李 瑩，鄒 偉，李 楠，孫 莉

(中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

西藏甲瑪矽卡巖型銅多金屬礦床資源量估算

李 瑩，鄒 偉，李 楠，孫 莉

(中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

甲瑪?shù)V區(qū)位于西藏拉薩市區(qū)以東約61 km處，屬拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)和斯布鄉(xiāng)(扎西崗鄉(xiāng))管轄。利用國產(chǎn)自主研發(fā)的Minexlporer軟件，運(yùn)用三維可視化和三維建模技術(shù)，對(duì)礦區(qū)深部及外圍區(qū)域進(jìn)行三維模型的建立。首先，通過搜集甲瑪多源地質(zhì)勘查資料進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)，利用3DEM礦體圈定原則——單工程礦體圈定、剖面礦體圈定、三維礦體圈定建立甲瑪三維地質(zhì)體模型。最后，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和傳統(tǒng)儲(chǔ)量計(jì)算法對(duì)甲瑪矽卡巖型礦體進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。

Minexplorer軟件;銅多金屬礦床;三維建模;甲瑪;西藏

0 引言

在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中，涉及的大量問題是屬于三維空間的。礦產(chǎn)勘查通過鉆探、坑探等工程獲取近地表三維空間礦產(chǎn)的基本信息，目的是查明地下三維空間礦產(chǎn)的質(zhì)量、規(guī)模、位置和形狀(吳健生等，2004)。三維建模技術(shù)是在三維環(huán)境下將空間信息管理、地質(zhì)解譯、空間分析、地學(xué)統(tǒng)計(jì)與預(yù)測、三維圖形可視化等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的三維顯示，并且靈活、直觀地輔助地質(zhì)工作者進(jìn)行地質(zhì)分析、勘探設(shè)計(jì)、儲(chǔ)量估算、隱伏礦體預(yù)測等工作(肖克炎等，1994;曾新平等，2005;丁建華等，2009)。用于固體礦產(chǎn)預(yù)測與評(píng)價(jià)的三維可視化軟件是三維可視化地質(zhì)建模研究的高級(jí)體現(xiàn)，其將三維地質(zhì)建模結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形及圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理和支持各種地質(zhì)應(yīng)用。

20世紀(jì)90年代以來，三維地質(zhì)建模作為科學(xué)計(jì)算可視化與地質(zhì)科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科受到廣泛重視，隨之而來的商業(yè)化的礦產(chǎn)預(yù)測與評(píng)價(jià)三維可視化軟件相繼發(fā)展起來，如法國的GOCAD、英國的Datamine、澳大利亞的 Vlucan、Micromine、Surpac 等，這些軟件技術(shù)含量高但價(jià)格昂貴，相比之下，國內(nèi)僅僅是做了一些探索性的應(yīng)用研究工作(肖克炎，2009)。Minexplorer軟件是中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所依托國家863計(jì)劃項(xiàng)目開發(fā)的服務(wù)于地質(zhì)勘探專家、地質(zhì)儲(chǔ)量管理者的礦產(chǎn)勘查評(píng)價(jià)軟件。能夠?qū)υ伎碧劫Y料和地質(zhì)編錄成果數(shù)字化，有效管理、分析、三維可視化表達(dá)地質(zhì)勘探多元數(shù)據(jù)，構(gòu)建地質(zhì)學(xué)家理想的三維勘探輔助決策模型，科學(xué)計(jì)算礦床資源儲(chǔ)量和實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理。

