基于GeoModeller的新疆阿舍勒銅鋅礦三維地質(zhì)模型及地質(zhì)空間信息解譯

吳曉貴，秦紀華，胡林朝，何 斌

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，新疆 阿勒泰 836500)

0 引言

阿舍勒銅鋅礦位于新疆維吾爾自治區(qū)哈巴河縣城北偏西約31 km處，該礦床是一個與早—中泥盆世雙峰式火山巖有關(guān)的典型火山成因塊狀硫化物礦床(VMS)[1-2]。盡管2011—2014年新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊在阿舍勒銅鋅礦開展的深部找礦工作取得了一定的成果[3]，但隨著礦山的進一步開發(fā)，保有礦石量的不斷減少，礦山服務(wù)年限已經(jīng)不多，因此有必要在阿舍勒銅鋅礦開展深邊部找礦預測工作，擴大資源量，延長礦山服務(wù)年限。本文在綜合前人研究成果基礎(chǔ)上，綜合利用地質(zhì)、鉆孔數(shù)據(jù)，運用GeoModeller軟件，建立了阿舍勒礦區(qū)的三維模型，并對模型進行分析討論，提出了下一步找礦方向。GeoModeller是一套用于構(gòu)建復雜三維地質(zhì)模型的軟件，該軟件可以為深部找礦預測提供準確、及時、生動的信息[4]，同時也可以正確地指導礦山生產(chǎn)。

1 地質(zhì)概況

阿舍勒銅鋅礦位于阿爾泰南緣阿舍勒—沖乎爾泥盆紀火山—沉積盆地內(nèi)，為晚古生代板塊俯沖、熱液活動的產(chǎn)物[5]。礦區(qū)主要出露中泥盆統(tǒng)阿舍勒組和上泥盆統(tǒng)齊也組火山沉積巖系(圖1)，其中阿舍勒組是主要的賦礦層位。阿舍勒組分為兩個巖性段，礦化主要產(chǎn)于第二巖性段，下部為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)礫巖、含角礫凝灰?guī)r，頂部夾玄武巖、灰?guī)r、重晶石巖；中部凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，頂部夾硅質(zhì)巖、重晶石巖、灰?guī)r；上部玄武巖夾少量沉凝灰?guī)r。礦區(qū)次火山巖發(fā)育，主要有(石英)閃長巖、(石英)閃長玢巖、次玄武安山巖、英安斑巖、流紋斑巖，少量輝長巖脈[6-8]。斷裂主要呈近SN走向，其次是NW向、NE向、EW向。礦區(qū)受瑪爾卡庫里大斷裂影響韌性剪切帶發(fā)育，巖石片理化強烈，發(fā)育糜棱巖、碎裂巖、石香腸、腸狀構(gòu)造、拉伸線理等。

礦區(qū)圈定礦化蝕變帶十余條，其中I號礦化蝕變帶規(guī)模最大，阿舍勒銅鋅礦床的主礦體(Ⅰ號礦體)產(chǎn)于Ⅰ號礦化蝕變帶中。Ⅰ號礦化蝕變帶由7個礦體組成，Ⅰ號主礦體為隱伏礦體，占已探明銅金屬量的98%[9]。Ⅰ號主礦體受構(gòu)造控制明顯，走向近南北，往北略偏北西走向，Ⅰ號礦體規(guī)模巨大，水平投影長度為740～850 m，側(cè)伏向投影長度為1180～1300 m，厚度為13.55～18.09 m，沿傾向延深一般為500～700 m，最大延深900余米。厚大礦體集中于2線到9線300～600 m高程以及北面15線到19線200～500 m高程，最深延伸至-560 m高程。

圖1 阿舍勒礦床地質(zhì)略圖(據(jù)新疆地礦局第四地質(zhì)大隊資料修編)

2 三維地質(zhì)建模流程

本次主要利用礦區(qū)地表地形數(shù)據(jù)、地表地質(zhì)信息、剖面信息、鉆孔等資料進行三維建模。建模流程主要由原始資料的搜集、數(shù)據(jù)預處理及錄入、地質(zhì)界面構(gòu)建、面模型構(gòu)建和實體模型構(gòu)建5個主要步驟組成(圖2)。

