白蕓，朱鵬飛，馬恒，朱靜，孔維豪 ,曹珂

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.中鐵資源集團(tuán)綠紗礦業(yè)股份有限公司，北京 100039；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

新時(shí)期我國(guó)核工業(yè)發(fā)展對(duì)鈾資源提出了重大長(zhǎng)遠(yuǎn)的新需求，發(fā)現(xiàn)和突破更多的鈾資源是當(dāng)前或今后相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期面臨的重大而艱巨的任務(wù)。相山鈾礦田作為火山巖型鈾礦，在我國(guó)鈾資源構(gòu)成中具有非常重要的意義。目前，相山礦區(qū)的淺部勘探程度相對(duì)比較高，但主要限于淺表（小于500 m），對(duì)深部的研究和成礦前景預(yù)測(cè)涉及較少，因此，開(kāi)展－2 000～500 m 空間找礦勘探對(duì)該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要［1］。

三維地質(zhì)模型的構(gòu)建是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)相結(jié)合，對(duì)不同地質(zhì)體、地質(zhì)構(gòu)造及其空間展布進(jìn)行3D 展示的一種先進(jìn)的技術(shù)方法，它能夠表達(dá)地下各個(gè)地質(zhì)體之間的空間分布和地質(zhì)形態(tài)特征，對(duì)實(shí)現(xiàn)深部找礦具有重要的指導(dǎo)意義［2］。本文采用SKUA-GOCAD 軟件進(jìn)行三維地質(zhì)建模［3］，該軟件具有多樣性的建模方法，其核心技術(shù)是離散平滑內(nèi)插方法（Discrete Smooth Interpolation，簡(jiǎn)稱DSI）。DSI方法具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如自由選擇格網(wǎng)模型，自動(dòng)調(diào)整格網(wǎng)模型，實(shí)時(shí)交互操作，能夠處理一些不確定的數(shù)據(jù)等，DSI 的這些優(yōu)點(diǎn)決定了它在地質(zhì)建模和可視化中的重要地位［4］。

本文基于云際鈾礦床三維地質(zhì)調(diào)查研究，收集整理云際礦床勘探等資料，運(yùn)用SKUAGOCAD 軟件流程建模方法，建立了該礦床三維地質(zhì)實(shí)體模型，并結(jié)合地質(zhì)背景和成礦規(guī)律，以期對(duì)成礦遠(yuǎn)景進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

相山礦田位于贛杭火山巖帶西南端的一個(gè)上侏羅統(tǒng)中酸性火山塌陷盆地（或稱破火山口）內(nèi)。相山破火山口是由發(fā)育于前寒武系褶皺基底上的上侏羅統(tǒng)的中心式火山口塌陷而成的。破火山口呈東西向的橢圓形，面積約300 km2。云際鈾礦床位于相山礦田的北東部，為南北向、北東東向斷裂和火山塌陷構(gòu)造復(fù)合部位［5］。該區(qū)地層總體分為三層，基底主要為震旦系變質(zhì)巖，基底之上為上侏羅統(tǒng)打鼓頂組和鵝湖嶺組沉積火山巖。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，根據(jù)空間分布可分為南北向斷裂帶和東西向斷裂帶兩組。南北向斷裂帶包括云際主斷層、云際-上諳大斷層和云際-豐產(chǎn)斷層，其中云際主斷層是本礦床的主要含礦構(gòu)造。東西向斷裂帶為云際-游坊斷層和云際-鳳崗斷層（圖1）。

圖1 云際礦床地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of Yunji deposit

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為斑狀花崗巖，其侵入在隱晶質(zhì)花崗斑巖和細(xì)晶質(zhì)花崗斑巖之中，主要出露于云際村附近一帶，呈團(tuán)塊狀，不規(guī)則巖脈等形態(tài)產(chǎn)出。

