的預(yù)測模型，并對預(yù)測結(jié)果進行靶區(qū)圈定，對該區(qū)深部找礦具有指導(dǎo)性意義。

三維礦床模型;預(yù)測模型;深部找礦;黃沙坪鉛鋅礦;湖南

0 引言

黃沙坪礦區(qū)是南嶺多金屬成礦帶的重要組成部分，位于南嶺構(gòu)造帶中段北緣郴州—藍(lán)山北東向基底構(gòu)造巖漿巖帶與郴州—邵陽北西向基底構(gòu)造巖漿巖帶的交匯部位，具有優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件。黃沙坪鉛鋅礦是我國重要的鉛鋅原料生產(chǎn)基地，也是湖南省最大的鉛鋅開采礦山和鉛鋅原料生產(chǎn)基地。礦床類型屬裂隙充填交代類型，以鉛鋅礦為主。經(jīng)過50多年的開采，礦山的鉛鋅資源已處于深度危機狀態(tài)，向礦區(qū)深、邊部進行鉛鋅礦的探索已勢在必行。近年來，越來越多的研究者開始從三維的角度預(yù)測隱伏礦體的存在，其優(yōu)點在于通過三維可視化技術(shù)可直觀地展示地下地質(zhì)體、礦體的空間形態(tài)、分布特征和相互關(guān)系。筆者在研究該區(qū)鉛鋅礦的成礦規(guī)律和找礦標(biāo)志的前提下，結(jié)合三維找礦方法進行深、邊部找礦預(yù)測。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

黃沙坪礦區(qū)轄屬湖南省桂陽縣，地處南嶺，位于京廣線湖南郴州站以西45 km的桂陽縣境內(nèi)。該區(qū)主要賦礦地層為下石炭紀(jì)的石磴子組(C1s)，下與孟坳公灰?guī)r接觸，上與測水煤系接觸，均為石灰?guī)r和砂巖、頁巖互層，該地層由老到新分為5層礦床受南北向?qū)殠X倒轉(zhuǎn)背斜和觀音打座倒轉(zhuǎn)背斜的控制，同時也受近南北向和近東西向兩組斷裂所圍限的“井”字形圈閉空間的控制(李建中等，2005)。北北東向F1、F2斷裂帶的次級斷裂為主要控礦、容礦構(gòu)造。本區(qū)巖體均屬燕山期超淺成、淺成侵入體，以石英斑巖為主，花崗巖、花崗斑巖次之;石英斑巖出露在寶嶺和觀音打座一帶山脊上，花崗斑巖未見地表出露。鉛鋅礦體沿斷裂帶充填和交代，多富集于斷裂破碎帶中，形狀復(fù)雜，一般為透鏡體、似層狀扁豆?fàn)睢⑿∧覡?、短脈狀及細(xì)脈浸染狀，產(chǎn)狀也不一致。水泄窿的礦體向東傾斜，傾角較陡;老貓形的礦體向西傾斜，傾角較平緩。東部礦區(qū)的礦體向東傾斜，屬于平緩礦體;西部礦體與巖層面有關(guān)，向西傾斜。斷裂破碎帶及巖體外接觸帶是該區(qū)主要的找礦區(qū)域。

2 三維礦床模型的建立

通過對黃沙坪礦區(qū)鉛鋅多金屬礦床地質(zhì)背景的研究，應(yīng)用澳大利亞SSI(Surpac Software International Pty Ltd)公司(2000)開發(fā)的大型礦山工程軟件Surpac，對研究區(qū)地層、巖體、已知礦體、化探數(shù)據(jù)等進行三維實體建模，從而建立該區(qū)三維礦床模型。研究收集整理到的勘探線剖面共27個，主要分為東、南兩個部分(圖1)，勘探線剖面上有礦體、地層界線、巖體界線位置等信息(圖2)。研究中各地層三維實體模型首先通過連接各個剖面中同類地層界線形成兩類地層的界限層，再與范圍實體模型進行布爾運算，得到相應(yīng)的地層實體(圖3)。巖體形狀上大下小，屬一個巖盤構(gòu)造，下有2個主干，一在寶嶺，一在觀音打座。其周圍有一系列的巖脈貫連，深部可能為一個巖體。建模方式與地層基本相似，主要根據(jù)收集到的剖面上石英斑巖界線進行連接，多剖面間形成實體(圖4)，它們較為細(xì)致、全面地揭示了研究區(qū)地質(zhì)體的形態(tài)和位置特征，可以用此方法建立相應(yīng)的地質(zhì)體模型。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖

