三维地质建模方法在贵州铜仁地区李家湾—道沱锰矿区的运用

叶 飞，潘 文，刘 健，解 岩,2，周 玲，左 勇，占朋才，吴本林

(1. 贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300； 2. 成都理工大学，四川 成都 610059)

三维地质建模方法在贵州铜仁地区李家湾—道沱锰矿区的运用

叶 飞1，潘 文1，刘 健1，解 岩1,2，周 玲1，左 勇1，占朋才1，吴本林1

(1. 贵州省地矿局103地质大队，贵州 铜仁 554300； 2. 成都理工大学，四川 成都 610059)

三维地质模拟技术以模型为基础直观精确地重建地质对象结构，形象地表达地质体空间形态和分布。有助于地质人员认识深部地质结构，有效的帮助地质人员预测分析深部地质信息在勘察区域的空间位置以及相互之间的关系。传统的地质三维建模平台，限于语言及操作习惯，较难掌握，在地质基层生产单位常规作业软件Mapgis基础上，适当结合Surpac，运用研究区已有勘查成果，总结出一套适合生产单位深部建模方法。同时构建了研究区大塘坡期起沉锰盆地构架，为后期靶区选择，提供了一定的依据。针对性地解决区内的找矿实际问题，以期进一步扩大地质成果。更好的为找矿工作服务。

锰矿；矿体模型；围岩模型；三维地质建模

0 前 言

研究区位于上扬子东缘成矿带，大地构造位置处上扬子地块与华夏地块的过渡区，跨越上扬子地块和江南造山带。近年来，在古天然气渗漏模式指导下[1]，通过铜仁地区锰矿整装勘查区，先后在区内新松桃西溪堡(普觉)、松桃道沱、松桃高地和松桃桃子坪4个隐伏超大型锰矿床。该整装勘查区新发现的超大型锰矿床数，占全球己发现超大型锰矿床总数约三分之一[2]。被誉为破解了锰矿深部找矿难题。我国矿产资源形势严峻，深部矿产找矿和开采工作的重要性越来越大[3]，随着勘查深度的推进，人们对深部矿产资源的空间分布特征却越发难以推测[4]，对深部矿产认知度也更低。三维地质模拟[5-7]技术以模型为基础直观精确地重建地质对象结构，形象地表达地质体空间形态和分布。有助于地质人员认识深部地质结构，有效的帮助地质人员预测分析深部地质信息在勘察区域的空间位置以及相互之间的关系。缩短工程周期，提高工作效率，优化工程设计，提高设计水平[8]。

本文旨在结合已有勘查成果，利用空间信息进行三维地质建模，并针对以上数据做相关统计分析，通过研究矿区的构造、地层、矿体的空间三维展布与矿化富集的内在联系，针对性地解决区内的找矿实际问题，以期进一步扩大地质成果[9]。

本次三维地质建模主要通过建立地质数据库、创建研究区地层模型、矿体模型、构造模型或其他类型模型[10]。以勘探线剖面图及钻孔柱状图为三维地质建模的数据源，按照线框架建模的技术思路，由剖面轮廓线和地面地质界线联合重构了成矿地质体的三维表面[11]，按照国际矿业领域通用块体模型概念。通过数据库和三维模型叠加显示，可对矿体空间展布、储量计算、动态储量报告、品位和不同属性的分布特点进行综合运用[10]，服务找矿。

1 区域背景

研究区大地构造位置处上扬子地块与华夏地块的过渡区，跨越上扬子地块和江南造山带，研究区为扬子地层区沉积[12-14]，是一个以新元古界浅变质岩系为基底的复杂褶皱带。出露的基底为新元古界梵净山群，为一套巨厚的变质火山岩系和陆源碎屑岩系，其上为新元古界浅变质岩系板溪群，伴随罗迪尼亚超大陆的裂解，华南及研究区发生大规模伸展裂陷，巨厚的板溪群在区域拉伸断裂过程中造就了区内半地堑式聚锰盆地[15-20]。加里东运动，曾使该区一度隆起，缺失古生界泥盆和石碳系地层。中生代早期的印支运动使研究区隆升为陆、晚期的燕山运动使其发生强烈变形，形成复杂的断褶带，喜马拉雅运动再次发生断块状差异性隆升。经过不同期次构造运动的复合、叠加和改造作用，形成了区内褶皱、断裂以北北东—北东向为总体构造线的区域构造格架，但褶皱多被后期断裂破坏和改造，属中等—复杂构造变形区[21-25]。区域内出露地层有：中元古界蓟县系、新生元古界青白口系、南华系、震旦系、古生界寒武系、奥陶系及新生界第四系。

