滇西北羊拉铜矿数字矿床的实现及地质意义

魏 坤

(云南省自然资源厅矿产资源储量评审中心，云南 昆明650224)

云南德钦羊拉铜矿位于印度板块与欧亚板块之间的古特提斯构造域，大地构造位置属扬子陆块之中咱地块西部边缘，其西侧与昌都-思茅地块相邻，其间为金沙江结合带。羊拉铜矿床铜金属量达到大型。自20世纪60年代发现以来，广大地质工作者进行了大量研究工作(潘家永等，2000；林仕良等，2004；曲晓明等，2004；魏君奇等，2004)。在稳定同位素成分和来源、稀土地球化学研究、硅质岩特征、以及矿区构造特征和成矿大地构造背景演化等方面取得了大量成果，但是，到目前为止，对羊拉铜矿所有矿体空间上的形态、产状、分布，以及断层、采矿巷道等的三维立体形态还没有直观地展示在人们面前。

为揭开羊拉矿体的这层神秘面纱，笔者依据《羊拉铜矿首采区地质勘探报告》中66个地表钻孔、36个坑内钻、22条平硐、25条探槽、24张勘探线剖面图以及部分野外实际观测资料，借助澳大利亚Surpac三维地质软件，构建出羊拉铜矿体三维实体模型及其数学模型，进而为探讨铜矿体在空间上分布特征和矿体之间叠置关系提供了重要证据。

1 羊拉铜矿地质概况

羊拉铜矿主要有三个矿段，由北往南，分别为江边、里农、路农矿段。江边与里农矿段以里农大沟为界，最近矿体相距550m；里农与路农矿段之间相距900m，两矿段之间矿体走向延伸未完全控制，两矿段矿体有相连的趋势；三个矿段目前共划分出有35个工业矿体。

里农矿段矿体规模最大，最具代表性，其含矿岩系为一套变质的含中基性火山岩的火山-沉积建造，由于构造岩片的叠置，时代跨度较大，综合现有资料分析认为以石炭系为主，矿区范围内主要矿体按特征和类型大致有四类，分别为层状-似层状矿体、矽卡岩型矿体、斑岩型矿体和热液脉型矿体。矿区出露地层主要为里农组下段(D2+3l1)与中段(D2+3l2)，岩性为砂质绢云板岩、砂质板岩、变质石英砂岩、大理岩。

2 数字矿床的实现

2.1 地质数据库建立和数据校验

为建立羊拉铜矿床地质数据库，收集了矿山所有的勘探工程数据，共计7340件样品，按照三维地质软件Surpac的要求格式将钻孔数据分为四个表，分别为孔口坐标数据库collar，钻孔测斜数据库survey，品位化验结果数据库assay和地质岩性数据库lithology，并进行有效性检验和校正：①样品重叠检验；②测斜深度、取样深度、岩性深度超出终孔深度检验；③三维视图中对勘查工程的数据校验。

图1 羊拉铜矿地质简图(据朱俊，2011)Fig 1.Geological Sketch Map of Yangla Cu Deposit1-第四系；2-第三系；3-下二叠统；4-下石炭统贝吾组；5-中上泥盆统里农组上段；6-中上泥盆统里农组中段；7-中上泥盆统里农组下段；8-下泥盆统江边组上段；9-下泥盆统江边组中段；10-下泥盆统江边组下段；11-志留系；12-燕山期二长花岗岩；13-燕山期斜长花岗岩；14-印支期花岗闪长岩；15-地质界线；16-断裂；17-矿体及编号；18-不整合界线；19-角砾岩筒；20-实测剖面线；Ⅰ—扬子陆块；Ⅱ—甘孜-理塘构造混杂岩带；Ⅲ—义敦岛弧带；Ⅳ—中咱微陆块；Ⅴ—金沙江构造混杂岩带；Ⅵ—江达-维西岛弧带；Ⅶ—昌都陆块；Ⅷ—澜沧江构造混杂岩带；Ⅸ—察隅陆块；Ⅹ—妥坝-盐井岛弧带；Ⅺ—怒江构造混杂岩带

2.2 实体模型建立

实体模型是一个三维的数据三角网，它用多边形联接来定义一个实体或一个空心体，所产生的形体用于可视化、体积计算、在任意方向上产生剖面以及与来自地质数据库的数据相交，这为品位块体模型的建立奠定了基础。实体模型可形象地展现它的空间几何结构和形态。

