青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建

王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-1-前言三维地质建模技术是三维地理信息系统技术的一个重要分支。三维建模技术旨在利用对地质实体的三维建模实现地质实体三维可视化，使抽象的矿体数据转化为清晰的三维模型，从而更明显的揭示矿体的形态分布规律，方便研究工作的进行。同时，通过三维建模可以使得传统的二维平面上的工程设计清晰直观的展现在三维空间中，有利于矿床生产，也有利于环境评估。因此矿体三维建模技术在国外的矿山工作、学生教育、科研工作中有着极其广泛的使用。但是国内的矿山建设大部分依然停留在二维平面设计的基础上，很少利用三维可视化建模技术辅助生产研究工作，在国内同样也没有合适的国产三维建模软件适用于矿山实体建模。因此研究地质实体三维可视化技术与国内矿山科研生产相结合具有重大的理论和实践意义。本文研究区域西起阿尔金断裂，东止于哇洪山—温泉断裂，北与柴达木盆地相交，南以昆南断裂为界与可可西里巴颜喀拉造山带相邻。东西长约1500km，南北宽100—210km，总面积约为17万km²。为了更直观的提现矿床的形态分布以及变化特征，帮助矿山研究，辅助矿山生产、设计工作。解决大规模矿山的生产难题，提高生产效率，本文将以夏日哈木铜镍矿床为例利用国外软件surpac，展现整个模型的建立过程，并利用软件功能进行矿体储量估算，为该矿床今后的工作提出建议。最后，总结surpac在矿山建设中的方法，展现具体的操作过程，以及三维可视化矿山的成果。既作为夏日哈木铜镍矿工作的一部分，同时也以此为例说明surpac在矿山建设中的应用，同时找出研究中的问题，为surpac在国内的完善提出建议，促进国内三维可视化矿山的普及。摘要三维地质建模技术是三维地理信息系统技术的一个重要分支。三维建模技术旨在利用对地质实体的三维建模实现地质实体三维可视化，使抽象的矿体数据转化为清晰的三维模型，而更明显的揭示矿体的形态分布规律，方便研究工作的进行。同时，通过三维建模可以使得传统的二维平面上的工程设计清晰直观的展现在三维空间中，有利于矿床生产，也有利于环境评估。在Surpac中，地质数据库的建立是基础，矿体及地质体的三维建模是核心，块体模型的建立和矿体储量的估算是推广和应用。本文对青海省夏日哈木铜镍矿床进行了三维可视化研究，并建立了三维地质模型、评估矿山的储量，以下是主要工作及工作成果:吉林大学学士学位论文-2-1．提取和分析矿区已有地质资料，通过surpac创建矿山地质数据库。2．利用surpac对于地表、岩性、矿体建立了三维数字化模型，直观展现它们的形态变化特征和相互关系。3．利用surpac进行了创建夏日哈木铜镍矿的块体模型，完成块体品位的估值以及整个矿体储量的估算。4．建立数字化模型，方便对矿山的管理，工程的设计和施工，提高了工作效率和工作质量。5．通过可视化研究，直观的显示出矿体与地质体的关系，支持了前人对于矿床成因的富集规律的观点。关键词：地质实体三维建模；地质数据库；可视化；实体模型；块体模型；Surpac第一章区域地质背景第一节区域地层夏日哈木铜镍硫化物矿床位于东昆中隆起带中部，乌图美仁乡以南约60km的夏日阿哈木日河下游地区。大地构造位置属于昆中基底隆起花岗岩带，北侧靠近昆北断裂。区域地层具有出露全、跨度较大，类型较为复杂的特点。出露的岩层主要是古元古代金水口白沙河岩组、奥陶—志留纪滩间山群、泥盆系耗牛山组、早石炭石拐子组、大干沟组，晚三叠世鄂拉山组和第四系地层如图1.1。一、下元古界金水口岩群白沙河岩组是该区出露的最大最老的地层，金水口岩群白沙河岩组地层经过多次构造变动，为高级变质岩。可将其划分为平行接触的片麻岩岩段和大理岩岩段。片麻岩岩段主要由片岩、片麻岩、大理岩等岩性组成；大理岩岩段则主要为大理岩，偶见少量变粒岩夹杂其中。二、下古生界下古生界主要发育在东昆北加里东弧后裂陷带和东昆北加里东弧后裂陷带内，为奥陶纪地层。是由滩间山群和纳赤台群两个地层组成的。