云南思茅大平掌銅礦三維地質(zhì)建模及礦化規(guī)律

云南思茅大平掌銅礦三維地質(zhì)建模及礦化規(guī)律朱趙勇1郭祥2王崇軍1【摘要】大平掌銅礦地處瀾滄江火山巖帶中南段，屬于典型的火山噴流沉積礦床，上、下部分別發(fā)育塊狀礦體群及細(xì)脈一浸染狀礦體群。以礦體群為研究對象，基于DIMINE三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)，構(gòu)建了礦體群的三維實體模型，發(fā)現(xiàn)礦體群連續(xù)性較差，礦體群規(guī)模較小。通過鉆探/坑探樣品化驗數(shù)據(jù)的收集、整理，對兩礦體群Cu品位的分布規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計分析，并沿走向、傾向及厚度方向?qū)烧逤u品位的空間變化特征進(jìn)行了討論。結(jié)果表明：①礦體群Cu品位呈明顯的幾何各向異性，其中礦體群礦化沿水平方向具有較強(qiáng)的連續(xù)性，礦體群局部富集特征顯著，礦化在水平方向上連續(xù)性較差；②總體上，礦體群沿水平方向礦化連續(xù)性較好而在厚度方向上礦化不均勻。在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)兩礦體群Cu品位空間變異性的分析，從三維角度揭示了礦體群的礦化空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步驗證了兩者地質(zhì)特征及成因的不同，為進(jìn)一步研究大平掌銅礦床的礦化規(guī)律提供了重要理論依據(jù)。【期刊名稱】現(xiàn)代礦業(yè)【年(卷)，期】2017(000)005【總頁數(shù)】7【關(guān)鍵詞】銅礦三維地質(zhì)建模地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)變異函數(shù)礦化規(guī)律傳統(tǒng)地質(zhì)二維勘探手段大都基于平面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，僅能對地質(zhì)體特征進(jìn)行定性描述，無法對于深/邊部的隱伏礦特征及其與地層、構(gòu)造等的相互關(guān)系進(jìn)行定位、定量描述［1-2］。精確、直觀地分析地下礦體、地層、構(gòu)造、巖體的三維形態(tài)特征，有助于更準(zhǔn)確地對地質(zhì)體形態(tài)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行解譯，從而便于深入研究礦床成因及成礦規(guī)律，為深部成礦預(yù)測提供重要依據(jù)。隨著三維地質(zhì)建模技術(shù)的不斷發(fā)展，Surpac、Datamine、Micromine、DIMINE等各類礦業(yè)軟件逐漸涌現(xiàn)并在礦床三維可視化方面得到了廣泛應(yīng)用［3-7］。思茅大平掌銅礦的發(fā)現(xiàn)是三江構(gòu)造-成礦帶上重大找礦突破的成果，也是目前滇西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最重要的火山塊狀硫化物(Volcanichostedmassivesulfide,VHMS)型銅多金屬礦床［8］。在大平掌礦床探明的資源儲量中，Cu、Zn均已達(dá)中型礦床規(guī)模，伴生的Pb、Au、Ag等達(dá)小型礦床規(guī)模。該礦自20世紀(jì)末被發(fā)現(xiàn)以來，備受國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注［9-10］，相關(guān)學(xué)者分別從構(gòu)造環(huán)境［11-12］、地質(zhì)特征［13-14］、地球化學(xué)特征［15-17］及成因［18-20］等方面對該礦床進(jìn)行了大量卓有成效的研究，但對于礦床三維可視化的研究成果較少。因此，本研究基于DIMINE軟件平臺，以該礦床的礦體群為例，利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理對礦體進(jìn)行解譯，構(gòu)建礦床三維地質(zhì)模型，對Cu礦化規(guī)律進(jìn)行深入探討。