蓬莱北部地区典型矿床三维地质模型构建与成矿预测研究

赵辉绩，韩艳超*，吴宁宁,张迪

(1.山东省地质测绘院，山东 济南 250002；2.蒙阴县自然资源和规划局，山东 蒙阴 276200; 3.山东地矿新能源有限公司，山东 济南 250101)

0 引言

胶东是国内最重要的金矿成矿区之一，20世纪60年代以来，前人在区内开展了大规模的金矿找矿及详实的科研工作[1-2]。近几年，深部找矿取得新突破，各金矿带的专题研究不断深入[3-9]。蓬莱北部地区位于胶东半岛北部栖霞—大柳行金矿带北端，分为徐家集金矿田和龙山店金矿田。相对胶东主要的金矿带而言，蓬莱北部地区的勘查及科研工作均相对较弱。

本文对该区进行了金矿深部成矿预测研究，引入三维地质建模软件，建立准确的三维地质模型，表达各种地质体的三维空间展布及相互关系，可以有效地对深部矿体进行预测。此次构建的模型包括区域尺度三维地质模型和矿床尺度三维地质模型。其中区域尺度三维地质模型根据不同地质要素可进一步划分为岩体模型、地表模型、断裂构造模型和蚀变带模型；矿床尺度三维地质模型构建了上口王李金矿三维地质模型、西南王金矿三维地质模型、三丁家金矿三维地质模型、井周金矿三维地质模型。

1 区域地质背景

蓬莱北部地区地处华北板块(Ⅰ)胶辽隆起区(Ⅱ)胶北隆起(Ⅲ)胶北断隆(Ⅳ)[10]。区内以前寒武纪结晶基底为主，盖层不甚发育，基底包括太古宇、元古宇，在海岸带有中生界分布。区域内发育有新太古代、古元古代及中生代岩浆岩，其中以新太古代岩浆岩分布最广，古元古代次之，中生代岩浆岩仅在中部出露，已有研究资料表明中生代侵入岩与金矿成矿关系最为密切，已发现的矿床多分布于岩体接触部位[11-14]。三维地质模型结果显示区内岩浆岩界面形态不规则，倾角变化较大。区域内以NE向、NNE向断裂构造为主，其次为NEE向、近EW向断裂，两者构成共轭“X”型断裂组合，控制了整个区域的构造格架。徐家集矿田主要发育NE向、NNE向断裂构造，以吕冯-张赵断裂为主。还密集发育多条复杂的NE向、NNE向低序次断裂构造。根据金矿成矿空间分布及多序次构造之间的控矿作用分析，NE向、NNE向断裂为重要的导矿、储矿构造(图1)[9]。

1—第四系；2—新近系；3—王氏群；4—青山群；5—莱阳群；6—蓬莱群；7—荆山群；8—粉子山群；9—胶东岩群；10—正长斑岩脉；11—花岗闪长斑岩脉；12—花岗斑岩脉；13—二长花岗斑岩脉；14—石英闪长玢岩脉；15—闪长玢岩脉；16—煌斑岩脉；17—伟德山花岗岩；18—郭家岭花岗闪长岩；19—文登花岗岩；20—玲珑花岗岩；21—双顶片麻岩套；22—莱州组合；23—栖霞片麻岩套；24—马连庄组合；25—断层；26—地质界线；27—金矿床(点)；28—研究区范围图1 区域地质略图

2 三维地质模型构建

三维地质模型是运用地质理论与计算机三维可视化技术有机结合的产物，是综合地质统计学、空间信息管理技术、空间分析和预测技术进行构建的三维空间立体模型[15]。其构建原理是通过已有的点数据、线数据、面数据，以点连线，以线造面，以面构体，将复杂的地质体通过已有的一维、二维数据刻画成更加接近实际的三维空间立体模型。三维地质模型比传统的地质图件更加形象生动、直观易懂[16-17]。

