基于GeoModeller的新疆阿舍勒铜锌矿三维地质模型及地质空间信息解译

吴晓贵，秦纪华，胡林朝，何 斌

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队，新疆 阿勒泰 836500)

0 引言

阿舍勒铜锌矿位于新疆维吾尔自治区哈巴河县城北偏西约31 km处，该矿床是一个与早—中泥盆世双峰式火山岩有关的典型火山成因块状硫化物矿床(VMS)[1-2]。尽管2011—2014年新疆地质矿产勘查开发局第四地质大队在阿舍勒铜锌矿开展的深部找矿工作取得了一定的成果[3]，但随着矿山的进一步开发，保有矿石量的不断减少，矿山服务年限已经不多，因此有必要在阿舍勒铜锌矿开展深边部找矿预测工作，扩大资源量，延长矿山服务年限。本文在综合前人研究成果基础上，综合利用地质、钻孔数据，运用GeoModeller软件，建立了阿舍勒矿区的三维模型，并对模型进行分析讨论，提出了下一步找矿方向。GeoModeller是一套用于构建复杂三维地质模型的软件，该软件可以为深部找矿预测提供准确、及时、生动的信息[4]，同时也可以正确地指导矿山生产。

1 地质概况

阿舍勒铜锌矿位于阿尔泰南缘阿舍勒—冲乎尔泥盆纪火山—沉积盆地内，为晚古生代板块俯冲、热液活动的产物[5]。矿区主要出露中泥盆统阿舍勒组和上泥盆统齐也组火山沉积岩系(图1)，其中阿舍勒组是主要的赋矿层位。阿舍勒组分为两个岩性段，矿化主要产于第二岩性段，下部为凝灰岩、凝灰质砾岩、含角砾凝灰岩，顶部夹玄武岩、灰岩、重晶石岩；中部凝灰岩、角砾凝灰岩、沉凝灰岩，顶部夹硅质岩、重晶石岩、灰岩；上部玄武岩夹少量沉凝灰岩。矿区次火山岩发育，主要有(石英)闪长岩、(石英)闪长玢岩、次玄武安山岩、英安斑岩、流纹斑岩，少量辉长岩脉[6-8]。断裂主要呈近SN走向，其次是NW向、NE向、EW向。矿区受玛尔卡库里大断裂影响韧性剪切带发育，岩石片理化强烈，发育糜棱岩、碎裂岩、石香肠、肠状构造、拉伸线理等。

矿区圈定矿化蚀变带十余条，其中I号矿化蚀变带规模最大，阿舍勒铜锌矿床的主矿体(Ⅰ号矿体)产于Ⅰ号矿化蚀变带中。Ⅰ号矿化蚀变带由7个矿体组成，Ⅰ号主矿体为隐伏矿体，占已探明铜金属量的98%[9]。Ⅰ号主矿体受构造控制明显，走向近南北，往北略偏北西走向，Ⅰ号矿体规模巨大，水平投影长度为740～850 m，侧伏向投影长度为1180～1300 m，厚度为13.55～18.09 m，沿倾向延深一般为500～700 m，最大延深900余米。厚大矿体集中于2线到9线300～600 m高程以及北面15线到19线200～500 m高程，最深延伸至-560 m高程。

图1 阿舍勒矿床地质略图(据新疆地矿局第四地质大队资料修编)

2 三维地质建模流程

本次主要利用矿区地表地形数据、地表地质信息、剖面信息、钻孔等资料进行三维建模。建模流程主要由原始资料的搜集、数据预处理及录入、地质界面构建、面模型构建和实体模型构建5个主要步骤组成(图2)。

图2 GeoModeller软件三维建模流程图Fig.2 3D modeling flow chart of GeoModeller software

2.1 原始资料的搜集

建立三维地质模型所需要的基本文件：矿区大比例尺地形地质图、大比例尺剖面图、钻孔井口文件、钻孔测斜文件、岩性文件等。

本文三维建模所利用的数据：矿区1∶1000地形地质图、1∶1000地质剖面20条，钻孔128个，钻孔测斜数据1643条。

2.2 矿区地质单元的简化合并

由于搜集到的原地质图比例尺较大，相对于建模精度其所反映的地表地质体过于详尽，本次建模主要考虑与矿化有关的地质体，因此需对原地质图进行简化合并，减少模型体个数，以降低建模难度，在建模地质图的基础上同样可以得到可靠且有意义的三维地质模型。以阿舍勒矿区地表地质图为基础，综合考虑控矿地层、控矿构造等，简化后的地质图见图3。

2.3 地质模型的建立

2.3.1 工程的创立

创建工程包括定义工程范围、给出建模精确度等，同时加载地形数据。本次主要围绕阿舍勒铜锌矿Ⅰ号主矿体开展三维地质建模工作，建模面积为2.97 km2，深度从地表至地下为2.5 km。

2.3.2 剖面的绘制

拟定建模剖面20条，剖面方位93°，长1.1 km，多数线距100 m，北部线距稍大(图3)。将所有剖面按首尾坐标投放到地表，依次命名，这样就能使每条剖面在二维显示窗口中单独显示。

