新疆智博铁矿床三维地质建模及深部成矿预测

李紫源 谢明财 肖文交 韩春明

摘  要：随着浅部矿的日益减少，深部找矿任务越来越受到重视。三维地质建模技术在成矿预测、资源定量评价等方面得到广泛应用。基于Micromine软件平台利用三维建模技术及地质统计学等方法，结合收集的矿区勘探工程数据，构建了西天山典型火山岩型铁矿床——新疆智博铁矿地表模型、地层模型、钻孔模型、矿体模型等三维地质模型。基于地质认识及构建的三维地质模型的研究得出：①新疆和静县智博火山岩型铁矿床具层控特征;②矿床控矿因素包括地层标志和围岩蚀变;③初步估算靶区资源量为9 382.85×104 t。

关键词：智博铁矿床;Micromine软件平台;三维地质模型;成矿预测;深部找矿

近年来人类地质找矿工作发生了明显的转变，不断向深部找矿、定量化和精确化成矿预测方向发展。三维立体找矿方法对现阶段深部找矿、定量化和精确化找矿工作尤为重要。基于计算机技术三维立体模型的建立，可更全面、更准确、更直观地反映深部地质情况，为寻找深部隐伏矿床及成矿预测提供技术支撑。前人对智博铁矿进行了大量研究[1-7]，主要集中在岩石矿物、地质年代学、矿床地球化学、同位素等方面[1-5]，关于该矿床三维建模和深部预测方面研究较少。本文以智博铁矿为研究对象，利用矿区已有地质数据（包括153个钻孔和24条勘探剖面资料），利用计算机技术和Micromine软件，在三维环境下利用空间分析预测、地学统计、实体内容分析及图形可视化等工具，对该矿三维成矿地质体建模，实现研究区成矿地质体三维空间的可视化，并对深部成矿进行预测，为该区深部定位定量找矿提供科学依据和技术支撑。

1  区域地质背景及矿床地质特征

1.1  区域地质背景

西天山为中亚成矿域重要组成部分，其地球动力学演化与中亚造山带密切相关[7]，整体呈楔形夹于塔里木板块与准噶尔板块之间。研究认为西天山的形成与成矿作用与古生代北天山洋、南天山洋的演化关系密切[8-9]。

阿吾拉勒成矿带位于西天山矿集区内，自东向西分布有备战、敦德、智博、查岗诺尔等火山岩型铁矿床。区域内断裂构造较发育，伴随有大量的火山活动，以晚古生代时期最强烈。该成矿带地层出露相对齐全，包括前寒武纪、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、第四系，以石炭系大哈拉军山组和伊什基里克组分布最广泛，同时也是区内主要赋矿地层（图1）[11]。

1.2  矿床地质特征

智博铁矿位于新疆和静县西北约200 km的博罗科努山系主脊线上，构造位置处于伊犁地块东北缘活动带，NW向区域性大断裂南侧，与查岗诺尔铁矿直线距离约10 km。矿区内出露地层主要为大哈拉军山组火山岩（图2），具大陆岛弧火山岩地球化学特征，形成年龄为300.3 Ma[3]。智博矿区矿体赋存于大哈拉军山组第二段，岩性主要为玄武岩、粗面安山岩和玄武质粗面安山岩等。矿区构造整体较简单，主要为单斜构造。西段矿区发育一定程度的成矿后断裂，对矿体延伸和侧伏形态具一定破坏作用。中、东矿段深部仅有小断层活动，对矿体整体形态分布影响较小。矿区内侵入岩以花岗闪长岩和石英闪长岩为主，主要分布在矿区西南部，与火山岩地层及矿体呈侵入接触关系。花岗岩体具“A”型花岗岩特征，形成年龄为304.1 Ma和294.5 Ma[4，12]。

