祁 光，呂慶田，，嚴加永，吳明安，劉 彥

1 吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026

2 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

3 安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230088

1 引 言

從區(qū)域三維建模（簡稱：3D建模）應(yīng)用于深部成礦預(yù)測，到礦區(qū)三維建模應(yīng)用于礦山開發(fā)設(shè)計及儲量計算，三維建模在礦產(chǎn)勘探、開發(fā)的不同階段都具有十分重要的意義.隨著淺地表礦床發(fā)現(xiàn)的難度越來越大，資源勘查的深度越來越深，3D建模技術(shù)在深部找礦中作用更加明顯.近年來，隨著建模技術(shù)日益成熟及3D建模軟件功能日益強大，3D建模已經(jīng)廣泛應(yīng)用于深部成礦預(yù)測和礦體形態(tài)的精細結(jié)構(gòu)刻畫，并取得了很好的應(yīng)用效果，如 Martin等（2007）使用多學(xué)科的數(shù)據(jù)構(gòu)建出加拿大Noranda礦區(qū)3D地質(zhì)模型，并基于礦床模型建立了一系列定性和定量預(yù)測準則，在3D模型空間中預(yù)測深部找礦目標.，經(jīng)鉆探驗證，獲得了厚52.7m、Cu品位3.57%的礦體（West Ansil礦體），被認為是加拿大近25年來最重要的找礦發(fā)現(xiàn).Malehmir等（2009）通過集成地質(zhì)、巖石物性數(shù)據(jù)、反射地震和位場數(shù)據(jù)，建立了瑞典Kristineberg礦區(qū)3D地質(zhì)模型，全面評價了該區(qū)金礦的成礦潛力.Wang等（2011）在河南欒川礦集區(qū)，通過地質(zhì)、構(gòu)造、鉆孔和重磁數(shù)據(jù)建立了該區(qū)的3D地質(zhì)模型，結(jié)合分形和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成礦預(yù)測技術(shù)，定量預(yù)測了斑巖－矽卡巖型Mo礦、熱液脈型Pb－Zn－Ag礦的區(qū)域成礦潛力.

重、磁反演模擬是獲得地下結(jié)構(gòu)的有效方法，然而，由于重磁反演的多解性，不加約束的反演很難獲得與實際地質(zhì)情況一致的3D模型［1］.為了減少反演過程的多解性，通常的作法是在反演過程中盡可能加入先驗地質(zhì)、構(gòu)造、巖石物性、鉆孔數(shù)據(jù)和其它地球物理解釋信息.反演理論和建模實例都表明，在大量先驗信息的約束下，重、磁反演可以獲得可靠的、與地質(zhì)情況相符的3D地質(zhì)模型［1－4］.為了減少反演的多解性，有學(xué)者還嘗試同時使用重力和磁力數(shù)據(jù)進行反演建模［5－7］，取得很好的地質(zhì)效果.

泥河鐵礦位于安徽省廬樅礦集區(qū)北西側(cè)，是近年發(fā)現(xiàn)的深度大于700m的大型“玢巖型”鐵（硫）礦床.正是由于泥河鐵礦、羅河深部礦體的發(fā)現(xiàn)，廬樅地區(qū)的深部找礦工作再次引起大家的關(guān)注，并被列為國家重點勘查區(qū)之一.廬樅礦集區(qū)深部尋找“玢巖型”鐵（硫）礦床，當前急需要解決兩個關(guān)鍵問題，一是如何區(qū)分礦體與非礦體重磁異常；二是深化對“玢巖型”鐵礦的成礦與控礦模式的認識.地質(zhì)約束下的重、磁反演實際上提供了一種深化認識異常性質(zhì)、精細解剖異常的重要手段，同時還給出礦體與圍巖的3D空間關(guān)系.因此，建立典型“玢巖型”鐵（硫）的3D結(jié)構(gòu)模型無論對于礦區(qū)深部（外圍）和區(qū)域找礦，還是對研究“玢巖型”鐵礦的成礦模式都有重要的意義.本文以泥河鐵礦為例，給出了在先驗地質(zhì)、物性和鉆孔數(shù)據(jù)約束下的建模流程和建模結(jié)果，并對結(jié)果的地質(zhì)和深部找礦意義進行了討論.