圖2 GeoModeller軟件三維建模流程圖Fig.2 3D modeling flow chart of GeoModeller software

2.1 原始資料的搜集

建立三維地質(zhì)模型所需要的基本文件：礦區(qū)大比例尺地形地質(zhì)圖、大比例尺剖面圖、鉆孔井口文件、鉆孔測斜文件、巖性文件等。

本文三維建模所利用的數(shù)據(jù)：礦區(qū)1∶1000地形地質(zhì)圖、1∶1000地質(zhì)剖面20條，鉆孔128個，鉆孔測斜數(shù)據(jù)1643條。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)單元的簡化合并

由于搜集到的原地質(zhì)圖比例尺較大，相對于建模精度其所反映的地表地質(zhì)體過于詳盡，本次建模主要考慮與礦化有關(guān)的地質(zhì)體，因此需對原地質(zhì)圖進行簡化合并，減少模型體個數(shù)，以降低建模難度，在建模地質(zhì)圖的基礎(chǔ)上同樣可以得到可靠且有意義的三維地質(zhì)模型。以阿舍勒礦區(qū)地表地質(zhì)圖為基礎(chǔ)，綜合考慮控礦地層、控礦構(gòu)造等，簡化后的地質(zhì)圖見圖3。

2.3 地質(zhì)模型的建立

2.3.1 工程的創(chuàng)立

創(chuàng)建工程包括定義工程范圍、給出建模精確度等，同時加載地形數(shù)據(jù)。本次主要圍繞阿舍勒銅鋅礦Ⅰ號主礦體開展三維地質(zhì)建模工作，建模面積為2.97 km2，深度從地表至地下為2.5 km。

2.3.2 剖面的繪制

擬定建模剖面20條，剖面方位93°，長1.1 km，多數(shù)線距100 m，北部線距稍大(圖3)。將所有剖面按首尾坐標投放到地表，依次命名，這樣就能使每條剖面在二維顯示窗口中單獨顯示。

2.3.3 地層、巖體、斷裂的構(gòu)建

在繪制模型之前需要創(chuàng)建所有要用到的地質(zhì)單元，包括地層、次火山巖、斷裂等。并建立一個符合全礦區(qū)的序列，該序列要基本遵循從老到新的規(guī)則。因此需要對該建模區(qū)域地質(zhì)有個全新的認識，對一些缺失、不整合等復雜地質(zhì)情況則很難給出一個符合全局的序列，必要時得做一些特殊處理，例如本次建模中由于阿舍勒組中凝灰質(zhì)礫巖(D2as_tcg)以不規(guī)則的、類似侵入體的形態(tài)出現(xiàn)，如若將地質(zhì)單元之間的接觸關(guān)系時按地層的屬性O(shè)nlap(沉積)設(shè)置，又不加任何輔助線和方向信息，則模型計算出來的結(jié)果往往出錯。在不影響建模整體效果的前提下，暫將D2as_tcg的接觸關(guān)系設(shè)置為Erode(侵入接觸)(圖4)，大大方便了剖面中屬性線的繪制，提高建模效率。

對于斷裂在命名清楚便于區(qū)分的前提下，還需定義其延伸范圍是有限的，還是貫穿整個建模區(qū)，并確認與其相聯(lián)系的地質(zhì)體(特別是礦體與斷層的關(guān)系)或斷層與斷層之間的聯(lián)系(圖略)。

圖3 簡化后阿舍勒礦區(qū)地質(zhì)圖 (據(jù)新疆地礦局第四地質(zhì)大隊資料修編)Fig.3 Simplified geological map of Ashele Cu-Zn deposit

2.3.4 控制線描繪及模型計算

控制線主要包括地表控制線和剖面控制線。按照地表地質(zhì)圖地質(zhì)平面圖描繪各類地質(zhì)界線。界線的描繪按每個地質(zhì)體描繪，逐步添加地質(zhì)體和產(chǎn)狀信息。在描繪過程中進行計算調(diào)試，查看接觸界線的正確性。

在控制接線輸入完成后，初步計算模型。然后將鉆孔的開孔坐標、地質(zhì)觀測成果、測斜數(shù)據(jù)及分析結(jié)果輸入軟件(圖略)，將鉆孔地質(zhì)觀測數(shù)據(jù)與剖面資料進行對比，對模型進行修正。修正完成后即可重新計