2.2.1 地表模型和断层模型

地形原始数据由矿区实测的AUTOCAD格式的1∶2000地形图数据经过核对校正以及格式变更导入到Surpac软件中再整理，利用地形数据建立起DTM模型，再根据钻孔编录和地质填图资料建立断层模型(图2)，从三维模型可以明显看出，羊拉矿区的地形非常陡峭，属于高海拔深切割地貌，高程在1588m-3940m之间，落差2352m。

图2 地表DEM模型(图为正北方向)Fig 2.Surface DEM Model

2.2.2 矿体模型

矿体的实体模型是矿体在地下三维空间几何形态的显现，而且是矿体块体模型的基础，建立矿体模型通常有两种方法途径：①利用地质数据库中的钻孔资料，根据品位、岩性进行地质解译，圈定各剖面的矿体界线和地质界线；②根据矿山已有的勘探线剖面和平面图中圈定的矿体范围构建矿体的实体模型。第一种方法较复杂，建立的模型更精确，但是对构建模型的地质专业和规范要求较高；第二种方法是在已有的勘探线剖面和矿体圈定的基础上建立三维实体模型，相对容易。

羊拉矿区中，矿体变化大，连续性不好，本研究采用第一种方法进行矿体实体模型的构建，在Surpac软件中，重点考虑矿体的产出位置及三度空间上的对应关系进行圈定，利用已建立好的地质数据库中铜品位数据，根据勘探工程间距分别解译出了24条剖面，然后根据规范要求，把24条剖面中的矿体范围界线和夹石界线连接成矿体实体模型和夹石实体模型，矿体编号分别为KT1、KT2(上)-1、KT2(上)-2、KT2(下)、KT2-7、KT3、KT4-1、KT4和KT5(图3)。

2.2.3 巷道模型

建立巷道等掘进工程模型可直观反映矿体和工程间的空间位置关系，以及采矿的智能化管理，本次巷道模型由矿区实测的AUTOCAD格式的图形数据导入到Surpac软件中进行整理构建(图3)，与实际掘进工程完全吻合。

图3 矿体、断层、巷道模型(图为正北方向)Fig 3.Orebody，Fault，Tunnel Model

2.3 数学模型

矿床数学模型的建立是品位估值和储量计算的基础，是分析矿体铜品位空间分布规律的理论根据。主要包括实验变异函数的计算、理论变异函数的拟合和交叉验证等。

2.3.1 铜品位分布特征

参与计算的铜品位数据来源于各个勘探线的钻孔和探槽资料，图4为铜品位分布直方图，从图4中可以看出，图形出现了很大的正偏斜，说明有个别因素对矿化的影响比较显著突出。另外，还发现除有一个大波峰外，右边还有两个很微弱的小波峰出现，这说明矿化是经过多期次叠加，但是主矿体是在一个时期形成的。图5为取对数后的直方图，从对数直方图中可以看出，样品近似对数正态分布，因此我们就可以计算出其实验变异函数。以上统计分析的结果与实际勘探情况基本一致。

图4 铜品位分布直方图Fig 4.Histogram of Cu Grade Distribution

图5 取对数后直方图Fig 5.Histogram in Logarithm

2.3.2 理论变异函数的曲线拟合

本次研究工作中，根据矿体的实际情况，主要考虑矿体厚度、倾向和矿体走向3个方向的实验变异函数，选取了多个不同的搜索圆锥参数，与理论变异函数进行了多次拟合，最后选择最佳的理论变异函数模型。图6为铜品位全方向实验变异函数曲线及理论拟合曲线，A为实验变异函数曲线，B为理论拟合曲线。从图6的实验变异函数曲线的特征来看，变异函数曲线波动较大，波动大的原因为是矿体内品位不均匀、变化大所至，虽然数据点的分布不很规则，但仍可看出γ(h)随h首先增加，然后趋于稳定，符合球状模型的特点，因而实验变异函数采用球状模型加权多项式回归法进行拟合。通过计算求得变异函数主要参数(表1)所示。

图6 铜品位全方向实验变异函数曲线及其拟合曲线Fig 6.Omnidirectional Experiment Variation Function Curve and Fitted Curve of Cu Grade

