湖南黄沙坪地区铅锌矿床三维预测研究

陈建平，严 琼，尚北川，武 曌

(1．中国地质大学(北京)国土资源与高新技术研究中心，北京 100083;2．北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京 100083)

湖南黄沙坪地区铅锌矿床三维预测研究

陈建平1，2，严 琼1，2，尚北川1，2，武 曌1，2

(1．中国地质大学(北京)国土资源与高新技术研究中心，北京 100083;2．北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京 100083)

湖南黄沙坪铅锌矿是我国重要的铅锌矿生产基地，由于多年开采，已成为危机矿山，在研究该矿成矿背景的前提下，通过计算机三维建模方法，建立三维矿床模型，并提取出找矿有利条件，从而建立起该矿区的预测模型，并对预测结果进行靶区圈定，对该区深部找矿具有指导性意义。

三维矿床模型;预测模型;深部找矿;黄沙坪铅锌矿;湖南

0 引言

黄沙坪矿区是南岭多金属成矿带的重要组成部分，位于南岭构造带中段北缘郴州—蓝山北东向基底构造岩浆岩带与郴州—邵阳北西向基底构造岩浆岩带的交汇部位，具有优越的成矿地质条件。黄沙坪铅锌矿是我国重要的铅锌原料生产基地，也是湖南省最大的铅锌开采矿山和铅锌原料生产基地。矿床类型属裂隙充填交代类型，以铅锌矿为主。经过50多年的开采，矿山的铅锌资源已处于深度危机状态，向矿区深、边部进行铅锌矿的探索已势在必行。近年来，越来越多的研究者开始从三维的角度预测隐伏矿体的存在，其优点在于通过三维可视化技术可直观地展示地下地质体、矿体的空间形态、分布特征和相互关系。笔者在研究该区铅锌矿的成矿规律和找矿标志的前提下，结合三维找矿方法进行深、边部找矿预测。

1 区域成矿地质背景

黄沙坪矿区辖属湖南省桂阳县，地处南岭，位于京广线湖南郴州站以西45 km的桂阳县境内。该区主要赋矿地层为下石炭纪的石磴子组(C1s)，下与孟坳公灰岩接触，上与测水煤系接触，均为石灰岩和砂岩、页岩互层，该地层由老到新分为5层矿床受南北向宝岭倒转背斜和观音打座倒转背斜的控制，同时也受近南北向和近东西向两组断裂所围限的“井”字形圈闭空间的控制(李建中等，2005)。北北东向F1、F2断裂带的次级断裂为主要控矿、容矿构造。本区岩体均属燕山期超浅成、浅成侵入体，以石英斑岩为主，花岗岩、花岗斑岩次之;石英斑岩出露在宝岭和观音打座一带山脊上，花岗斑岩未见地表出露。铅锌矿体沿断裂带充填和交代，多富集于断裂破碎带中，形状复杂，一般为透镜体、似层状扁豆状、小囊状、短脉状及细脉浸染状，产状也不一致。水泄窿的矿体向东倾斜，倾角较陡;老猫形的矿体向西倾斜，倾角较平缓。东部矿区的矿体向东倾斜，属于平缓矿体;西部矿体与岩层面有关，向西倾斜。断裂破碎带及岩体外接触带是该区主要的找矿区域。

2 三维矿床模型的建立

通过对黄沙坪矿区铅锌多金属矿床地质背景的研究，应用澳大利亚SSI(Surpac Software International Pty Ltd)公司(2000)开发的大型矿山工程软件Surpac，对研究区地层、岩体、已知矿体、化探数据等进行三维实体建模，从而建立该区三维矿床模型。研究收集整理到的勘探线剖面共27个，主要分为东、南两个部分(图1)，勘探线剖面上有矿体、地层界线、岩体界线位置等信息(图2)。研究中各地层三维实体模型首先通过连接各个剖面中同类地层界线形成两类地层的界限层，再与范围实体模型进行布尔运算，得到相应的地层实体(图3)。岩体形状上大下小，属一个岩盘构造，下有2个主干，一在宝岭，一在观音打座。其周围有一系列的岩脉贯连，深部可能为一个岩体。建模方式与地层基本相似，主要根据收集到的剖面上石英斑岩界线进行连接，多剖面间形成实体(图4)，它们较为细致、全面地揭示了研究区地质体的形态和位置特征，可以用此方法建立相应的地质体模型。

