謝明材 李紫源 肖文交 韓春明

摘? ?要：礦床三維立體模型是“數(shù)字礦山”的基礎(chǔ)，在綜合研究區(qū)域成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、已有勘探資料和澳大利亞Micromine軟件技術(shù)研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了備戰(zhàn)鐵礦床地表模型、礦體模型、鉆孔模型和綜合地質(zhì)模型。在立方體預(yù)測模型基礎(chǔ)上，綜合分析處理各種深部找礦評價定量化信息，建立研究區(qū)三維實體模型。據(jù)實體模型進行研究區(qū)三維立方體提取，并將找礦定量化信息賦予每一個立方體，應(yīng)用距離反比加權(quán)法，開展研究區(qū)深部礦體三維預(yù)測，優(yōu)選找礦區(qū)和資源量估算，為該礦床深部找礦和礦山開采提供理論支撐和技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：備戰(zhàn);三維立體模型;三維實體模型;Micromine軟件

地質(zhì)體三維可視化建模，是運用現(xiàn)代空間信息理論研究地質(zhì)體及環(huán)境的信息處理、數(shù)據(jù)組織、空間建模與數(shù)字表達，運用科學(xué)可視化技術(shù)對地質(zhì)體及環(huán)境信息進行真三維再現(xiàn)和可視化交互的科學(xué)與技術(shù)[1]。隨著計算機科技更新和迭代，三維建模與礦產(chǎn)資源量計算的跨學(xué)科交叉領(lǐng)域研究快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的三維建模地質(zhì)軟件，如SURPAC軟件（SURPAC公司）、Micromine軟件（Micromine公司）、VULCAN軟件（MAPTEK公司），LYNX與Micro LYNX+軟件（LYNX GEOSYSTEM公司）及Gemcom軟件（Gemcom公司）[2]。其中澳大利亞的Micromine軟件于2003年通過國土資源部權(quán)威認證，經(jīng)該軟件評估的資源具評估機構(gòu)認可資質(zhì)。它具有簡單易用、功能齊全、數(shù)據(jù)兼容性好、可視性強等特點[3-5]。本文以新疆西天山備戰(zhàn)鐵礦床為例，基于Micromine軟件平臺，介紹該軟件技術(shù)在備戰(zhàn)鐵礦床的礦床三維立體建模、靶區(qū)優(yōu)選和資源量估算中的應(yīng)用。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

西天山造山帶位于新疆西北部，該造山帶呈向東的楔形，北以依連哈比爾尕斷裂為界（北天山縫合帶），南至長阿烏孜-烏瓦門縫合帶區(qū)（南天山），東接庫米什，西端延至哈薩克斯坦境內(nèi)（圖1）[6]。區(qū)域上經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的地質(zhì)演化過程，包括Rodinia超大陸形成與裂解、中—新元古代結(jié)晶基底的形成，及古生代多板塊（微板塊）和多島弧的古亞洲洋演化過程[7-9]。西天山也經(jīng)歷了向南、向北兩次碰撞增生事件[10]和一次可能結(jié)束于早石炭世晚期的增生造山事件。至早石炭世晚期，增生造山運動結(jié)束，西天山在二疊紀進入后碰撞演化階段，因此，西天山造山帶屬晚古生代增生造山帶[8]。區(qū)域內(nèi)巖漿活動較頻繁，時代以加里東期和海西期為主，具EW向帶狀分布特征。區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，巖性以中酸性巖為主，巖體多呈巖基、巖株、巖墻產(chǎn)出。加里東晚期巖漿巖主要分布于溫泉縣城南部，巖性為花崗閃長巖和花崗巖，呈巖株狀。海西期巖漿巖巖性以花崗質(zhì)巖、花崗閃長巖、流紋斑巖和閃長玢巖為主。巖漿活動可分為早、中、晚3期：海西早期：分布于依連哈比爾尕山和科古琴山，呈巖株狀產(chǎn)出;海西中期：主要分布于阿拉套山、博羅科洛山和阿希金礦東部，巖體呈巖株和巖基狀產(chǎn)出;海西晚期：主要分布于阿吾拉勒山一帶，呈巖株和巖脈狀產(chǎn)出[11-12]。西天山火山活動主要集中在海西期，加里東期噴發(fā)活動較少。

西天山阿吾拉勒礦集區(qū)構(gòu)造上位于伊犁石炭—二疊紀裂谷中。區(qū)內(nèi)出露地層有元古宇、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和第四系等。其中以石炭系大哈拉軍山組為主[12]。大哈拉軍山組由一套復(fù)雜的海相火山噴發(fā)-沉積巖系組成，其構(gòu)造背景至今仍有很大爭議[11，13-17]。