2 三維地質(zhì)模型構(gòu)建

云際礦床建模區(qū)面積大約2 km2，建模深度為2 000 m。三維模型包括地形地貌模型、鉆孔模型、構(gòu)造-地層實(shí)體模型、巖體模型和礦體模型［6］。可以直觀展示地層和斷層、地層和礦體、斷層和礦體之間的位置關(guān)系和空間展布。

2.1 基本數(shù)據(jù)處理

根據(jù)建模范圍，收集云際鈾礦床相關(guān)地質(zhì)、物探、化探、遙感等資料，并對(duì)這些資料進(jìn)行預(yù)處理，為三維綜合建模工作做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

本次研究共收集云際鈾礦床報(bào)告1 份、附圖58 張，其中附圖包括勘探線剖面圖42 張和附表14 張，統(tǒng)計(jì)得出共布設(shè)勘探線42 根，鉆孔144個(gè)。

從報(bào)告附表中整理得到數(shù)據(jù)庫(kù)，包括定位表、測(cè)斜表和屬性表，其中屬性表包括巖性表和品位表。利用MapGis 軟件的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，將地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖定位至三維空間中［7］（圖2）。

圖2 云際礦床三維工程示意圖Fig.2 3D schematic diagram showing the exploration engineering for Yunji deposit

2.2 地形地貌模型

地形地貌模型可以真實(shí)的反應(yīng)出地表的地貌情況，是礦床建模中不可缺少的一部分。在露天礦山和地采礦山中可以用來(lái)切割繪制平面圖和剖面圖，因此在采礦設(shè)計(jì)中具有重要的意義［8］。

利用MapGIS 軟件將收集到的云際鈾礦床1∶2 000 地形地質(zhì)圖進(jìn)行等高線矢量化，并對(duì)高程賦值。然后將MapGIS 等高線數(shù)據(jù)（*.wl）轉(zhuǎn)換為AutoCAD 格式（*.dxf），加載進(jìn)SKUAGOCAD 建模平臺(tái)［9］。

在SKUA-GOCAD 軟件中，首先根據(jù)建模范圍生成一個(gè)地形面，然后不斷分裂這個(gè)面，同時(shí)用等高線進(jìn)行約束，反復(fù)多次直到符合要求，然后利用貼圖功能，將提前裁剪好的遙感影像，貼合到地形面上［10］（圖3）。

圖3 云際礦床三維地形地貌圖Fig.3 3D remote sensing image around Yunji deposit

2.3 鉆孔模型

首先，將定位表（包括鉆孔位置X、Y、Z 和最大孔深等信息）、測(cè)斜表（包括鉆孔名稱、深度、傾向和傾角等信息）和屬性表（包括鉆孔名稱，某一巖性起始深度及終止深度，巖性等信息），按SKUAGOCAD 軟件規(guī)范的格式進(jìn)行整理，并保存為.txt格式。在SKUA-GOCAD 軟件中，直接進(jìn)行加載，形成鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)鉆孔都生成了相應(yīng)的巖性起始標(biāo)志，鉆孔三維模型見(jiàn)圖4。但是，因?yàn)榈匦蚊媸怯傻雀呔€插值而得，所以鉆孔的孔口高程與地形面不一定吻合，這就需要對(duì)地形面進(jìn)行校正，使孔口位置與地形面嚴(yán)格一致［5］。這也是構(gòu)建鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的一大功能。

圖4 云際礦床三維鉆孔模型圖Fig.4 3D borehole model of Yunji deposit

2.4 構(gòu)造-地層模型

SKUA-GOCAD 軟件提供的流程建模（Workflow）中的構(gòu)造模型（Structural Modeling）建模功能模塊，可以以向?qū)Ｊ桨胱詣?dòng)化建立地質(zhì)體構(gòu)造模型［11］。地質(zhì)體模型根據(jù)物探1∶5 000 的AMT 剖面解譯，下推至－2 000 m，模型－260 m 以下全部為基底（圖5）。

圖5 云際礦床地質(zhì)體與構(gòu)造模型圖Fig.5 3D model of geological bodies and structure for Yunji deposit

