云南武定鈦鐵砂礦三維地質建模及成礦預測

葉林文，張永強

(云南省有色地質局楚雄勘查院，云南楚雄 675000)

隨著信息技術和軟硬件平臺的發展，三維地質建模已成為礦產資源勘查和礦業開發過程中一項常規生產技術。傳統礦產勘查領域主要對二維地質資料分析開展礦體預測與評價，但關鍵信息提取、多元信息融合分析等方面存在不足。

本文以云南武定基巖區風化殼鈦鐵砂礦主要分布區域為研究對象，基于3DMine軟件建模，建立武定3個中大型典型鈦鐵砂礦礦山模型、區內構造模型、基巖巖體模型等，結合區內地球物理、化學特征，分析總結區內找礦預測模型信息、圈定基巖分布帶，建立成礦模式、優選找礦預測區，及預測區地表模型、地層模型、礦體模型等，立體直觀的為區內鈦鐵礦資源潛力評價及礦集區增儲提供參考。

1 區域地質背景

調查區大地構造為揚子陸塊區，上揚子古陸塊，康滇基底斷隆帶中北部。屬濱太平洋成礦域，上揚子(陸塊)成礦省，滇中(基底隆起帶)Fe-Cu-Pb-Zn-Ag-Au-Pt-Pa-Ni-Ti-Sn-W-REE-P-S-重晶石-藍石棉-鹽類-煤成礦帶，東川-易門(基底隆起帶)Fe-Cu-Pb-Zn-Ti-Sn-Al-W-Mn-P-S-重晶石-鹽類礦帶北部成礦區帶。

區域地層自元古界至新生界在不同地區均有出露，新生界第四系(Q)、第三系(N)、白堊系上統(K2)、侏羅系中統(J2)、三迭系上統(T3)、泥盆系中統(T2)、奧陶系中下統(O1-2)、寒武系中下統(∈1-2)、震旦系上下統(Za-b)、下元古界上昆陽群(Pt1)。巖性組合主要以泥巖、砂質泥巖、石英砂巖、頁巖、白云巖、具硅質條帶白云巖、板巖為主。構造線以南北向為主，其次為北東向、北西向，呈向南收斂的放射狀排列。褶皺以向斜開闊，背斜狹窄為特征，斷裂破壞而不完整。主要有老熊箐向斜和麥糧田背斜，構造為區域深大斷裂祿豐-武定褶皺基底隆起帶南北向邊界斷裂為主，武定地區叫發窩-中干河斷裂向北延入四川境內，向南經羅茨至易門地區，走向延伸數百千米，斷裂面西傾，傾角60°～85°，沿斷裂帶伴隨有多期次基性巖侵入體和火山鈉質熔巖、堿性火山巖分布，有鐵、銅、鉛鋅礦產出。其中沿武定-易門斷裂侵入的含鈦輝綠輝長巖為區內風化殼型鈦鐵砂礦的成礦母巖。區內分布大小不等的基性侵入巖體30多個，出露面積0.1km2～7km2，最大可達27km2，其產出主要受發窩-中干河南北向區域大斷裂控制，沿南北向、北東向、東西向和層間次級斷裂侵位，呈巖床、巖脈、巖株或巖墻產出，巖體分異差。侵入時代多為華力西期，侵位于古生代地層中，普遍含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦，含量一般3%～7%，為區內鈦鐵砂礦的成礦母巖。圖1。

圖1 區內構造綱要圖Fig 1. Structural Outline Map of The Area

2 三維地質建模

本次以3DMine三維建模軟件為平臺，通過武定鈦鐵砂礦主要分布區典型礦山地質報告、區內區域地質構造資料、物理化學特征等多元資料整理，分析成礦模式，建立區內基巖巖體、三個中大型典型礦山、探礦工程、物化探異常、預測區等一系列三維可視化物化探異常多元融合地表模型、基巖巖體實體模型、斷層模型、礦體實體模型，塊體模型報告、鉆孔工程模型等。

(1)地表模型：將收集的研究區測量資料、20m地形等高線、DTM數據整理提取等高線及其相應的標高值，通過3DMine對提取的等高線進行線賦高程處理，清理線文件中重復點、相交/自相交線、重復/壓蓋線；利用3DMine中的表面建?；蚓W格插值工具創建研究區、礦山地表模型(圖2)；建立重點區域居民地、河流、道路等地理數據的三維模型，與收集到物化探異常等多元信息貼合地表模型，使地表模型更直觀豐富，更有利于整個研究區的綜合分析。在地表模型任意方向切剖面，可以快速提取剖面地形線，并定位地質界線、斷層線及各類地物在剖面上的準確位置。