2 研究区地质概况

2.1地层

区内出露地层主要有元古界青白口系板溪群、南华系、震旦系、古生界寒武系、奥陶系及新生界第四系地层。区内地层，大致呈NEE向展布。锰矿赋存于南华系下统大塘坡组一段中，南华系从下至上，下统为两界河组、铁丝坳组、大塘坡组，上统为南沱组。两界河组和铁丝坳组相当于的冰海沉积。两界河组主要分布在大塘坡地区，与下伏的青白口系板溪群紫红色粉砂质板岩呈不整合接触；大塘坡组为Sturtian冰期与Marinorn冰期之间的间冰期沉积；南沱组相当于Marinorn冰期沉积，局部夹白云岩透镜体。现将南华系地层岩性从老到新叙述如下。

两界河组(Nh1l)：底部以含砾长石石英砂岩或含砾泥晶白云岩透镜体与下伏红子溪呈角度不整合接触；中上部为灰色厚层含砾长石石英砂岩夹含砾泥(粉)晶白云岩透镜体。区域上呈线状展布，厚度变化较大，厚度0～126.14 m。

铁丝坳组(Nh1t)：主要为灰色厚层含砾砂岩、长石石英砂岩，间夹泥晶白云岩、含砂砾白云岩透镜体及粉砂质页岩等，局部地段发育大型板状斜层理、交错层理。以角度不整合或假整合超覆于板溪群之上，厚度2.50～394.94 m。

大塘坡组(Nh1d)：下部为黑色炭质页岩夹菱锰矿、含砾砂岩、少量白云岩等，横向上可相变为粉砂质页岩或白云岩，水平层理发育，厚度1.89～50.00 m；中、上部为灰色粉砂质页岩及少量粉砂质粘土岩、砂岩等，水平层理发育，厚度30.00～320.00 m。

南沱组(Nh2n)：下部为黄绿、黄灰色块状含砾粉砂岩、含砾粉砂质页岩；中部为灰绿、黄绿色含砾砂岩；上部为灰绿、黄灰色含砾粘土岩、含砾砂岩夹黄灰色、深灰色粘土岩。砾石呈浑圆状、次棱角状，大小20 cm×15 cm～0.2 cm×1 cm，含量1%～5%，成分主要为石英、砂岩、粘土岩、白云岩等,厚度200.00 m。

2.2构造

区内复杂的不同构造体系，不同期次的构造形迹，相互复合，对后期锰矿体的保存有着重要的影响。区内褶皱主要有梵净山穹状背斜，盘山背斜，猴子坳向斜与大塘坡向斜，主要断裂有三阳断裂、杨立掌断裂、木耳断裂、水银厂断裂、红石断裂等，其主要构造特征叙述如下：

梵净山穹状背斜：位于工作区南部，其长轴呈北北东向，东、西两侧分别为红石断裂及三阳断裂所切割。穹窿核部为本区最老的地层—青白口系梵净山群，并有花岗岩及基性小岩体侵入，四周为青白口系板溪群—奥陶系地层。核部地层陡立，倾角50(°)～85(°)，甚至直立或倒转，为一系列武陵期形成的北北东向的线状褶皱，翼部的青白口系板溪群与核部的梵净山群成角度不整合接触，地层倾角平缓，一般为20(°)～45(°)。

猴子坳向斜：位于松桃乌罗—道坨—耿溪一带，核部出露的最新地层为寒武系清虚洞组，奥陶系桐梓组，两翼地层依次为寒武系，震旦系，南华系及板溪群等地层，四周岩层倾角一般在20(°)～30(°)，为两翼不对称的短轴状向斜构造。