2.1 三维建模数据源

根据建模数据类型可将三维地质建模方法分为5种，既基于钻孔数据的建模、基于剖面数据的建模、基于曲面数据的建模、基于多源数据的建模、非层状地质体建模[18-19]。本次三维地质建模采用基于剖面数据的建模方法。使用Creatar XModeling软件进行三维地质建模并开展深部预测研究，需要大量的数据资料支撑才能够深入准确地刻画地下三维空间中地质体的形态，本次工作充分收集了研究区内区域地质、矿区地质、地球物理、地球化学、矿山勘查以及科研成果资料。共收集区域剖面11条，重磁联合剖面11条，CSAMT剖面7条，典型矿床勘探线剖面26条等。

2.2 三维地质模型构建方法

所建模型按照其形态特征可分为三维空间面模型、三维空间体模型。三维空间面模型是一个由多个线段拐点组成的三角面构成的不封闭的开放面实体，无内外之分，以层状形态显示。本次建立的地表模型和构造模型都属于三维空间面模型。地表模型是根据原始剖面资料的地形线坐标数据提取三维建模用到的位置信息，将原始数据转换成可供面模型建立使用的标准化数据。同理构造模型则是利用原始剖面资料里的断层线坐标数据提取位置信息，将其转换成标准化数据。三维空间体模型，是一个由多条封闭线段连接构成的封闭面所圈闭的空间实体，有内外之分，形态多样。三维空间体模型又可进一步分为单体模型和复杂多源交互模型，本次建立的矿床模型为复杂多源交互模型，矿体模型为单体模型。

单体模型是根据原始剖面资料和地面坐标数据提取三维建模用到的属性信息和位置信息，便可将原始数据转换成可供单体模型建立使用的标准化数据。复杂多源交互模型是以地质认识为指导，综合利用地理、地质、地球物理等数据，从中提取出地质要素的信息，建立断层、地层以及侵入体、矿体等各种复杂地质体的三维结构模型。

2.3 区域岩体三维模型建造

建立区域岩体三维模型能够直观展示区域内主要岩体的分布规律，岩体接触关系，对于分析矿床成因，总结矿床赋存位置规律具有较为重要的意义。以研究区范围为界线，以实测剖面数据为依据，建造整个研究区内出露的主要岩体的三维模型，所建模型属于复杂多源交互模型。

岩体模型的建立主要依据区域剖面数据，根据上述复杂多源交互模型数据准备要求和处理方法处理后，将其剖面数据导入XModeling软件后，根据剖面位置信息提取参数将二维剖面转换为空间三维剖面，然后再根据剖面界线对岩体顶底界进行圈连，最终根据岩体顶底界构建岩体模型。

本次构建的岩体模型主要为新太古代栖霞序列条带状细粒含角闪黑云英云闪长质片麻岩；古元古代郭家岭序列斑状中细粒含黑云二长花岗岩；白垩纪雨山序列石英闪长玢岩、花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩(图2)。

①—郭家岭序列罗家单元；②—栖霞序列回龙夼单元；③—雨山序列水夼单元；④—雨山序列贺家沟单元；⑤—雨山序列王 家庄单元图2 研究区主要侵入岩体三维示意图

2.4 构造、蚀变带与矿床模型建造

断裂构造模型是矿床三维地质模型的重要内容，能够直观地展示断层与矿体之间的空间关系，对分析矿床成因、合理布设勘探工程及矿山开采都具有非常重要的意义。由于在整个区域尺度内的断裂宽度较小，且含矿断裂中的矿体宽度为1m左右，区域剖面均以单独的线条表示断裂，因此，断裂构造模型是以面模型的形式表现的。

矿化蚀变带模型能够把矿化蚀变带的空间位置、形态等特征三维展示出来，而且可以进一步从三维角度观察到矿化蚀变带与矿体关系。矿化蚀变带模型主要通过基于剖面数据构建，其数据源主要来自于区域剖面及所收集的矿区内的剖面数据。所建模型为单体模型，其具体的构建流程与断裂构造模型类似。