2 地質(zhì)概況

2.1 區(qū)域地質(zhì)

廬樅礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶的中部，主體為廬樅火山巖盆地，是我國東部重要的鐵、硫、銅多金屬資源基地.構(gòu)造上，廬樅盆地位于長江中下游斷坳帶內(nèi)，華北板塊和揚子板塊對接帶的大別造山帶東側(cè)，西鄰郯廬斷裂帶，是長江中下游最重要的中生代火山巖盆地（圖1）［8－12］.盆地地層屬于下?lián)P子地層分區(qū)，出露地層主要有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系和志留系，總厚度在6000m以上.

圖1 廬樅礦集區(qū)地質(zhì)簡圖及泥河鐵礦區(qū)位置（據(jù)安徽地調(diào)院1）吳明安等.泥河礦區(qū)勘探報告.2010.2010修編）Fig.1 Simplified geologic map of Luzong Ore District with the location of NiheOre Deposit（after Anhui geological survey，2010）

廬樅礦集區(qū)中生代發(fā)生了劇烈的構(gòu)造巖漿活動，形成了大量以中酸性巖石為主的侵入體和陸相火山巖系.火山巖自下而上可分為龍門院旋回、磚橋旋回、雙廟旋回和浮山旋回.在空間上4個旋回大致呈同心環(huán)狀分布，由老到新從盆地北部、東部和南部向盆地西部及中心地區(qū)依次分布.各旋回之間均為噴發(fā)不整合接觸.火山巖類由熔巖、碎屑熔巖、火山碎屑巖及次火山巖組成，但各個旋回之間略有差別，其中龍門院旋回以玄武粗安巖為主，伴有少量粗面玄武巖、粗安巖和安山巖.磚橋旋回主要以粗安巖、玄武粗安巖為主，伴有少量粗面巖.雙廟旋回則以粗面玄武巖為主，同時出現(xiàn)少量玄武粗安巖和粗面巖.浮山旋回主要為粗面巖類，上部出現(xiàn)少量堿性粗面巖和含似長石堿玄巖［12］.廬樅盆地內(nèi)有大量侵入巖體，其形成過程與該區(qū)域內(nèi)的火山噴發(fā)、巖漿侵入活動有著密切的聯(lián)系.侵入活動大體上分為以閃長玢巖為主的燕山早期和以正長玢巖為主的燕山晚期這兩個階段.侵入巖按不同源區(qū)來源可分為兩個巖漿系列：

（1）與火山巖來源一致的源自地幔屬于橄欖玄（安）粗巖系的次火山巖或侵入巖系列；

（2）源自玄武質(zhì)下地殼的具有埃達克質(zhì)特征的鈣堿性侵入巖系列［13］.

按照巖體巖性主要分為三種：

（1）二長巖體，主要分布在盆地的北部，出露面積較大的巖體有巴家灘巖體、龍橋巖體和羅嶺巖體等；

（2）正長巖體，出露面積較大的巖體有土地山巖體、鳳凰山巖體等；

（3）花崗巖，出露面積較大的巖體有城山巖體、花山巖體和黃梅尖巖體等.廬樅地區(qū)的火山巖－次火山巖－侵入巖系列與成礦關(guān)系密切［12－15］.

廬樅礦集區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，是一個由鐵、銅、鈾、硫、鉛鋅、金和明礬石等多種礦床構(gòu)成的礦集區(qū).盆地內(nèi)礦床類型主要有：

（1）與龍門院旋回有關(guān)的次火山熱液型Pb、Zn礦床；

（2）與磚橋旋回有關(guān)的玢巖型鐵礦床和中溫熱液型銅金礦床；

（3）與正長巖類侵入巖有關(guān)的鐵氧化物－銅－金（鈾）礦床.主要礦床有：包括羅河、龍橋和泥河等大型鐵礦床、岳山中型鉛鋅銀礦床、井邊石門庵、天頭山和拔茅山等小型銅金礦床以及礬山等大型明礬石礦床.此外還有馬口、楊橋、吳橋和3440、34等鐵－銅－金－鈾多金屬礦床（點）［16－17］.