本次建模地層主要有第四系、鵝湖嶺組上段、鵝湖嶺組下段、打鼓頂組上段和震旦系［12］（圖6），其簡(jiǎn)述如下（表1）

圖6 云際礦床地層模型圖Fig.6 3D model of strata for Yunji deposit

表1 工作區(qū)地層簡(jiǎn)表Table 1 Strata in working area

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，根據(jù)空間分布可分為南北向斷裂帶和東西向斷裂帶兩組（圖7）。

圖7 云際礦床構(gòu)造圖Fig.7 3D model of faults and boreholes for Yunji deposit

南北向斷裂帶包括云際主斷層、云際-上諳大斷層和云際-豐產(chǎn)斷層。云際主斷層出露于地表，全長(zhǎng)3 km，貫通礦區(qū)南北。斷層走向從南到北由北北東逐漸轉(zhuǎn)為北北西，形成一個(gè)弧形，傾向西，傾角為50°～60°，上部轉(zhuǎn)陡，下部變緩，是本礦床的主要成礦構(gòu)造［13］。云際-上諳大斷層呈南北向延伸，長(zhǎng)達(dá)4 km，傾向西，傾角為60°，有幅度不大的偏扭，形狀近于弧形，彎曲部向東凸起，是一個(gè)不含礦的構(gòu)造。云際-豐產(chǎn)斷層位于云際主斷層的東側(cè)，礦區(qū)的北部，大致呈南北向延伸，長(zhǎng)1 km 左右，傾向西，傾角為60°，該斷層亦為一個(gè)含礦構(gòu)造。

東西向斷裂帶為云際-游坊斷層和云際-鳳崗斷層。由于沒(méi)有收集到云際-游坊斷層的資料，本次建模工作沒(méi)有構(gòu)建該斷層。云際-鳳崗斷層呈北西-南東向延伸，傾向西南，傾角為73°。

2.5 巖體模型

在礦區(qū)范圍內(nèi)巖漿巖為斑狀花崗巖（以前稱之為燕山期花崗斑巖），主要出露于云際村附近一帶，海拔標(biāo)高在0～460 m，呈團(tuán)塊狀、不規(guī)則巖脈狀出現(xiàn)（圖8）。

圖8 云際礦床巖體模型圖Fig.8 3D model of landform and porphyry granite around Yunji deposit

2.6 礦體模型

云際礦床的礦體嚴(yán)格受云際主斷層的控制，總的產(chǎn)狀走向近南北，傾向西，傾角為50°～60°，沿走向延伸長(zhǎng)度達(dá)1 250 m，礦體呈板狀，90%礦體賦存于云際主斷層上盤(pán)附近，礦體厚度較大，且連續(xù)，但形狀不規(guī)則。局部放大礦體和云際主斷層模型，可看出礦體走向與斷層交角不大，一般為0°～20°（圖9）。

圖9 云際礦床礦體與云際主斷層關(guān)系圖Fig.9 3D model showing the relation of ore body to main faults for Yunji deposit

礦體富集的有利部位是呈“弧形“的云際主斷層的中心部位及其與近東西向斷裂構(gòu)造的相交部位，礦體傾伏深度與斷裂構(gòu)造發(fā)育程度密切相關(guān)，總的情況是南部淺（標(biāo)高215 m），北部深（標(biāo)高－65 m）［14］（圖10）。尋找同類型斷裂構(gòu)造及其確定它的有利成礦部位是今后擴(kuò)大礦床遠(yuǎn)景的重要線索之一。

圖10 云際礦床礦體分布有利部位圖Fig.10 3D model of faults，boreholes and ore bodies for Yunji deposit