矿体模型建立主要采用了剖面数据的平行剖面法，选取区内典型矿床进行详细地矿体模型构建，流程。

矿床模型建立能够直观反应矿区内岩体三维空间中的分布情况、不同岩体的接触关系，以及矿体在岩体中的赋存位置等，对于研究矿床成因，成矿模式具有重要意义，且与矿体模型相结合可进一步总结矿体赋存位置规律，本次所构建的典型矿床模型主要是依据矿区剖面数据，所构建的模型属于复杂多源交互模型，其具体构建流程与岩体模型构建流程相似。通过上述流程构建了徐家集矿田及龙山店金矿田的断裂构造、蚀变带与矿床三维叠合模型(图3、图4)。

1—矿床；2—蚀变带；3—断裂构造；①—上口王李矿区上口赵家矿段；②—上口王李矿区金翅岭矿段；③—上口王李矿区上口王李矿段；④—高家庄金矿；⑤—北罗家金矿；⑥—西南王金矿；⑦—赵家金矿；⑧—大宁家金矿；⑨三丁家金矿；⑩—杏吕家金 矿；—山王家金矿图3 徐家集矿田断裂构造与蚀变带、 矿床三维叠合示意图

1—矿床；2—蚀变带；3—断裂构造；①—响李金矿；②—井周金矿；③—龙山金矿；④—龙山店后河金矿；⑤—龙山河砂金矿；⑥—蝎子顶金矿；⑦—蝎子顶金矿外围图4 龙山店矿田断裂构造与蚀变带、 矿床三维叠合示意图

区域内的金矿体均产于断裂控制的构造蚀变带中，根据三维模型结果显示徐家集矿田内蚀变带多呈NNE向展布，倾向多为NW向；龙山店矿田东部地区与徐家集矿田一致，西部地区部分构造蚀变带倾向为NW向，构造蚀变带沿走向和倾向均具有膨胀夹缩、分支复合特征。

3 典型矿床模型及成矿预测

3.1 上口王李金矿床

3.1.1 矿床地质特征

区内地层主要为第四系。岩浆岩主要包括郭家岭序列罗家单元中细粒含黑云二长花岗岩与栖霞序列回龙夼单元条带状英云闪长质片麻岩，两者基本覆盖矿区，二者侵入界面总体呈NE向，倾向NW向，且具有上陡下缓的“铲式”特征，侵入界面沿走向呈波状展布，主矿体垂直该界面产出，切穿二者界面。

3.1.2 矿体地质特征

矿床发育4个矿体，编号为Ⅸ、Ⅱ、Ⅴ-1、Ⅴ-2。Ⅸ号矿体呈薄板状，赋存标高为-45m～-400m，长400余米，垂深355m，斜深370m。总体走向为NW 350°，倾向NE，倾角60°～80°，平均倾角70°左右。该矿体具有比较明显的侧伏现象，从南西高处向北东深处侧伏，侧伏角在60°～70°。Ⅱ号矿体呈薄板状，赋存标高+55m～-330m，长560余米，垂深385m，斜深420m。总体走向为NE10°，倾向NW，平均倾角60°左右。该矿体具有比较明显的侧伏现象，从南西高处向NE深处侧伏，侧伏角在45°左右。Ⅴ号矿体呈薄板状，赋存标高+140m～-126m，长390余米，垂深266m，斜深270m。总体走向为NW 350°，倾向变化较大，局部E倾或W倾，倾角较陡，75°～84°，平均倾角80°左右，矿体深部及两侧均未封闭。

3.1.3 深部成矿预测

上口王李金矿矿体多赋存于构造蚀变岩带内主断面以下，根据矿床勘探结合建模结果显示，Ⅸ号主矿体具有比较明显的侧伏现象，从南西高处向北东深处侧伏，侧伏角在60°～70°；Ⅱ号矿体亦具有相同方向侧伏现象，侧伏角相对较缓，在45°左右；Ⅴ号矿体分两部分，深部及两侧均未封闭。