廬樅盆地構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，控制邊界深大斷裂由北側(cè)起順時針依次為陳坡湖—黃姑閘—蕪湖縣斷裂（NW向）、襄安鎮(zhèn)—大通鎮(zhèn)斷裂近（SN向）、沿江深大斷裂（NEE向）、羅河—裴崗—練潭斷裂（NNE向）［14］.盆地內(nèi)的斷裂構(gòu)造是發(fā)育與邊界斷裂一致的深大斷裂和近東西向、南北向2組共軛斷裂，構(gòu)成獨特的網(wǎng)絡(luò)狀斷裂構(gòu)造體系.北東向斷裂構(gòu)造是盆地的主干斷裂，控制了火山巖坳陷區(qū)的形成、演化和基底的性質(zhì).火山巖區(qū)西側(cè)邊界斷裂羅河—缺口斷裂和中央的黃屯—樅陽斷裂是兩條最重要的斷裂，羅河—缺口斷裂不僅是火山坳陷巖區(qū)的西部邊界斷裂，還可能控制坳陷區(qū)形態(tài)、巖漿噴發(fā)順序及演化格局；黃屯—樅陽斷裂控制基底的分布形態(tài)，并對晚期的巖漿活動和成礦作用具有重要控制作用［18］.

2.2 礦床地質(zhì)

泥河礦區(qū)位于廬樅礦集區(qū)西北部，羅河—黃屯成礦帶上，羅河鐵礦東北側(cè)3.5km處，如圖1和2中黑線框所示.礦區(qū)地表主要被第四系所覆蓋（圖2），鉆孔鉆遇的地層為下白堊統(tǒng)磚橋組、下白堊統(tǒng)雙廟組以及楊灣組.地表地層產(chǎn)狀平緩，走向北東20～40°，向北西傾斜，傾角10～15°，往深部地層產(chǎn)狀有起伏變化.磚橋組巖性主要為含角礫凝灰?guī)r、沉角礫凝灰?guī)r、沉火山碎屑巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、黑云母粗安巖和輝石粗安巖等，常發(fā)育不同程度的硅化、黃鐵礦化和硬石膏化.雙廟組分為上下兩個巖性段：下段均為火山碎屑巖及沉火山碎屑巖，呈噴發(fā)不整合覆蓋在磚橋組層位之上；上段以熔巖為主，夾少量火山碎屑巖.楊灣組主要巖性為砂礫巖，與下伏雙廟組火山巖地層呈沉積不整合接觸［10］.

圖2 泥河鐵礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geological map of Nihe Ore Deposit

根據(jù)鉆孔資料，礦區(qū)褶皺不發(fā)育，總體構(gòu)成一個向北西傾斜的單斜構(gòu)造.斷裂、裂隙發(fā)育，產(chǎn)狀較陡，傾角一般在40～70°之間，區(qū)域性羅河—缺口斷裂從礦區(qū)西部穿過.礦床由2部分組成，南西部分主體為磁鐵礦體，總體呈厚層狀、透鏡狀產(chǎn)出，由多層礦體上下迭置而成，走向呈北東向展布，傾向北西，傾角15～30°；北東部分主體為黃鐵礦，由多層礦體組成，向南東傾斜.礦體總長度約900m，寬度達400m，礦體埋藏深度在655～1065m之間.礦體賦存于閃長玢巖的頂部，閃長玢巖侵入于磚橋組火山巖內(nèi)，形成向上突起的穹隆，礦體在穹窿處相對厚大，品位也較高.礦體主要礦物為磁鐵礦、黃鐵礦［19］.

3 三維反演建模

3.1 建模工作流程

建立三維模型需要集成大量地質(zhì)、鉆孔、巖性和其它地球物理資料，合理的建模流程可以取得事半功倍的效果，并可以供他人借鑒，或應(yīng)用到其它地區(qū)的建模中.已有很多學(xué)者提出過地質(zhì)信息約束下的3D建模流程［6，20］，雖然不同學(xué)者提出的建模流程細節(jié)上各有差別，但基本上都包括三個部分，即初始模型的構(gòu)建、2D／3D重磁反演模擬和3D顯示與地質(zhì)解釋.其中，2D／3D重磁模擬在建模過程中起著至關(guān)重要的作用，它是對初始模型的進一步優(yōu)化，并最終提供模型的物性和幾何參數(shù)的空間分布.原理上，聯(lián)合使用重、磁數(shù)據(jù)進行反演可以明顯減少反演的多解性，Williams（2008）通過實際例子驗證了聯(lián)合使用地表、地下地質(zhì)和地球物理約束可以獲得可靠的反演結(jié)果.

