魏 坤

(云南省自然資源廳礦產(chǎn)資源儲量評審中心，云南 昆明650224)

云南德欽羊拉銅礦位于印度板塊與歐亞板塊之間的古特提斯構造域，大地構造位置屬揚子陸塊之中咱地塊西部邊緣，其西側與昌都-思茅地塊相鄰，其間為金沙江結合帶。羊拉銅礦床銅金屬量達到大型。自20世紀60年代發(fā)現(xiàn)以來，廣大地質(zhì)工作者進行了大量研究工作(潘家永等，2000；林仕良等，2004；曲曉明等，2004；魏君奇等，2004)。在穩(wěn)定同位素成分和來源、稀土地球化學研究、硅質(zhì)巖特征、以及礦區(qū)構造特征和成礦大地構造背景演化等方面取得了大量成果，但是，到目前為止，對羊拉銅礦所有礦體空間上的形態(tài)、產(chǎn)狀、分布，以及斷層、采礦巷道等的三維立體形態(tài)還沒有直觀地展示在人們面前。

為揭開羊拉礦體的這層神秘面紗，筆者依據(jù)《羊拉銅礦首采區(qū)地質(zhì)勘探報告》中66個地表鉆孔、36個坑內(nèi)鉆、22條平硐、25條探槽、24張勘探線剖面圖以及部分野外實際觀測資料，借助澳大利亞Surpac三維地質(zhì)軟件，構建出羊拉銅礦體三維實體模型及其數(shù)學模型，進而為探討銅礦體在空間上分布特征和礦體之間疊置關系提供了重要證據(jù)。

1 羊拉銅礦地質(zhì)概況

羊拉銅礦主要有三個礦段，由北往南，分別為江邊、里農(nóng)、路農(nóng)礦段。江邊與里農(nóng)礦段以里農(nóng)大溝為界，最近礦體相距550m；里農(nóng)與路農(nóng)礦段之間相距900m，兩礦段之間礦體走向延伸未完全控制，兩礦段礦體有相連的趨勢；三個礦段目前共劃分出有35個工業(yè)礦體。

里農(nóng)礦段礦體規(guī)模最大，最具代表性，其含礦巖系為一套變質(zhì)的含中基性火山巖的火山-沉積建造，由于構造巖片的疊置，時代跨度較大，綜合現(xiàn)有資料分析認為以石炭系為主，礦區(qū)范圍內(nèi)主要礦體按特征和類型大致有四類，分別為層狀-似層狀礦體、矽卡巖型礦體、斑巖型礦體和熱液脈型礦體。礦區(qū)出露地層主要為里農(nóng)組下段(D2+3l1)與中段(D2+3l2)，巖性為砂質(zhì)絹云板巖、砂質(zhì)板巖、變質(zhì)石英砂巖、大理巖。

2 數(shù)字礦床的實現(xiàn)

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立和數(shù)據(jù)校驗

為建立羊拉銅礦床地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，收集了礦山所有的勘探工程數(shù)據(jù)，共計7340件樣品，按照三維地質(zhì)軟件Surpac的要求格式將鉆孔數(shù)據(jù)分為四個表，分別為孔口坐標數(shù)據(jù)庫collar，鉆孔測斜數(shù)據(jù)庫survey，品位化驗結果數(shù)據(jù)庫assay和地質(zhì)巖性數(shù)據(jù)庫lithology，并進行有效性檢驗和校正：①樣品重疊檢驗；②測斜深度、取樣深度、巖性深度超出終孔深度檢驗；③三維視圖中對勘查工程的數(shù)據(jù)校驗。

