張婷婷, 黃 勇, 唐曉倩, 劉 飛

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川成都 610081;3)成都理工大學(xué), 四川成都 610059;4)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室，北京 100037

西藏雄村銅金礦床的數(shù)字礦床模型構(gòu)建及意義

張婷婷1), 黃 勇2), 唐曉倩3), 劉 飛4)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川成都 610081;3)成都理工大學(xué), 四川成都 610059;4)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 大陸構(gòu)造與動力學(xué)國家重點實驗室，北京 100037

西藏謝通門縣雄村銅金礦是在岡底斯成礦帶中發(fā)現(xiàn)較早, 勘探工作也開展較早的大型銅金礦床,是岡底斯成礦帶上具有代表性的島弧型斑巖銅金礦床, 對該礦床的深入研究, 為在相似地質(zhì)條件下尋找“雄村式”礦床具有重要的指導(dǎo)意義。本文在總結(jié)雄村銅金礦床成礦地質(zhì)條件和控礦因素的基礎(chǔ)上, 以該礦床的地質(zhì)描述模型為依據(jù), 以礦區(qū)勘探資料為數(shù)據(jù)基礎(chǔ), 將三維地質(zhì)建模和可視化這一高新技術(shù)應(yīng)用于該礦床,建立了雄村銅金礦的數(shù)字礦床模型, 充分展示了立體模型對地質(zhì)體空間特征的有效表達, 實現(xiàn)了該礦床的數(shù)字化、可視化和動態(tài)化管理。同時, 將數(shù)字礦床模型與礦區(qū)的大比例尺高精度磁測數(shù)據(jù)結(jié)合, 開展多源信息三維綜合分析, 為礦區(qū)深部和外圍三維定位定量預(yù)測提供有力的技術(shù)支持。

地質(zhì)描述模型; 數(shù)字礦床模型; 大比例尺成礦預(yù)測

20世紀(jì)七八十年代, 隨著計算機軟硬件技術(shù)的進步, 以美國、加拿大和前蘇聯(lián)為代表的國家基于地理信息系統(tǒng)平臺, 將三維可視化、三維地質(zhì)建模等技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)現(xiàn)象和過程的研究, 實現(xiàn)了地學(xué)三維模擬。經(jīng)過三十多年的發(fā)展, 隨著 Vulcan、MineSight、Micromine、Surpac、datamine等地質(zhì)建模軟件的廣泛應(yīng)用, 信息技術(shù)在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中發(fā)揮著越來越重要的作用。國內(nèi)也自主開發(fā)了如3Dmine、Minexplorer等更加適應(yīng)我國地質(zhì)環(huán)境的建模軟件。三維地質(zhì)建模作為礦床和礦山數(shù)字化的基礎(chǔ)技術(shù), 從單一的地質(zhì)體立體模型的建立, 逐步向三維結(jié)構(gòu)和屬性建模、三維空間分析、多源信息的綜合分析預(yù)測方向發(fā)展, 更加體現(xiàn)了該技術(shù)的實用性, 為在大比例尺礦區(qū)尺度上進行礦床的預(yù)測和評價提供了有力的技術(shù)支持(Houlding, 1994; Mallet,2002; Apel, 2006; Wang et al., 2011)。

西藏謝通門縣雄村銅金礦是在岡底斯成礦帶中發(fā)現(xiàn)較早、勘探工作也開展較早的斑巖型礦床, 由I、Ⅱ、III號銅金礦體組成, 其中I號礦體是本次工作的研究重點。前人對雄村銅金礦的成礦時代、礦床成因、礦床地質(zhì)特征、元素地球化學(xué)特征以及礦化蝕變特征等進行了深入研究(徐文藝等, 2006; 張麗等, 2007; 唐菊興等, 2009a, b, 2010; 張萬平等,2009; 郎興海等, 2010a, b, c, 2011, 2012a, b; 黃勇等,2011, 2012; 丁楓等, 2012), 積累了豐富的科研資料。本文基于前人的研究成果, 對礦區(qū)勘探資料進行二次開發(fā), 以雄村銅金礦的礦床地質(zhì)模型為依據(jù),建立了該礦床可視化的數(shù)字模型, 實現(xiàn)了礦床的數(shù)字化、可視化和動態(tài)化管理, 有效提高了地質(zhì)模型的實用價值。此外, 地球物理勘探對礦區(qū)深部和外圍的找礦勘探具有重要的作用, 將礦區(qū)的物探數(shù)據(jù)與數(shù)字礦床模型結(jié)合, 開展多源信息三維綜合分析,進行三維立體預(yù)測, 是礦區(qū)深部和外圍找礦預(yù)測的重要方向之一。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