目前，2D／3D重磁反演模擬主要有離散體（Discrete）、表面體（Surface）和網(wǎng)格（Voxels）反演模擬法，每一種方法有其自身的優(yōu)勢和劣勢［21－27］.方法的選擇取決于建模的目標和現(xiàn)有地質(zhì)約束的類型.網(wǎng)格反演（或稱廣義物性反演）方法很容易獲得模型的物性分布，而且模型產(chǎn)生的理論異常與實測異常的細節(jié)吻合也較好，但是很難加入地質(zhì)構(gòu)造方面的先驗約束，模擬結(jié)果僅能反映地質(zhì)體的宏觀分布，細節(jié)上與實際差距較大；表面體模擬方法可以很好模擬地質(zhì)體的構(gòu)造信息，但位場擬合誤差較大；離散體模擬方法可以給出上述兩種方法的“折衷”結(jié)果，既可以很好反映地質(zhì)信息，又可使觀測場與理論場的擬合誤差較小.該方法的最大優(yōu)勢是可以方便地加入先驗地質(zhì)、構(gòu)造等信息，如地層傾向、斷層和礦化體等［23］，還可以最大限度發(fā)揮地質(zhì)學(xué)家的經(jīng)驗和對區(qū)域地質(zhì)的理解.

本文使用離散體模擬方法，總體思路是用2.5D的剖面地質(zhì)體拼合構(gòu)建3D模型.本方法可最大限度地利用物性數(shù)據(jù)和鉆孔地質(zhì)信息，使用的建模流程如圖2，主要包括建模區(qū)域定義、先驗地質(zhì)信息處理、2D地質(zhì)模型構(gòu)建、2.5D／3D反演模擬、可視化與解釋等步驟［6，28－29］.

3.1.1 建模區(qū)域定義

根據(jù)研究目標，首先要確定建模區(qū)域的范圍（水平范圍和深度），然后確定2D剖面的間距，一般情況2D剖面間距與礦區(qū)勘探剖面間距相同.

3.1.2 先驗地質(zhì)信息處理

主要包括對地表巖性單元或地質(zhì)單元進行簡化，鉆孔數(shù)據(jù)、年代學(xué)數(shù)據(jù)收集，巖石物性測量，巖性與物性對應(yīng)關(guān)系分析，重磁數(shù)據(jù)預(yù)處理（如編輯、網(wǎng)格化、濾波和局部場分離等）和地震剖面解釋等.對構(gòu)造地質(zhì)、巖性變化復(fù)雜的地區(qū)對巖性單元進行適當簡化尤其重要，可以降低反演模擬的難度.鉆孔信息提供深部主要地層單元的邊界深度，一般在重磁反演中作為重要的約束，保持不變.區(qū)域場和局部異常分離在這個環(huán)節(jié)中非常重要，分離出的局部異常將作為考量模型是否合理的依據(jù).

3.1.3 2D地質(zhì)模型構(gòu)建

根據(jù)步驟（1）確定的剖面間距，通過對已有地質(zhì)、鉆孔資料分析的基礎(chǔ)上，依次推斷、繪制建模區(qū)域的所有2D地質(zhì)剖面.每條2D剖面由若干緊密關(guān)聯(lián)的模型體（地質(zhì)體）構(gòu)成，大致反映對剖面穿過區(qū)域的地層、構(gòu)造、巖體和礦體空間分布的認識.對礦區(qū)熟悉的地質(zhì)學(xué)家的認識和對區(qū)域地質(zhì)的理解在創(chuàng)建2D地質(zhì)剖面時十分重要，隨后的反演模擬實際上是對初始模型的修正和完善.