图1 研究区地质矿产图

黄沙坪矿区铅锌矿体的形成，主要与构造、岩体有关，全区有大小矿体300余个，主要矿体只有几个，由于本次剖面线上已知矿体划分得很详细，建立矿体实体模型可按照不同种类分别建模。本次建立了铅、锌、铅锌矿实体模型(图5)。

图2 黄沙坪矿区东部第9排剖面

图3 地层实体模型

图5 已知矿体实体模型

图4 岩体实体模型

图6 工程钻孔模型

三维矿床模型除了地质体模型以外，还有工程模型。工程模型中的钻孔模型(图6)是根据钻孔数据库形象地生成可浏览钻孔的轨迹和样品属性的模型。本次收集到的钻孔共有154个，各元素(Pb、Zn)三维异常分布情况也可依钻孔模型经过距离反比插值分析得到，是进行储量估算的重要依据。

3 利用三维找矿预测模型进行矿产定量预测

3．1 三维找矿预测模型的建立

本研究以三维矿床模型建立为基础，地质统计方法为手段，找矿预测模型的建立是研究的核心。建立预测找矿模型是探寻隐伏矿体的重要手段，主要采用立方体预测模型找矿方法(陈建平等，2009)来实现三维深部找矿的新突破。本次模型区坐标范围为南北长1 783．754 m、东西长1 084.426 m、垂高为769．496 m的立方体，总体积为1．488×109m3。根据勘探线的分布，结合矿体的形态、走向、倾向和空间分布特征，将单元块的行、列、层高都设定为20 m，全区模型包括有193 050个单元块。在建立好立方体模型以后，可以将多源找矿预测因子作为属性赋给每一个单元块。

在该区铅锌矿成矿规律及成矿模式的指导下，对该区成矿相关的地层信息、构造信息、岩体信息、化探信息等进行详尽分析，提取出与该区铅锌矿成矿有利的条件，将其作为找矿预测因子进行之后的矿产预测。使用已知矿体实体模型对立方体模型进行限定，划分出矿体所包含的块体单元，共3 327个单元块(图7)，将其作为矿床预测中的先验条件。用地层实体模型对三维立方体进行限定，划分出不同地层所包含的立方体，根据以前的大量研究表明(许以明等，2007)，该区主要容矿层为石磴子组，且将不同地层块中的含矿单元块进行统计发现，有48．7%的矿体块在石磴子组灰岩(C1s2－4)中。因此选取石磴子组灰岩作为有利地层信息预测变量。该区岩体主要为石英斑岩，该岩体节理裂隙发育，稳定性良好，位于局部裂隙中富集地带而又有矿化水通过的地域。因此，对于三维预测来说，石英斑岩是预测的关键变量之一。构造是本区主要的成矿因素，在传统平面矿产预测中曾运用断裂缓冲、构造等密度、构造平均方位、构造中心对称度、构造交点数等反映线性构造的特征变量(刘春学等，2003)，本研究将二维成矿预测中这些被认可的变量分析拓展到三维空间内，从而为三维成矿预测提供新的变量(史蕊等，2011)，使之能更有效地展示及指导深部成矿特征。根据区域含矿立方块与这些变量叠加分析得出结论：含有矿体的立方块在主干断裂属性值区间(0．47，1．15)为最多;矿体集中分布在断裂缓冲50 m内，构造交会部位的周边对成矿有利，中心对称度属性值(0．023，0．1)的立方块与矿体立方块具有较高的一致性。因此，分别将主干断裂(0.47，1.15)、局部构造(8．2，10．3)的立方块、构造交点数(0．05，0．7)的立方块、中心对称度范围(0.023，0.1)的立方块、研究区断裂50 m缓冲区(图8)作为对铅锌矿成矿有利的预测因子。

图7 矿体块体模型

图8 断裂及断裂缓冲分布图

同时，利用钻孔数据来分析这些单元块的元素三维异常分布。本研究选用距离反比加权的方法对未知单元块进行了Zn和Pb含量的插值分析(靳国栋等，2003)(图9)。通过该研究区中各元素的工业品位值及进行主观判断综合分析确定Pb的异常下限取6．3%，Zn的异常下限取11．4%(图10)。统计发现有21．65%(Pb)和22．31%(Zn)的元素异常块体在断裂缓冲带中，从一定程度上说明了研究区断裂控矿的指导性意义。此外，分别有20．49%(Pb)和25.84%(Zn)的元素异常值在石英斑岩内，同时也说明了岩体控矿的作用，因此可将Pb、Zn元素异常值作为预测因子。