2? 礦床地質(zhì)特征

備戰(zhàn)鐵礦位于阿吾拉勒鐵礦帶東段，礦區(qū)主要出露地層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組，巖性以一套海相火山噴發(fā)-沉積巖系組合為主，次為酸性火山熔巖，夾少量火山碎屑巖和碳酸鹽巖?；◢弾r是礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要巖漿巖，分布于礦區(qū)南部和西部，亦有少量輝綠巖和閃長巖巖脈發(fā)育于地層中（圖2）。礦區(qū)主要受緊閉復(fù)式夏格孜達坂向斜北翼的次級褶皺控制，軸面直立，局部被斷層切割。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，多見高角度隱伏逆斷層[18]，與火山機構(gòu)伴生的裂隙發(fā)育較多，為容礦及礦漿運移通道。

備戰(zhàn)鐵礦礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出（圖2）[19]。目前已圈出L1、L2、L3 3個磁鐵礦礦體，分別位于礦區(qū)北東部、南西部和中部， 查明332+333+334鐵礦石量3 159.05×104 t，總平均品位40.29%。L3為主礦體，總長720 m，平均厚61.85 m，總體走向97°，傾向北，傾角37°～79°。礦體頂、底板圍巖主要由蝕變玄武巖、蝕變凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖組成，與礦體呈整合接觸關(guān)系[18]。礦石礦物主要為磁鐵礦，次為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、赤鐵礦、褐鐵礦;脈石礦物以單斜輝石、斜長石為主。常見礦石結(jié)構(gòu)有半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)等;礦石構(gòu)造主要包括致密塊狀、斑雜狀、浸染狀、隱爆角礫狀、條帶狀、斑點狀、角礫狀構(gòu)造、交代浸染狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。圍巖蝕變類型有透輝石-石榴石化、石榴石化、陽起石化-透閃石化、綠簾石化、綠泥石化和碳酸鹽-電氣石化。

前人對礦石組構(gòu)、成因、礦物共生關(guān)系和產(chǎn)出特征進行研究，將礦床劃分為2個主要成礦期，分別是隱爆-礦漿成礦期和隱爆-熱液成礦期。前者又可分為2個成礦階段，即磁鐵礦-透輝石-石榴石階段和磁鐵礦-陽起石-透閃石-石榴石-綠簾石-綠泥石階段;后者被分為磁鐵礦-石榴石-綠泥石和綠簾石-電氣石碳酸鹽2個成礦階段[18]。

3? 地質(zhì)實體建模

3.1? 地表模型

DTM數(shù)字地形模型用來虛擬地形和地表，一般由若干地形線和散點組成，考慮到每個點的坐標值，將所有點聯(lián)成若干相鄰的三角面，形成上下不透氣的面。表面模型只能描述面，在平面上不具有重疊功能，即同一個X，Y 上只能有一個Z值[5]。據(jù)礦區(qū)地形圖、礦區(qū)現(xiàn)狀圖，建立地表模型。本次研究區(qū)模型形態(tài)是一個坐標范圍為南北4791300～4795300，東西2932800～29384400的矩形區(qū)域。高程據(jù)礦體及鉆孔打到的深度確定為3 200～4 100 m。建立范圍體模型后，疊加上等高線文件生成的地表形態(tài)DTM數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)地表范圍模型（圖3）。

3.2? 鉆孔模型

將孔口坐標表、測斜數(shù)據(jù)表、樣品數(shù)據(jù)表進行整理后導(dǎo)入Micromine軟件中形成鉆孔數(shù)據(jù)庫，本次建模共有鉆孔43個。據(jù)收集的資料，鉆孔基本都是直孔，如圖4所示為備戰(zhàn)鐵礦區(qū)鉆孔三維分布圖。通過沿某一剖面（線）兩側(cè)一定距離截取切面的方式顯示鉆孔，可仔細觀察到這一范圍內(nèi)鉆孔的軌跡和樣品屬性等，也可通過該方式進行三維環(huán)境下的地質(zhì)剖面勾繪和礦體圈定工作。

3.3? 礦體模型

備戰(zhàn)鐵礦礦體三維模型由收集到的2013年勘探和中段數(shù)據(jù)完成，在這個階段的地質(zhì)認知里，鐵礦床只有L1、L2、L3 3個礦體。近期收集的最新2018年資料細分了礦脈，對預(yù)測影響不大。L3礦體作為主礦體，內(nèi)部多夾石、矽卡巖、閃長巖等，礦體形態(tài)向北傾斜;L1礦體位于L3礦體上方，形態(tài)相對較小;L2礦體未收集到相關(guān)數(shù)據(jù)。圖5為L1和L3礦體三維模型圖。