其中奥陶—志留纪滩间山群地层是由一组不同程度的海相火山岩—沉积岩组构成的。主要岩性为火山岩、碎屑和王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-3-碳酸盐岩，从底部到顶部依次可分为碎屑岩、火山岩、碳酸盐岩和上碎屑岩组。三、上古生界昆中带、昆北带发育上泥盆统至下二叠统，昆南带仅有石炭系和二叠系。区内出露晚泥盆耗牛山组(Dam)和黑山沟组(D3hs)。耗牛山组出露于东昆中基底隆起花岗岩带，主要为火山岩、碎屑岩，与下伏滩间山群角度不整合接触，可分为碎屑岩段和火山岩段。昆北带早石炭石拐子组(Cls)，与世耗牛山组为角度不整合接触，可分为碎屑岩段和碳酸盐岩段两个岩性段。早石炭大干沟组(Cldg)零星分布于昆北带的北部，与下伏金水口岩群角度不整合，岩性主要为灰岩、角岩及糜棱岩。昆南带分布有二叠纪布青山群，该群可分为碳酸盐岩段、硅质岩段以及变火山岩段这三个小段。许多金，铜，钻矿化和该层有关。吉林大学学士学位论文-4-图1.1夏日哈木区域地层表四、中生界王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-5-东昆带中花岗岩带主要发育有三叠系和侏罗系的地层，而昆北带和昆中带仅出露上三叠系的地层。晚三叠系地层主要为鄂拉山组，其中含有二长花岗岩侵入体。晚三叠系鄂拉山组地层的岩石类型较为复杂，主要由一套火山熔岩的火山为主碎屑岩组成。昆南带中的三叠纪地层主要为由洪水川、闹仓坚组以及八宝山组。五、新生界新生代广泛分布，古近系及新近位于谷底和山间盆地中部，包含了一套大陆碎屑岩，岩性主要为泥岩、泥灰岩、砂岩、粉砂岩、砾岩夹石盐层。第四系主要分布在河谷两侧及盆地边缘。海拔4300-5200m之间的高山区出露有中更新世冰债物。晚更新世洪积物主要以洪积扇、洪积裙和山前平原的形式大面积分布在山前和盆地边缘，洪冲积物多分布在河沟下游，组成高级阶地。第二节区域构造昆仑造山带位于青藏高原，中央造山带中西段的东北部。据其中近平行展布昆西、昆北、昆南的三条断裂带的特点，将其划分为五个带（图1.2）：东昆仑北加里东弧后断裂带、东昆仑中基底隆起花岗岩带、东昆南复合拼贴带以及阿尼玛卿蛇绿混杂岩带和北巴颜喀拉造山带。本文的研究对象夏日哈木铜镍矿床位于昆中带上柴达木南缘地层小区，靠近昆北断裂如图：图1.2东昆仑断裂带及构造分区略图（据姜春发等，1992资料修编）Ⅰ.昆北构造带；Ⅱ.昆中构造带；Ⅲ.昆南构造带；Ⅳ.巴颜喀拉构造带一、昆北构造带吉林大学学士学位论文-6-西起祁漫塔格西南的昆北断裂，全长800多公里。断裂覆盖率高，因此，根据区域的地球物理数据推断，断裂延伸到莫霍面的深度（张以弗等，1991）。二、昆中构造带昆中断裂在地表蔓延约900公里，在新疆断裂呈北西西—南东东方向，在青海省变为近东西向。三、昆南构造带昆南断裂在布青山西段东由东南偏转到北西西—北西向。在东昆仑区域长800公里，断面向北倾斜，约65°倾角。第三节岩浆岩东昆仑有较强烈的岩浆活动，岩浆岩分布广泛。从酸性到碱性超基性侵入岩均有分布，显示出多旋回边缘造山的特点。一、侵入岩（一）中—酸性侵入岩区域内主要侵入岩是从前寒武纪到燕山期均有发育花岗岩，其中海西花岗岩岩石和印支期的分布最广。（二）镁铁—超镁铁质侵入岩通过分析镁铁质超基性岩的所有数据表明该区镁铁质—超镁铁质基性侵入岩主要分布时代的元古代、古生代和中生代，规模普遍较小。岩石和成矿的关系的研究工作只限于极少数的侵入体。二、火山岩区域内火山活动多、火山分布广泛。在空间上呈带状分布，厚度变化较明显，岩性复杂性高，从基性到酸性的都有发育，具有多起喷发的时间特点，从晚元古代、晚古生代、中生代都有火山活动。王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-7-第二章矿区地质第一节地层区内主要分布地层有金水口群白沙河组地层以及第四纪地层（图1.2）。一、古元古代金水口群白沙河组地层分布广泛约60%，是矿区地层的主体。主要是高变质程度的变质岩，沉积岩原岩为碎屑岩—基性火山岩—碳酸盐岩地层，沉积特征主要为海相陆源碎屑岩。