3.1.4 2.5D／3D反演模擬

圖3 三維地質(zhì)建模工作流程Fig.3 The work flow for constructing the 3Dgeological model

本步驟主要包括2.5D和3D重磁反演模擬.2.5D重磁模擬的初始模型來自步驟（3）的2D地質(zhì)模型，假設(shè)每個模型體沿走向足夠長（長度由沿走向的坐標y1和y2定義），截面為任意形態(tài)的多面體，且滿足2.5D重磁異常計算的近似條件.然后，對每一個模型體賦予初始密度和磁化率強度，使用人機交互“試錯法（trial－and－error）”對2D 剖面上的模型進行修改，直到獲得合理的地質(zhì)模型和滿意的數(shù)據(jù)擬合為止［21］.模型體的物性和空間形態(tài)的修改范圍由物性數(shù)據(jù)和地質(zhì)合理性決定.按照上述方法完成建模區(qū)所有2D剖面的重磁模擬，然后，將每條2D剖面的模型走向長度y1和y2縮短為剖面間距，按照剖面的空間順序依次將2.5D模型拼合成3D模型.最后，計算3D模型的理論異常，并與實際異常對比，擬合誤差較大的地方，返回到2D剖面進行修改.此時，雖然是在2D剖面上進行模型修改，但計算的異常是所有3D模型的異常.對所有擬合誤差較大的地方進行模型修改，直到獲得滿意的結(jié)果為止.在整個模擬過程中，物性與巖性的對應(yīng)關(guān)系保持不變.

3.1.5 可視化與解釋

最后一步是將3D模型輸出到3D可視化平臺（如，Encom PATM）開展空間分析.如果是區(qū)域3D建模，可以提取深部成礦信息，結(jié)合成礦模型開展深部成礦預(yù)測.如果是礦區(qū)3D建模，可以全面分析控礦地層、礦體和巖體的空間關(guān)系，建立成礦模式；還可以進行儲量計算、礦山設(shè)計和預(yù)測深部或邊部礦體等.

3.2 位場數(shù)據(jù)處理和物性研究

3.2.1 位場數(shù)據(jù)處理

重力數(shù)據(jù)使用1∶5萬高精度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行20m×20m的網(wǎng)格化和圓滑處理.磁法數(shù)據(jù)為1∶1萬地面實測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行了25m×25m的網(wǎng)格化和化極及圓滑處理.反演使用的實測數(shù)據(jù)應(yīng)該是反映建?？臻g區(qū)域內(nèi)地質(zhì)體的局部異常，位場分離十分重要.位場分離的方法有很多［30－34］，如上下延拓、非線性濾波、匹配濾波、趨勢分析［23，30］和3D反演分離法［30］，但還沒有哪一種方法適應(yīng)所有地區(qū)和位場特點.在實際應(yīng)用中，一般要考慮異常的頻譜特征和空間分布特征，選擇多種方法進行試驗，如果兩種或兩種以上方法獲得相近的結(jié)果，則認為分離較為合理.本研究中重力異常具有很強的區(qū)域異常，建模區(qū)域總體位于區(qū)域梯度帶上，經(jīng)反復(fù)試驗，使用二階趨勢法分離區(qū)域與局部異常.由于火山巖盆地的基底為無磁性的海相沉積，磁異常主要為礦體和火山巖地層引起，區(qū)域異常不明顯，因此不需要進行位場分離，只對異常進行了高頻去噪處理.根據(jù)鉆孔巖性，泥河鐵礦體深度在700m以上.為了重點擬合礦體異常，減少淺部火山巖體的干擾，在進行位場分離后，分別將重力異常延拓100m、磁異常延拓150m的結(jié)果作為實際異常進行模擬（如圖6a、b），擬合誤差也分別用相應(yīng)高度的理論與實際異常的均方差來評估.

3.2.2 物性測量與統(tǒng)計分析

對泥河礦區(qū)19個鉆孔進行了系統(tǒng)采樣，共計進行了882件巖礦樣品的密度和磁化率測量工作.密度測量由本研究完成，磁性測量由中國地質(zhì)大學(xué)古地磁實驗室完成.定性分析礦區(qū)鉆孔物性可以看出礦區(qū)地層與礦體之間密度差異明顯，密度差異在2.50g／cm3到2.70g／cm3之間（圖4a，b），地層密度變化較小.火山巖地層磁化率變化明顯，雙廟組上段地層磁化率相對較高，均值在0.0284（SI）左右（圖4a，b），雙廟組上段以熔巖為主，磁性主要由安山巖引起.深度超過600m后，密度明顯增大，異常值集中在700～1100m之間，最大值可達4.92g／cm3，平均密度為3.08g／cm3.磁化率也顯著增加，礦體重、磁物性呈正相關(guān)，同高現(xiàn)象明顯（圖4c）.礦體附近的圍巖密度、磁化率也相對較大，存在一定程度的蝕變和礦化.