1礦區(qū)地質(zhì)特征大平掌銅礦位于岡底斯一念青唐古拉褶皺系與唐古拉一昌都一蘭坪一思茅褶皺系的接合部，夾持于酒房斷裂(F1)與李子樹斷層(F4)之間，隸屬于瀾滄江復(fù)雜火山巖帶中南段的火山巖島弧。礦區(qū)主要出露上泥盆統(tǒng)一下石炭統(tǒng)大凹子組(S2+3d1)，中三疊統(tǒng)下坡頭組(T2x)、大水井山組(T2d)及中侏羅統(tǒng)花開左組(J2h)。大平掌銅礦礦體賦存于泥盆系大凹子組(S2+3d1)凝灰?guī)r、英安巖與流紋巖接觸部位及流紋巖中(圖1)。礦區(qū)主體構(gòu)造為NW向背斜構(gòu)造，酒房斷裂(F1)自礦區(qū)南西側(cè)穿過，控制著區(qū)內(nèi)火山巖漿活動及沉積作用，而礦區(qū)兩側(cè)的李子樹斷層(F4)及白沙井?dāng)鄬幼?)將礦床夾持于其中，多為破礦構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)F1、F4斷層控制著大凹子組火山巖的分布，火山噴發(fā)以酒房斷裂(F1)為通道，以裂隙式為主自西向東呈側(cè)向噴發(fā)，礦床明顯受火山巖相及構(gòu)造控制，白沙井?dāng)鄬?F2)及大平掌斷層(F3)為主要破礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，其中次火山巖(入n)為礦體群的主要賦礦巖性，見流紋斑巖、角礫狀流紋斑巖呈不規(guī)則梭狀分布于大田梁子一帶。此外，礦區(qū)圍巖蝕變強(qiáng)烈，種類繁多，其中硅化、黃鐵礦化、綠泥石化與礦化關(guān)系密切，晚期石英脈內(nèi)黃銅礦富集，構(gòu)成富礦石，而綠泥石化為富硫化物熱液的重要組成部分。2礦床地質(zhì)特征2.1礦體產(chǎn)出特征礦床內(nèi)礦體多為隱伏礦，在空間上可分為上、下兩層礦體，分別記為礦體群，共同構(gòu)成7VHMS型礦床所特有的〃上層下脈”的礦化結(jié)構(gòu)特礦體群出露于礦區(qū)中部及白沙井?dāng)鄬?F2)東側(cè)，在平面上呈南寬北窄的不規(guī)則長條狀展布，走向長約2.5km，主要賦存于大凹子組(S2+3d1)含鈣-鈣質(zhì)凝灰?guī)r或硅質(zhì)條帶凝灰?guī)r中，與地層產(chǎn)狀一致，屬典型的層狀-塊狀礦體，穿層性不明顯；礦體群分布于礦區(qū)13#~20#線，賦存于大凹子組上部的鈉質(zhì)流紋巖及火山角礫巖中，(S2+3d1)呈中間厚、邊部薄的透鏡體展布，產(chǎn)狀變化大，與硅化、絹云母化、黃鐵礦化及綠泥石化等熱液蝕變關(guān)系密切，為典型的細(xì)脈一浸染狀礦體，普遍穿切圍巖(圖2)。2.2礦石組構(gòu)特征礦體群由多種塊狀硫化物銅多金屬礦石組成，硫化物主要包括黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦及黃銅礦等，總量大于50%，局部可達(dá)80%，脈石礦物主要為石英、綠泥石及方解石等，具有典型的塊狀、角礫狀、條紋狀及條帶狀構(gòu)造，礦石結(jié)構(gòu)以微一細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主。總體上，礦體群礦石既發(fā)育典型沉積成因結(jié)構(gòu)構(gòu)造，又發(fā)育熱液結(jié)晶交代結(jié)構(gòu)構(gòu)造。礦體群礦石發(fā)育疏一密不等的浸染狀一細(xì)脈狀硫化物，礦物組合較簡單，主要由黃鐵礦、黃銅礦組成，礦石結(jié)構(gòu)主要為晶粒結(jié)構(gòu)、填式結(jié)構(gòu)及交代殘余結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造則以浸染狀、細(xì)脈一浸染狀等熱液充填一交代型構(gòu)造為主，局部發(fā)育成礦后動力作用形成碎裂結(jié)構(gòu)及角礫狀-片理化構(gòu)造。2.3空間組合特征本研究構(gòu)建的礦體群的三維實體模型如圖3所示。由圖3可知：無論是在NW走向方向上，還是NE向傾向方向上，兩者重疊性均較好，礦體群分布范圍略大于礦體群，礦體群連續(xù)性較差，礦體群規(guī)模相對小?？傮w上，兩者在空間上密切相關(guān)，具有連續(xù)過渡產(chǎn)出的特點(diǎn)，共存性顯著。