表1 变异函数基本参数Pic 1.Fine Stockwork Ore

最后进行变异函数交叉检验，以判断变异函数拟合参数的选取是否正确。其基本方法是：利用所得结构模型和已知样品去估已知值，然后把这些真值和估计值进行比较，对两者的残差(差值)进行统计分析，以判断变异函数结构的正确性。通过验证计算，残差的分布为正态分布，铜品位实际值与估计值之间的误差均值趋于零，表明模型确定合理，变异函数参数对铜品位进行估计是无偏的，满足区域化变量内蕴假设。

3 数字矿床地质意义及讨论

羊拉大型铜矿的数字矿床的实现，运用地质统计学的方法分析了铜品位的分布特征，并将矿体用立体图示的方法表现出来，包括地表模型、断层模型、矿体模型、巷道模型等，把地下数百米深度的矿体客观地展示在广大地质学家面前，让地质学家能更清楚、直观地了解矿体外部特征和空间分布规律。这对解决矿床成因有重要的作用，从直观角度并联系野外实地观测可得出如下几点认识。

(1)建立矿体厚度、倾向、走向3个方向的矿化数学模型，对铜品位分布特征进行统计分析，结果表明，3个方向上的矿化变化都比较大，并且出现微弱的多峰分布，说明矿床的形成是经过多期次叠加形成的，但主矿体的形成只在一个时期。数学模型真实形象地体现了矿体铜品位的空间分布规律，为以后在区域上找类似羊拉铜矿起到了一定的指导作用。

(2)从各个不同角度和剖面形态对三维实体模型进行观察可知，所有铜矿体都呈层状、似层状、透镜状产出(图3)，在野外观察中还发现矿体的下部有细网脉状矿石(照片1)。该模型清晰地显示出各个矿体之间的空间关系，以及与地表的接触，矿体的上部为大理岩，呈整合接触，界线明显。

照片1 细网脉状矿石Pic 2.Migration Passage of Hot Brine

(3)由图3可以看出，当矿体遇到F4断层时突然歼灭，矿体只产出在F4断层的北边，至于断层的南部(另一盘)有无矿体，或者是矿化，还要更进一步的野外地质工作来查证；此外，在矿区发现了大量的硅质岩，硅质岩主要产在赋矿层位，厚度不大，潘家永等(2001)详细研究过该区的硅质岩地球化特征，为典型的热水沉积硅质岩，这无疑也指示该矿区块状硫化物矿石是热水沉积的产物。

(4)野外实地观测证实上述问题，矿体上部为大理岩，与KT1呈整合接触，界线清楚。而且在采矿巷道内发现许多热水通道口，通道规模大小不等，直径一般5m～10m，大的近20m，通道边缘基本都为氧化矿(照片2)，这就说明在成矿时期，从下部不断有热卤水向上喷出，最后在通道周围沉积形成块状硫化物矿石，矿体的大小随着通道规模的大小而变化，通道规模越大，形成的矿体就越厚大，呈透镜状分布，整体成层状、似层状(图3)。

照片2 热卤水运移通道Tab 1.Variation Function Parameter

4 结论

本次研究利用澳大利亚Surpac公司的Surpac6.0三维地质软件，首次实现羊拉数字矿床，运用地质统计学的方法对矿体铜品位进行了统计分析，发现铜品位在走向、倾向、厚度3个方向的变异函数波动性都较大，表明矿体品位变化大，分布不均匀，铜品位分布取对数后近似正态分布。图中还出现微弱的多峰分布特征，显示羊拉矿床的矿化类型有多期次，但主矿体是在其中某一期形成。

同时建立羊拉矿体的三维实体模型，该实体模型显示出羊拉各矿体呈层状、似层状、透镜状产出，与上层大理岩接触界线清楚，尽管在平面地质图中，铜矿体已有所显示，但矿体的三维实体模型比常规地质图中的矿体表达得更完整和生动；另外，在野外观察中发现矿石主要为硫化物矿，具块状构造，在巷道里还发现了大量的热卤水运移通道、矿体下部的网脉状矿石等，矿体下盘岩石中存在绿泥石和绢云母蚀变，还有硅质岩的出露，是热水沉积硅质岩，形成于海底热水活动的减弱阶段。

综上所述，不论是矿床数学模型、三维实体模型所展示出来的特征，还是野外地质观察，均暗示出羊拉大型铜矿床主矿体的形成是离不开热水沉积作用。如果这些认识得到进一步证实，那么对羊拉铜矿床成因的研究将产生重大影响。