智博铁矿已控矿化带东西长约5.5 km，宽约1.5 km，分为东、中、西矿体3个含矿段，共圈定68个矿体，矿产资源主要集中于东矿段（图2）。本次研究重点区域为东矿段与中矿段。其中东矿段圈出11个铁矿体，资源量占全区的97%以上，为智博矿床的主矿区，包括有Fe15-1、Fe15-2、Fe18、Fe19、Fe20等几个主矿体。矿区内铁矿体多被第四纪沉积物及冰水堆积物覆盖，仅少部分出露于地表，出露形态多呈厚板状、似层状[7]。矿区内矿石矿物以磁铁矿为主，次为黄铁矿。矿石构造以块状构造和浸染状构造为主、角砾状构造次之，局部为条带状构造、脉状-网脉状构造。矿石结构包括半自形-他形粒状结构、交代残余结构、碎裂结构及板条状结构。复杂多样的矿石结构构造显示多期次成矿及叠加改造成矿特点。脉石矿物主要为绿帘石、钾长石、透辉石、钠长石、阳起石、绿泥石等蚀变矿物。智博铁矿发育广泛围岩蚀变，以透辉石化、钠长石化、钾长石化、阳起石化、绿帘石化为主，含少量绿泥石化和碳酸盐化。围岩蚀变具多阶段特点，靠近矿体围岩蚀变强烈。矿体顶、底板几乎全为绿帘石化-钾长石化-绿泥石化玄武岩、安山岩[7]。

2  三维地质建模

本文主要利用Micromine、GIS等软件完成数据分析及三维建模工作。Micromine软件是当前国内外应用较多的地质建模软件，是目前国际上较前沿、先进的地学建模软件之一。该软件能综合多元地学信息且在三维空间可视化，建立更直观、准确的三维地学多要素地质模型，并具有强大的分析功能。

2.1  建立地表范围模型

整体模型坐标范围为：东矿段：NS15340100～15341500，EW4800300～48001400，高程3 500～4 200 m;中矿段：NS15341500～15343500，EW47994000～4800700，高程3 500～4 300 m。在建立研究范围内地层模型之后，运用GIS软件对收集的研究区中段、东段等高线进行二维地形生成（图3），并最终将地层模型与地形模型结合生成研究区地表形态DTM模型，得到研究区东矿段与中矿段地表范围模型（图4）。通过三维地表范围模型，能很好地展现研究区较陡立特征，区域内海拔3 500～4 300 m，相对高差700～800 m。

2.2  建立深部矿体模型

本次研究使用矿区153个钻孔资料，钻孔均为直孔，利用钻孔信息可对研究区深部矿体进行控制约束。结合钻孔信息（包括孔口坐标表、测斜数据表、样品数据表）进行整理后导入Micromine软件中形成钻孔数据库。通过钻孔数据库的控制，矿体实体模型可运用Micromine软件生成，据剖面上显示的不同矿体进行连接，生成不同种类礦体实体模型（图5）。智博东矿段矿体形态复杂多变（图6-a），矿体深部厚大，形态多为层状、似层状、透镜状，总体走向NW向，产状较缓。矿石矿物以大量磁铁矿为主，含少量浸染状黄铁矿，局部可见细脉赤铁矿及零星黄铜矿。以勘探线28附近的Fe7矿体为例（图2），矿体呈似层状、厚板状，倾角0°～14°。该矿体最大厚度85.10 m，最小2.00 m，平均35.88 m。铁矿石最高品位68.01%，最低20.07%，平均49.53%[13]。中矿段较东矿段厚度更薄，圈定的两个矿体Fe10与Fe11（图2），均产于玄武岩与安山岩中。矿体主要分布于东、西两部分，多以似层状出露于地表，已进行露天开采。以Fe10矿体为例，出露长度约110 m，平均厚约12 m，铁矿石最高品位51%，最低28%，平均39%（图6-b）[14]。东矿段与中矿段矿体均具层控特征。