雄村銅金礦區(qū)位于西藏特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域南部, 屬岡底斯-念青唐古拉陸殼地體基礎(chǔ)上發(fā)育的岡底斯南緣晚燕山期-早喜馬拉雅期陸緣巖漿弧東段南緣巖漿弧與昂仁-日喀則中-新生代弧前盆地轉(zhuǎn)換部位(張麗等, 2007)。礦區(qū)及外圍出露的地層主要為中-下侏羅統(tǒng)雄村組(J1-2x)火山沉積巖, 巖石組合為中酸性凝灰?guī)r、火山角礫巖、流紋巖等火山巖夾礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、泥質(zhì)板巖和灰?guī)r等;其次為下白堊統(tǒng)比馬組(K1b)火山-沉積巖, 巖性組合為安山巖、礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、泥質(zhì)板巖和較多的灰?guī)r(圖1)。由于受早期板塊俯沖和后期板塊碰撞作用的影響, 區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈, 在早中晚侏羅世、白堊世、第三紀(jì)均有發(fā)生, 其中與成礦有關(guān)的巖漿活動主要發(fā)生在中晚侏羅世和白堊世。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要出現(xiàn)在雄村組(J1-2x)及侵入其中的巖漿巖中, 走向呈近東西向、近南北向、北西-南東向和北東-南西向, 其中近東西向和北西-南東向斷裂與成礦有一定的關(guān)系。圍巖蝕變強烈, 主要有鉀長石化、黑云母化、紅柱石化、硅化、鈉長石化、絹云母化、白云母化、粘土化、電氣石化、矽卡巖化、角巖化和青磐巖化等(唐菊興等, 2006)。

2 雄村銅金礦床的地質(zhì)描述模型

礦床模型是對一組相似礦床基本屬性特征的系統(tǒng)概括, 反映了礦床的形成環(huán)境和成礦規(guī)律性, 其中礦床地質(zhì)描述模型是用自然語言概括總結(jié)某一類礦床的成礦地質(zhì)環(huán)境、礦床地質(zhì)特征以及控礦因素、物化遙找礦標(biāo)志等(Cox et al., 1986; 張貽俠, 1993)。礦床模型提出了對礦床綜合資料的模型化表達, 為數(shù)字礦床模型的建立提供了重要的參考依據(jù), 本文基于前人的研究成果, 總結(jié)了雄村銅金礦床的地質(zhì)描述模型(表 1), 對地質(zhì)模型的深入理解, 是數(shù)字模型建立的基礎(chǔ), 直接關(guān)系到數(shù)字模型的可靠性。

雄村銅金礦是中-晚侏羅世新特提斯洋殼向拉薩地塊俯沖所形成的島弧或類似島弧環(huán)境中產(chǎn)出的斑巖型銅金礦床, 其中 I號礦體的成礦作用主要發(fā)生在具眼球狀石英斑晶的角閃石英閃長玢巖(J2δομ1j)及其外接觸帶強蝕變中細粒凝灰?guī)r中, 晚侏羅世角閃石英閃長玢巖體導(dǎo)致大面積礦化蝕變, 早期蝕變經(jīng)歷了弱的鉀硅酸鹽化階段和強烈紅柱石次生石英巖化階段, 晚期蝕變經(jīng)歷了黃鐵絹英巖化階段和青磐巖化階段, 對應(yīng)礦床的形成經(jīng)歷了早期Cu-Au-Ag成礦和晚期Zn-Pb-Cu-Au-Ag成礦, 早期成礦階段形成了 Cu-Au-Ag主礦體, 晚期疊加 Zn-Pb-Cu-Au-Ag礦化(唐菊興等, 2010; 郎興海等, 2010a, 2011)。