Ⅸ号矿体为主矿体，结合其矿体品位与厚度变化等值线图(图5、图6)，可以看出矿体的深部品位稍高于浅部，其中在-200m～-350m标高之间，出现3个品位大于10g/t的矿柱，表明这3个位置是成矿作用较强及矿液运移及聚集沉淀的重点部位。矿体从浅部向深部明显变厚，-45m标高以上，矿体厚度不足0.5m，而在深部，矿体的厚度基本大于1.5m。-300m之下，出现真厚度大于2m的矿体，表明矿体有向北东深部侧伏的某些特征。故而推测该主矿体-300m以下北东向深部为成矿有利地段。

1—1～3g/t；2—3～10g/t；3—10～20g/t；4—>20g/t图5 上口王李金矿Ⅸ号矿体品位变化等值线图

1—<0.5m；2—0.5～1.0m；3—1.0～2.0m；4—>2.0m图6 上口王李金矿Ⅸ号矿体厚度变化等值线图

3.2 西南王金矿床

3.2.1 矿床地质特征

西南王金矿内出露地质体以岩浆岩为主，主要由中生代燕山早期郭家岭序列罗家单元为主，其次为新太古代谭格庄序列牟家单元和栖霞序列回龙夼单元。区内主要含矿构造蚀变带主要产出于郭家岭序列罗家单元的斑状中粒含黑云二长花岗岩与栖霞序列回龙夼单元英云闪长质片麻岩接触带部位[20]。

3.2.2 矿体地质特征

矿床共发育12个矿体，分别编号Ⅹ～ⅩⅤ、ⅪⅩ、ⅩⅩ、ⅩⅩⅣ、ⅩⅩⅥ、ⅩⅩⅪ、ⅩⅩⅫ号矿体，Ⅹ号为主矿体，Ⅺ号矿体次之，Ⅻ号和ⅩⅢ号矿体规模相对较大，其余矿体规模均较小。Ⅹ号矿体赋存在黄铁矿化石英脉和黄铁绢英岩化花岗岩中。矿体呈脉状，空间起伏不大。总体走向14°，倾向SE，倾角为6°～34°，平均20°。控制走向长560m，倾斜长约950m，控制标高+68m～-408m。Ⅺ号矿体赋存在黄铁矿化石英脉、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩及黄铁绢英岩化花岗岩中，呈脉状产出，空间起伏较大，呈明显的V字形。总体走向7°，北半部分倾向SE，南半部分倾向NE，倾角16°～52°，平均34°。控制走向长415m，倾斜长543m，控制标高-111m～-487m。Ⅻ号矿体赋矿岩性为黄铁矿化石英脉、绢英岩化花岗岩及绢英岩化花岗质碎裂岩。矿体形态较简单，呈脉状产出，总体走向19°，倾向SE，倾角12°～30°，平均21°。控制走向长137m，倾斜长467m。控制标高-105m～-285m。Ⅻ号矿体赋矿岩性为黄铁矿化石英脉和绢英岩化花岗岩。形态较简单，呈脉状产出，总体走向12°，倾向SE，倾角10°～32°，平均21°。控制走向长130m，倾斜长564m，控制标高为-22m～-269m(图7)。

1—Ⅹ号矿体；2—Ⅺ号矿体；3—Ⅻ号矿体；4—ⅩⅢ号矿体；5—ⅩⅣ号矿体；6—ⅩⅤ号矿体；7—ⅪⅩ号矿体；8—ⅩⅩ号矿体；9—ⅩⅩⅣ号矿体；10—ⅩⅩⅥ号矿体；11—ⅩⅩⅪ号矿体；12— ⅩⅩⅫ号矿体图7 西南王金矿区矿体模型示意图