3.4? 綜合地質(zhì)模型

在收集資料基礎(chǔ)上建立的備戰(zhàn)鐵礦各類三維實體模型（圖6），包括地表DTM、航磁三維、礦體模型、矽卡巖、夾石、閃長巖、鉆孔（還需磁法）等多個對成礦具有影響力的地質(zhì)因素。這些因素中，磁法對鐵礦床三維建模起了很關(guān)鍵的作用。將這些模型綜合到一起，組成礦區(qū)綜合地質(zhì)模型，對靶區(qū)的驗證和重點預(yù)測區(qū)的評價具重要意義。目前初步的礦區(qū)綜合地質(zhì)模型有待進一步完善。

4? 靶區(qū)預(yù)測和資源量估算

備戰(zhàn)鐵礦成礦預(yù)測是建立在立方體預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，因此首先要對研究礦區(qū)控礦地質(zhì)要素（諸如控礦地層、控礦構(gòu)造等）和找礦標志在空間上的信息，特別是縱向變化規(guī)律有清晰認識，以上可結(jié)合地物化遙等資料得到有效認識;接著綜合分析處理深部找礦評價的定量化信息，建立三維找礦地質(zhì)模型;然后建立研究區(qū)地層、構(gòu)造、巖體、已知礦體和元素異常的三維實體模型，據(jù)實體模型進行研究區(qū)三維立方體提取，并將找礦定量化信息賦予每一個立方體;最后應(yīng)用證據(jù)權(quán)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)等數(shù)學(xué)地質(zhì)方法，開展研究區(qū)深部礦體三維預(yù)測。

4.1? 預(yù)測模型基本參數(shù)

據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料對礦體的揭示，特別是勘探線的分布，結(jié)合礦體形態(tài)、走向、傾向和空間分布特征確定了建模的范圍和基本參數(shù)。建立塊體模型的基本思想是將礦床在三維空間內(nèi)按一定尺寸劃分為一定的單元塊，然后對整個礦床范圍內(nèi)的單元塊應(yīng)用綜合信息量法預(yù)測重點成礦區(qū)域。為確保塊體模型能真實反映礦體的幾何形態(tài)，利用次分塊法讓劃分的次級分塊的礦塊與礦體實體模型邊界處更有效地擬合。

4.2? 預(yù)測模型

模型區(qū)是一個坐標范圍南北向為4791095.5～4792505.5、東西向為29381864.00～29383814.00的矩形區(qū)域，高程2 503.21～3 606.17 m，單元塊行×列×層為20 m×20 m×20 m，次分塊規(guī)格為10 m×10 m×10 m（表1），模型包括次分塊總共有406 296個單元塊。

4.3? 預(yù)測靶區(qū)

備戰(zhàn)礦區(qū)勘探線間距為90 m，應(yīng)用距離反比加權(quán)法預(yù)測立方體塊進行180 m插值，取TFe品位40%作為邊界品位，據(jù)礦體形態(tài)選取預(yù)測橢球體參數(shù)（表2）。預(yù)測成礦靶區(qū)范圍坐標整體集中分布于東：29 382 800～29 383 500 m，北：4 791 300～4 792 100 m，高程2 950～3 400 m，其他范圍有少量分布。本次預(yù)測靶區(qū)集中在備戰(zhàn)鐵礦0線剖面東南角，老礦體向上延伸部位，沿大礦體總體延伸方向分布，按TFE品位40%，體重2.9估算資源量，初步估算該靶區(qū)的資源量為合計5 529.99×104 t鐵礦（圖7）。

5? 結(jié)論

（1） Micromine軟件可根據(jù)研究區(qū)礦體的控礦地質(zhì)要素特征，綜合已有勘探資料數(shù)據(jù)建立礦體的三維可視化模型。借助鉆孔數(shù)據(jù)，可很好反映礦體品位的變化趨勢，為深部礦產(chǎn)資源預(yù)測及靶區(qū)優(yōu)選提供指導(dǎo)作用。

（2） 通過Micromine軟件建立的礦體三維立體模型，可直觀展示礦體形態(tài)、規(guī)模及產(chǎn)狀特征。該軟件具良好靈活性，可根據(jù)實際情況調(diào)整礦體模型，讓礦體三維模型更接近礦體真實情況，使圈定的礦體更具真實性。

（3） 將找礦指標定量化信息賦予三維立體模型中的每一個單元塊體，利用Micromine軟件提供的科

學(xué)、精確的估算方法對研究區(qū)深部礦體三維資源量預(yù)測，能有效圈定預(yù)測深部靶區(qū)，提供可信的資源量數(shù)據(jù)。

（4） 利用Micromine軟件進行資源量預(yù)測，可幫助礦業(yè)公司掌握深部礦權(quán)基本信息。通過評價，在礦業(yè)公司下一步找礦、發(fā)展和礦山開采中發(fā)揮重大作用。

參考文獻

[1]? ? 陳國旭，吳沖龍，張夏林，等.三維地質(zhì)建模與地礦勘查圖件編制一體化方法研究[J].地質(zhì)與勘探，2010，46（3）：598-603.