西藏甲瑪銅多金屬礦床作為目前岡底斯成礦帶內(nèi)最為典型的與巖漿熱液成礦作用有關(guān)的斑巖－矽卡巖－角巖型礦床，甲瑪?shù)V床自1951年發(fā)現(xiàn)至20世紀(jì)90年代進(jìn)入詳查階段，由于勘查區(qū)的范圍較小，成因認(rèn)識(shí)較為局限，勘查工作未能取得大的突破。2008年—2010年，一些研究者對(duì)該礦床進(jìn)行了全面的地質(zhì)勘探和詳細(xì)的系統(tǒng)研究，共布置鉆孔210個(gè)，鉆探進(jìn)尺超過70 000 m，取得了重大找礦突破，銅、鉬、鉛+鋅、伴生金、伴生銀均達(dá)到大型以上規(guī)模(唐菊興等，2010，2011)。筆者以 Minexplorer軟件為操作平臺(tái)，對(duì)甲瑪?shù)V銅多金屬礦進(jìn)行了三維建模，并利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和傳統(tǒng)儲(chǔ)量計(jì)算法對(duì)甲瑪矽卡巖型礦體進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。

1 地質(zhì)概況及礦體地質(zhì)特征

甲瑪?shù)V區(qū)位于西藏特提斯構(gòu)造域?qū)姿埂钋嗵乒爬?地體)板片中南部，礦區(qū)出露的地層主要為下白堊統(tǒng)林布宗組(K1l)砂板巖、角巖為礦體頂板，上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)灰?guī)r、大理巖為礦體的底板，以及少量第四系。甲瑪?shù)V床是岡底斯成礦帶內(nèi)斑巖－矽卡巖－角巖型礦床類型的典型礦床，矽卡巖型銅多金屬礦體是礦區(qū)內(nèi)主要礦體類型。矽卡巖型主礦體在平面上呈北西西走向，傾向北北東，走向方向礦體長3 400 m，沿傾向方向延伸大于2 000 m，傾角約30°，呈層狀、似層狀、透鏡狀，傾向方向上尚未完全控制礦體邊部，礦體向北仍有延伸之勢。主礦體具有上陡下緩的特點(diǎn)，南端的較陡部分礦體靠近地表，主要為鉛鋅礦石，礦體傾角一般60°～70°;向北深部緩傾斜部分礦體為銅鉬(金銀)礦石，礦體傾角一般小于20°(唐菊興等，2009a，2009b)。除矽卡巖型主礦體外，礦區(qū)內(nèi)還產(chǎn)出角巖型和斑巖型礦體，其中礦區(qū)角巖型礦體多呈厚板狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于矽卡巖型礦體上部林布宗組角巖中;斑巖型礦體主要呈細(xì)脈－浸染狀產(chǎn)于斑巖脈中。

圖1 甲瑪銅多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖

2 三維地質(zhì)模型建立

2．1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在實(shí)現(xiàn)礦山鉆孔、坑道、礦體、礦塊等的數(shù)據(jù)模型的建立和儲(chǔ)量估算工作之前，首先需要整合礦山勘探過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資料并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)。礦區(qū)的勘探工程資料是數(shù)據(jù)庫建設(shè)最重要的原始資料，主要包括三類信息：一是鉆孔的空間總體位置信息，即鉆孔的測量數(shù)據(jù)，包括鉆孔在三維空間的起點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y，Z)以及鉆孔的長度;二是鉆孔在空間的位置變化信息，即鉆孔在空間的傾斜方向和傾角，這兩個(gè)關(guān)于鉆孔空間位置信息的資料描述了鉆孔的空間形態(tài);三是對(duì)鉆孔的操作及有關(guān)的地質(zhì)描述，即采樣信息，包括采樣位置、樣品代號(hào)、分析結(jié)果、樣品長度，地質(zhì)描述則是充分了解鉆孔的地質(zhì)內(nèi)容，劃分鉆孔地質(zhì)界線，包括巖性代號(hào)及地質(zhì)代號(hào)。根據(jù)這3類信息，在數(shù)據(jù)庫建設(shè)中設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的3個(gè)表結(jié)構(gòu)(表1、表2、表3)。