為了定量研究巖礦石的物性，我們對物性測量值按照巖性進行了統(tǒng)計分析，求取每一種巖性的物性均值和變化范圍，以便反演模擬中使用.采用求取置信區(qū)間的方法來確定地層及巖礦體模型的物性參數(shù)變化范圍，根據(jù)樣本數(shù)量分為兩種情況進行計算：

（1）樣本較多時，在可信度上的置信區(qū)間為

（2）樣本較少時，則計算置信度為密度變化范圍公式為

利用公式（1）、（2）求取置信度為98%時的樣本置信區(qū)間，作為反演時模型體密度、磁化率的變化范圍，結(jié)果如表1所示.

3.3 泥河礦區(qū)3D建模

圖4 鉆孔取樣密度、磁化率隨深度變化圖（a）鉆孔ZK0901物性－深度變化圖；（b）鉆孔ZK1004物性－深度變化圖；（c）全部樣本物性－深度變化圖.Fig.4 The density and magnetic susceptibility variation with depth（a，b）Physical properties of boreholes（ZK0901and ZK1004）variation with depth；（c）Physical properties of all samples variation with depth.

表1 泥河礦區(qū)巖礦石物性表Table 1 Rock and Ore physical properties of the study area

首先定義建模區(qū)域，并將其劃分為一系列的地質(zhì)剖面.根據(jù)研究目標，確定建模區(qū)域地表面積5.6km2（2.8km×2.0km），深度范圍地下0m～1200m.將研究區(qū)劃分為28條平行的地質(zhì)剖面，剖面間距100m，方向北偏西40°（圖2）.然后根據(jù)地表地質(zhì)圖和鉆孔信息建立二維地質(zhì)剖面.由于研究區(qū)地表大部分被第四系覆蓋，地表地質(zhì)圖所提供的地質(zhì)信息有限，二維剖面的建立主要依據(jù)由安徽地調(diào)院提供的鉆孔資料.在研究區(qū)布置的28條剖面中，有8條剖面擁有鉆孔資料，鉆孔深度均大于1000m，為確定地質(zhì)體傾向、地層界面和巖（礦）體幾何形態(tài)，提供了重要依據(jù).根據(jù)鉆孔信息，將此8條剖面作為基準剖面，建立較為精細的2D初始模型.其它地質(zhì)信息相對較少的剖面則以此為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)專家對于該區(qū)域的地質(zhì)認知加以推斷獲得.

2.5 D／3D重磁模擬使用軟件Encom ModelVision ProTM（MV），該軟件使用離散體建模方法，利用不同的模型體表示不同的地質(zhì)單元，每個模型體都有其固定的密度和磁化率值，對于不同區(qū)域物性差異較大的地質(zhì)單元，則可將其劃分為多個相連的模型體，并分別賦予相應(yīng)物性值.本研究的位場模擬分為兩個步驟：

（1）對所建立的28條剖面分別進行單剖面的2.5D重磁模擬.參照所建立的剖面分別為每條剖面建立2.5D初始地質(zhì)模型，并根據(jù)表1對地層和礦體賦予相應(yīng)密度值（即將初始模型轉(zhuǎn)化為密度模型），反復(fù)調(diào)節(jié)剖面模型的幾何形態(tài)和密度值（在表1所限定的范圍內(nèi)調(diào)整密度），直到模型正演重力曲線與實測重力曲線形態(tài)吻合.再將密度模型賦予相應(yīng)磁化率，同時參考重力和磁法曲線進行模型修改，直到擬合均方誤差均達到要求（圖5）.在修改過程中，由鉆孔和地質(zhì)資料確定的地質(zhì)體深度范圍作為約束條件，不得改變.為降低邊界影響，沿垂直走向方向?qū)?.5D模型向兩側(cè)各延伸2km，擴大建模范圍.

圖5 部分2.5D剖面（圖2中Line10、Line12、Line16和Line20）重磁位場擬合圖Fig.5 Selected profiles（10，12，16and 20in Fig.2）showing the 2.5Djoint gravity and magnetic modeling

圖6 位場模擬對比圖（a）、（b）為觀測重磁異常；（c）、（d）為模型正演重磁異常；（e）和（f）分別為模型正演重磁異常和觀測異常的差值.Fig.6 Comparison between the observed and calculate field responses from the 3Dforward modeling（a）、（b）are the observed gravity and magnetic anomaly；（c）、（d）are the calculated gravity and magnetic anomaly；（e）and（f）are the data differences between observed and calculated 3Dgravity and magnetic responses respectively.