圖2 花喬典型礦山地表模型Fig 2. Surface Model of Typical Huaqiao Deposit

(2)工程數據庫：地質工程數據庫用于存儲和提取重點勘探工程數據，滿足探礦工程三維顯示、數據統計分析、樣品組合和后續估值分析等要求。

工程數據庫中鉆孔模型的建立根據地質信息整理錄入數據表格，分別為開孔坐標表、鉆孔測斜數據表和樣品分析表等將三個基礎表格做一個Excel工作薄的不同工作表，導入3DMine中建立鉆孔數據庫，生成三維鉆孔模型，可直觀清晰的觀察鉆孔在整個區內的空間部分情況、其次還可快捷完成樣長、品位基礎統計等。

(3)地層實體模型：將區內1：5萬區域地質圖矢量化，各地層界線形成閉合線，結合區內地表模型，用各地層閉合線分離地表表面模型，得到各地層地表分布情況，再依據各剖面圖各巖層范圍現提取、地層產狀等完成地層模型建立(圖3)。

圖3 花喬典型礦山及預測區地層模型Fig 3. Stratigraphic Models of Typical Huaqiao Deposit and Prediction AreasK2m-白堊系上統馬頭山組；J2z-侏羅系中統張河組；J2z-侏羅系中統馮家河組；T3s-三疊系上統舍資組；O1h-奧陶系下統紅石崖組；O1t-奧陶系下統湯池組；∈1s-寒武系中統雙龍潭組；∈1d-寒武系中統陡坡寺組；∈1c-寒武系下統滄浪鋪組；V-輝綠輝長巖基巖體

(4)斷層實體模型：礦山、預測區進行圖切剖面，然后在各剖面上圈出斷層，通過連接各剖面同名斷層面生產三維斷層實體。整個研究區依據1：5萬區域地質圖、構造綱要圖內斷層分布、斷層性質等信息，設置100m～200m緩沖，通過開放線到開放線形成斷層緩沖模型。

(5)礦體實體模型：礦體模型采用實體模型建立。典型礦山依據礦山地質剖面圖，將剖面圖三維轉換后按粘土層、砂土層、半分化層分別提取礦體閉合線，用閉合線之間連接形成礦體模型；預測區礦體模型，據區內含鈦輝綠輝長巖體分布的范圍、規模大致以800m×800m網度切割地質剖面，預測區礦體厚度參考相鄰礦山礦體實體模型實體網格厚度分析數據、結合外業現場調查點揭露各礦體厚度綜合分析而得。由剖面圖提取各層礦體線連接預測區礦體實體模型(圖4)。所有礦體實體模型需完成實體驗證(無開方邊、自相交、無效邊)，完成各礦體實體體積與報告內估算礦體體積比較分析，誤差均控制在3%以內(表1)，保證礦體資源儲量報告的精確性。

表1 3DMine塊體模型報告與勘探報告資源量結果對比表Tab 1. Comparison of Resource Results Between 3dmine Block Model Report and Exploration Report

圖4 發塊典型礦山礦體模型Fig 4. The Ore Body Model of Typical FakuaiDeposit

(6)塊體模型：根據各礦體控制勘探線間距、最小可采厚度等信息設置塊體尺寸，鈦鐵砂礦按礦巖類型、礦體編號、采礦權范圍、采空區、資源儲量類別、體重、鈦鐵礦物含量、磁鐵礦物含量等基本信息對塊體進行賦值。其中品位通過查詢礦體模型走向、勘探線間距、實體網絡提取礦體實體模型厚度最大值一半確定距離冪次反比估值搜索參數，根據塊體賦值情況逐次增加搜索參數直至所有塊體賦值成果。

賦值完成后進行塊體體積與礦體實體體積報告對比，保證體積誤差在5%以內。

本次典型礦山塊體模型資源儲量估值報告與礦山已有地質報告估算結果對比，資源儲量估算誤差均在3%以內(表1)。梅子箐典型礦山采用標準塊大?。篨=10m、Y=10m、Z=5m，方位角331°、側伏角0°、傾角5°、塊體個數160876，顯示214254個面(圖5)。

圖5 梅子箐典型礦山塊體模型Fig 5. Block Model of Typical MeizijingDeposit

3 三維成礦預測

(1)礦床成因：含鈦輝綠輝長巖漿沿深大斷裂侵入，經物理化學風化作用，易溶于水的SiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO等元素流失，不溶于水的Al2O3、Fe、TiO2等礦物分離析出，在地形地貌相對平緩區鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、磁鐵礦等礦物富集形成相對厚大的鈦鐵砂礦。