黃沙坪礦區(qū)鉛鋅礦體的形成，主要與構(gòu)造、巖體有關(guān)，全區(qū)有大小礦體300余個，主要礦體只有幾個，由于本次剖面線上已知礦體劃分得很詳細(xì)，建立礦體實體模型可按照不同種類分別建模。本次建立了鉛、鋅、鉛鋅礦實體模型(圖5)。

圖2 黃沙坪礦區(qū)東部第9排剖面

圖3 地層實體模型

圖5 已知礦體實體模型

圖4 巖體實體模型

圖6 工程鉆孔模型

三維礦床模型除了地質(zhì)體模型以外，還有工程模型。工程模型中的鉆孔模型(圖6)是根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫形象地生成可瀏覽鉆孔的軌跡和樣品屬性的模型。本次收集到的鉆孔共有154個，各元素(Pb、Zn)三維異常分布情況也可依鉆孔模型經(jīng)過距離反比插值分析得到，是進行儲量估算的重要依據(jù)。

3 利用三維找礦預(yù)測模型進行礦產(chǎn)定量預(yù)測

3．1 三維找礦預(yù)測模型的建立

本研究以三維礦床模型建立為基礎(chǔ)，地質(zhì)統(tǒng)計方法為手段，找礦預(yù)測模型的建立是研究的核心。建立預(yù)測找礦模型是探尋隱伏礦體的重要手段，主要采用立方體預(yù)測模型找礦方法(陳建平等，2009)來實現(xiàn)三維深部找礦的新突破。本次模型區(qū)坐標(biāo)范圍為南北長1 783．754 m、東西長1 084.426 m、垂高為769．496 m的立方體，總體積為1．488×109m3。根據(jù)勘探線的分布，結(jié)合礦體的形態(tài)、走向、傾向和空間分布特征，將單元塊的行、列、層高都設(shè)定為20 m，全區(qū)模型包括有193 050個單元塊。在建立好立方體模型以后，可以將多源找礦預(yù)測因子作為屬性賦給每一個單元塊。

在該區(qū)鉛鋅礦成礦規(guī)律及成礦模式的指導(dǎo)下，對該區(qū)成礦相關(guān)的地層信息、構(gòu)造信息、巖體信息、化探信息等進行詳盡分析，提取出與該區(qū)鉛鋅礦成礦有利的條件，將其作為找礦預(yù)測因子進行之后的礦產(chǎn)預(yù)測。使用已知礦體實體模型對立方體模型進行限定，劃分出礦體所包含的塊體單元，共3 327個單元塊(圖7)，將其作為礦床預(yù)測中的先驗條件。用地層實體模型對三維立方體進行限定，劃分出不同地層所包含的立方體，根據(jù)以前的大量研究表明(許以明等，2007)，該區(qū)主要容礦層為石磴子組，且將不同地層塊中的含礦單元塊進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有48．7%的礦體塊在石磴子組灰?guī)r(C1s2－4)中。因此選取石磴子組灰?guī)r作為有利地層信息預(yù)測變量。該區(qū)巖體主要為石英斑巖，該巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性良好，位于局部裂隙中富集地帶而又有礦化水通過的地域。因此，對于三維預(yù)測來說，石英斑巖是預(yù)測的關(guān)鍵變量之一。構(gòu)造是本區(qū)主要的成礦因素，在傳統(tǒng)平面礦產(chǎn)預(yù)測中曾運用斷裂緩沖、構(gòu)造等密度、構(gòu)造平均方位、構(gòu)造中心對稱度、構(gòu)造交點數(shù)等反映線性構(gòu)造的特征變量(劉春學(xué)等，2003)，本研究將二維成礦預(yù)測中這些被認(rèn)可的變量分析拓展到三維空間內(nèi)，從而為三維成礦預(yù)測提供新的變量(史蕊等，2011)，使之能更有效地展示及指導(dǎo)深部成礦特征。根據(jù)區(qū)域含礦立方塊與這些變量疊加分析得出結(jié)論：含有礦體的立方塊在主干斷裂屬性值區(qū)間(0．47，1．15)為最多;礦體集中分布在斷裂緩沖50 m內(nèi)，構(gòu)造交會部位的周邊對成礦有利，中心對稱度屬性值(0．023，0．1)的立方塊與礦體立方塊具有較高的一致性。因此，分別將主干斷裂(0.47，1.15)、局部構(gòu)造(8．2，10．3)的立方塊、構(gòu)造交點數(shù)(0．05，0．7)的立方塊、中心對稱度范圍(0.023，0.1)的立方塊、研究區(qū)斷裂50 m緩沖區(qū)(圖8)作為對鉛鋅礦成礦有利的預(yù)測因子。

