矿田三维地质填图方法及应用

袁 峰，李晓晖，张明明，胡训宇，李 杨

（合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥230009）

三维地质填图是近年来随着地球物理探测及三维地质建模技术的进步发展起来的新方法和新技术，目前已逐渐成为了解深部地质结构的重要手段。三维地质填图目前已被广泛用于城市地质调查［1-4］以及矿床学和深部找矿等研究和实际工作之中［5-11］。其中，在矿集区、矿田乃至更大尺度开展地球物理探测及三维地质填图，通过融合多源地质、物探数据信息，去伪存真、对比分析，得到更为合理正确的深部地质结构，已为寻找深部隐伏矿体提供了有效途径，并做出了积极贡献。例如，西澳Menzies-Norseman成矿带进行了三维立体地质填图和深部成矿预测，融合了地震反射剖面、钻孔资料、重、磁模拟和地表地质图件，并依此成功预测出4个金矿体；加拿大安大略和魁北克省Abitibi绿岩带的深部结构进行了地球物理探测和三维地质填图，了解了控矿构造的深部延伸及岩石组合的空间分布，为深部矿体的勘探指明了方向［8］；Lüet al．，（2013）在铜陵狮子山矿田进行了三维地质填图工作，在矿田深部预测出多个深部成矿靶区［9］；Li et al．，（2015）在安徽宁芜盆地南段钟姑矿田进行了三维地质填图工作，并将其作为数据基础开展了定量成矿预测，在矿田深部预测出多个隐伏找矿靶区［10］；陈应军等（2014）对澳大利亚三维地质填图进展与实例进行了介绍，阐明了三维地质填图在矿床、油气和水资源领域中具有跨时代的意义［12］。

本文通过综合以往在矿田尺度开展的三维地质填图工作，总结了矿田三维地质填图方法和流程，并对长江中下游成矿带钟姑矿田开展的工作进行了实例介绍，以期为我国开展矿集区、矿田乃至更大尺度的三维地质填图工作提供参考和借鉴，更好地服务于深部隐伏矿床的预测和勘探。

1 矿田三维地质填图方法及流程

从技术层面上说，深部找矿勘查要求所采用的探测技术探测深度大、精度高、抗干扰能力强、能适应复杂地形条件，目前任何一种单一的方法都难以满足进行500m以下的矿产勘查的需求［12］。矿田三维地质填图是一种能够融合多种地质、物探数据资料的综合方法，能够服务于深部隐伏矿床的预测及找矿勘探工作。在三维地质填图的过程中，既可以融合已有的地质填图、地质钻孔信息，又可以融合多种物探（如重力、磁法、电法及地震勘探等）数据。矿田三维地质填图最终以三维地质结构模型作为成果，以强化对成矿过程和地质构造的全面理解或为深部找矿提供数据基础和推测依据。其方法流程如图1所示。

方法首先系统收集矿田内与地质矿产相关的基础数据与信息。收集的资料主要包括地质填图数据、地质钻孔数据、地质剖面数据等，必要时需开展地质剖面或区域性的补充填图工作。针对收集到的海量数据，对数据进行资料编码、数字化与集成，并赋予相应的三维属性特征，通过数据库系统统一进行管理。此外，研究区内地层年代学数据，岩石物性测量数据、岩性与物性对应关系等数据信息也需要进行相应收集。

图1 矿田三维地质填图方法流程

在进行数据整理及建库工作之后，需根据待研究矿田的地质构造复杂程度，规划多个剖面以融合多源数据对深部地质结构进行描述。基于收集获得的地质填图及钻孔（地质界限、产状）等数据信息，基于地质规律及知识经验，逐剖面对钻孔深度范围内的地质结构进行刻画，以为深部地球物理正反演工作提供约束及基础。

地球物理探测是获得研究区深边部地质结构信息的重要途径［5，13-15］。在深部找矿勘探中，由于控矿介质与结构、深部过程的多样性，需要集成多种地球物理方法开展研究［14，16］。因此，可通过开展多种平面或剖面地球物理探测，并运用多种2维、2．5维、3维方法进行联合反演，反演过程中要充分利用钻孔深度的地质剖面以及钻孔数据等进行合理约束，以获取深部地质结构信息，从而更好地对待研究矿田目标深度的地质结构进行解译和刻画。

基于上述工作获得的多元地质及物探解译数据，最终需利用三维地质建模方法实现数据融合及三维地质结构模型构建。目前，商用三维地质软件中三维地质建模功能均已成熟，但在建模过程中，需严格按照区域地层年代学信息，充分利用地表地质填图数据（地质界限、产状等），地质钻孔数据（尤其是深孔数据），不同尺度的地质剖面数据，地质、地球物理综合剖面数据，三维地球物理反演成果等对地质建模过程进行充分约束。针对构建获得的三维地质结构模型，还需通过剖切、三维正演等手段进行循环修正，从而获得更为合理的三维地质结构模型。

2 长江中下游成矿带矿田三维地质填图实例

长江中下游地区是中国重要的铜铁多金属成矿带［17-19］，该区中生代燕山期岩浆活动和成矿作用强烈，在断隆区形成了宁镇、铜陵、安庆-贵池、九瑞和鄂东南等矿集区，在断凹区形成了溧水、溧阳、宁芜、繁昌、庐枞、怀宁和金牛等火山岩盆地（图2）［17-18，20］。为了更好地阐述矿田三维地质填图方法及流程，本文以断凹区宁芜矿集区内的钟姑矿田为例，对所采用的方法及成果进行实例阐述。

图2 长江中下游地区矿集区略图［21］

钟姑矿田位于宁芜火山岩盆地南段（图1），区内褶皱断裂构造发育、岩浆活动强烈。矿田内火山基底地层有三叠系中统周冲村组（T2z）、白云质灰岩夹膏盐层、中统黄马青组（T3h）砂页岩以及侏罗系中下统象山群（J1-2xn）砂页岩。与铁矿有关的侵入体均为浅成—超浅成的小岩体，主要为闪长岩类。目前钟姑矿田内已发现有多个大中型铁矿床，但近年来在矿田内深部找矿勘探成果表明，在矿田的深部仍存在较好的找矿远景。

针对钟姑矿田，三维立体地质填图工作首先对区内多元地学数据进行了收集，构建了地质数据库；之后在矿田内布设了NW-SE向13条平行剖面，结合钻孔、填图等数据对钻孔深度的地质剖面进行了构建；之后工作针对矿田开展重磁扫面及剖面高精度重、磁、电法探测；并基于地球物理数据，利用地质剖面及钻孔数据进行约束，开展剖面反演计算，参考三维反演成果，对-2 000m以浅的地质、物探综合剖面进行构建；最终基于地质、物探综合剖面，融合地表填图及钻孔数据，通过循环修正，构建完成钟姑矿田三维地质结构模型（图3）［10］。

图3 钟姑矿田三维地质结构模型

3 结论

矿田三维地质填图为深部地质调查、深部找矿勘探提供了方法和工具。合理正确的矿田三维地质结构模型可强化对矿田成矿过程和地质构造的全面理解，并可为矿田尺度下的成矿预测及深部找矿提供数据基础和推测依据。进一步开展不同尺度、不同构造背景下的三维地质填图工作将为解决不同层级地质及成矿问题带来新的途径和思路；融合更多来源的地学数据，协同采用更多地球物理探测方法及三维正反演方法，将更大程度地提高矿田三维地质填图的合理性及有效性。

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