综合多源数据的矿床三维地质建模——以四川某铅锌矿为例.pdf

第 卷 第 期 年 月地 质 通 报 .收稿日期:修订日期:资助项目:中国地质调查局项目成都市典型地区地下空间综合评价三维建模(编号:)作者简介:许加田()男在读硕士生工程师从事地质勘查与遥感应用研究:.通信作者:薛东剑()男副教授从事地理信息与遥感应用研究:.:./.综合多源数据的矿床三维地质建模 以四川某铅锌矿为例许加田薛东剑李阳 .成都理工大学地球科学学院四川 成都.四川省金属地质调查研究所四川 成都.四川省第五地质大队四川 成都.摘要:四川某铅锌矿床深部存在一产状平缓的滑覆构造在地下深部分布广泛但地表无明显露头 传统的二维地质剖面难以展示全貌因此通过 软件建立三维地质模型展现该矿床地下地质结构与构造 首先以、填图、钻孔、勘探线剖面、卫星遥感影像等多源数据建立地质数据库构建地形地貌模型然后利用地表填图和勘探线联合剖面的断层线建立断层模型确定了构造格架展现滑覆构造的产状分布其次利用钻孔品位数据进行空间变差函数分析在含矿层位进行克里金插值构建矿体模型并结合钻孔分层数据建立地层模型最终建立了综合地表、构造、矿体和地层的三维地质实体模型 在此基础上剖切实体模型讨论各地质单元的形态特征探讨深部成矿前景 结果表明通过综合该研究区多源数据的三维地质建模能将勘查过程中产生的原始资料整合在一个模型中该模型清晰地展示了地下地层、构造、矿体的产状与接触关系揭露隐伏构造并且在建模过程中能从三维角度检查原始数据的正确性提高认识为研究区深部找矿工作提供参考依据关键词:三维地质建模多源地质数据实体模型滑覆构造铅锌矿床四川省中图分类号:.文献标志码:文章编号:().“向地球深部进军”已成为现阶段中国矿产勘查的工作方向深部矿产资源潜力巨大地质找矿工作向地球深部延伸成为延长矿山服务年限的有效手段 地下地层、构造和矿体的分布通常以二维图(平面图、剖面图)的形式展现不能直观、清晰地表现矿体在三维空间的分布规律同时还可能造成隐藏的信息遗漏、丢失或者造成各地质要素在三维空间中自相矛盾(范文遥等)随着矿产勘查程度的不断深入原始资料的不断积累成矿地质特征研究可以不再局限于二维的平面及剖面研究三维地质模型成为三维成矿预测的基础(李菊红)三维地质模型以各种原始数据为基础建立能反映各种地质现象的数字模型(明镜)众多学者对三维地质模型进行了研究主要有三维地质实体建模流程(何紫兰等李程等范文遥等潘雅静王波等)、构造建模(郭福生等杨旺东等冯骁阳)、矿床储量评价(余牛奔等任厚州等刘永刚等贾飞等)、成矿预测(高乐等耿瑞瑞等贾然等王素芬等俞嘉嘉等)等也有学者利用机器学习算法进行岩性预测由此建立了精度较高的三维模型(郭甲腾等 .)从前人的研究可以看出三维模型具有显著的优点运用也越来越成熟是未来矿产勘查与开发的发展方向之一本文以四川某铅锌矿为例该矿床深部存在一产状平缓的滑覆构造造成了地层的重复出现多个钻孔中均发现这一现象但地表无明显露头 利用钻孔、勘探线剖面、平面地质图、地形图、卫星影像图等多源数据对构造、矿体和地层进行建模讨论建模过程和三维地质形态特征并用以佐证原始数据的正确性探讨深部成矿前景 通过建立三维模型将所有原始资料准确地刻画在模型里仿真展现地质现状有效指导勘查工作的进行 建模流程及原理勘探线剖面包含所有施工的探矿工程是划分地层、构造和矿体的基础图件根据地质事实建立地质解译线运用 