圖1 雄村銅金礦礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)唐菊興等, 2006)Fig. 1 Simplified geological map of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

表1 雄村銅金礦床的地質(zhì)描述模型Table 1 Geological descriptive model of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

3 雄村銅金礦床的數(shù)字模型

數(shù)字礦床模型的概念最早始于美國地調(diào)局, 主要用于中小比例尺礦產(chǎn)資源評價當(dāng)中, 國內(nèi)學(xué)者趙鵬大也提出過類似的概念。 從廣義上講，數(shù)字礦床模型是指將地質(zhì)礦床的自然描述語言轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別的數(shù)字和符號, 從而實現(xiàn)礦床類型的計算機自動推理和輔助決策(Cox et al., 1986; 肖克炎等,2006)。隨著三維建模和可視化技術(shù)的發(fā)展, 國內(nèi)一些學(xué)者將其應(yīng)用于礦床數(shù)字化方面, 如高志斌等提出數(shù)字礦床模型可以簡單地理解為數(shù)字化、信息化的礦床, 一個以地理坐標(biāo)為依據(jù)的、數(shù)字化的、三維顯示的虛擬礦床, 陳建平等也在此基礎(chǔ)上, 發(fā)表了相關(guān)文章(高志斌等, 2005; 陳建平等, 2011)。本文所指數(shù)字礦床模型針對大比例尺礦區(qū)尺度, 有別于其最初的含義, 同樣借助于三維地質(zhì)建模和可視化技術(shù), 將對地質(zhì)模型的認(rèn)識拓展到三維空間, 包括地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)、蝕變空間分帶、元素空間分布等。

本次工作基于Micromine平臺, 共收集了雄村I號礦體的24條地質(zhì)剖面, 167個鉆孔, 21870條鉆孔分析值以及礦區(qū)地形地質(zhì)圖等資料, 用以構(gòu)建礦區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫, 實現(xiàn)礦區(qū)探礦工程的數(shù)字化、動態(tài)化管理, 為數(shù)字礦床模型的建立提供數(shù)據(jù)來源。

3.1 地表DEM

高程是表達地球表面起伏形態(tài)的基本幾何量,地形數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機處理, 基于點、線或者面實現(xiàn)不同層面上的、多種比例尺的可視化表達, 通過紋理映射, 與遙感影像疊加, 可以逼真再現(xiàn)三維地形景觀, 也可以通過飛行模擬瀏覽地形的局部細節(jié)和整體概貌。

雄村礦區(qū)位于西藏自治區(qū)中南部, 雅魯藏布江中游北岸, 地形切割中等至強烈, 谷深巖峭, 屬深谷中等切割區(qū), 海拔在3900～5570 m之間, 起伏較大, 礦區(qū)向北山地連綿不絕, 向南地勢低緩、開闊平坦(圖2)。地表模型的建立不僅能反應(yīng)地表的起伏、地質(zhì)體從地表到地下的延伸情況, 還能作為礦體、地層等模型邊界的限定條件。

3.2 鉆孔空間分布

勘探工程是獲取礦區(qū)三維空間信息最直接有效的手段, 鉆探數(shù)據(jù)以其對地下三維地質(zhì)信息直觀、準(zhǔn)確、詳細的反映, 成為構(gòu)建三維數(shù)字礦床模型的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。雄村 I號礦體在露天首采地段由50 m×50 m勘探網(wǎng)度控制, 在礦體厚度不大處放稀至50 m×100 m, 鉆孔的位置信息、形態(tài)信息控制了鉆孔在深部的形態(tài), 鉆孔的分析值則是進行礦床定量研究的基礎(chǔ)(圖3)。

3.3 礦體及頂?shù)装迥Ｐ?/h3>

地質(zhì)體具有復(fù)雜多變的形態(tài), 很難用規(guī)則的幾何形體來描述, 將地質(zhì)調(diào)查和測量獲得的離散的、不均勻的數(shù)據(jù)進行空間插值處理, 基于特定的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 構(gòu)建不規(guī)則幾何模型, 實現(xiàn)地質(zhì)體的立體化表達。礦體模型的建立, 可以直觀地反映礦體的形態(tài)特征, 延伸趨勢, 同時, 對礦體進行品位賦值, 可以實現(xiàn)自動化的儲量估算, 大大提高地質(zhì)工作的效率。

