三维建模技术在安徽省月山矿田成矿预测中的应用

方东会，李晓晖，张明明

（1.安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽 安庆 246001；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009）

1 概述

随着我国经济的高速发展，资源开发强度不断加大，老矿山资源逐渐枯竭，急需在老矿床和矿田周边及深部寻找接替资源，延续矿山服务年限，保障经济发展对资源的需求。然而受传统地质勘探手段的限制，找矿勘探难度和成本都大幅提高了。随着GIS技术在地学领域的不断进步和成熟，通过GIS技术提取地质、地球物理、地球化学等多元素找矿信息，构建三维地质体模型，运用三维成矿预测方法能更好地服务于深部及隐伏矿床的成矿预测。

月山矿田位于扬子地块北缘下扬子台坳沿江断褶带中段，是长江中下游铜（铁）金属成矿带中的典型矿田之一。本文通过GIS技术，构建月山矿田三维立体地质模型，进行三维立体成矿预测，对月山矿田的深部及周边的找矿工作有一定的指导意义。

2 月山矿田地质特征简述

月山矿田位于扬子地块北缘下扬子台坳沿江断褶带中段。矿田内地层自元古界到第四系出露较齐全。与成矿关系[密切的主要有晚古生代的石炭—二叠纪和早中三叠世的碳酸盐岩层和碳酸盐岩层与硅铝质岩层组合，共有4个层位。

矿田内构造较发育，与矿岩成矿关系密切。断裂构造以北东向、北西向和东西向为主，提供了岩浆或矿液的运移通道，褶皱构造为岩体或矿体提供了产出空间。月山岩体定位于北东向深大断裂构造中。

矿田内岩浆岩发育，主要出露月山岩体、总铺岩体及五横岩体南部。月山岩体与铜铁成矿关系最为紧密。岩石的年龄为140.8Ma±1.5Ma(锆石U-Pb法加权平均年龄，2012年)，属燕山早期，岩石类型主要为中细粒闪长岩与石英闪长岩，局部出现二长闪长岩，中心相为花岗闪长岩。总铺岩体成岩时代属燕山早期侵入体，岩石类型为石英闪长岩与闪长岩。五横岩体横跨两个构造单元，北端进入庐枞盆地（坳陷），南端延伸至月山岩体之北数公里而进入怀宁隆起，与月山岩体一样同受北东向基底构造——怀宁～枞阳深断裂带控制，由闪长岩和二长闪长岩两种岩性组成。主体部分闪长岩成岩时代140.0Ma（锆石U-Pb法，2014年），属燕山早期侵入体。二长闪长岩成岩时代为132.6Ma±1.3Ma，是罗岭岩体的南延部分，属晚期，与庐枞地区南部的罗岭岩体岩性相似。

3 三维建模方法及成果

首先在Surpac软件中建立月山矿田空间数据库，空间数据库由矿产地数据库和钻孔数据库组成。

然后通过融合物探相关数据及解译结果对月山矿田内深部地质体或构造的三维特征进行推断和解释，在三维空间内精确的表征地质构造及其他相关信息。

在Surpac平台上分步骤进行三维立体模型构建。

首先对断裂、地层及岩体等进行平面约束；第二步用矢量地形数据，网格化后赋予上述平面约束信息三维坐标；第三步用地质物探综合剖面，对剖面内断裂、地层及岩体进行垂向约束，对垂向约束界面信息开展三维变换计算，赋予三维坐标；第四步用三维建模方法对地层、岩体、断裂进行三维地质界面建模；第五步开展三维模型的空间布尔运算，构建月山矿田三维地形模型，完成月山矿田立体地质结构的构建工作；最后一步是通过剖切剖面对立体地质结构图进行详细验证，循环修正，直至立体地质结构符合相关要求。

4 三维成矿预测工作

月山矿田内已知矿床类型主要有：矽卡岩型铁铜矿床、热液脉型矿床和沉积地层中含铜砂岩透镜体矿床，已发现矿床主要是矽卡岩型铁铜矿床。预测评价模型是以矿田内矽卡岩型铁铜矿床模型为主，兼顾热液脉型矿床。矽卡岩型铁铜矿床主要赋存于岩体与三叠系碳酸盐地层或膏盐地层围岩接触带上；三叠系中统地层接触带突出部位（S形构造、舌状体构造）以及闪长岩体的隆凹位置均是成矿有利部位；磁化极二阶异常对于月山矿田内矽卡岩型铁铜矿床具有较好的指示意义，区内大部分铜铁矿床均位于磁化极二阶正异常范围内。根据月山矿田矽卡岩型铁铜矿床的成矿规律及找矿标志，结合月山矿田三维立体结构及已有地质及物探数据特征，构建三维预测评价模型。

三维成矿预测软件基于合肥工业大学自主开发完成的《三维成矿预测系统》（GeoPMS3D）平台，该软件以地质矿业软件Surpac作为基础三维平台，采用集成二次开发的方式进行设计开发完成。

根据月山矿田矽卡岩型铁铜矿床三维预测评价模型，利用三维成矿预测中的多空间分析方法，针对三维地质模型对闪长岩体接触带、岩体隆起部位、三叠系中统地层接触带、三叠系中统地层突起部位进行了分析和提取，得到控矿指示要素。然后进行三维距离场分析，构建相应的三维距离场。接着采用数据驱动的方式对最优控矿距离进行求取，得到最优控矿距离。

表1 月山矿田矽卡岩型铁铜矿床三维预测评价模型

根据预测评价模型，利用三维空间叠加预测模型基于最优控矿距离以及磁化极二阶正异常信息对区内矽卡岩型铁铜矿床的成矿有利部位区进行了定位定量预测，结果如图3所示。

基于月山矿田三维立体地质结构圈定10处新的找矿远景区。综合运用定量预测中的体积估计法和丰度估计法，对各找矿远景区的资源量进行定量预测。

表2 月山矿田矽卡岩型铁铜矿床新找矿远景区

表3 月山矿田矽卡岩型铁铜矿床找矿远景区与已知矿床对照表

其中朱冲铁铜矿床、安庆铜铁矿床、马头山铜铁矿床等已知矿床分别位于预测的5个找矿远景区内，显示出三维预测方法较好的预测能力。

5 结论

运用三维建模技术对月山矿田内的铁铜矿床进行了三维成矿预测，得到10个成矿预测远景区，预测铁铜总矿石量超过2亿吨。

通过建立预测评价模型，实现了月山地区多年总结的勘探经验和找矿理论、地质物探信息与三维GIS技术的有机融合。进一步推进了三维GIS技术在找矿勘探方面的应用，扩展了三维立体地质结构的用途及应用范围。为月山地区进一步的深部找矿工作提供了新的找矿方向及依据，同时也证明了三维成矿预测方法在隐伏矿体靶区预测工作中的可行性。