软件对勘探线联合剖面上的地质体解译线进行圈连创建三维面模型以此构建三维实体模型(张伟等吴志春等)三维构造建模是三维地质建模的基础也是建立模型的构造格架约束可以揭示构造的形态和地质体的宏观拓扑关系(李兆亮等)当钻孔资料丰富、地质信息全面时适合用基于构造模型的建模方法(范文遥等)研究区钻孔资料分布较集中勘探线剖面排列一致沉积地层分层明显且较稳定 构造较清楚 本文以 软件为综合分析平台依托四川某铅锌矿勘查工程数据完成研究区的三维地质建模工作建模流程如下:建模数据的预处理和地质数据库的建立主要包括、填图、钻孔(位置、测斜、岩性、品位)、勘探线剖面、卫星影像等数据利用 和卫星影像建立地形地貌模型基于平面地质图和勘探线剖面数据建立断层构造模型在地质构造格架下利用钻孔分层数据建立地层模型利用品位数据进行空间变差函数分析在含矿层位中进行克里金插值建立三维矿体模型综合前述所有模型对三维面模型进行实体网格填充生成三维地质实体模型(图)研究区地质概况该铅锌矿床位于扬子地块西缘甘洛小江断裂带中的马拉哈断裂北段西盘从老到新出露的地层有:上震旦统灯影组()微晶白云岩下寒武统筇竹寺组()深灰色粉砂岩、沧浪铺组()浅灰色含砾石英砂岩和粉砂岩、龙王庙组()灰色砂质白云岩中寒武统西王庙组()紫红色粉砂岩夹浅灰色砂质白云岩上寒武统二道水组()浅灰色地 质 通 报 年图 三维地质建模流程.砂质白云岩下奥陶统红石崖组()紫红色夹灰绿色粉砂岩、下巧家组()浅黄色石英砂岩中奥陶统上巧家组()紫红色含铁质砂岩和灰色紫红色含生物碎屑灰岩、大箐组()浅灰色灰岩、白云质灰岩下志留统龙马溪组()灰黑色含笔石泥页岩 铅锌矿赋存于灯影组上部白云岩中的层间破碎带和向斜中的次级断裂中 产于层间破碎带的矿体呈似层状、透镜状产状与围岩基本一致受向斜影响位于向斜东翼的矿体产状为 位于向斜西翼的矿体产状为 矿体沿走向长 倾向宽 平均厚度.平均品位 .产于次级断裂中的矿体呈脉状沿走向延伸不稳定具尖灭再现现象矿体产状与断裂基本一致部分倾向南西产状 部分倾向北东产状 矿体厚度.品位.品位.(李阳等)由于次级断裂中的铅锌矿体工程控制程度低本文只对层间破碎带的矿体进行建模研究区发育一弧形断裂 褶皱构造为向斜在向斜深部地层由新到老重复出现为一产状平缓的滑覆构造构成该铅锌矿床的构造格架(图、图)原始地质资料收集与数据预处理共收集 个钻孔资料、幅勘探线剖面图、幅地形地质图、幅卫星影像图坐标系统均统一为 国家大地坐标系统 按照建模软件地质数据格式要求完成钻孔位置表、钻孔轨迹表、样品分析表、钻孔岩性表 个原始资料表格的数据录入 地表等 高 线 数 据 和 勘 探 线 剖 面 等 数 据 均 采 用 格式的数据图件比例尺为 其中地表等高线数据赋有高程属性值勘探线剖面图使用前进行坐标系的调整在 中从 平面转换成与地形地质图比例尺相一致的 三维立体图 所有图件均转换为 格式便于导入到建模软件 建立地质数据库导入已建好的位置、轨迹、岩性、样品表创建钻孔数据库时具体数据表结构见表 提取勘探线剖面图中的断层、地表填图的断层转换为 格式文件导入数据库中并将断层线数据分配给断层数据库用于构造建模 将卫星影像图导入成 并进行坐标校正使其与 数据位置吻合数据库的三维可视化效果见图 勘探线走向为北东南西向平行排列其中能提取相对可靠第 卷 第 期许加田等:综合多源数据的矿床三维地质建模 以四川某铅锌矿为例图 铅锌矿区地质简图(据李阳等 修改).