（2）3D重磁模擬.按照上述方法完成各條剖面的模型建立及修改工作，然后將所有模型走向長度調(diào)整為測線距離100m，最后將所有模型整理合并（如圖7a），作為3D建模的初始模型，并進行三維環(huán)境下的正演模擬.對誤差明顯的剖面做進一步精細調(diào)節(jié)，此時對任何一個模型體的修改都將影響到全區(qū)任意一點的模型正演理論值.反復(fù)調(diào)節(jié)，完成3D重磁模擬.最終三維模型正演計算異常和實測重磁異常普遍擬合較好.重力擬合均方誤差為0.044mGal遠小于觀測誤差（圖6e），磁法擬合誤差18.49nT，略大于觀測誤差，從圖6f中可以看出部分區(qū)域磁測異常擬合程度相對較差，主要原因是研究區(qū)為火山巖地層，侵入巖以輝石閃長玢巖和脈巖為主，受礦化和蝕變作用改造，很多巖體都具有一定的磁性，且分布較為復(fù)雜，而建模使用的是物性均勻分布的平滑模型體，這對該區(qū)域的磁法解釋造成了一定的困難.

3.4 模型可視化

模型建立完成后，將建模結(jié)果使用三維可視化軟件顯示，可以全方位展示建模細節(jié)，有針對性的從不同角度觀測模型，了解所關(guān)注地質(zhì)體的形態(tài)、空間位置以及其與周圍地層或者巖體之間的關(guān)系.

按照以上工作流程得到了既符合地質(zhì)認知又可以擬合實測地球物理數(shù)據(jù)的3D模型體.盡管存在一定的局限性，但是該結(jié)果已經(jīng)充分展示了該方法可行性.它在解決地質(zhì)問題方面的有效性和能力是其它方法無法達到的.

圖7 （a）整體模型（抽稀后）；（b）礦體模型以及重力（中）和磁法（上）異常圖；（c）、（d）礦體與地層俯視、平視圖粉紅色表示為主要成分為磁鐵礦的礦體，淺黃色部分為主要成分為黃鐵礦的礦體，淡藍色為石膏礦.Fig.7 （a）The final 3Dgeological model（sparse slices）；（b）The final 3Dgeologic model consisting of sparse slices withmagnetic（top）and gravity（middle）anomalies.（c）、（d）The bird view of 3Dgeologic model，showing major ore and strata.The light yellow is iron pyrite，The pink is magnetite iron ore.

4 模型解釋與地質(zhì)意義

4.1 地質(zhì)模型刻畫的礦體三維形態(tài)和展布特征

泥河礦區(qū)內(nèi)主要礦體為磁鐵礦、黃鐵礦以及石膏礦.從模型可以看出礦體整體呈北東向展布，總體變化較為平緩，延伸至東北部時礦體稍有抬升.磁鐵礦以及黃鐵礦的含量較高，石膏礦含量較少，其中磁鐵礦主要位于研究區(qū)的西南部，黃鐵礦主要集中在礦區(qū)的東北部，中部少量的石膏礦，黃鐵礦和石膏礦埋深相對于磁鐵礦較淺.西南部除了在相對較淺處含有少量似層狀黃鐵礦外，主要為規(guī)模較大的透鏡狀礦體，其主要成分為磁鐵礦，其中有小塊的黃鐵礦礦體包含于磁鐵礦中.透鏡狀礦體賦存深度大致在地下600～1100m范圍內(nèi)，中部主要為石膏礦，也含有似層狀或透鏡狀黃鐵礦，或者磁鐵礦及黃鐵礦共生礦體.研究區(qū)東北部礦體以垂直方向上的兩層黃鐵礦為主，上層礦體體積較小，呈層狀分布，礦體西南部寬度較小，東北部較大，平均寬度約為245m，埋深約為600m，平均厚度40m.下層礦體體積較大，呈透鏡狀，埋深在800～1050m，最大寬度約為680m.