圖7 礦體塊體模型

圖8 斷裂及斷裂緩沖分布圖

同時，利用鉆孔數(shù)據(jù)來分析這些單元塊的元素三維異常分布。本研究選用距離反比加權(quán)的方法對未知單元塊進行了Zn和Pb含量的插值分析(靳國棟等，2003)(圖9)。通過該研究區(qū)中各元素的工業(yè)品位值及進行主觀判斷綜合分析確定Pb的異常下限取6．3%，Zn的異常下限取11．4%(圖10)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)有21．65%(Pb)和22．31%(Zn)的元素異常塊體在斷裂緩沖帶中，從一定程度上說明了研究區(qū)斷裂控礦的指導(dǎo)性意義。此外，分別有20．49%(Pb)和25.84%(Zn)的元素異常值在石英斑巖內(nèi)，同時也說明了巖體控礦的作用，因此可將Pb、Zn元素異常值作為預(yù)測因子。

圖9 Pb異常單元塊模型圖

根據(jù)以上預(yù)測因子的選取，并結(jié)合實際情況，本研究建立了如表1的研究區(qū)預(yù)測模型。其中，研究區(qū)的主要控礦因素取決于以下4個方面：(1)有利地層巖性發(fā)育;(2)有利成礦構(gòu)造發(fā)育;(3)巖漿巖脈群發(fā)育;(4)化探異常區(qū)間。

表1 研究區(qū)鉛鋅礦預(yù)測模型

3．2 鉛鋅礦預(yù)測靶區(qū)圈定

根據(jù)表1建立的預(yù)測模型，經(jīng)過對各預(yù)測變量進行條件獨立性檢驗，發(fā)現(xiàn)各變量均相對獨立。因此，選取預(yù)測模型中9個預(yù)測變量，它們是：有利地層、斷裂緩沖區(qū)(50 m)、構(gòu)造中心對稱度、構(gòu)造方位異常度、主干斷裂、局部斷裂、Pb異常和Zn異常及有利巖體，運用證據(jù)權(quán)法進行三維可視化礦產(chǎn)預(yù)測(陳建平等，2007)，約定各標(biāo)志在單元中的存在取值為1，不存在取值為0，以礦體單元塊為證據(jù)權(quán)的自變量，預(yù)測因子為因變量，通過證據(jù)權(quán)權(quán)值公式計算出權(quán)重C值(表2)。

表2 研究區(qū)各找礦標(biāo)志權(quán)重值

根據(jù)各找礦標(biāo)志的權(quán)重值，計算出該區(qū)各單元塊的后驗概率值，根據(jù)后驗概率值與已知礦體疊合的直方圖分布(圖11)，及主觀概率法確定后驗概率的臨界值為0．68，統(tǒng)計出在臨界值之上的立方體塊數(shù)為3 958塊，已知礦單元塊數(shù)為481，找礦潛力巨大。臨界值上37．82%的塊體包含在斷裂緩沖區(qū)內(nèi)，33．83%的塊體包含在石英斑巖內(nèi)。此外，79.08%的塊體在石磴子組層位，可說明其結(jié)果的可信性。