3  智博礦区深部成矿预测

3.1  主要控矿因素

智博矿区主要控矿因素为地层和围岩蚀变。智博矿区整体上地层较单一，主要为下石炭统大哈拉军山组第三亚组，为研究区内主要赋矿围岩。以中矿段预测区为例，预测范围内地层没有变化，因此可在该地层范围内建立重点预测区。中矿段矿体主要产出于浅灰绿色或浅灰褐色绿泥石化和绿帘石化蚀变安山岩中，因此对成矿有直接影响的安山岩相关岩性及重点范围进行建模（图7）。智博矿区围岩蚀变发育十分广泛，时空分布上具一定规律性，与成矿关系密切。主要蚀变类型包括绿帘石化、绿泥石化、阳起石化等。以绿帘石化蚀变为例，在研究区范围内广泛发育，在中矿段与东矿段矿体附近均观察到不同程度绿帘石化蚀变，围岩蚀变强度越靠近矿体越表现强烈。

3.2  深部预测模型

智博成矿预测建立在立方体预测模型基础上，通过研究矿区控矿地质条件和找矿标志在空间上、特别是在深部的变化规律，综合分析处理各种深部找矿评价的定量化信息，建立三维找矿地质模型。然后建立研究区地层、构造、岩体、已知矿体和元素异常的三维实体模型，并据实体模型进行研究区三维立方体提取，将找矿定量化信息赋予每个立方体。最后使用证据权、地质统计学等预测理论，开展研究区深部矿体三维预测（图8）。

本次研究中，智博铁矿预测范围包含东段和中段，范围较广。预测立方体块用30 m次分，应用距离反比加权法预测立方体块进行360 m插值，取TFe品位40%作为边界品位。预测成矿靶区范围坐标整体集中分布在4个区域，即中矿段相似高程西部，东矿段深部，中矿段和东矿段交接处深部，东矿段同高程周边。由于中矿段及东矿段交接处钻孔数据不全，预测结果并不能完全覆盖该区域。按TFe品位40%，体重2.9估算资源量，初步估算该靶区资源量为9 382.85×104 t。初步判断，中矿段深部可能是趋势上有矿带区域，需收集磁法数据后，通过综合信息量法进一步分析预测。

4  结论

（1） 基于micromine三维建模软件平台，建立新疆和静县智博铁矿地表模型、矿体模型、地层模型、预测模型等三维地质模型，实现研究区内成矿地质体三维可视化。基于前人研究成果及建立的智博铁矿床三维地质模型，认为新疆和静县智博火山岩型铁矿床具层控特征，产于下石炭统大哈拉军山组第三亚组第一段，矿体主要呈似层状、厚板状。应用三维地质模型、立方体预测模型，圈定智博铁矿深部成矿预测区。

（2） 结合研究区地质工作与智博矿区三维地质模型的构建，智博矿区主要控矿因素为地层（包括安山岩对找矿的辅助作用）和围岩蚀变。

（3） 基于建立的三维地质模型，运用定量预测评价方法可快速半定量评价矿产资源。初步估算该靶区资源量为9 382.85×104 t。中矿段深部可能是趋势上有矿带区域，研究结果可为智博矿区深部找矿提供科学依据。

（4） 由于中矿段及东矿段交接处钻孔数据不全，本次研究预测结果不能完全覆盖该区域。资源量估算结果还需据磁法数据进一步验证。

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Abstract： With the decrease of shallow deposits in the mining area， more and more attention has been paid to the deep prospecting task. 3d geological modeling technology has been widely used in metallogenic prediction and quantitative evaluation of resources.In this paper， based on Micromine software platform， 3d modeling technology and geostatistics and other methods， combined with the collected mining exploration engineering data， the surface model， stratum model， borehole model， orebody model and other 3D geological models of the Typical volcanic iron deposit in the West Tianshan Mountains Zhibo Iron Deposit in Xinjiang were constructed.Based on the geological understanding and 3d geological model， it can be concluded that：①the zhibo volcanic iron deposit in Hejing county， Xinjiang is stratified;②Ore-controlling factors of the deposit include stratum markers and surrounding rock alteration;③Preliminarily estimated resource amount of target area is 93，828，500 tons.

Key words： Zhibo iron deposit;Micromine software platform;3D geological model;Metallogenic prediction;Deep prospecting