2.3.3 地层、岩体、断裂的构建

在绘制模型之前需要创建所有要用到的地质单元，包括地层、次火山岩、断裂等。并建立一个符合全矿区的序列，该序列要基本遵循从老到新的规则。因此需要对该建模区域地质有个全新的认识，对一些缺失、不整合等复杂地质情况则很难给出一个符合全局的序列，必要时得做一些特殊处理，例如本次建模中由于阿舍勒组中凝灰质砾岩(D2as_tcg)以不规则的、类似侵入体的形态出现，如若将地质单元之间的接触关系时按地层的属性Onlap(沉积)设置，又不加任何辅助线和方向信息，则模型计算出来的结果往往出错。在不影响建模整体效果的前提下，暂将D2as_tcg的接触关系设置为Erode(侵入接触)(图4)，大大方便了剖面中属性线的绘制，提高建模效率。

对于断裂在命名清楚便于区分的前提下，还需定义其延伸范围是有限的，还是贯穿整个建模区，并确认与其相联系的地质体(特别是矿体与断层的关系)或断层与断层之间的联系(图略)。

图3 简化后阿舍勒矿区地质图 (据新疆地矿局第四地质大队资料修编)Fig.3 Simplified geological map of Ashele Cu-Zn deposit

2.3.4 控制线描绘及模型计算

控制线主要包括地表控制线和剖面控制线。按照地表地质图地质平面图描绘各类地质界线。界线的描绘按每个地质体描绘，逐步添加地质体和产状信息。在描绘过程中进行计算调试，查看接触界线的正确性。

在控制接线输入完成后，初步计算模型。然后将钻孔的开孔坐标、地质观测成果、测斜数据及分析结果输入软件(图略)，将钻孔地质观测数据与剖面资料进行对比，对模型进行修正。修正完成后即可重新计

图4 地质单元与接触关系Fig.4 Geological unit and contact relationship

算模型，可以选择计算单条剖面，也可以同时计算多条剖面。如果发现计算结果与底图不符合可擦除模型重新修改后再计算。计算过程中节点个数越多，节点间隔越小，计算精度越高，所需时间越长。经过反复试验，最终采用50 m×20 m的节点间距计算，即不耗费大量计算时间又可达到精度要求。50 m代表横向间距，即X、Y方向，20 m代表纵向间距，即Z方向。

2.3.5 三维模型拼接与显示

一个完整的建模过程是将岩体、断层、地层三者之间成功联合起来的过程。最后，将所有信息放入三维模型中计算，构成矿区地质填图单元的三维结构，此过程同样可设置计算网格大小，也可手动输入选择需要计算的区域，同样模型计算精度与耗时成反比。最终建立的三维地质模型见图5，该模型在X、Y、Z三方向上都可以进行不同距离的切割，模型可以任意方向旋转，显示方式可以是单个层位的显示，也可以是多个层位的组合显示，分别沿X、Y、Z方向切割相应的距离，则能看清模型内部任意位置的组合形态。模型可以导出其他形式的网格文件，为模型后续加工提供可能[10]。

图5 阿舍勒矿区三维地质模型

为了更直观清楚的认识不同地质体的空间展布，将建模区与成矿相关的主要地质体信息显示在图6中。

3 地质解释与下一步找矿方向

阿舍勒矿区三维地质模型直观刻画了主要地质体分布三维特征(图6)，阿舍勒铜锌矿Ⅰ号主矿体赋存于阿舍勒组玄武岩与英安斑岩的接触界面上，通过三维地质模型，结合矿体与围岩的空间关系和GeoModeller软件计算推测，可以得出如下地质认识：

1)矿区三维地质模型(图6)显示，齐也组是作为一个背斜不整合在阿舍勒组之上，矿区中部齐也组因被剥蚀从而使阿舍勒组出露地表。这一认识与新疆地质矿产勘查开发局第四地质大队在建模区西部以往施工的ZK3302成果一致，ZK3302中齐也组厚约160 m[11]，齐也组下部是蚀变的阿舍勒组。因此在后期的找矿工作中需投入大量的物探工作，以期了解齐也组下部阿舍勒组的分布特征，扩大找矿前景。

图6 主要地质体三维展布图

2)以往将Ⅰ号主矿体北部37线的矿化体(图6a中蓝色方框内的矿体)与主矿体相连似乎是不准确的，从三维模型看37线的矿化体位于Ⅰ号主矿体东部约300 m处。由此可以推测Ⅰ号主矿体北部以往围绕37线的矿化体施工的钻孔未探索到Ⅰ号主矿体北部延伸位置。

3)本次工作在建模过程中如果考虑Ⅰ号主矿体在33线处未封闭，根据GeoModeller软件计算推测，Ⅰ号主矿体将继续向北部延伸(图6b中红色方框内为推测矿体延伸位置)。以往施工的钻孔均在推测矿体东部施工，未能探索到推测矿体处。

通过阿舍勒矿区三维地质建模工作，本文认为在今后的地质找矿工作中不能放弃齐也组中的较好物探重力异常的验证工作，同时在北部追索Ⅰ号主矿体时，部署的钻孔可考虑适当向已有钻孔的西侧部署。

致谢：野外工作期间得到中国地质科学院矿产资源研究所杨富全研究员、孟贵祥研究员、祁光博士以及新疆地矿局第二区域地质调查大队李成文高级工程师的指导，在此一并表示衷心的感谢。