有1927年±34Ma和2234±160MA（SM-Nd等时线）的地质年代。根据地层、岩石特性，白沙河岩群可进一步分为两个部分：片岩部分（Ptibi）和片麻岩部分（Ptiba）。片岩部分(Ptibi)和片麻岩部分(Ptiba)在区内均有出露。总体方向为北西西—南东吉林大学学士学位论文-8-东向。该地层多被后期花岗岩体所侵蚀，呈断块或侵入岩中的残留体展布，同时发生接触变质作用，并伴有相应的矿物质的矿化的成矿作用。二、第四纪(Q)区内第四系地层分布广泛，主要是冲积，冲洪积，距骨，积冰和冰堆积，风沙等，粘土，砂石。第二节构造以下为对矿区内与成矿有关的主要断裂描述：F1断裂:主断裂，近东西，位于矿区中部，横穿矿区，断裂处形成宽10—80m不等的破碎带，破碎带内碎裂岩化发育，并见有褐色断层泥。该断裂为逆断裂，南倾，倾角约70°。该断裂为成矿前断裂，很大程度上控制着区内地层分布。F2断裂:位于矿区西侧，方向北西西,为正断层，倾角约55°，地表见有断层面和断层角砾，断层宽约20—50m。F3断裂:近北东向断裂，位于矿区西侧，为右行走滑逆断层。该断层形成较晚，错断了F1,F2两个断层。F4断裂:该断层为推测断层，近南北向断裂，夏日哈木河中间第四系地层中，该断层为形成期次较晚的右行平移断层。F5、F6断裂:位于HS31号异常区，方向为北东向，走向45°，该断层为左行的走滑逆断层，形成在成矿之后，为错矿断裂。第三节岩浆岩区内岩浆活动强烈，分布广泛。基性—超基性侵入火成岩是形成铜镍硫化物矿床的岩浆岩。细粒闪长岩的岩石主要是石英闪长岩和闪长岩，约1km²出露面积。研究区出露的二长花岗岩和正长花岗岩位于东南方向，是早新元古代，岩石呈岩株状侵入古元古代金水口组，约有1km²出露面积。一、镁铁质—超镁铁质岩体特征研究区内有一定规模的基性—超基性侵入杂岩体总共4处，呈岩盆状侵入古元古代金水口群白河形成，而一些小的呈镜体或脉状分布;岩石类型主要为橄榄岩、辉石王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-9-岩和辉长岩。前人研究表明夏日哈木铜镍硫化物矿床大部分都产于这套镁铁—超镁铁质侵入岩之中。本文接下来的建模工作也会直观的印证这一点。（一）岩体地质1.Ⅰ号岩体(编号HS26异常)夏日哈木铜镍矿Ⅰ号矿岩位于矿区中北部，是本文的建模区域。可视面积约1.4公里，在钻孔中可能会看到间断的正长岩侵入花岗岩基性—超基性侵入杂岩中，原因是北部大型花岗岩侵入致使杂岩体抬升;岩体第7线以西近于水平，厚度逐渐减小。在本文的地质体建模章节会更直观的展现上述岩体的形态特征。2.II号岩体(编号HS27异常)Ⅱ岩体位于矿区东，出露围岩为金水口组片麻岩的两个小露头。东侧Ⅱ-1号岩体NEE走向约75°，岩石主要由辉长岩，含少量辉石岩组成。Ⅱ-2岩体在西侧，广泛发育有碳酸盐化、褐铁矿化。吉林大学学士学位论文-10-夏日哈木橄榄辉石岩夏日哈木蚀变辉长岩夏日哈木橄榄二辉岩夏日哈木蚀变辉石岩图2.3夏日哈木镁铁质-超镁铁质岩石测年样品镜下照片图2.4夏日哈木工号岩体ZK902和ZK904岩相分带王传斌青海夏日哈木镍矿床三维地质模型构建-11-二、早泥盆世正长花岗岩早泥盆世正长花岗岩主要分布在研究区北部的金水口群变质岩系中。岩石呈浅肉红色；中细粒半自形结构；块状构造；斑晶主要为碱性长石、斜长石和石英为主，含有少量的黑云母。基质主要由细小的长英质矿物组成。三、闪长玢岩特征1.岩相学特征闪长玢岩在分布北部分布，呈脉状产出，面向近东西向，长50-200m，最长达700m，倾角陡，出露5-200米的宽度，矿化后形成超基性侵入杂和水口群变质岩，因此闪长玢岩是成矿后形成的。矿区北部探槽TC1-4中取闪长玢岩样品，作为年代学实验样品，闪长岩脉宽度大于4m（揭露未完全）。实地观察闪长岩穿切了含矿杂岩体，岩石浅灰—灰色，斑状结构，块状构造。10％斑晶含量至15％，主要是角闪石，粒径1.5-3mm，可见在其内部边缘之间角闪石蚀变为方解石和绿泥石。75％至80％的基质含量，主要是由斜长石颗粒和少量细粒闪石组合物。其中，斜长石是半自形—他形，单偏光下，正交极化干