表1 鉆孔位置表

表2 鉆孔形態(tài)表

表3 采樣信息表

本次建模工作搜集到截止2009年11月甲瑪?shù)V區(qū)所有勘探工程的化學(xué)分析數(shù)據(jù)，共計(jì)鉆孔218個(gè)，探槽10個(gè)，化學(xué)樣29 130件。根據(jù)對(duì)以上數(shù)據(jù)的搜集整理，導(dǎo)入到Minexplorer軟件數(shù)據(jù)庫中，最后生成鉆孔模型(圖2)。

圖2 甲瑪三維鉆孔模型

2．2 3DEM 建模流程

3DEM建模流程是指利用建立的三維鉆孔模型，通過設(shè)定勘探線位置和方向，給定勘探線間距等參數(shù)，將鉆孔投影到剖面上，然后對(duì)每個(gè)剖面上的單工程進(jìn)行礦體圈定、剖面地質(zhì)界線圈定和三維礦體重建這3個(gè)部分的主要工作。3DEM建模流程中，單工程礦體圈定是根據(jù)國家儲(chǔ)量圈定規(guī)范，根據(jù)礦床的工業(yè)指標(biāo)，如邊界品位、工業(yè)品位、可采厚度、夾石厚度及有害組分等圈定單工程礦體的形態(tài)、厚度、位置;剖面地質(zhì)界線圈定是在單工程礦體圈定的基礎(chǔ)上按照勘探剖面對(duì)礦體及其他地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行圈定連接，形成高質(zhì)量勘探剖面圖，同時(shí)為三維建模打下基礎(chǔ);三維礦體重建是將剖面編輯圖件在三維空間聯(lián)結(jié)，使用三維建模技術(shù)建立地質(zhì)體、斷裂曲面、復(fù)雜礦體等的三維空間分布形態(tài)，最終形成三維地質(zhì)模型。2．2．1 單工程礦體圈定 根據(jù)甲瑪?shù)V區(qū)已建立的鉆孔模型，設(shè)置勘探線剖面間距為100 m，勘探線方位角約為30°，生成勘探線剖面共26條，自西向東分別為47—0線、0—40—96線。在各勘探線剖面圖上圈出礦體之前，先對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行單工程礦體圈定。矽卡巖型主礦體因傾角不同，具有上陡下緩的特點(diǎn)，且陡礦體以鉛鋅礦為主，緩礦體以銅鉬礦為主，故在單工程礦體圈定時(shí)選擇多元素礦體圈定，即分別以鉛鋅礦與銅鉬礦的工業(yè)指標(biāo)加以圈定。其中銅鉬礦工業(yè)指標(biāo)：邊界品位：Cu≥0．3%或Mo≥0．03%;鉛鋅礦工業(yè)指標(biāo)：邊界品位：Pb≥0.3% 或Zn≥0．5%，最小可采厚度均設(shè)置為2 m，夾石剔除厚度均設(shè)置為4 m。

2．2．2 剖面地質(zhì)界線圈定 在圈定好每個(gè)剖面上鉆孔單工程后，進(jìn)行編輯實(shí)體輪廓線，即圈定礦體界限。根據(jù)礦床地質(zhì)特征、控礦因素等采用曲線連接工程間礦體。兩相鄰見礦工程間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，則直接對(duì)應(yīng)連接;兩相鄰有、無礦工程間，根據(jù)礦體變化規(guī)律，一般按工程間距的1/2確定為尖滅點(diǎn);見礦工程(大于邊界品位)無限外推邊界均開口平推基本控制間距的1/2。

2．2．3 三維礦體重建 完成剖面礦體圈定后，在三維空間進(jìn)行曲面連接，即選擇相鄰剖面上的地質(zhì)線連接成曲面，當(dāng)兩個(gè)最外側(cè)的剖面上仍有見礦，則根據(jù)地質(zhì)規(guī)范，在兩側(cè)剖面的外部，定義一個(gè)外推距離，如果選擇平推，則在兩側(cè)剖面外側(cè)生成2個(gè)平推后的剖面。如果選擇尖推，則礦體尖滅在這個(gè)尖推點(diǎn)上。按照以上規(guī)則，依次完成所有相鄰剖面間的地質(zhì)線連接形成一組曲面，封閉兩個(gè)最外側(cè)曲面，即可組裝成實(shí)體。圖3為三維重建后的矽卡巖型主礦體。