3礦床數(shù)學(xué)模型構(gòu)建3.1地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立本研究收集了793個勘探工程及2888條測斜記錄的數(shù)據(jù)資料，并按照定位表（孔口文件）、測斜表（測斜文件）及樣品表（樣品文件）分別錄入（表1）。此外，為解譯分析兩礦體群的礦化特征，各礦體群的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫分別進(jìn)行構(gòu)建，并對樣品缺失、鉆孔方位有誤或樣品區(qū)間重疊等問題進(jìn)行校驗，得出完整的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征在進(jìn)行品位推估前，需掌握樣品品位分布規(guī)律及礦床成因，分析樣品中礦化元素的品位變化程度，初步估計礦床的平均品位，并據(jù)此確定邊界品位，以解譯、圈定礦體邊界［22-23］。大平掌銅多金屬礦床主要成礦元素為Cu、Pb、Zn、Au、Ag等，本研究對礦體群的Cu品位進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果見圖4。由圖4可知礦體群Cu組合樣品品位分布呈典型的對數(shù)正態(tài)分布特征，Cu品位集中于0-2%，平均1.79%，變異系數(shù)67.03%，屬均勻變化型；礦體群Cu組合樣品Cu品位統(tǒng)計也顯示呈對數(shù)正態(tài)分布特征，Cu品位集中于0~0.5%，平均0.74%，變異系數(shù)162.16%，屬不均勻變化型。總體上，礦體群礦化富集而礦體群礦化相對貧。3.3變異函數(shù)模型地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的主體思想是將礦床中的成礦元素品位等同為一種區(qū)域化變量，其取值在空間上既具有隨機(jī)性，又具有一定的結(jié)構(gòu)性，該類區(qū)域化變量的特征值由變異函數(shù)計算分析獲得［24］。由于礦體在空間上的分布具有各向異性，故需按照走向、傾向及厚度3個不同研究方向進(jìn)行變異函數(shù)分析，此外，由于礦體群的礦化特征有所區(qū)別，其變異函數(shù)參數(shù)也需根據(jù)各礦體群的產(chǎn)出特征分別確定，并據(jù)此繪制出Cu品位沿各研究方向的試驗變異函數(shù)曲線（圖5、圖6）,相應(yīng)的試驗變異函數(shù)角度參數(shù)取值見表2。據(jù)圖5、圖6中的A曲線分析可知，各數(shù)據(jù)點(diǎn)對分布極不規(guī)則，波動性較大，且兩礦體群的變異函數(shù)曲線差別較大，總體仍顯示出函數(shù)值隨滯后距h的增大而逐漸增大的走勢，屬典型的躍遷型函數(shù)，吻合球狀模型所需的條件和要求。因此，本研究選用球狀模型對兩礦體群的試驗變異函數(shù)進(jìn)行擬合，其標(biāo)準(zhǔn)公式為：式中，h為滯后距；a為變程；C0+C為基臺值；C0塊金值。經(jīng)反復(fù)試驗，計算確定的礦體群的理論變異函數(shù)參數(shù)見表3，擬合得出的理論變異函數(shù)曲線如圖5、圖6中的B曲線所示。3.4變異函數(shù)交叉驗證本研究變異函數(shù)交叉驗證的思路為，假定原始已知取樣點(diǎn)的品位值未知，根據(jù)其一定范圍內(nèi)四周的品位值進(jìn)行推估，并以此得到的品位值與原始的真實品位值進(jìn)行對比，分析其差值的統(tǒng)計分布規(guī)律。分析表明礦體群Cu品位變異函數(shù)的誤差均值分別為-0.006、0.002（接近0），誤差的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差均趨近于1，變異系數(shù)分別為0.5%、0.2%，表明誤差分布相當(dāng)集中，均趨附于0附近，可見理論變異函數(shù)模型擬合準(zhǔn)確，所取參數(shù)較合理。4礦化規(guī)律礦體群Cu品位變異函數(shù)曲線波動性相差較大（圖7）:沿水平方向（走向方向/傾向方向）曲線波動性相對較小，垂向（厚度方向）上波動性較大，表明礦化沿厚度方向品位變化較大，分布不均勻，與礦體群的層控性特征吻合。