圖11 后驗概率與已知礦塊疊加分析直方圖

由于本區(qū)已知礦體分布比較廣，礦體比較小而且碎，給預(yù)測區(qū)的圈定造成了不小的難度，本次將預(yù)測區(qū)內(nèi)的含礦單元塊去除掉，預(yù)測遠(yuǎn)景區(qū)中有3 477塊，再以此圈出5個典型預(yù)測區(qū)作為預(yù)測靶區(qū)(圖12)，有些高值區(qū)同時也是已知礦體密集區(qū)，本次預(yù)測未將其作為找礦靶區(qū)圈定出來。

A區(qū)正好在石英斑巖兩盤中間交匯處，也在右邊南北向斷裂與石英斑巖接觸帶上。B區(qū)為巖體上升與周圍構(gòu)造接觸帶摩擦處，的確比較利于成礦。C區(qū)同B區(qū)成礦條件相似，都處在斷裂與石英斑巖的接觸帶中，有較好的成礦有利條件及礦質(zhì)沉積的良好環(huán)境。D區(qū)位于東西向斷裂與南北向小斷裂交匯處，在深部也與石英斑巖接觸，有良好的熱液通道和成礦環(huán)境，有利于成礦。E區(qū)是5個靶區(qū)中高程最低的，可認(rèn)為是深部預(yù)測，與B區(qū)相似，都是巖體上升與周圍巖層擠壓、收縮的結(jié)果，也是南北向大斷裂與東西向小斷裂交匯的地方，證明了本次研究方法的可行性及可靠性。

圖12 預(yù)測靶區(qū)圈定圖

4 結(jié)論

根據(jù)Houlding提出的三維地質(zhì)建模的思想，應(yīng)用剖面圖、區(qū)域地質(zhì)圖和鉆孔數(shù)據(jù)等資料，利用三維建模軟件Surpac建立黃沙坪地區(qū)地質(zhì)和工程的三維模型，包括地形、地層、構(gòu)造、巖體、鉆孔等，做出該礦區(qū)的地質(zhì)和工程模型，為找礦預(yù)測工作奠定基礎(chǔ);通過對黃沙坪礦區(qū)地質(zhì)背景和成礦條件進行分析，為建立三維找礦預(yù)測模型提供充分依據(jù);應(yīng)用立方體預(yù)測模型找礦方法完成了全區(qū)的三維找礦研究，綜合考慮各控礦條件，應(yīng)用證據(jù)權(quán)法，得到鉛鋅礦的后驗概率值臨界值，確定了全區(qū)的預(yù)測遠(yuǎn)景區(qū)并圈定預(yù)測靶區(qū)，預(yù)測結(jié)果與已知礦體的空間一致性對該預(yù)測方法的準(zhǔn)確性進行了驗證，同時也發(fā)現(xiàn)研究區(qū)找礦潛力較大，勘探前景較好。

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On 3D prediction of lead-zinc deposit in Huangshaping ore district in Hunan

CHEN Jian-ping1，2，YAN Qiong1，2，SHANG Bei-chuan1，2，WU Zhao1，2

(1．Institute of Land Resources and High Techniques，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2．Beijing Key Laboratory of Development and Research for Land Resources Information，Beijing 100083，China)

Huangshaping lead-zinc mine district in Hunan was a very important production base of lead and zinc mining in China．It had become a crisis mine because of years of exploitation．Based on the geological setting of lead-zinc ore-forming processes，the authors constructed a digital deposit model by means of 3D modeling and a cubic prediction model on ground of extraction of the favorable conditions for ore prospecting．And finally the targets on the forecasting results were delineated．

3D deposit model;Prediction model;Deep ore prospecting;Huangshaping Lead-zinc Mine;Hunnan

P618．4;P612

A

1674－3636(2012)03－0243－07

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．243

2012－05－20;編輯：侯鵬飛

陳建平(1959— )，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事礦產(chǎn)資源定量預(yù)測評價和“3S”技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)與研究工作，E-mail：3s@cugb．edu．cn