下志留统龙马溪组中奥陶统大箐组中下奥陶统巧家组下奥陶统红石崖组上寒武统中寒武统下寒武统上震旦统灯影组下震旦统开建桥组地质界线平行不整合界线正断层逆断层性质不明断层岩层产状铅锌矿(化)体剖面位置研究区表 钻孔数据表结构 表名字 段 名备注 钻孔位置表 轨迹表 岩性表样品表的断层线并与地表出露的断层相印证 钻孔大部分分布于勘探线上通过分层数据能得到准确的地质界线点用于地层建模 三维地质建模本文主要在建模软件平台的构造与地层工作流程中构建三维地质模型通过该工作流程能够从解译的地层、断层数据中构建地质模型该方法以点、线数据为基础生成结构面模型在面模型基础上通过生成地质网格搭建有地质属性的实体模型随着原始资料的不断积累和地质认识的不断深入该工作流程能基于现有模型动态更新修改完善模型的维护成本低.地形地貌模型的构建地形地貌模型是矿床建模中不可缺少的一部分在矿产勘查中可以用来地质填图和绘制剖面图进行探矿工程的设计因此在勘查设计中具有重要的意义 利用 地形图中有高程属性值的线文件数据按 的比例校正到实际坐标位置导入到建模软件并通过运行插值拟合生成三维地形面再将卫星影像图投影贴合到地表模型表面 与传统二维等高线图相比三维地形图在表达地面信息方面更直观道路、地面起伏一目了然(图)可全方位了解矿区全貌便于向非专业地 质 通 报 年图 铅锌矿床滑覆构造联合剖面示意图(据李阳等 修改).下志留统龙马溪组中奥陶统大箐组中下奥陶统巧家组下奥陶统红石崖组上寒武统中寒武统下寒武统上震旦统灯影组地质界线平行不整合界线正断层滑动断层铅锌矿体人员展示工作成果.断层模型的构建区内构造发育主要为弧形断裂 和深部的滑覆构造 由于受后期 破坏断层影响滑覆构造被错断 以钻孔、勘探线剖面、地表填图资料为依据提取可靠的断层数据并设置断层的切割关系建立断层模型(图)从模型中可以看到受向斜影响滑覆构造中部产状较平缓向两侧逐渐变陡中部被断层 错断 北西侧尖灭处两盘断距较小向南东侧断距逐渐增大最大处近 为高角度压扭性逆断裂 研究区北东侧地表岩性破碎初步认为是 断层而在断层模型中该处正是滑覆构造延伸出露位置结合钻孔层位资料推测该处岩性破碎段正是滑覆构造存在的证据 断层可能不存在同理研究区南西侧的 断层也可能是滑覆构造在地表的出露位置可待下一步工作进行工程验证.三维矿体模型的构建以矿产地质勘查规范 铜、铅、锌、银、镍、钼(/)中铅锌矿床硫化矿石的一般工业指标为标准(高利明等)划定矿体的边界品位为 .以品位条件满足其一为矿体分别对铅矿体、锌矿体建模 根据见矿钻孔的空间分布范围以外围钻孔外推 为边界进行建模 对品位数据进行变差函数分析在软件中建立 并在该范围用建模软件生成 空间网格实体模型在实体模型中进行、品位的克里格空间插值最终实现矿体建模(图、)从模型中可以看出矿体呈层状、似层状产出东北部出露位置较高西南部埋深较大西北部滑覆体缺失灯影组含矿层无矿体实体.地层模型的构建研究区均为沉积岩成层性较好地质条件复杂被断层切割 本文以海拔 至地表范围为建模范围以钻孔中地层分层数据为控制点以滑第 卷 第 期许加田等:综合多源数据的矿床三维地质建模 以四川某铅锌矿为例图 原始数据的三维显示图.