湖南思通溪锑矿三维地质建模及资源量估算

闫友谊， 向　涛， 范建福， 王　琨

(1.中化地质矿山总局湖南地质勘查院，湖南长沙410004； 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037)

湖南思通溪锑矿三维地质建模及资源量估算

闫友谊1， 向涛1， 范建福2， 王琨2

(1.中化地质矿山总局湖南地质勘查院，湖南长沙410004； 2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037)

摘要：在大量收集矿区钻孔、探槽等地质数据的基础上，利用探矿者(Minexplorer)软件建立了湖南沅陵县思通溪矿区的矿体三维模型，采用地质块段法、地质截面法和地质统计学方法分别进行储量估算。结果显示，利用探矿者软件进行储量估算可视化效果好，便于操作，计算结果真实可靠。

关键词：储量估算；三维建模；探矿者(Minexplorer)软件；思通溪锑矿；湖南沅陵

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2015.03.367

中图分类号：P628;P618.66

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2015)03-0367-06

收稿日期：2015-06-12；编辑：侯鹏飞

基金项目：中国地质调查局地质矿产调查评价专项“全国重要矿种成矿区划部署研究”(12120114051501)，商业地质项目“湖南省沅陵县思通溪锑矿详查”

作者简介：闫友谊(1965—)，男，高级工程师，地质调查与勘探专业，主要从事矿产普查与勘探工作，E-mail：yyy1095@163.com

0引言

三维地质建模技术基于对大量原始数据的综合分析，在三维空间中建立三维地质体模型，利用地质解译、地学统计、空间分析、空间信息管理等技术，进行三维可视化分析、储量估算、成矿预测、勘探设计等工作(肖克炎等，2010；陈建平等，2011，2014)。

随着三维GIS技术和计算机技术的不断发展，三维建模技术在地质勘查及矿产资源开发等方面得到更为广泛的应用(肖克炎等,2010,2012；张婷婷等，2012)。三维GIS的发展为矿产资源评价的三维可视化、空间分析及动态模拟提供了实现手段(陈建平等,2008)。利用三维GIS平台能在三维空间显示各类空间实体，显示空间上的品位、厚度和密度及其相关变化，对空间实体的几何形状、位置及其分布情况进行定量预测(陈建平等,2005；陈东越等,2013；刘智宇等,2013)。

随着科技的发展，锑已经被广泛应用于生产各种阻燃剂、玻璃、搪瓷、橡胶、涂料、塑料、半导体元件、医药及化工等产品。我国锑矿资源丰富，产量及出口量居世界首位(丁建华等,2013；王永磊等,2013)。锑矿储量分布较为集中，大中型矿多，矿石质量好。湖南盛产锑矿，沅陵县思通溪矿区位于湖南省沅陵县西南方向的筲箕湾镇九龙山村境内，面积5.11 km2。本次研究以思通溪锑矿为研究区，进行三维地质建模及资源量估算。

1区域地质背景

思通溪锑矿位于扬子地台与华南加里东褶皱带的过渡地带，地壳运动频繁，经历了从武陵—喜山等6次大的构造运动，地壳浅部构造岩浆活动十分强烈，形成一系列北东向褶皱和断裂，造成经向、纬向、北西向及多个构造体系的多次联合、复合，形成十分复杂而规模巨大的叠瓦剪切推覆构造带，其中层间剥离空间、层间断裂破碎带及层内裂隙系统形成重要的容矿构造。区域上矿区位于隆起带，地层长期遭受剥蚀，由老至新，地层以板溪群五强溪组(PtBnw)广泛分布为主，其余为板溪群马底驿组、震旦系下统南沱组、震旦系上统陡山沱组及留茶坡组、寒武系下统牛蹄塘组和第四系(图1)。

图1　研究区区域地质简图Fig.1　Regional geological map of the study area

矿区同沉积大断裂发育，海底火山喷发、喷气，成矿物质来源十分丰富，又有陆间裂陷槽聚矿沉积而形成板溪群、芙蓉溪群和震旦系江口群等活动型类复理石建造，形成锑矿重要的矿源层。研究区深部雪峰地幔块体东缘岩石圈增厚，并有数条北东向深大断裂切割，形成规模宏大的网络状韧性剪切系统，其韧性剪切变形、变质作用，使岩石和矿物脱炭、脱水，产生大量的成矿流体，并接纳区域变质成矿热液、岩浆活动成矿热液、地下水成矿热液及深部上升成矿热液，在韧性剪切带系统中聚集、混合，并在强大的应力作用下不断从围岩中提取锑，使锑不断富集，形成规模巨大的成矿热液库。在地壳运动产生的地应力、温度梯度、压力梯度及浓度梯度的作用下，成矿热液沿深大剪切断裂带上升进入地壳中，在浅部的片理化带、劈理密集带、次级和再次级北东向韧脆性断裂、北西向张性及张扭性断裂中成矿。