而礦體群Cu品位變異函數(shù)曲線的波動性與礦體群有所區(qū)別：Cu品位沿走向方向波動性最大，傾向方向次之，沿垂向方向波動性最小，是因為礦體群不受地層、巖性控制而與熱液蝕變關(guān)系密切的地質(zhì)特征有關(guān)，蝕變較強(qiáng)的地段為富礦段，遠(yuǎn)離火山角礫巖帶及富礦體兩側(cè)Cu品位降低，因此礦體群沿走向方向礦化分布極不均勻。對計算擬合得出的變異函數(shù)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析表明：①C0/（C0+C）為基底效應(yīng)，為隨機(jī)變量的各向異性在總空間異質(zhì)性的占比表征［25］，當(dāng)C0+C值一定時，該值越大表明變量的隨機(jī)性越明顯；②C/a為各項變異性在單位變程上的變化程度，（C0+C）/（C?a）為區(qū)域變量的變化梯度，具體表征礦化沿各方向的變化程度。由表3可知礦體群沿各方向呈C0+C值相同、a相差較大的特點(diǎn)，具有顯著的各向異性。由表4可知：①總體上，Cu在各研究方向上變程相差較大，礦體群均以走向上a最大、傾向次之、厚度方向上最小為特征，表明Cu品位在水平方向上連續(xù)性較好而在垂向上連續(xù)性較差；②礦體群的C0+C值大于礦體群，表明礦體群Cu品位變異程度較高，礦化不均勻，與礦體群連續(xù)性差而礦體群連續(xù)性好的地質(zhì)事實吻合；③礦體群沿各方向的C0/(C0+C)值分別為0.03、0.5，表明礦體群空間結(jié)構(gòu)性較好，礦體群屬次火山熱液型礦床的特征明顯，受熱液蝕變作用控制，富礦化集中分布的趨勢較顯著；④據(jù)C/a計算值可知在極限變程范圍內(nèi)，礦體群中Cu品位沿水平方向(走向/傾向)上的漸進(jìn)性變化均較小，厚度方向上的漸進(jìn)性變化明顯，與兩礦體群Cu品位變異函數(shù)曲線特征一致，進(jìn)一步表明Cu品位在厚度方向上變化較大；⑤礦體群在水平、走向及傾向上(C0+C)/(C?a)值較接近，而在垂向(厚度)上變化最大，即礦化沿厚度方向分布不均勻，與基底效應(yīng)的分析結(jié)果對應(yīng)。5找礦靶區(qū)大平掌銅多金屬礦床礦體群具有典型的雙層結(jié)構(gòu)，礦體群礦化連續(xù)性較好，集中富集特征較顯著，礦體群分布范圍較礦體群大，符合管道相礦體小于平面相礦體的一般規(guī)律，直觀地反映出完整的中心式噴流成礦系統(tǒng)的礦化結(jié)構(gòu)。礦區(qū)資源增儲應(yīng)考慮深/邊部區(qū)域，應(yīng)以探尋礦體群為主要目標(biāo)，關(guān)鍵在于尋找噴流管道中心。礦體群在走向上與NW向F5斷層基本一致，0#~12#線大凹子組第一段中發(fā)育有大量的火山角礫巖及隱爆角礫巖、石英脈帶，顯示著火山-噴流中心的特征。圖7(a)中等溫線總體走向與礦體及NW向斷層走向基本一致，成礦溫度高值區(qū)位于6#~10#線，與礦體群走向基本重合，其中10#線地段的細(xì)脈一浸染狀礦體群發(fā)育最佳，鉆孔揭露到的黃鐵礦化、硅化、綠泥石化等為直觀找礦標(biāo)志，指示噴流管道中心區(qū)位于該段。礦體群中心區(qū)重合較好，礦化結(jié)構(gòu)完整，礦體群高品位區(qū)間位于0#~10#線的礦體中部，與礦體群的高品位區(qū)段吻合；礦體群存在典型的環(huán)狀一放射狀裂隙充填成礦現(xiàn)象(圖7(b)),控礦裂隙構(gòu)造位于3#~14#線，揭示了0#~10#線為管道噴流中心區(qū)，且分布于F5斷層上盤3#-14#線的礦體群NE地段為環(huán)形一放射狀礦體群的分布區(qū)域與控礦構(gòu)造、成礦溫度高值區(qū)的高吻合塊段，因此確定該地段為尋找礦體群的有利靶區(qū)(圖7(a))。6結(jié)論礦體群為海盆地中水一巖界面上形成的塊狀硫化物礦體，礦體群為噴流管道中熱液充填一交代作用形成的細(xì)脈一浸染狀礦體，在礦化結(jié)構(gòu)上構(gòu)成了完整的熱水噴流成礦的雙層結(jié)構(gòu)，與地質(zhì)事實吻合度高。礦體群Cu品位較高而礦體群Cu品位相對低，呈“上富下貧”的空間分布結(jié)構(gòu)。此外，成礦元素在水平及垂向上具有不均衡分帶性，總體表現(xiàn)為中心區(qū)、下部富銅而上部、邊緣富Pb，在平面上形成長軸呈NW向的不規(guī)則紡錘形銅礦化組合類型分帶。