3.2.3 深部成矿预测

根据矿床勘查工作结合三维模型成果显示西南王矿区金矿体赋存位置与区域成矿规律较为一致，均位于郭家岭序列岩体和栖霞序列岩体的接触部位，且产状较缓平均20°～30°，该空间位置为断裂构造的膨大部位，可提供充足的成矿空间和深部物质来源，是较为理想的成矿位置。

根据三维模型显示郭家岭序列岩体和栖霞序列岩体的接触界面呈现波状起伏，Ⅹ号主矿体深部仍未封闭，推测其深部仍存在产状较平缓的有利成矿位置。

3.3 三丁家金矿床

3.3.1 矿床地质特征

三丁家金矿内出露地质体以岩浆岩为主，主要由中生代燕山早期郭家岭序列罗家单元为主，其次为新太古代栖霞序列回龙夼单元。岩性主要包括片麻状细粒奥长花岗岩、片麻状细粒含黑云二长花岗岩。除Ⅶ-1号矿体与岩体接触带相交，部分深入至栖霞序列回龙夼单元中外，其余矿体主要赋存在郭家岭序列罗家单元的二长花岗岩中。

3.3.2 矿体地质特征

矿床发育8个矿体，分布在Ⅶ号矿化蚀变带和Ⅷ号矿化蚀变带中。Ⅶ号矿化蚀变带内有4个金矿矿体，编号为Ⅶ-1、Ⅶ-2、Ⅶ-3、Ⅶ-4号矿体，Ⅶ-1号矿体为Ⅶ矿化蚀变带规模最大的；Ⅷ号矿化蚀变带内有4个金矿矿体，编号为Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅷ-3、Ⅷ-4号矿体，其中Ⅷ-1、Ⅷ-4矿体为主要矿体，Ⅷ-2、Ⅷ-3为次要矿体。Ⅶ-1矿体赋存于黄铁矿化石英脉中。矿体走向30°～60°，倾向NW，倾角30°左右。矿体沿走向长度为490m，倾斜宽为270m，控制标高-17m～-265m，埋深77～347m。矿体形态较简单，呈脉状产出，深部未封闭，矿化较连续，厚度变化不大，空间位置起伏变化较大。Ⅶ-2号矿体沿走向长度为150m，呈脉状产出，走向30°左右，倾向NW，倾角30°～40°。矿体长度为80m。Ⅶ-3号矿体长度265米，呈脉状产出，走向30°左右，倾向NW，倾角30°～40°。Ⅶ-4号矿体长度为40m，呈脉状产出，走向30°左右，倾向NW，倾角30°～40°。Ⅷ-1号矿体呈脉状产出，走向35°，倾向SE，倾角16°～44°，走向长度475m，斜深247m，控制标高55m～-93m，埋深33m～176m，深部未封闭，矿体在空间中不连续，有间断，推测有断层，断层性质不明。矿体沿走向、倾向厚度变化不大。Ⅷ-2号矿体呈薄脉状产出，走向35°左右，倾向SE，倾角27°～44°，沿走向长200m，斜深为168m，控制标高20m～-130m，埋深67～218m。Ⅷ-3号矿体呈薄脉状产出，走向35°左右，倾向SE，倾角32°～40°，沿走向长201m，斜深131m，控制标高-4m～-183m，埋深97～268m。Ⅷ-4号矿体形态较简单，呈脉状产出，矿体平面呈S型，空间起伏较大，整体走向35°，倾向SE，倾角27°～40°。矿体沿走向长约477m，斜深约252m，控制标高26m～-210m，埋深62～295m，深部未封闭。矿体整体沿走向、倾向厚度变化不大，除个别矿体深部还未封闭外，其余矿体均已封闭，不再进行深部预测(图8)。

1—Ⅶ-1号矿体；2—Ⅶ-2号矿体；3—Ⅶ-3号矿体；4—Ⅶ-4号矿体；5—Ⅷ-1号矿体；6—Ⅷ-2号矿体；7—Ⅷ-3号矿体；8—Ⅷ -4号矿体图8 三丁家金矿区矿体模型示意图