3 三维地质模型建立

三维地质建模虽然软件繁多，但方法大同小异，大致可分为基于钻孔的数据建模法、剖面栅格法。近年来，又有专家提出来基于数字地质图的三维建模方法。基于钻孔数据建模法是利用钻孔中地层分层信息进行连接，配合地震等物探资料对钻空问的信息补充，建立三维地质模型。国外三维建模起步较早，软件较为成熟，国内三维地质建模的研究主要是停留在对国际三维地质软件的应用和二次开发上面，取得了一定的研究成果。三维模拟软件起步较晚，产品结构框架还不太完整，在海量数据处理能力、三维建模、三维分析、跨平台通信、二次开发支持等方面，相比国外软件有一定的差距。但国外软件限于语言及操作习惯，在国内推广较为缓慢。本文在地质基层生产单位常规作业软件Mapgis基础上，适当结合Surpac，运用研究区已有勘查成果，总结出一套适合生产单位矿山深部建模方法。

3.1矿体三维模型建立

本文借助国际先进矿业软件Surpac，采用钻孔三维模拟构建研究区三维矿体模型。本文拟采用以下三维地质建模流程本文重点介绍矿体模型建设。

3.1.1 多源异构数据收集与处理

充分收集区内地形及钻孔数据。本次工作中地形数据采用MapgisWl格式，在校正后，进行高程赋值处理。钻孔数据根据工作须要，将各类信息存储进入孔口表、测斜表、岩性表、分析结果表等4张表内。

3.1.2 钻孔数据库建立

钻孔数据库为矿体建模核心，直接影响后期解译结果，基于上述工作中所建立孔口表、测斜表、岩性表、分析结果表等4张表。数据库格式为.mdb格式。

3.1.3 剖面解译

根据剖面端点、剖面视域范围，以及勘探线坐标等信息，自动的批量的切剖面，实现剖面解译，标注地质要素。

3.1.4 建立矿体模型

运用Surpac软件中的三角网建模手段，建立矿体实体模型。其中矿体和夹石采用方向相反的闭合线圈表示，并区分代号，实现实体模型可视化见图1～2。

图1 高地矿区矿体空间三维展布

图2 道坨矿体矿体空间三维展布

3.2围岩模型

本文借助国际先进矿业软件Surpac，剖面栅格法构建研究区矿体围岩三维模型。建设流程如下。

3.2.1 勘探线处理

收集校正区内勘探线剖面，利用Mapgis/CAD，矢量化区内勘探线剖面，而后采用Mapgi对各地层单元进行拓扑处理，将处理结果将结果按“矿区+勘探线号+地层方式保存”同时文件格式转换为.DXF格式交换文件。在处理过程中须保证个地层单元名称统一。本次工作涉及3个矿区，由于勘查时间关系，各地层单元名称不尽统一，本次工作中采用区内最新地质志，对地层单元进行统一。值得一提的是，以往地层模型构建过程中，大都采用地质界线底界作为建模边界，该方法在构造简单区矿区利用尚可，对于构造复杂区，不具备操作性。

3.2.2 勘探线空间位置配准

将处理好线文件导入Surpac，结合剖面实际坐标，反复利用“图层—运算”、“线文件2D转换”功能进行各地层单元界线空间配准。配准结果见图3。

图3 地层空间配准成果

3.2.3 地层单元模型

将各地层单元线按地层单元由老到新重新编号，编号完成后，在Surpac中拖入单个地层线，利用三角网建模手段，构建独立地层单元块体模型。最终将所有地层单元模型归并，形成最终实体模型见图4。

图4 道坨矿区深部三维立体模型(红色部分为含锰岩系)

4 模型运用

4.1矿体空间分布特征

本次工作涉及李家湾、高地、道沱3个矿区，其中高地与道沱矿区毗邻，属同一成锰盆地无争议，李家湾与高地矿区距离约5 km，二者中部存在一ZK1208孔。笔者通过模拟连线，认为区域矿体及上下围岩变化均匀，上下协调，笔者认为该区域3个矿区属同一Ⅳ级断陷盆地，盆地中心分别位于高地ZK2715、李家湾ZK107一带。