圖4 地質(zhì)單元與接觸關(guān)系Fig.4 Geological unit and contact relationship

算模型，可以選擇計算單條剖面，也可以同時計算多條剖面。如果發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與底圖不符合可擦除模型重新修改后再計算。計算過程中節(jié)點個數(shù)越多，節(jié)點間隔越小，計算精度越高，所需時間越長。經(jīng)過反復試驗，最終采用50 m×20 m的節(jié)點間距計算，即不耗費大量計算時間又可達到精度要求。50 m代表橫向間距，即X、Y方向，20 m代表縱向間距，即Z方向。

2.3.5 三維模型拼接與顯示

一個完整的建模過程是將巖體、斷層、地層三者之間成功聯(lián)合起來的過程。最后，將所有信息放入三維模型中計算，構(gòu)成礦區(qū)地質(zhì)填圖單元的三維結(jié)構(gòu)，此過程同樣可設(shè)置計算網(wǎng)格大小，也可手動輸入選擇需要計算的區(qū)域，同樣模型計算精度與耗時成反比。最終建立的三維地質(zhì)模型見圖5，該模型在X、Y、Z三方向上都可以進行不同距離的切割，模型可以任意方向旋轉(zhuǎn)，顯示方式可以是單個層位的顯示，也可以是多個層位的組合顯示，分別沿X、Y、Z方向切割相應(yīng)的距離，則能看清模型內(nèi)部任意位置的組合形態(tài)。模型可以導出其他形式的網(wǎng)格文件，為模型后續(xù)加工提供可能[10]。

圖5 阿舍勒礦區(qū)三維地質(zhì)模型

為了更直觀清楚的認識不同地質(zhì)體的空間展布，將建模區(qū)與成礦相關(guān)的主要地質(zhì)體信息顯示在圖6中。

3 地質(zhì)解釋與下一步找礦方向

阿舍勒礦區(qū)三維地質(zhì)模型直觀刻畫了主要地質(zhì)體分布三維特征(圖6)，阿舍勒銅鋅礦Ⅰ號主礦體賦存于阿舍勒組玄武巖與英安斑巖的接觸界面上，通過三維地質(zhì)模型，結(jié)合礦體與圍巖的空間關(guān)系和GeoModeller軟件計算推測，可以得出如下地質(zhì)認識：

1)礦區(qū)三維地質(zhì)模型(圖6)顯示，齊也組是作為一個背斜不整合在阿舍勒組之上，礦區(qū)中部齊也組因被剝蝕從而使阿舍勒組出露地表。這一認識與新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊在建模區(qū)西部以往施工的ZK3302成果一致，ZK3302中齊也組厚約160 m[11]，齊也組下部是蝕變的阿舍勒組。因此在后期的找礦工作中需投入大量的物探工作，以期了解齊也組下部阿舍勒組的分布特征，擴大找礦前景。

圖6 主要地質(zhì)體三維展布圖

2)以往將Ⅰ號主礦體北部37線的礦化體(圖6a中藍色方框內(nèi)的礦體)與主礦體相連似乎是不準確的，從三維模型看37線的礦化體位于Ⅰ號主礦體東部約300 m處。由此可以推測Ⅰ號主礦體北部以往圍繞37線的礦化體施工的鉆孔未探索到Ⅰ號主礦體北部延伸位置。

3)本次工作在建模過程中如果考慮Ⅰ號主礦體在33線處未封閉，根據(jù)GeoModeller軟件計算推測，Ⅰ號主礦體將繼續(xù)向北部延伸(圖6b中紅色方框內(nèi)為推測礦體延伸位置)。以往施工的鉆孔均在推測礦體東部施工，未能探索到推測礦體處。

通過阿舍勒礦區(qū)三維地質(zhì)建模工作，本文認為在今后的地質(zhì)找礦工作中不能放棄齊也組中的較好物探重力異常的驗證工作，同時在北部追索Ⅰ號主礦體時，部署的鉆孔可考慮適當向已有鉆孔的西側(cè)部署。

致謝：野外工作期間得到中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所楊富全研究員、孟貴祥研究員、祁光博士以及新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊李成文高級工程師的指導，在此一并表示衷心的感謝。