礦體群礦化不均勻礦體群集中富集的趨勢更為顯著，Cu礦化由富集中心向外呈不規(guī)則塊段式富集，進(jìn)一步驗證了礦體群受控于熱液蝕變作用，為進(jìn)一步研究礦體群的礦化成因及控礦因素奠定了重要的理論基礎(chǔ)，為總結(jié)成礦規(guī)律提供了客觀依據(jù)。礦體群的中心區(qū)重合較好，礦體群Cu高品位區(qū)分布于礦體中部，與礦體群低品位區(qū)段基本對應(yīng)，指示噴流管道成礦中心區(qū)深部為礦體群的重要找礦靶區(qū)。在今后礦區(qū)地質(zhì)勘查工作中，應(yīng)類比大平掌礦床礦體群的三維解剖性研究成果，進(jìn)一步開展更大范圍的火山巖帶成礦規(guī)律研究，分析礦帶找礦潛力，確定重點(diǎn)地段的噴流成礦中心及找礦靶區(qū)，為大平掌礦山接替資源探尋提供可靠依據(jù)。參考文獻(xiàn):向中林，王妍，劉玉芳，等.基于鉆孔數(shù)據(jù)的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過程研究[J].地質(zhì)與勘探，2009(1):75-81.江禮遷，胡敏.基于網(wǎng)格的地質(zhì)斷層可視化三維建模方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，33(8):1182-1184.李曉暉，袁峰，張明明，等.基于Surpac的垂直斷面資源儲量估算方法研究與實現(xiàn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2015，45(1):156-165.余璨，李峰，張達(dá)兵，等.基于DIMINE的紅龍廠銅礦地質(zhì)建模與儲量計算[J].金屬礦山，2015(2):108-112.王洋，趙明生.基于DIMINE的礦山地質(zhì)建模及儲量估算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(11):114-115.楊金富，周仕雄，薛力鵬.基于DIMINE的會理拉拉銅礦三維地質(zhì)建模及儲量估算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(8):114-118.馮超東，楊鵬，胡乃聯(lián).克立格法在Surpac軟件中的實現(xiàn)及應(yīng)用[J].金屬礦山，2007(4):55-58.李峰.云南大平掌銅多金屬礦床稀土元素地球化學(xué)特征[J].巖石礦物學(xué)雜志，2003，22(3):259-264.袁小龍，李文堯，李峰，等.滇西大平掌銅多金屬礦地球物理特征及異常模型[J]物探與化探，2013，37(5):817-821.李峰，莊鳳良.滇西大平掌銅多金屬礦床地質(zhì)特征及其成因分析[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報，2000，25(6):32-36.鐘宏，胡瑞忠，葉造軍.云南大平掌礦區(qū)火山巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報，2004,28(3):64-81.李進(jìn)寶，吳靜，李峰，等.滇西大平掌銅多金屬礦床火山巖構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)證據(jù)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12(17):4073-4078.李峰，張富良.滇西大平掌銅多金屬礦床火山噴流沉積成因[J].地質(zhì)與勘探，2001(4):5-8.楊貴來，胡光道.思茅大平掌銅多金屬礦床地質(zhì)特征及成礦機(jī)制[J].云南地質(zhì)，2001，20(4):347-360.李峰，莊鳳良，楊海林.滇西大平掌銅多金屬礦床流體包裹體研究[J].巖石學(xué)報，2000，16(4):581-586.李峰滇西大平掌銅金多金屬礦床火山噴流沉積成礦模式[J].礦物巖石地球化學(xué)通報，2000，19(4):296-297.戴寶章，廖啟林，蔣少涌.云南蘭坪一思茅盆地大平掌銅多金屬同位素地球化學(xué)與成礦年代學(xué)[J].南京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，40(6):674-683.劉家軍，李朝陽，潘家永，等.蘭坪一思茅