圖3 三維矽卡巖型礦體

3 資源量估算

甲瑪銅礦區(qū)資源量估算是參照工業(yè)指標(biāo)在探礦者軟件中利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，包括距離平方反比、普通克里格以及傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法、截面法進(jìn)行儲(chǔ)量的計(jì)算，分別估算了 Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag 等元素的金屬量。在軟件中進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)，主要完成以下5個(gè)部分。(1)組合樣分析：進(jìn)行樣品的歸一化，創(chuàng)建組合樣品信息數(shù)據(jù)庫，利用原采樣數(shù)據(jù)生成34 592條2 m組合樣數(shù)據(jù);(2)生成礦塊：為每一個(gè)礦種創(chuàng)建其顯示空間范圍，所建的空間框架能包圍礦體，并用超級(jí)塊段及子塊段來擬合礦體及其外邊界，這里生成20 m×20 m×5 m的礦塊，超級(jí)子塊10 m×10 m×5 m;(3)變異函數(shù)：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)的計(jì)算及理論變異函數(shù)的擬合，尋找塊金值、基臺(tái)值、變程、搜索橢球體的參數(shù);(4)儲(chǔ)量計(jì)算：依據(jù)理論變異函數(shù)擬合提供的結(jié)果、礦體的體積，依據(jù)品位條件，計(jì)算礦體的礦石量、金屬量以及可進(jìn)行資源的評(píng)估;(5)傳統(tǒng)儲(chǔ)量估算：利用軟件提供的計(jì)算方法，根據(jù)鉆孔、剖面數(shù)據(jù)估算礦體的資源量。

3．1 普通克里格法估算

對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行克里格法估值，首先需要研究它們的變差函數(shù)。實(shí)驗(yàn)中主要采用半變異函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其表達(dá)式為：

式(1)中，N(h)為滯后距為h時(shí)，參加實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)計(jì)算的樣品個(gè)數(shù);h為滯后距。選擇礦體在平面上及垂直方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)的計(jì)算，考慮到工程中樣品不是嚴(yán)格按照網(wǎng)格采取的，為了充分利用所采集的信息樣品，在計(jì)算某一個(gè)方向α上的變異函數(shù)時(shí)，給出該方向上的角度容許誤差限dα，距離容許誤差限dh，及當(dāng)計(jì)算某一個(gè)方向α上的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)時(shí)，以方向α為基準(zhǔn)線，在角度范圍α±dα及距離范圍h±dh圓錐形所夾的中間區(qū)域內(nèi)的所有樣品都參加實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)的計(jì)算。當(dāng)實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)計(jì)算結(jié)束時(shí)，得到了元素的實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)散點(diǎn)圖(圖4)。依據(jù)散點(diǎn)圖的散點(diǎn)分布情況選擇擬合的理論模型，擬合過程完成后，將得到理論變異函數(shù)的曲線以及相關(guān)的信息：塊金值、基臺(tái)值、變程、搜索橢球體的軸參數(shù)和角度參數(shù)。

3．2 塊段法估算

塊段法是在算術(shù)平均法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的儲(chǔ)量計(jì)算法。塊段法是將礦體投影到一個(gè)平面上，根據(jù)礦石的不同工業(yè)類型、不同品級(jí)、不同礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量級(jí)別等地質(zhì)特征將一個(gè)礦體劃分為若干個(gè)不同厚度的理想板塊體(即塊段)，然后在每個(gè)塊段中用算術(shù)平均法(品位用加權(quán)平均法)的原則求出每個(gè)塊段的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量(圖5)。各部分礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的總和，即為整個(gè)礦體的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量(圖6)。