圖1 羊拉銅礦地質(zhì)簡圖(據(jù)朱俊，2011)Fig 1.Geological Sketch Map of Yangla Cu Deposit1-第四系；2-第三系；3-下二疊統(tǒng)；4-下石炭統(tǒng)貝吾組；5-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組上段；6-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組中段；7-中上泥盆統(tǒng)里農(nóng)組下段；8-下泥盆統(tǒng)江邊組上段；9-下泥盆統(tǒng)江邊組中段；10-下泥盆統(tǒng)江邊組下段；11-志留系；12-燕山期二長花崗巖；13-燕山期斜長花崗巖；14-印支期花崗閃長巖；15-地質(zhì)界線；16-斷裂；17-礦體及編號；18-不整合界線；19-角礫巖筒；20-實測剖面線；Ⅰ—揚子陸塊；Ⅱ—甘孜-理塘構造混雜巖帶；Ⅲ—義敦島弧帶；Ⅳ—中咱微陸塊；Ⅴ—金沙江構造混雜巖帶；Ⅵ—江達-維西島弧帶；Ⅶ—昌都陸塊；Ⅷ—瀾滄江構造混雜巖帶；Ⅸ—察隅陸塊；Ⅹ—妥壩-鹽井島弧帶；Ⅺ—怒江構造混雜巖帶

2.2 實體模型建立

實體模型是一個三維的數(shù)據(jù)三角網(wǎng)，它用多邊形聯(lián)接來定義一個實體或一個空心體，所產(chǎn)生的形體用于可視化、體積計算、在任意方向上產(chǎn)生剖面以及與來自地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)相交，這為品位塊體模型的建立奠定了基礎。實體模型可形象地展現(xiàn)它的空間幾何結構和形態(tài)。

2.2.1 地表模型和斷層模型

地形原始數(shù)據(jù)由礦區(qū)實測的AUTOCAD格式的1∶2000地形圖數(shù)據(jù)經(jīng)過核對校正以及格式變更導入到Surpac軟件中再整理，利用地形數(shù)據(jù)建立起DTM模型，再根據(jù)鉆孔編錄和地質(zhì)填圖資料建立斷層模型(圖2)，從三維模型可以明顯看出，羊拉礦區(qū)的地形非常陡峭，屬于高海拔深切割地貌，高程在1588m-3940m之間，落差2352m。

圖2 地表DEM模型(圖為正北方向)Fig 2.Surface DEM Model

2.2.2 礦體模型

礦體的實體模型是礦體在地下三維空間幾何形態(tài)的顯現(xiàn)，而且是礦體塊體模型的基礎，建立礦體模型通常有兩種方法途徑：①利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的鉆孔資料，根據(jù)品位、巖性進行地質(zhì)解譯，圈定各剖面的礦體界線和地質(zhì)界線；②根據(jù)礦山已有的勘探線剖面和平面圖中圈定的礦體范圍構建礦體的實體模型。第一種方法較復雜，建立的模型更精確，但是對構建模型的地質(zhì)專業(yè)和規(guī)范要求較高；第二種方法是在已有的勘探線剖面和礦體圈定的基礎上建立三維實體模型，相對容易。

羊拉礦區(qū)中，礦體變化大，連續(xù)性不好，本研究采用第一種方法進行礦體實體模型的構建，在Surpac軟件中，重點考慮礦體的產(chǎn)出位置及三度空間上的對應關系進行圈定，利用已建立好的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中銅品位數(shù)據(jù)，根據(jù)勘探工程間距分別解譯出了24條剖面，然后根據(jù)規(guī)范要求，把24條剖面中的礦體范圍界線和夾石界線連接成礦體實體模型和夾石實體模型，礦體編號分別為KT1、KT2(上)-1、KT2(上)-2、KT2(下)、KT2-7、KT3、KT4-1、KT4和KT5(圖3)。

2.2.3 巷道模型

建立巷道等掘進工程模型可直觀反映礦體和工程間的空間位置關系，以及采礦的智能化管理，本次巷道模型由礦區(qū)實測的AUTOCAD格式的圖形數(shù)據(jù)導入到Surpac軟件中進行整理構建(圖3)，與實際掘進工程完全吻合。