不同巖性的接觸帶對(duì)成礦亦有明顯的控制作用（圖11）。在構(gòu)造與巖性條件都有利于成礦的條件下，如果斷層上下盤(pán)是同一種巖性就不利于礦體的富集。斷裂構(gòu)造通過(guò)兩種不同的巖性接觸帶才利于成礦，這種現(xiàn)象可能與斷裂構(gòu)造發(fā)育的選擇性有密切關(guān)系。在同一種巖性內(nèi)斷裂活動(dòng)呈簡(jiǎn)單的剪切活動(dòng)，而在不同巖性的接觸帶，斷裂構(gòu)造規(guī)模就比較大，活動(dòng)亦比較強(qiáng)烈，有利于礦液的涌入。

圖11 云際礦床礦體與地層展示圖Fig.11 3D model of ore body and strata for Yunji deposit

3 成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)

利用三維地質(zhì)模型可以直觀地查看地質(zhì)體之間的關(guān)系，結(jié)合地質(zhì)背景和成礦規(guī)律對(duì)礦床的成礦遠(yuǎn)景進(jìn)行了預(yù)測(cè)（圖12）。

圖12 云際礦床成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)圖Fig.12 3D model for the metallogenic prediction of Yunji deposit

1）礦區(qū)南部：不管是地表，還是深部，只有分散的礦化點(diǎn)或礦化現(xiàn)象，鈾礦脈厚度小，品位低，沒(méi)有工業(yè)價(jià)值。另外，本區(qū)的主要斷裂構(gòu)造云際-上諳大斷裂是不含礦的。因此，預(yù)測(cè)結(jié)果為礦區(qū)南部找礦前景不大。

2）礦區(qū)北部：本礦床的主要含礦構(gòu)造-云際主斷層向北繼續(xù)延伸，并在其東側(cè)有一條與其近于平行的云際-豐產(chǎn)斷層存在，該區(qū)具有一定規(guī)模的礦體。這說(shuō)明礦體雖然受構(gòu)造控制，但是與巖漿活動(dòng)亦有密切關(guān)系，因?yàn)樵齐H-豐產(chǎn)斷層之所以由無(wú)礦變?yōu)楹V，是與花崗斑巖的出露有關(guān)系的。因此，今后工作重點(diǎn)應(yīng)是上述兩條斷裂構(gòu)造和花崗斑巖。

3）礦區(qū)西部：云際-游坊斷層延伸至本礦區(qū)西部（云際村附近），另外，在礦區(qū)西北部有大片花崗斑巖出露，地質(zhì)特點(diǎn)與北部相似。因此，推測(cè)具有成礦潛力，應(yīng)該對(duì)該區(qū)進(jìn)行更進(jìn)一步的探查。

4）礦區(qū)東部：礦區(qū)東部的地質(zhì)特征也與北面相似，在其外圍有大量花崗斑巖出露。另外，云際-風(fēng)崗?fù)茰y(cè)斷層可能通過(guò)本區(qū)。因此，也應(yīng)該進(jìn)一步探查。

5）礦區(qū)深部：云際鈾礦體傾伏深度與斷裂構(gòu)造發(fā)育程度密切相關(guān)，本礦床主要含礦構(gòu)造-云際主斷層的特點(diǎn)是南部淺、北部深，因而礦體傾伏深度亦是南部淺、北部深。幾個(gè)深部控制孔的資料表明，南部在215 m，北部在－65 m 處已經(jīng)不存在工業(yè)礦體。因此，認(rèn)為本礦床向深部的發(fā)展遠(yuǎn)景不大。

4 結(jié)論

1）利用SKUA-GOCAD 軟件構(gòu)建了云際礦床三維模型，各三維模型要素，符合云際鈾礦床地質(zhì)、地貌、構(gòu)造和礦體等特征，展現(xiàn)了云際鈾礦床－2 000 m 以淺三維地質(zhì)空間展布、各個(gè)地質(zhì)體之間的接觸關(guān)系、構(gòu)造與礦體的空間關(guān)系，為今后深入研究提供直觀的地質(zhì)信息依據(jù)。

2）基于云際礦床三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，綜合云際鈾礦床成礦規(guī)律，進(jìn)行了成礦預(yù)測(cè)，認(rèn)為云際鈾礦床的北部、西部和東部具有成礦潛力。