基于vulcan的新疆阿舍勒銅鋅礦三維模型研究

基于vulcan的新疆阿舍勒銅鋅礦三維模型研究

1礦區(qū)地質(zhì)1.1區(qū)域地質(zhì)特征阿薩爾銅錫礦位于哈薩克斯坦哈巴河縣北部以西約31公里處。研究區(qū)東西長2km,南北寬1km,深度1150m。地表海拔高程為800～1100m,相對高差300m左右,地貌類型屬構(gòu)造侵蝕、剝蝕形成的低山丘陵區(qū)。礦區(qū)位于阿爾泰地槽褶皺系瓊庫爾-阿巴宮褶皺帶西段之闊勒能復向斜南西翼。區(qū)內(nèi)區(qū)域地層受區(qū)域構(gòu)造控制。礦區(qū)內(nèi)主要出露有上古生界下-中泥盆統(tǒng)托克薩雷組(D1-2t),中泥盆統(tǒng)阿舍勒組(D2as)和上泥盆統(tǒng)齊也組(D3q),下石炭統(tǒng)紅山嘴組(C1h),新生界第三系和第四系在區(qū)內(nèi)零星分布。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜,褶皺、斷裂發(fā)育,褶皺中4號向斜與礦的賦存有重大關(guān)系,向斜軸向近SN,向S揚起,樞紐略具波狀起伏,形態(tài)有一定的變化:北段呈向E傾斜的緊閉倒轉(zhuǎn)型,西翼傾向80°,傾角45°～70°;東翼倒轉(zhuǎn),傾向90°～105°,傾角55°～75°,倒轉(zhuǎn)向斜軸面傾向東,傾角75°～80°,樞紐揚起角45°左右;南段為正常禁閉型,西翼傾向70°,傾角60°,東翼傾向240°,傾角70°左右,軸面近于直立,略向東傾,樞紐揚起角較小,約15°～25°。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈,地表礦化、蝕變廣泛發(fā)育。大多數(shù)蝕變帶呈不規(guī)則帶狀和條帶狀,呈NW向和近SN向展布,與地層分布基本一致,屬于火山熱液作用的同生蝕變。1.2主、中礦同生裂隙特征礦床范圍內(nèi)的地層及主體構(gòu)造線呈近SN向展布(見圖1),以F16斷層破碎帶為界,東西兩側(cè)分別為Ⅱ號和Ⅰ號礦化蝕變帶,一號銅鋅礦床分布于Ⅰ號礦化蝕變帶內(nèi),由三個礦體組成,編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦體。Ⅰ礦體形嚴格受地層、褶皺構(gòu)造控制;Ⅱ、Ⅲ礦體形態(tài)則受與Ⅰ礦體同生成礦期的同生裂隙的控制。Ⅰ號礦體分布于18-17勘探線間,總體SN向展布,為半隱伏-隱伏礦體,構(gòu)造上位于4號向斜回轉(zhuǎn)端內(nèi)側(cè)及兩翼。礦體上覆地層為阿舍勒組第二巖性段上亞段(D2as2c)的玄武熔巖,下伏地層為阿舍勒組第二巖性段中亞段(D2as2b)的蝕變火山-沉積碎屑巖。主礦體呈層狀,似層狀分布于中上亞段的層間界面附近,與上下地層整合接觸,同步褶皺,形態(tài)嚴格受向斜構(gòu)造的控制,呈向N傾伏,向S揚起,礦體東翼向西倒轉(zhuǎn)的緊閉向斜形態(tài)。Ⅱ號礦體產(chǎn)于阿舍勒組第二巖性段中亞段(D2as2b)中上部位,位于Ⅰ號礦體之下,礦體近SN向展布,地表與Ⅰ號礦體平行分布,深部與其倒轉(zhuǎn)翼及回轉(zhuǎn)端部位斜交,逐漸向E偏離Ⅰ礦體,并呈逐漸尖滅趨勢。Ⅲ號礦體賦存在阿舍勒組第二巖性段上亞段(D2as2c)的玄武熔巖中,隱伏于1-5線附近,呈一脈狀展布。2維可視化立體模型本次研究主要利用阿舍勒礦區(qū)內(nèi)16勘探線至13勘探線間的地質(zhì)、工程資料,進行礦區(qū)內(nèi)礦體、地質(zhì)的三維可視立體模型的研究。