圖3 礦體、斷層、巷道模型(圖為正北方向)Fig 3.Orebody，F(xiàn)ault，Tunnel Model

2.3 數(shù)學模型

礦床數(shù)學模型的建立是品位估值和儲量計算的基礎，是分析礦體銅品位空間分布規(guī)律的理論根據(jù)。主要包括實驗變異函數(shù)的計算、理論變異函數(shù)的擬合和交叉驗證等。

2.3.1 銅品位分布特征

參與計算的銅品位數(shù)據(jù)來源于各個勘探線的鉆孔和探槽資料，圖4為銅品位分布直方圖，從圖4中可以看出，圖形出現(xiàn)了很大的正偏斜，說明有個別因素對礦化的影響比較顯著突出。另外，還發(fā)現(xiàn)除有一個大波峰外，右邊還有兩個很微弱的小波峰出現(xiàn)，這說明礦化是經(jīng)過多期次疊加，但是主礦體是在一個時期形成的。圖5為取對數(shù)后的直方圖，從對數(shù)直方圖中可以看出，樣品近似對數(shù)正態(tài)分布，因此我們就可以計算出其實驗變異函數(shù)。以上統(tǒng)計分析的結果與實際勘探情況基本一致。

圖4 銅品位分布直方圖Fig 4.Histogram of Cu Grade Distribution

圖5 取對數(shù)后直方圖Fig 5.Histogram in Logarithm

2.3.2 理論變異函數(shù)的曲線擬合

本次研究工作中，根據(jù)礦體的實際情況，主要考慮礦體厚度、傾向和礦體走向3個方向的實驗變異函數(shù)，選取了多個不同的搜索圓錐參數(shù)，與理論變異函數(shù)進行了多次擬合，最后選擇最佳的理論變異函數(shù)模型。圖6為銅品位全方向實驗變異函數(shù)曲線及理論擬合曲線，A為實驗變異函數(shù)曲線，B為理論擬合曲線。從圖6的實驗變異函數(shù)曲線的特征來看，變異函數(shù)曲線波動較大，波動大的原因為是礦體內(nèi)品位不均勻、變化大所至，雖然數(shù)據(jù)點的分布不很規(guī)則，但仍可看出γ(h)隨h首先增加，然后趨于穩(wěn)定，符合球狀模型的特點，因而實驗變異函數(shù)采用球狀模型加權多項式回歸法進行擬合。通過計算求得變異函數(shù)主要參數(shù)(表1)所示。

圖6 銅品位全方向實驗變異函數(shù)曲線及其擬合曲線Fig 6.Omnidirectional Experiment Variation Function Curve and Fitted Curve of Cu Grade

表1 變異函數(shù)基本參數(shù)Pic 1.Fine Stockwork Ore

最后進行變異函數(shù)交叉檢驗，以判斷變異函數(shù)擬合參數(shù)的選取是否正確。其基本方法是：利用所得結構模型和已知樣品去估已知值，然后把這些真值和估計值進行比較，對兩者的殘差(差值)進行統(tǒng)計分析，以判斷變異函數(shù)結構的正確性。通過驗證計算，殘差的分布為正態(tài)分布，銅品位實際值與估計值之間的誤差均值趨于零，表明模型確定合理，變異函數(shù)參數(shù)對銅品位進行估計是無偏的，滿足區(qū)域化變量內(nèi)蘊假設。

3 數(shù)字礦床地質(zhì)意義及討論

羊拉大型銅礦的數(shù)字礦床的實現(xiàn)，運用地質(zhì)統(tǒng)計學的方法分析了銅品位的分布特征，并將礦體用立體圖示的方法表現(xiàn)出來，包括地表模型、斷層模型、礦體模型、巷道模型等，把地下數(shù)百米深度的礦體客觀地展示在廣大地質(zhì)學家面前，讓地質(zhì)學家能更清楚、直觀地了解礦體外部特征和空間分布規(guī)律。這對解決礦床成因有重要的作用，從直觀角度并聯(lián)系野外實地觀測可得出如下幾點認識。