矿区地层产状较缓，呈舒缓波状展布，有1套完整的变质长石石英砂岩夹粉质绢云母板岩，因为锑矿成矿主要是气液成矿，对产状较陡的破碎带锑矿成矿而言相当于1个完整的盖板。较缓的地层产状和孔隙细小的岩石能使锑气液不易挥发，在合适的空间构造部位充填成矿，矿体赋存于断层倾角由陡变缓的鞍部。

矿区主要矿体赋存于中元古界板溪群五强溪组第三岩性段灰绿色变质长石石英砂岩中，均产于断层破碎带中，产状较陡。含锑矿(化)体多呈规则或不规则的层状、似层状、透镜状，沿走向或倾向均有尖灭再现与分支复合现象。

矿体产于断层产状舒缓部位，呈薄脉状、透镜状产出，严格受断层破碎带控制。其总体形态、延伸、延展、产状与控矿、容矿构造带一致，即破碎带产状变缓、宽度较大时，矿体厚度变大；破碎带变薄或封闭时，矿体变薄或尖灭。

通过老硐编录及钻探工程验证，大致可知各工业矿体具薄而富的特点，一般厚度为0.4～2.4 m，矿体与围岩以构造面划分，界线分明，一般围岩均不含锑，有用矿物硫化锑呈致密块状集中分布且品位较高。

2三维矿床地质模型的建立

建立三维矿床地质模型首先要有详实的钻孔数据在空间上作为约束，因此需要全面收集研究区钻孔、坑探、槽探等相关数据资料。本次研究收集钻孔27个、探槽14个、勘探线剖面18个，相关勘探报告2份，主要用于建立思通溪锑矿的矿体模型。三维地质模型构建基于中国地质科学院矿产资源研究所自主研发的“探矿者”(Minexplorer)软件平台(范建福等,2012)。

2.1　钻孔模型构建

通过对收集资料的分析整理，建立三维空间数据库，根据探矿者软件要求的数据格式，将钻孔数据总结为3个数据表，分别为钻孔位置表、钻孔形态表和采样信息表。钻孔位置表主要包括钻孔的开孔位置、孔深及所在的勘探线号等，钻孔形态表主要包括钻孔方位角和倾角，采样信息表主要分段描述了钻孔的不同岩性及元素含量的测试结果。

钻孔数据界面如图2。

图2　钻孔数据界面示意图Fig.2　Sketch showing interface of drill hole data

利用探矿者软件就可以在三维视图中进行钻孔的三维显示，并根据钻孔所在勘探线的分布情况，设置勘探线剖面的位置(图3)。

图3　探槽、钻孔三维示意图Fig.3　Three-dimensional schematic diagram of trenches and drill holes

2.2　单工程矿体圈定

按照设定的勘探线位置形成一系列近似平行的剖面，在剖面上根据资源量圈定指标，结合“穿鞋戴帽”原则，根据样品分析结果，矿体边界按工业指标要求对各矿体进行圈定，将大于或等于最低工业品位的样品全部圈定为矿体；小于最低工业品位的样品或矿体厚度小于最低可采厚度的则按边界品位进行圈定。选用单元素圈定方法，圈定标准：Zn元素最低工业品位为0.7%，边界品位为0.3%，最低可采厚度为0.8 m，夹石剔除厚度为2 m(图4)。

图4　单工程矿体圈定示意图Fig.4　Sketch showing delineation of single-engineering ore body

2.3　剖面矿体圈定

根据研究区矿体形态特征，在剖面上圈定矿体边界范围。研究区锑矿主要呈似层状、透镜状，大致近水平展布；剖面形态较为简单，厚度、品位变化不大；平面形态不太规则。剖面上矿体的圈定根据研究区矿体似层状、透镜状的基本特征进行连接，采用满足单工程矿体圈定的工程点连续封闭及达到最低工业指标连续单工程连线有限外推圈定。

资源储量估算采用达到最低工业指标的工程点连线封闭圈定，矿体的连接和外推须遵循矿床地质规律。工程之间矿体的厚度不大于相邻工程实际控制的矿体最大厚度。在地质平面图和资源量估算垂直投影图上，根据探矿工程圈定的矿体和相邻工程的见矿情况，用直线连接矿体边界线。两相邻工程均见矿，两工程之间矿体直接相连；两相邻工程一个见矿，另一个见矿化，采用有限外推法确定矿体边界，按两相邻工程间距的1/3推定；两相邻工程一个见矿，另一个不见矿化时，按两相邻工程间距的1/4推定。边缘见矿工程以外无其他工程控制或未见矿工程至见矿工程之距离远大于基本勘查工程间距时，由见矿工程向外采用无限外推法确定矿体边界，外推基本勘查工程间距的1/4。倾向上见矿工程以外无工程控制，由见矿工程向外采用无限外推法确定矿体边界，外推基本勘查工程间距的1/4(图5)。