利用VULCAN軟件建立礦區(qū)的鉆孔(包括鉆孔、探槽、硐探等,以下簡稱鉆孔)三維模型,然后根據(jù)鉆孔中不同元素采樣分析結(jié)果建立礦體的三維空間模型,在此基礎(chǔ)上對礦體進行空間分析和品位估算、儲量計算。2.1建立與原始資料相關(guān)的空間數(shù)據(jù)庫在建立鉆孔三維立體模型時,需要三個方面的信息:(1)鉆孔的總體位置信息,包括鉆孔的起點三維空間位置(X、Y、Z)及鉆孔的長度;(2)鉆孔空間變化信息,即鉆孔的測斜數(shù)據(jù);(3)對鉆孔的取樣信息:采樣位置、樣品代號、分析結(jié)果、對樣品的地質(zhì)描述(包括巖性代號、礦體代號)以及樣長等。根據(jù)這些資料在軟件中建立與原始資料相關(guān)內(nèi)容的空間數(shù)據(jù)庫?？稍赩ULCAN軟件系統(tǒng)中建立鉆孔的三維立體模型,根據(jù)樣品化學分析的數(shù)據(jù)范圍進行分段且賦以不同的顏色(即制做圖例),即可顯示鉆孔的空間形態(tài)及元素的相關(guān)信息,可以動態(tài)地在空間任意方向觀看鉆孔的三維模型和任意旋轉(zhuǎn)鉆孔,而且可以隨意的放大、縮小,直觀顯示鉆孔空間的位置及其變化狀態(tài),有利于對鉆孔的空間變化進行分析,分析樣品的變化規(guī)律,為礦體、地質(zhì)體的三維模擬作準備。2.2號礦體的空間特征創(chuàng)建了鉆孔的空間位置,也就提供了建立礦體三維可視化模型及地質(zhì)三維模型的基礎(chǔ)。從剖面著手,根據(jù)前人已有的資料,利用礦體在勘探線剖面的投影形狀,構(gòu)建其空間的大致賦存形態(tài),在計算機上根據(jù)剖面進行礦體的初步圈定。首先利用VULCAN軟件能連續(xù)顯示剖面的功能,以可視寬度為100m,剖面間距為100m,在剖面上圈定礦體的邊界線,根據(jù)各剖面的礦體邊界進行礦體的二維模擬,以Delauney方法連接礦體,形成礦體的三維空間模型。此時,可進行礦體的體積、表面積等的計算,也可以通過對礦體進行空間旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等操作,從三維空間形態(tài)上分析礦體的空間展布規(guī)律,分析礦體的形態(tài)和空間變化。Ⅰ號礦體主礦體(Cu11)總體SN向展布,為一個向N傾伏,向S揚起,礦體E翼向W倒轉(zhuǎn)的緊閉向斜形態(tài)。在礦體的西翼又分支出Cu12、Cu13兩個小礦體,在礦體的東翼又分支出Cu14小礦體。Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體之下,礦體近SN向展布,地表與Ⅰ號礦體平行分布,深部與其倒轉(zhuǎn)翼及回轉(zhuǎn)端部位斜交,逐漸向E偏離Ⅰ礦體,并呈逐漸尖滅趨勢。Ⅲ礦體產(chǎn)于Ⅰ號礦體凹部,礦體規(guī)模小,呈一脈狀。2.3礦塊金屬元素空間分布的估計根據(jù)礦體的三維空間大小及延伸狀態(tài),可以利用“塊模型”(BLOCKMODEL)的方法對礦體進行分割,同時可以使用“細分塊”(SUB-BLOCK)對邊界進行精確的模擬,克立格法是地質(zhì)統(tǒng)計學儲量計算的核心,克立格法是一種無偏的、誤差最小的最優(yōu)儲量計算方法,它利用若干臨近鉆孔或坑道的樣品品位來估計處于這些樣品中間的某個塊段或者某個點的品位?？肆⒏穹ㄊ瞧肺还浪?、儲量計算的基礎(chǔ),利用變異函數(shù)求出金屬元素的空間分布特征參數(shù):塊金常數(shù)、基臺值和變程;以及利用克立格方程組估計礦塊的平均品位和平均方差。VULCAN軟件提供了Gislib軟件包,本次研究采用了半變異函數(shù)、相關(guān)半變異函數(shù)作為實驗的對象。