(1)建立礦體厚度、傾向、走向3個方向的礦化數(shù)學模型，對銅品位分布特征進行統(tǒng)計分析，結果表明，3個方向上的礦化變化都比較大，并且出現(xiàn)微弱的多峰分布，說明礦床的形成是經(jīng)過多期次疊加形成的，但主礦體的形成只在一個時期。數(shù)學模型真實形象地體現(xiàn)了礦體銅品位的空間分布規(guī)律，為以后在區(qū)域上找類似羊拉銅礦起到了一定的指導作用。

(2)從各個不同角度和剖面形態(tài)對三維實體模型進行觀察可知，所有銅礦體都呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出(圖3)，在野外觀察中還發(fā)現(xiàn)礦體的下部有細網(wǎng)脈狀礦石(照片1)。該模型清晰地顯示出各個礦體之間的空間關系，以及與地表的接觸，礦體的上部為大理巖，呈整合接觸，界線明顯。

照片1 細網(wǎng)脈狀礦石Pic 2.Migration Passage of Hot Brine

(3)由圖3可以看出，當?shù)V體遇到F4斷層時突然殲滅，礦體只產(chǎn)出在F4斷層的北邊，至于斷層的南部(另一盤)有無礦體，或者是礦化，還要更進一步的野外地質(zhì)工作來查證；此外，在礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的硅質(zhì)巖，硅質(zhì)巖主要產(chǎn)在賦礦層位，厚度不大，潘家永等(2001)詳細研究過該區(qū)的硅質(zhì)巖地球化特征，為典型的熱水沉積硅質(zhì)巖，這無疑也指示該礦區(qū)塊狀硫化物礦石是熱水沉積的產(chǎn)物。

(4)野外實地觀測證實上述問題，礦體上部為大理巖，與KT1呈整合接觸，界線清楚。而且在采礦巷道內(nèi)發(fā)現(xiàn)許多熱水通道口，通道規(guī)模大小不等，直徑一般5m～10m，大的近20m，通道邊緣基本都為氧化礦(照片2)，這就說明在成礦時期，從下部不斷有熱鹵水向上噴出，最后在通道周圍沉積形成塊狀硫化物礦石，礦體的大小隨著通道規(guī)模的大小而變化，通道規(guī)模越大，形成的礦體就越厚大，呈透鏡狀分布，整體成層狀、似層狀(圖3)。

照片2 熱鹵水運移通道Tab 1.Variation Function Parameter

4 結論

本次研究利用澳大利亞Surpac公司的Surpac6.0三維地質(zhì)軟件，首次實現(xiàn)羊拉數(shù)字礦床，運用地質(zhì)統(tǒng)計學的方法對礦體銅品位進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)銅品位在走向、傾向、厚度3個方向的變異函數(shù)波動性都較大，表明礦體品位變化大，分布不均勻，銅品位分布取對數(shù)后近似正態(tài)分布。圖中還出現(xiàn)微弱的多峰分布特征，顯示羊拉礦床的礦化類型有多期次，但主礦體是在其中某一期形成。

同時建立羊拉礦體的三維實體模型，該實體模型顯示出羊拉各礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，與上層大理巖接觸界線清楚，盡管在平面地質(zhì)圖中，銅礦體已有所顯示，但礦體的三維實體模型比常規(guī)地質(zhì)圖中的礦體表達得更完整和生動；另外，在野外觀察中發(fā)現(xiàn)礦石主要為硫化物礦，具塊狀構造，在巷道里還發(fā)現(xiàn)了大量的熱鹵水運移通道、礦體下部的網(wǎng)脈狀礦石等，礦體下盤巖石中存在綠泥石和絹云母蝕變，還有硅質(zhì)巖的出露，是熱水沉積硅質(zhì)巖，形成于海底熱水活動的減弱階段。

綜上所述，不論是礦床數(shù)學模型、三維實體模型所展示出來的特征，還是野外地質(zhì)觀察，均暗示出羊拉大型銅礦床主礦體的形成是離不開熱水沉積作用。如果這些認識得到進一步證實，那么對羊拉銅礦床成因的研究將產(chǎn)生重大影響。