图5　剖面矿体圈定示意图Fig.5　Sketch showing delineation of orebodies in profile

2.4　曲面连接

在三维视图中打开剖面线文件，依次选中的同一矿体在相邻剖面中的边界线进行曲面连接。矿体沿走向外推边界需要建立辅助剖面来完成，根据外推准则在相应距离设置辅助剖面，通过剖面编辑来实现不同的尖灭方式。得到的封闭矿体曲面则需进行拓扑错误检查，如边界边、重复点、退化三角形等；如果未发现拓扑错误，就可以形成地质体模型，保存为体文件(图6)。

图6　思通溪锑矿矿体三维模型Fig.6　Three-dimensional model for orebodies in the Sitongxi antimony deposit

3矿体储量估算过程

3.1　工业指标设定

在三维矿体模型的基础上进行资源量估算，为了得到最合理的工业指标，根据《钨、锡、汞、锑矿产地质勘查规范》(DZ/T 0201—2002)及《湖南省部分矿种矿床一般工业指标(试行)》(湘国土资发[2012]42号)，综合沅陵县思通溪矿区锑矿矿体特征确定指标方案(表1)。

表1　矿体圈定和资源储量估算指标确定

3.2　储量计算方法

利用探矿者软件提供的下列3种不同储量计算方法对沅陵县思通溪矿区锑矿矿体进行储量估算。

3.2.1地质块段法地质块段法根据矿石品级、勘探程度、矿山技术条件、水文地质条件、矿床开采次序等，在矿体的投影面上，将矿体划分为若干个不同的块段，在每个块段内利用算术平均法计算储量(侯德义,1984)。探矿者软件提供了地质块段法计算模块，由于沅陵县思通溪矿区锑矿体在三维空间中产状近垂直，需要将钻孔和矿体做纵投影。根据矿石不同的工业类型、品级和储量级别等特征，将矿体划分为若干块段，接下来就可以自动计算出每一个块段的面积、真厚度、体积、储量级别、平均品位、矿石量和资源量，并将结果显示在储量估算结果表中(图7)。计算总矿石量为183 090.822 t，总资源量为2 513.275 t，平均品位为1.439%。

图7　地质块段法储量估算示意图Fig.7　Sketch showing reserve estimation by the geological block method

3.2.2地质截面法地质截面法是基于勘探剖面的一种矿产资源储量估算方法，利用勘探剖面将矿体划分为不同的块段，通过块段截面积和剖面间的垂直距离，计算块段的体积和矿产资源储量。在探矿者软件中，通过储量计算目录下的截面法菜单进行操作(图8)，16条剖面共划分为17个块段，总矿石量为162 230.060 t，总资源量为2 245.722 t，平均品位为1.384%。

图8　地质截面法储量估算示意图Fig.8　Sketch showing reserve estimation by the geological section method

3.2.3地质统计学方法在地质建模过程中，样品含量分布、地形起伏、矿体位置等都是区域化变量。采用克里格估值方法，根据目标位置附近的已知信息，利用变差函数计算出周围已知信息对目标位置的加权值(贡献大小)，就可以对目标位置进行无偏最优估计，即最佳线性无偏估计(阳正熙,2006)。理想情况下，无偏即数学期望为0，最优为方差最小。相对于距离平方反比等传统估值方法，克里格估值法不仅能进行准确估算，而且能提供估值精度。在地质应用方面，可以反映变量的空间结构、变量空间相关性与距离之间的关系。

主要选用普通克里格估算方法进行研究区沅陵县思通溪锑矿体的储量估算。普通克里格方法将矿化现象视为与空间位置相关的随机变量，用变异函数作为工具进行无偏估算，并且提供估算误差。根据软件拟合的变差函数，依次选择主轴、副轴和短轴方向，并进行3轴的结构套合(图9)。计算总矿石量为182 840.239 t，总资源量为2 581.302 t，平均品位为1.442%(图10)。

图9　变异性分析示意图Fig.9　Sketch showing variability analysis

图10　地质统计学方法储量估算结果示意图Fig.10　Sketch showing reserve estimation by the geological statistical method

4结论

在探矿者软件平台上，利用剖面图、钻孔数据等地质资料建立了沅陵县思通溪锑矿的矿体三维地质模型。在三维矿体模型的基础上，分别利用地质块段法、地质截面法和地质统计学方法进行储量估算。根据估算结果，3种方法估算的金属量比较接近。利用探矿者软件进行储量估算可视化效果好，便于操作，计算结果真实可靠。

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Three-dimensional geological modeling and resource estimation of the Sitongxi antimony deposit in Hunan Province

YAN You-yi1， XIANG Tao1， FAN Jian-fu2， WANG Kun2

(1. Hunan Geological Exploration Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Abstract：This study established a three-dimensional model for orebodies from the Sitongxi antimony deposit in Yuanling County of Hunan Province using the Minexplorer software based on large amounts of drill holes and trenches data. In addition, reserve estimation was done based on this orebody model by three methods of geological ore block method, geological section method, and geological statistics method. It is shown that the 3D modeling and reserve estimation using the Minexplorer software have several advantages of convenience, better visualization and accuracy.

Keywords：reserve estimation; 3D modeling; Minexplorer software; Sitongxi antimony deposit; Yuanling in Hunan