4.2菱锰矿、含锰岩系变化关系

笔者在已有等值线基础上，运用利用模型中“自动剖面功能”比对功能，认为含锰岩系厚度与菱锰矿层厚度呈正相关关系。同时构建了区内大塘坡早期沉积盆地示意模型。根据该模型显示，沉积时期，区内存在两个沉降中心(即高地zk2715、李家湾zk107)和多个次级沉降中心。多个次级隆升见图5。

图5 研究区大塘坡早起三维立体沉积盆

4.3资源估算

本文利用3DRC法进行资源储量计算，对比验证地质工作者一使用的传统几何法—块段法，结果说明资源储量计算结果准确、合理，可用的资源储量报告提交服务[7]。通过本次模型建设，概算研究区锰矿资源量约5.8亿t。其中已勘查控制资源量约3亿t。尚有巨大开采潜力。

4.4其他运用

三维地质建模能将营脑矿区的所有空间和有用数据信息实现数字化存储、传输和表达，当然这些工作都是建立在整个矿区的所有地质资料包括文中提到的地层、构造、测量、水文、物化探等都建模之后，实现矿区三维数字化管理模式，直观地了解矿区目前的勘查进度、钻孔现状、储量变化等情况。应用十矿区地质勘查土作中资料数据的动态查询、快速生成钻孔柱状图、成果报表等，准确地反映矿区勘查的各项生产技术指标，分析确定下一步合理的勘查土作技术指标及找矿方向，极大地提高地质土作人员的工作效率(见图6、7)。

图6 李家湾矿区深部采掘模型

图7 李家湾矿区水纹模型模型

5 结 论

1)本文在地质基层生产单位常规作业软件Mapgis基础上，适当结合Surpac，运用研究区已有勘查成果，总结出一套适合生产单位深部建模方法。

2)以三维地质建模理论为指导，在系统收集李家湾—道沱矿区多年地质勘探所获得的原始资料基础上，建立区域矿体三维模型，并根据模型运用实际，认为研究区李家湾—道沱矿属同一四级断陷盆地，存在两个沉降中心，及多个次级隆起。

3)根据模型估算，该区域赋存锰矿资源量约5.5亿t，目前已控制资源量约3亿t，尚有巨大找矿潜力。

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AnApplicationofThreeDimensionalGeologicalModelingMethodinLijiawanMn-mineArea,TongrenofGuizhou

YE Fei1, PAN Wen1, LIU Jian1, XIE Yan1,2, ZHOU Ling1, ZUO Yong1, ZHAN Pengcai1, WU Benlin1

(1.The103GeologicalBrigadeofGuizhouBureauofGeologyandMineralResources,Tongren,Guizhou554300,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

With the deepening of exploration, the spatial distribution characteristics of deep mineral resources are more difficult to speculate. Deep mineral awareness is also lower. Based on the model, 3D of geological simulation technology can reconstruct the geological object structure visually and accurately. It is helpful for geologists to understand the deep geological structure and to help geological personnel to predict and analyze the spatial location of deep geological information in the exploration area and the relationship between them. 3D of modeling platform of traditional geology, limited to the language and operating habits, will be difficult to grasp, on the geological production units at the grass-roots level routine Mapgis software. This article has summed up a set of suitable production in deep modeling method. At the same time, the framework of the manganese manganese basin in the area is built, as provides a basis for the selection of target areas in the later period. Aiming at solving the actual problems of prospecting in the district, we hope to further expand the geological achievements and a better service for prospecting.

Manganese ore; Orebody model; Surrounding rock model; 3D of geological modeling

2017-07-18

贵州1∶5万塘头等2幅区调(1212201010000150011-12)；黔地矿科研项目。

叶飞(1984-)，男，贵州晴隆人，高级工程师，研究方向：区域地质调查、三维地质建模；通讯作者：潘文，男，高级工程师，研究方向：地质勘查，手机：18785095872，E-mail：512534074@qq.com.

P631

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.048