雄村I號礦體在平面上為一巨型透鏡體(圖4), 走向北西, 沿走向方向延伸約1000 m, 南北向剖面上呈似層狀、厚板狀, 東西向剖面上呈順層分布的向南東側(cè)伏的似層狀。礦體傾向北東, 傾角40°～53°, 傾向方向最大延伸達590 m, 單孔見礦厚度最大至 474.5 m,礦區(qū)中部的88個鉆孔中, 礦體邊部厚度為5 m, 中部為474.5 m, 平均厚度216.296 m。礦體頂板在中東部為始新世黑云母花崗閃長巖, 西北部為始新世石英閃長巖, 礦體底板則主要由中-早侏羅世角閃石英閃長玢巖組成, 部分為蝕變中細粒凝灰?guī)r(圖5)。

3.4 斷層模型

構(gòu)造條件是巖漿熱液運移的通道, 是重要的控礦要素,斷裂與成礦物質(zhì)的活化運移和沉淀富集過程有著密切的關(guān)系, 斷裂所致的成礦有利部位更決定了礦化空間的形態(tài)變化特征。雄村礦區(qū)內(nèi)發(fā)育多組斷層(圖1), 其中F1和F2斷層對I號礦體最為重要,礦體基本夾持于F1、F2斷層之間。F1主斷層貫穿整個區(qū)域, 呈 265°～280°方向展布于測區(qū)中部, 延伸約3.5 km, 傾向北, 傾角一般在40°～50°, 是礦區(qū)重要的控礦構(gòu)造; F2主斷層在礦區(qū)中部呈 265°～280°方向展布, 貫穿于礦區(qū)的北東側(cè), 傾向北, 傾角一般在 50°以上, 最大可達 73°, 含礦斑巖體侵位于 F1和 F2斷層之間, 致使其間的斑巖體及圍巖幾乎全巖礦化(圖 6)。

3.5 多源信息綜合分析模型

隨著找礦工作的不斷深入, 地質(zhì)找礦工作逐漸由尋找地表出露礦轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ疑畈侩[伏礦, 找礦難度也隨之加大, 這就要求結(jié)合地球物理、地球化學(xué)、遙感等方法開展多源信息綜合分析預(yù)測, 充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢, 取長補短, 以盡可能少的找礦投入取得最大的找礦收益(王世稱等, 2000)。地球物理勘探因其對深部地質(zhì)和找礦信息的有效反應(yīng), 成為預(yù)測深部隱伏礦體的重要輔助手段, 其中磁法勘探以其輕便易行、效率高、成本低、地域限制小、工作范圍廣的特點, 成為發(fā)展最早、應(yīng)用廣泛的一種地球物理勘探方法, 通過對航磁數(shù)據(jù)的濾波和轉(zhuǎn)換處理, 突出磁場的特征, 進行異常解譯, 分析和圈定靶區(qū), 指導(dǎo)找礦(張云等, 2010; 婁德波等, 2008;盧焱等, 2008; 樊俊昌等, 2012)。

圖2 雄村礦區(qū)地表DEMFig. 2 DEM of the Xiongcun porphyry copper-gold deposit

圖3 雄村I號礦體鉆孔空間分布Fig. 3 Drill hole distribution of Xiongcun No. I ore body

圖4 雄村I號礦體模型Fig. 4 Model of Xiongcun No. I ore body

圖5 雄村I號礦體及頂?shù)装謇硐肽Ｐ虵ig. 5 Ore body and its roof and floor ideal model of Xiongcun No. I ore body

圖6 雄村I號礦體斷層模型Fig. 6 Fault model of Xiongcun No. I ore body

圖7 航磁異常與礦體疊加圖Fig. 7 Superposition chart of aeromagnetic anomalies and Xiongcun No. I ore body