在軟件進行自動擬和變異曲線時,采用的理論數(shù)學模型有:球狀模型,指數(shù)模型,高斯模型。最終得到阿舍勒礦區(qū)的相關(guān)信息參數(shù)。為下一步的品位估算提供參數(shù)。普通克立格法的要點是對于任一待估塊段V的真值Zv的估計值,Zk*是估計臨域內(nèi)n個信息值Za的線性組合(Zk*=u03a2λaZa)。在品位估算時,在阿舍勒礦區(qū)的實驗中采用Gislib的普通克立格法進行品位估算,作為對比,選用距離反比法(InverseDistance)進行估算。理論數(shù)學模型根據(jù)實際情況選擇球狀模型。進行儲量計算時,不僅可對剖面、塊段(中段)、整個礦體進行儲量計算,而且對任意范圍內(nèi)、任意銅品位區(qū)間的礦體進行儲量計算。表1為阿舍勒銅鋅礦區(qū)四種礦產(chǎn)儲量計算結(jié)果與勘探報告的對比結(jié)果,表2則是單一的銅礦利用不同的品位估計方法估算的品位和不同方法計算的儲量結(jié)果,而表3是500米標高以上且塊段厚度為100m的范圍內(nèi)銅的儲量計算結(jié)果。經(jīng)過品位估算和儲量計算,可在任意方向、任意位置對礦體進行剖面的切制,亦可切制一定厚度的塊段。在剖面上,在空間上,礦體的富集、貧化均一目了然。3中泥盆統(tǒng)阿舍勒組第二巖性段dq在建立地質(zhì)三維模型過程中,采用層的方法(Layer),不同的地質(zhì)內(nèi)容以地質(zhì)界線為界分為不同的層,將礦體的邊界作為地質(zhì)體(近礦圍巖)的內(nèi)層界面,用不同的顏色表示不同的地質(zhì)內(nèi)容。阿舍勒礦區(qū)地質(zhì)三維模型選定的范圍是16勘探線至13勘探線間的地質(zhì)內(nèi)容。主要包括:上泥盆統(tǒng)齊也組(D3q),中泥盆統(tǒng)阿舍勒組第二巖性段上亞段(D2as2c)、中亞段(D2as2b)、下亞段(D2as2a)、次生石英巖(Sq)、阿舍勒旋回鈉長石英斑巖(λφD2),由于鉆孔分布不均及對深部控制程度不同的影響,深部地質(zhì)內(nèi)容根據(jù)礦區(qū)受倒轉(zhuǎn)緊閉向斜控制推測而定。借鑒礦體三維立體模型建立的方法,又考慮到地質(zhì)體間的連續(xù)性,以面作為地質(zhì)界線,即上層地質(zhì)體的底面(Button)作為下層地質(zhì)體的頂面(Top),逐步完成地質(zhì)三維模型的建立。從圖2的二維地質(zhì)體模型可以明顯看出,礦區(qū)一帶向斜樞紐向S仰起,背斜向N傾伏,核部為(D2as2c),上覆齊也組第一巖性段(D3q1)的少量下部地層卷入;翼部依次為(D2as2b)及(D2as2a)。向斜軸向近南北,向南揚起,樞紐略具波狀起伏,形態(tài)有一定的變化:北段呈向東傾斜的緊閉倒轉(zhuǎn)型,東翼倒轉(zhuǎn),倒轉(zhuǎn)向斜軸面傾向E,南段為正常緊閉型。4地質(zhì)實驗和地質(zhì)勘探的特征通過對礦體、地質(zhì)體三維模型在計算機實現(xiàn)的研究,有以下的認識和收獲:(1)通過建立礦區(qū)礦體、地質(zhì)體三維模型,不僅對地質(zhì)有一個全新的認識,而且有助于進一步認識地質(zhì)體,改變傳統(tǒng)的平面思維方式,從三維空間的角度,分析地質(zhì)體的空間展布規(guī)律。為今后的地質(zhì)研究和礦山生產(chǎn)提供了一種直觀、先進的方法,也是三維可視化技術(shù)在地學領(lǐng)域的有效應用。(2)阿舍勒銅鋅礦區(qū)礦體三維模型顯示:礦體三維形態(tài)大致反映了研究區(qū)的實際情況。地質(zhì)體三維模型也較好的反映了本區(qū)的地質(zhì)情況。(3)儲量計算方面由于國外與國內(nèi)在勘探中存在不同的思維方