图9 Pb异常单元块模型图

根据以上预测因子的选取，并结合实际情况，本研究建立了如表1的研究区预测模型。其中，研究区的主要控矿因素取决于以下4个方面：(1)有利地层岩性发育;(2)有利成矿构造发育;(3)岩浆岩脉群发育;(4)化探异常区间。

表1 研究区铅锌矿预测模型

3．2 铅锌矿预测靶区圈定

根据表1建立的预测模型，经过对各预测变量进行条件独立性检验，发现各变量均相对独立。因此，选取预测模型中9个预测变量，它们是：有利地层、断裂缓冲区(50 m)、构造中心对称度、构造方位异常度、主干断裂、局部断裂、Pb异常和Zn异常及有利岩体，运用证据权法进行三维可视化矿产预测(陈建平等，2007)，约定各标志在单元中的存在取值为1，不存在取值为0，以矿体单元块为证据权的自变量，预测因子为因变量，通过证据权权值公式计算出权重C值(表2)。

表2 研究区各找矿标志权重值

根据各找矿标志的权重值，计算出该区各单元块的后验概率值，根据后验概率值与已知矿体叠合的直方图分布(图11)，及主观概率法确定后验概率的临界值为0．68，统计出在临界值之上的立方体块数为3 958块，已知矿单元块数为481，找矿潜力巨大。临界值上37．82%的块体包含在断裂缓冲区内，33．83%的块体包含在石英斑岩内。此外，79.08%的块体在石磴子组层位，可说明其结果的可信性。

图11 后验概率与已知矿块叠加分析直方图

由于本区已知矿体分布比较广，矿体比较小而且碎，给预测区的圈定造成了不小的难度，本次将预测区内的含矿单元块去除掉，预测远景区中有3 477块，再以此圈出5个典型预测区作为预测靶区(图12)，有些高值区同时也是已知矿体密集区，本次预测未将其作为找矿靶区圈定出来。

A区正好在石英斑岩两盘中间交汇处，也在右边南北向断裂与石英斑岩接触带上。B区为岩体上升与周围构造接触带摩擦处，的确比较利于成矿。C区同B区成矿条件相似，都处在断裂与石英斑岩的接触带中，有较好的成矿有利条件及矿质沉积的良好环境。D区位于东西向断裂与南北向小断裂交汇处，在深部也与石英斑岩接触，有良好的热液通道和成矿环境，有利于成矿。E区是5个靶区中高程最低的，可认为是深部预测，与B区相似，都是岩体上升与周围岩层挤压、收缩的结果，也是南北向大断裂与东西向小断裂交汇的地方，证明了本次研究方法的可行性及可靠性。

图12 预测靶区圈定图

4 结论

根据Houlding提出的三维地质建模的思想，应用剖面图、区域地质图和钻孔数据等资料，利用三维建模软件Surpac建立黄沙坪地区地质和工程的三维模型，包括地形、地层、构造、岩体、钻孔等，做出该矿区的地质和工程模型，为找矿预测工作奠定基础;通过对黄沙坪矿区地质背景和成矿条件进行分析，为建立三维找矿预测模型提供充分依据;应用立方体预测模型找矿方法完成了全区的三维找矿研究，综合考虑各控矿条件，应用证据权法，得到铅锌矿的后验概率值临界值，确定了全区的预测远景区并圈定预测靶区，预测结果与已知矿体的空间一致性对该预测方法的准确性进行了验证，同时也发现研究区找矿潜力较大，勘探前景较好。

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On 3D prediction of lead-zinc deposit in Huangshaping ore district in Hunan

CHEN Jian-ping1，2，YAN Qiong1，2，SHANG Bei-chuan1，2，WU Zhao1，2

(1．Institute of Land Resources and High Techniques，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2．Beijing Key Laboratory of Development and Research for Land Resources Information，Beijing 100083，China)

Huangshaping lead-zinc mine district in Hunan was a very important production base of lead and zinc mining in China．It had become a crisis mine because of years of exploitation．Based on the geological setting of lead-zinc ore-forming processes，the authors constructed a digital deposit model by means of 3D modeling and a cubic prediction model on ground of extraction of the favorable conditions for ore prospecting．And finally the targets on the forecasting results were delineated．

3D deposit model;Prediction model;Deep ore prospecting;Huangshaping Lead-zinc Mine;Hunnan

P618．4;P612

A

1674－3636(2012)03－0243－07

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．243

2012－05－20;编辑：侯鹏飞

陈建平(1959— )，男，教授，博士，博士生导师，主要从事矿产资源定量预测评价和“3S”技术应用的教学与研究工作，E-mail：3s@cugb．edu．cn