圖4 理論變差函數(shù)擬合圖

4 結(jié)論

甲瑪?shù)V床三維模型的建立充分展示了三維銅多金屬礦體的空間形態(tài)和地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)，加深了對(duì)礦區(qū)地質(zhì)的認(rèn)識(shí)，有助于在三維角度來分析礦區(qū)地質(zhì)體的展布。通過甲瑪?shù)V區(qū)的三維模型可知矽卡巖型主礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，具有上陡下緩的特點(diǎn)。按照礦山開采的工業(yè)指標(biāo)，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和傳統(tǒng)儲(chǔ)量計(jì)算法對(duì)甲瑪矽卡巖型礦體進(jìn)行了儲(chǔ)量計(jì)算，估算資源量與勘查報(bào)告相比相差在10%以內(nèi)，儲(chǔ)量估算結(jié)果較精確。

圖5 甲瑪?shù)V區(qū)礦塊模型示意圖

圖6 甲瑪?shù)V區(qū)塊段法計(jì)算結(jié)果示意圖

表4 各礦種不同方法儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果比較

丁建華，肖克炎，婁德波，等．2009．大比例尺三維礦產(chǎn)預(yù)測［J］．地質(zhì)與勘探，45(6)：729 －734．

唐菊興，王登紅，鐘康惠，等．2009a．西藏自治區(qū)墨竹工卡縣甲瑪銅多金屬礦區(qū)0—16—40—80、0—15線礦段銅多金屬礦勘探報(bào)告［R］．

唐菊興，王登紅，鐘康惠，等．2009b．西藏自治區(qū)墨竹工卡縣甲瑪?shù)V區(qū)外圍銅多金屬礦詳查報(bào)告［R］．

唐菊興，王登紅，汪雄武，等．2010．西藏甲瑪銅多金屬礦礦床地質(zhì)特征及其礦床模型［J］．地球?qū)W報(bào)，31(4)：495－506．

唐菊興，鄧世林，鄭文寶，等．2011．西藏墨竹工卡縣甲瑪銅多金屬礦床勘查模型［J］．礦床地質(zhì)，30(2)：179 －196．

吳健生，朱谷昌，曾新平，等．2004．三維GIS技術(shù)在固體礦產(chǎn)勘探和開發(fā)中的研究與應(yīng)用［J］．地質(zhì)與勘探，40(1)：68－72．

肖克炎，趙鵬大．1994．試論大比例尺成礦預(yù)測的基本問題與研究途徑［J］．有色金屬礦產(chǎn)與勘查，3(1)：49 －56．

肖克炎．2009．地質(zhì)勘探三維可視化技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)［M］．北京：中國大地出版社．

曾新平，吳健生，鄭躍鵬，等．2005．三維GIS環(huán)境下的地質(zhì)體可視化和特征分析［J］．地質(zhì)與勘探，41(1)：72－76．

Resource estimation of Jiama skarn-type copper polymetallic deposit in Tibet

LI Ying，ZOU Wei，LI Nan，SUN Li

(Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China)

Jiama Mine is located in Maizhokunggar County，about 61 km away from the east of Lhasa of Tibet．By using the independent research and development of Minexplorer software，3D visualization technology and 3D modeling technology，the authors set up a 3D modeling for the ore body in its deep and periphery．First of all，the authors constructed a database through collecting Jiama multisource geological exploration data;then，established Jiama 3D geological model through following 3DEM ore body principles——ore body delineation in a drill，ore body delineation in profile and 3D ore body delineation．Finally，resource estimation for Jiama skarntype ore body was made through using geological statistics method and traditional reserves calculation method．

Minexplorer software;Copper polymetallic deposit;3D modeling;Jiama;Tibet

P618．41

A

1674－3636(2012)03－0301－07

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．301

2012－05－20;編輯：陸李萍

李瑩(1983— )，女，博士研究生，主要從事三維礦產(chǎn)預(yù)測方面的研究，E-mail：13811089756@139．com