(2)主要控礦因素：含鈦輝綠輝長巖體多侵位于早古生代地層，其巖體分布區是最直接的找礦標志；含鈦輝綠輝長巖體多沿深大斷裂分布；區內航磁異常、高精度磁測異常與含礦基性超基性巖體套合較好；含鈦基性超基性巖體分布區多有水系沉積物Fe、Co、Cr、V、Ti、Ni組合異常，Ti土壤地球化學異常等。

(3)鈦鐵砂礦風化殼垂直分帶：礦體賦存于輝綠輝長巖風化殼中，自上至下為紅土層(粘土層)、砂土層、半風化層及微風化至新鮮輝綠輝長巖，分別對應礦石類型褐紅色紅土層(粘土層)鈦鐵砂礦、黃白色-褐黃色砂土層鈦鐵砂礦、灰黃色-灰綠色半風化層鈦鐵砂礦(圖6)。紅土層、砂土層砂礦在橫縱向上產出穩定，下部半風化層礦橫縱向上不連續。

圖6 鈦鐵砂礦風化殼垂直分帶Fig 6. Vertical Zoning of Weathering Crust of Ilmenite Placer

(4)三維成礦預測區優選：區內鈦鐵砂礦工作程度稍高、控礦巖體單一，成礦模式(圖7)、控礦因素、找礦標志相對簡單，砂礦風化殼垂直分帶規律。采用傳統成礦預測，礦床模型法分析確定預測區、提取有利建模信息完成預測區三維建模。

A預測區：區內北邊輝綠輝長巖分布點，單預測區基巖出露面積約4.9km2；南側緊鄰已知大型鈦鐵砂礦礦點；處發窩-中干河斷裂上盤以西，重力異常、航磁△T等值線均正異常，為武定-祿勸鈦異常分布區北部，強度高，高值點20249×10-6；地形坡度約7°，有利于風化殼及巖體風化堆積物保存，不易受剝蝕的有利地形。

B預測區：區內南西輝綠輝長巖分布點，單預測區基巖出露面積約3.9km2。北鄰中型鈦鐵砂礦礦點，處發窩-中干河斷裂上盤以西3km緩沖區。重力異常、航磁△T等值線均正異常，為花喬-獅山鈦異常區，呈東西向，高值點11381×10-6，地勢平緩，高差320m，自西向東形成小谷底，有利于風化殼及巖體風化堆積物保存。

C預測區：區內南邊輝綠輝長巖分布點，單預測區基巖出露面積約12.77km2；周邊有多個已知鈦鐵砂礦礦點；發育老熊箐向斜和麥糧田背斜，發窩-中干河斷裂以東和次級北東向水對房斷層、石梯坡-來鶴山斷層緩沖區。重力異常、航磁△T等值線均為正異常，花喬-獅山鈦異常區，呈近東西向，高值點47742×10-6。

D預測區：為C預測南東側，單預測區基巖出露面積約1.2km2；中部有1個已知鈦鐵砂礦礦點；位于發窩-中干河斷裂以東、總官莊-椅子甸逆斷以西緩沖區。重力異常、航磁△T等值線均為正異常，為中部花喬-獅山鈦異常，呈近東西向，高值點29116×10-6。

4 預測區三維模型建立

研究圈定4塊預測區，各主要控礦因素都具備。通過相鄰典型礦山礦體實體模型提取各層礦體實體等厚統計、工程數據基礎統計，礦體平均厚度、平均品位及相應變化系數，厚度變化系數均在50%以下較穩定，預測區各層礦體厚度參考相鄰典型礦山厚度。其次，還在預測區內開展現場調查、取樣、稀疏的數字填圖等工作，室內資料整理分析、結合已建典型礦山礦體模型基礎分析數據，繪制預測區800m×800m網距剖面圖，然后剖面圖三維轉換、提取各礦體線，完成預測區礦體實體模型。預測區鈦鐵礦物含量、鈦鐵礦物含量取相鄰已建典型礦山模型平均值及現場調查取樣品位平均值，建立預測區塊體模型(圖8)，塊體報告預測區潛在資源量。

圖8 預測區剖面、巖體及礦體模型Fig 8.The Profile，Rock Mass，and Ore Body Model of The Predicted Area

傳統成礦預測方法、已有相鄰礦山模型有利信息統計參考、適當現場調查工作三者結合，使預測區可靠度較高，預測區建立三維模型更直觀、多元信息融合更清晰明了，可直接預測各預測區潛在資源量，為新一輪找礦行動提供更直觀的入庫項目建議材料。

5 結 論

區內建立了中大型典型礦山塊體模型、4個預測區塊體模型，典型礦山塊體資源儲量報告與各礦山資源量估算結果對比均在3%以內，符合相關規范。采用傳統成礦預測方法、現場調查、預測區三維建模三者結合，提高了預測區可靠性，塊體模型可直接報告預測區潛在資源量。