覆构造为界分别设定滑覆体和下伏系统的地层层序及接触关系建立地层模型(图)模型详细展示了地层、矿体、断层之间的接触关系主矿体位于 正断层上盘呈层状、似层状分布于灯影组顶部层间破碎带中总体产状平缓 滑覆体地层从奥陶系巧家组到上震旦统灯影组均有分布但在研究区西北部因滑覆构造作用导致灯影组含矿地层(橘红色层)缺失因此布设钻孔、坑道等探矿工程时应避开该部位滑覆体下伏地层与滑动系统的地层组成相同从下志留统龙马溪组到上震旦统灯影组均有分布灯影组在研究区东北部出露位置高钻孔中已见到而在研究区西部及南部埋深较大未有探矿工程揭露根据钻孔资料和地层层序滑覆体下伏地层中灯影组与滑覆体地层中灯影组类似是该矿床今后深部找矿的重点部位.建立三维地质实体模型面结构模型中地质体内部未充填只显示地质体的轮廓线不能对地质体内部赋属性并进行相关计算因此需要在面模型的基础上构建实体模型在断层和地层面模型构建完成后构建合适网度的三维地质实体模型(图)通过剖切实体模型(图)可以看出地层层序完整铅锌矿体分布在灯影组顶部层间破碎带中呈层状分布 以滑覆构造为界上、下 套地层重复现有勘查活动主要集中在上部灯影组含矿层中而在滑覆构造下伏系统中发现的灯影组将是该区今后深部找矿的有利部位 模型可实现对任意方向剖切并选择工程要素、地质要素进行展示能全方位了解研究区地质情况便于制图及钻孔设计 结 论()综合、填图、钻孔、勘探线剖面、卫星影像图等多源数据建立了符合实际的三维地质实体模型展现了该矿床海拔 至地表面范围的三维地质空间展布充分揭示了研究区的详细地质构造、地层结构对后期的勘查方向、工程布置具有一定的指导意义()利用三维模型能将抽象的二维资料变得生地 质 通 报 年图 三维地质模型图.地形地貌模型三维断层模型铅矿体三维模型锌矿体三维模型三维地层模型三维地质实体模型第 卷 第 期许加田等:综合多源数据的矿床三维地质建模 以四川某铅锌矿为例图 三维地质实体模型铅直切片.第四系下巧家组红石崖组二道水组西王庙组龙王庙组沧浪铺组筇竹寺组灯影组动形象从三维角度分析地质资料的合理性并有效指导地质勘查工作 随着原始资料的不断积累和地质认识的不断深入能基于现有模型动态更新修改完善模型的维护成本低参考文献 .范文遥 曹梦雪 路来君.基于 软件的三维地质建模可视化过程 .科学技术与工程 .冯骁阳.川西巴塘地区活断层探查与三维地质建模研究 .长安大学硕士学位论文 .高乐 卢宇彤 虞鹏鹏 等.成矿区三维可视化与立体定量预测 以钦杭成矿带庞西垌地区下园垌铅锌矿区为例 .岩石学报 .高利明 薄志平 杨强 等.矿产地质勘查规范 铜、铅、锌、银、镍、钼/.北京 地质出版社.耿瑞瑞 范洪海 孙远强 等.基于 软件的沙子江铀矿床三维定量预测 .矿床地质 .郭福生 林子瑜 黎广荣 等.江西相山火山盆地地质结构研究 来自大地电磁测深及三维地质建模的证据 .地球物理学报 .郭甲腾 刘寅贺 韩英夫 等.基于机器学习的钻孔数据隐式三维地质建模方法 .东北大学学报 自然科学版 .何紫兰 朱鹏飞 马恒 等.基于多源数据融合的相山火山盆地三维地质建模 .地质与勘探 .贾飞 胡跃亮 王永锋 等.基于 软件的山东莱州留村金矿区三维建模及资源量估值 .地质与勘探 .贾然 王浩然 王功文 等.河南栾川西沟铅锌银金矿床三维地质建模与深部找矿预测评价 .地学前缘 .李程 吴志春 杨羿 等.基于 的钻孔数据建模方法与实例研究 .江西科学 .李菊红.矿产勘查中高精度构造和地层建模新技术 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