4.2 三維模型揭示的控礦特征

研究區(qū)內(nèi)地層由上至下主要為第四系蓋層（Q）、白堊統(tǒng)楊灣組（K1y）、白堊統(tǒng)雙廟組（K1sh）和統(tǒng)磚橋組（K1zh）.較淺層的黃鐵礦和石膏礦多位于磚橋組上段地層中，體積較小，多呈層狀似層狀分布，特征較為復(fù)雜.主要礦體集中在磚橋組下段侵入巖中，侵入巖主要為輝石閃長玢巖和脈巖，輝石閃長玢巖體侵位于磚橋組下段火山巖地層中.侵入體頂面形成隆起，礦區(qū)南西部呈鐘狀隆起，在礦區(qū)北東部呈寬緩隆起［13］.從3D模型可以看出礦體走向與隆起的長軸方向近似一致，磁鐵礦體主要分布在西南部鐘狀隆起的頂部和上部，且其形態(tài)變化特征也與其圍巖（閃長玢巖）的隆起及變化特征相一致，硫鐵礦體主要分布于東北部的寬緩隆起部分，在深度上位于侵入巖體與地層邊界附近.

4.3 分析得出新認識

通過以上的分析發(fā)現(xiàn)：

（1）泥河鐵礦鐵礦體主要賦存于閃長玢巖頂部和磚橋組下段的火山巖中，只有小部分黃鐵礦賦予于磚橋組上段，多為層狀分布，沒有顯著的成礦構(gòu)造特征.因此，磚橋組下段是尋找礦體的地層標志.

（2）泥河礦體的主要成礦母巖及賦礦圍巖是閃長玢巖，其侵位于地層中，在侵入巖頂面形成穹狀隆起，而礦體走向與隆起的長軸方向是一致，說明礦體與輝石閃長玢巖類次火山巖關(guān)系密切.結(jié)合成礦規(guī)律可知，礦體受接觸帶的這種穹狀隆起構(gòu)造控制，因此閃長玢巖穹狀構(gòu)造是礦區(qū)最重要的控礦構(gòu)造，也是找礦的重要構(gòu)造標志.

（3）對比模型正演理論異常和實測異常，可知重力和磁法的擬合程度均良好（圖6），尤其重力異常擬合誤差僅為0.044mGal.根據(jù)模型實驗，假設(shè)在研究區(qū)內(nèi)存在一個中心深度1500m，走向長500m，寬度500m，深度范圍300m的板狀體，其密度和磁化率與區(qū)內(nèi)磁鐵礦體近似，對模型體正演，其理論重力異常高值可達0.20mGal，理論磁異常高值為29nT，均遠大于建模擬合誤差.因此推斷研究區(qū)邊部不存在新的礦體，深部2000m范圍內(nèi)存在新礦體的可能性極低.

5 結(jié)論與討論

本研究采用重磁三維反演建模技術(shù)，在地質(zhì)、鉆孔數(shù)據(jù)的約束下建立了安徽泥河鐵礦區(qū)的3D精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型.通過對模型的分析，可以得到以下結(jié)論和認識：

（1）通過對建模結(jié)果的分析，深化了對該研究區(qū)0～1200m深度范圍內(nèi)的3D地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識，進一步了解了泥河地區(qū)礦體的形態(tài)及其與地層和圍巖之間的空間關(guān)系，并以此為依據(jù)給出了泥河地區(qū)找礦的地層標志和構(gòu)造標志，這對認識“玢巖型”鐵礦的成礦模式和在長江中下游地區(qū)尋找“玢巖型鐵礦”的工作具有重要參考和指導(dǎo)意義.

（2）模型重磁模擬結(jié)果與實測重磁異?；緮M合，說明了該研究區(qū)內(nèi)已經(jīng)沒有盲礦體存在，為進一步的找礦工作提供指導(dǎo)借鑒.這對該礦區(qū)或者類似礦區(qū)的深、邊部找礦工作意義重大，具有廣闊的應(yīng)用前景.

（3）泥河礦區(qū)3D地質(zhì)模型的給出，說明了文中應(yīng)用的反演方法和提出的流程可以在精細剖析重磁異常的同時，充分利用已知地質(zhì)信息，得到可靠性較高的3D地質(zhì)模型，這為其它地區(qū)開展類似工作提供參考借鑒.

（4）該建模方法利用局部重磁異常數(shù)據(jù)作為衡量模型可靠性的重要指標，因此，位場分離結(jié)果對于模型的建立具有一定影響，但目前還沒有有效的位場分離手段，需要進一步加強研究.

（5）在反演過程中需要人為引導(dǎo)反演，因此研究人員對于地質(zhì)信息的認識和推斷能力具有不可忽視的作用，對于模型的合理性以及反演時間都有一定的影響.

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