雄村銅礦在區(qū)域上處于雅魯藏布江磁異常西段北強磁異常帶(謝通門-仁布強磁異常帶)南側(cè)邊部,緊鄰日喀則中間負磁異常帶。礦區(qū)的大比例尺高精度地磁測量, 共采集74, 470個數(shù)據(jù), 行程330 km,從圖 7可以看出, 雄村銅礦位于北西走向的地磁區(qū)中, 與其東測的花崗閃長巖分布區(qū)的高地磁異常區(qū)相接, 其它幾個高地磁異常區(qū)反映了其它幾個淺成巖體的分布特征, 銅(金)礦體分布在北西向兩個高地磁異常的狹長帶中, 地磁異常值在49200 nT以下,在49100～49000 nT之間(唐菊興等, 2006)。

4 結(jié)論

數(shù)字礦床模型以點、線、面、體等要素對地質(zhì)模型進行抽象化表達, 使對礦床的定量評價和預(yù)測成為可能。數(shù)字礦床模型的構(gòu)建必須以地質(zhì)認(rèn)識為基礎(chǔ), 才能更好地為地質(zhì)工作服務(wù)。本文在深入分析了雄村銅金礦床的成礦地質(zhì)條件和控礦因素的基礎(chǔ)上, 總結(jié)出該礦床的地質(zhì)描述模型, 作為構(gòu)建數(shù)字礦床模型的依據(jù)?；趲缀涡螒B(tài)的模型, 能直觀地表達地質(zhì)體的空間形態(tài)及各地質(zhì)體的相互關(guān)系,以反映地質(zhì)環(huán)境, 本文從地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面入手, 構(gòu)建了雄村銅金礦 I號礦體的礦體及頂?shù)装迥Ｐ汀?gòu)造模型, 充分展示了礦體、圍巖、斷層間的相互關(guān)系,對雄村I號礦體的認(rèn)識更加具體形象。從廣義上講,數(shù)字礦床模型還包括蝕變分帶模型、元素空間分布模型等非幾何形態(tài)的, 但必須以幾何模型為基礎(chǔ)的組成部分, 用空間結(jié)構(gòu)與空間屬性共同表達完整的地質(zhì)內(nèi)容。在數(shù)字礦床模型上增加物探、化探、遙感等信息的綜合, 則可得到數(shù)字找礦模型, 對數(shù)字找礦模型進行空間分析、地質(zhì)變量提取等最終實現(xiàn)定位定量預(yù)測, 得出數(shù)字預(yù)測模型, 如果將成熟的數(shù)字找礦模型和預(yù)測模型推廣至中小比例尺, 進行“相似類比”, 由點到面, 勢必又還原到數(shù)字礦床模型最初的意義當(dāng)中去。

致謝: 本文在撰寫過程中得到了中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所唐菊興研究員的悉心指點, 審稿老師給出了指導(dǎo)性意見, 在此表示衷心感謝。

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The Digital Mineral Deposit Model and Its Significance for Xiongcun Cu-Au Deposit, Tibet

ZHANG Ting-ting1), HUANG Yong2), TANG Xiao-qian3), LIU Fei4)
1)MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Resource Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu, Sichuan610081;3)Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan610059;4)State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

The Xiongcun porphyry copper-gold deposit was found and explored earlier in the Gandise metallogenic belt, accumulating a wealth of data. It is a kind of typical island arc type porphyry copper-gold deposit in this belt. A thorough study of this deposit is of great significance for tracing the “Xiongcun type”deposits in similar geological settings. This paper summarized the ore-forming geological conditions and the ore-controlling factors of Xiongcun porphyry copper-gold deposit and used 3D geological modeling and visualization technology to build its digital deposit model based on the geological exploration data to show the deposit in three-dimensional space and to manage the deposit visually and dynamically. At the same time,the combination of the digital deposit model withthe large-scale aeromagnetic data could provide strong technical support for the deep and peripheral quantitative prediction of the mining area in three-dimensional space.

geological descriptive model; digital mineral deposit model; large-scale metallogenic prognosis

P628.3; P618.41

A

10.3975/cagsb.2012.04.25

本文由國家自然科學(xué)基金項目(編號: 41172077)、國家973項目(編號: 2011CB403103)和青藏專項(編號: 1212011085529)聯(lián)合資助。

2012-06-18; 改回日期: 2012-07-10。責(zé)任編輯: 張改俠。

張婷婷, 女, 1984年生。博士研究生。主要從事礦產(chǎn)勘查及礦產(chǎn)資源評價工作。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。E-mail: yueztt@qq.com。