3.4 井周金矿床

3.4.1 矿床地质特征

井周金矿内岩浆岩广布主要为新太古代栖霞序列回龙夼单元条带状细粒黑云英云闪长岩，矿体分布规律较为明显呈近等间距的雁列式展布，三维模型显示矿体受蚀变带控制较为明显，呈现出高度相关的联系，蚀变带在走向和倾向上均呈舒缓波状，倾角均在50°左右，由黄铁矿石英、黄铁绢英岩化碎裂岩组成。蚀变以硅化、绢英岩化为主，蚀变强烈，矿化连续性好。

3.4.2 矿体地质特征

矿床发育的3个矿体分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体。其中Ⅰ号矿体赋存于①号矿脉。Ⅱ、Ⅲ号矿体位于②、③号脉中，为隐伏矿体。Ⅰ号矿体赋存于①号脉，赋矿岩性为黄铁绢英岩化碎裂岩脉。受构造断裂蚀变带控制，产状与其完全一致，矿体形态多为层状似层状，局部豆夹状，矿化较连续，厚度变化不大。矿体走向40°，倾向NW，平均倾角62°。矿体沿走向长190～460m，斜深约150m，矿体赋存标高0～+120m。该矿体经多年开采已形成一定的采空区。Ⅱ号矿体赋存于②号脉，赋矿岩性为黄铁绢英岩化碎裂岩。矿体产状为走向NE 51°，倾向NW，倾角约48°～60°。矿体沿走向长360m，沿倾向最大延伸130m。矿体赋存标高+101～0m。矿化较连续，厚度变化不大。Ⅲ号矿体赋存于③号脉，赋矿岩性为黄铁绢英岩化碎裂岩。矿体产状为走向NE 50°，倾向NW，倾角约47°～67°。矿体沿走向长350m，沿倾向最大延伸125m。矿体赋存标高+92m～-18m。矿化较连续，厚度变化不大。

3.4.3 深部成矿预测

根据矿床勘查资料和三维建模成果显示井周金矿3条矿体产状基本一致，且向深部均有延伸趋势。三者走向NE，倾向NW，SW向侧伏。井周断裂控制了矿体的产出。

可控源音频大地测深剖面资料显示，井周断裂深部向下延伸至-1500m逐渐消失，自-500m深度开始逐渐减缓，按照区域成矿规律，断裂构造产状变缓部位为膨大空间，利于富集成矿，是井周金矿深部成矿有利部位。矿体深部推测与井周断裂展布相同。

4 结论

(1)蓬莱北部地区金矿类型主要是产于中生代郭家岭序列、中生代岩体与新太古代栖霞序列接触带中及岩体与变质地层接触带中的石英脉型金矿和蚀变岩型金矿。其形成主要受前寒武纪变质基底岩系、中生代燕山期构造-岩浆活动、NE—NNE韧—脆性构造三大因素复合控制。

(2)利用区内的区域剖面，重磁联合剖面，CSAMT剖面、矿床勘探线剖面等资料，获取地质体形态、结构及相互关系等信息，以Creatar XModeling软件作为三维地质建模的工作平台，分别构建了岩体模型、构造模型、蚀变带模型及矿体、矿床三维地质模型。

(3)建立上口王李、西南王、三丁家、井周金矿床三维地质模型。上口王李金矿矿体多赋存于构造蚀变岩带内主断面以下，根据建模结果显示，主矿体-300m以下北东向深部为成矿有利地段；西南王金矿矿体产于郭家岭序列罗家单元之中及其与栖霞序列回龙夼单元接触部位，Ⅺ号主矿体深部向NE向侧伏，仍有较大增储空间；三丁家金矿大部分矿体深部已封闭；井周金矿三条矿脉产状基本相同，近等距排列，产于王家庄单元石英闪长玢岩与回龙夼单元含角闪黑云英云闪长岩接触带部位，且深部均未封闭，推测-500m深度以下蚀变带产状变缓部位为成矿有利地段。