[2]? ? 張寶一，尚建嘎，吳鴻敏，等.三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)在固體礦產(chǎn)儲量估算中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探，2007，43（2）：76-81.

[3]? ? 雷杰.Micromine軟件在礦山地質(zhì)中的應(yīng)用[J].新疆有色金屬，2009， （增刊2）：68-70.

[4]? ? 張宏達.論Micromine軟件在黃金行業(yè)的應(yīng)用[J].黃金，2005，26（1）：30-33.

[5]? ? 沈陽， 張作倫， 高幫飛，等. Micromine軟件在某鉛鋅礦床三維建模及資源量估算中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè)， 2012， 21（2）：111-114.

[6]? ? 張作衡， 洪為， 蔣宗勝，等. 新疆西天山晚古生代鐵礦床的地質(zhì)特征、礦化類型及形成環(huán)境 [J].礦床地質(zhì)， 2012， 31 （5）： 941?964.

[7]? ? 左國朝，張作衡，王志良，劉敏，等. 新疆西天山地區(qū)構(gòu)造單元劃分、地層系統(tǒng)及其構(gòu)造演化[J].地質(zhì)論評，2008，54（6）： 748-767.

[8]? ? 高俊，錢青，龍靈利， 等.西天山的增生造山過程[J].地質(zhì)通報，2009，28（12）：1804-1816.

[9]? ? Xiao W J， Windley B F， Allen M B， et al. Paleozoic multiple accre tionary and collisional tectonics of the Chinese Tianshan orogenic? ?collage[J].Gondwana Research，2013， 23（4）：1316-1341.

[10]? Allen M B，? Windley B F， Chi Z. Palaeozoic collisional tectonics and magmatism of the Chinese Tien Shan， central Asia[J].Tectonophysics， 1993， 220： 89-115.

[11]? 龍靈利.西天山造山帶古生代構(gòu)造演化與地殼增生—來自花崗巖和蛇綠巖的證據(jù)[D].中國科學(xué)院大學(xué)（博士論文），2007，1-163.

[12]? Zhang Z H， Hong W， Jiang Z S， et al. Geological Characteristics and Zircon U-Pb Dating of Volcanic Rocks from the Beizhan Iron Deposit in Western Tianshan Mountains，Xinjiang， NW China[J].Acta Geologica Sinica，2012，86（3）：737-747.

[13]? 車自成，劉良，劉洪福，等.論伊犁古裂谷[J].巖石學(xué)報，1996. 12（3）：478-490.

[14]? 夏林圻，張國偉，夏祖春，等.天山古生代洋盆開啟、閉合時限的巖石學(xué)約束-來自震旦紀、石炭紀火山巖的證據(jù)[J].地質(zhì)通報，2002， 21（2）：55-62.

[15]? 姜常義，吳文奎，張學(xué)仁，等.從島弧向裂谷的變遷──來自阿吾拉勒地區(qū)火山巖的證據(jù)[J].巖石礦物學(xué)雜志，1995，14（4）：289-300.

[16]? 朱永峰，周晶，郭璇. 西天山石炭紀火山巖巖石學(xué)及Sr-Nd同位素地球化學(xué)研究[J].巖石學(xué)報， 2006， 22（5）：1341-1350.

[17]? 錢青，熊賢明，龍靈利，等. 西天山昭蘇北部石炭紀火山巖的巖石地球化學(xué)特征、成因及形成環(huán)境[J].巖石學(xué)報，2006， 22（5）： 1307-1323.

[18]? 郭新成，張建收，余元軍，等.新疆和靜縣備戰(zhàn)鐵礦地質(zhì)特征及找礦標志[J]. 新疆地質(zhì)，2009，27（4）：341-345

[19]? Han C M， Xiao W J， Su B X， et al. Late Paleozoic Metallogenesis and Evolution of the Chinese Western Tianshan Collage， NW China， Central Asia Orogenic Belt[J]. Ore Geology Reviews， 2020：103643.

Abstract：The 3D model of the ore deposit is the foundation of "digital mine". Based on the study of regional metallogenic geological background， geological characteristics of the ore deposit and Australian Micromine software technology， the surface model， ore body model， borehole model and comprehensive geological model of preparing iron ore deposit are constructed. In cube prediction model on the basis of comprehensive analysis and processing of various deep prospecting evaluation quantified information， establish a three-dimensional entity model in the study area， and according to the physical model of 3 d cube extraction in the study area， the prospecting quantitative information and will give each a cube， the application of inverse distance weighting method， three-dimensional， to carry out the deep ore body in the study area is preferred for the mining and resources estimation， for the deep ore deposit prospecting and mining to provide theoretical support and technical basis.

Key words： Beizhan Iron deposit;3D model; 3D solid model; Micromine software