Micromine软件在西天山备战铁矿床三维建模及资源量估算中的应用

谢明材 李紫源 肖文交 韩春明

摘   要：矿床三维立体模型是“数字矿山”的基础，在综合研究区域成矿地质背景、矿床地质特征、已有勘探资料和澳大利亚Micromine软件技术研究基础上，构建了备战铁矿床地表模型、矿体模型、钻孔模型和综合地质模型。在立方体预测模型基础上，综合分析处理各种深部找矿评价定量化信息，建立研究区三维实体模型。据实体模型进行研究区三维立方体提取，并将找矿定量化信息赋予每一个立方体，应用距离反比加权法，开展研究区深部矿体三维预测，优选找矿区和资源量估算，为该矿床深部找矿和矿山开采提供理论支撑和技术依据。

关键词：备战;三维立体模型;三维实体模型;Micromine软件

地质体三维可视化建模，是运用现代空间信息理论研究地质体及环境的信息处理、数据组织、空间建模与数字表达，运用科学可视化技术对地质体及环境信息进行真三维再现和可视化交互的科学与技术[1]。随着计算机科技更新和迭代，三维建模与矿产资源量计算的跨学科交叉领域研究快速发展，涌现出一批优秀的三维建模地质软件，如SURPAC软件（SURPAC公司）、Micromine软件（Micromine公司）、VULCAN软件（MAPTEK公司），LYNX与Micro LYNX+软件（LYNX GEOSYSTEM公司）及Gemcom软件（Gemcom公司）[2]。其中澳大利亚的Micromine软件于2003年通过国土资源部权威认证，经该软件评估的资源具评估机构认可资质。它具有简单易用、功能齐全、数据兼容性好、可视性强等特点[3-5]。本文以新疆西天山备战铁矿床为例，基于Micromine软件平台，介绍该软件技术在备战铁矿床的矿床三维立体建模、靶区优选和资源量估算中的应用。

1  区域地质背景

西天山造山带位于新疆西北部，该造山带呈向东的楔形，北以依连哈比尔尕断裂为界（北天山缝合带），南至长阿乌孜-乌瓦门缝合带区（南天山），东接库米什，西端延至哈萨克斯坦境内（图1）[6]。区域上经历了一系列复杂的地质演化过程，包括Rodinia超大陆形成与裂解、中—新元古代结晶基底的形成，及古生代多板块（微板块）和多岛弧的古亚洲洋演化过程[7-9]。西天山也经历了向南、向北两次碰撞增生事件[10]和一次可能结束于早石炭世晚期的增生造山事件。至早石炭世晚期，增生造山运动结束，西天山在二叠纪进入后碰撞演化阶段，因此，西天山造山带属晚古生代增生造山带[8]。区域内岩浆活动较频繁，时代以加里东期和海西期为主，具EW向带状分布特征。区内岩浆岩较发育，岩性以中酸性岩为主，岩体多呈岩基、岩株、岩墙产出。加里东晚期岩浆岩主要分布于温泉县城南部，岩性为花岗闪长岩和花岗岩，呈岩株状。海西期岩浆岩岩性以花岗质岩、花岗闪长岩、流纹斑岩和闪长玢岩为主。岩浆活动可分为早、中、晚3期：海西早期：分布于依连哈比尔尕山和科古琴山，呈岩株状产出;海西中期：主要分布于阿拉套山、博罗科洛山和阿希金矿东部，岩体呈岩株和岩基状产出;海西晚期：主要分布于阿吾拉勒山一带，呈岩株和岩脉状产出[11-12]。西天山火山活動主要集中在海西期，加里东期喷发活动较少。

西天山阿吾拉勒矿集区构造上位于伊犁石炭—二叠纪裂谷中。区内出露地层有元古宇、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和第四系等。其中以石炭系大哈拉军山组为主[12]。大哈拉军山组由一套复杂的海相火山喷发-沉积岩系组成，其构造背景至今仍有很大争议[11，13-17]。

2  矿床地质特征

备战铁矿位于阿吾拉勒铁矿带东段，矿区主要出露地层为下石炭统大哈拉军山组，岩性以一套海相火山喷发-沉积岩系组合为主，次为酸性火山熔岩，夹少量火山碎屑岩和碳酸盐岩。花岗岩是矿区内发育的主要岩浆岩，分布于矿区南部和西部，亦有少量辉绿岩和闪长岩岩脉发育于地层中（图2）。矿区主要受紧闭复式夏格孜达坂向斜北翼的次级褶皱控制，轴面直立，局部被断层切割。断裂构造不发育，多见高角度隐伏逆断层[18]，与火山机构伴生的裂隙发育较多，为容矿及矿浆运移通道。

备战铁矿矿体呈层状、似层状产出（图2）[19]。目前已圈出L1、L2、L3 3个磁铁矿矿体，分别位于矿区北东部、南西部和中部， 查明332+333+334铁矿石量3 159.05×104 t，总平均品位40.29%。L3为主矿体，总长720 m，平均厚61.85 m，总体走向97°，倾向北，倾角37°～79°。矿体顶、底板围岩主要由蚀变玄武岩、蚀变凝灰岩、凝灰质角砾岩组成，与矿体呈整合接触关系[18]。矿石矿物主要为磁铁矿，次为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、赤铁矿、褐铁矿;脉石矿物以单斜辉石、斜长石为主。常见矿石结构有半自形-他形粒状结构、交代残余结构、放射状结构等;矿石构造主要包括致密块状、斑杂状、浸染状、隐爆角砾状、条带状、斑点状、角砾状构造、交代浸染状、网脉状构造等。围岩蚀变类型有透辉石-石榴石化、石榴石化、阳起石化-透闪石化、绿帘石化、绿泥石化和碳酸盐-电气石化。

前人对矿石组构、成因、矿物共生关系和产出特征进行研究，将矿床划分为2个主要成矿期，分别是隐爆-矿浆成矿期和隐爆-热液成矿期。前者又可分为2个成矿阶段，即磁铁矿-透辉石-石榴石阶段和磁铁矿-阳起石-透闪石-石榴石-绿帘石-绿泥石阶段;后者被分为磁铁矿-石榴石-绿泥石和绿帘石-电气石碳酸盐2个成矿阶段[18]。

3  地质实体建模

3.1  地表模型

DTM数字地形模型用来虚拟地形和地表，一般由若干地形线和散点组成，考虑到每个点的坐标值，将所有点联成若干相邻的三角面，形成上下不透气的面。表面模型只能描述面，在平面上不具有重叠功能，即同一个X，Y 上只能有一个Z值[5]。据矿区地形图、矿区现状图，建立地表模型。本次研究区模型形态是一个坐标范围为南北4791300～4795300，东西2932800～29384400的矩形区域。高程据矿体及钻孔打到的深度确定为3 200～4 100 m。建立范围体模型后，叠加上等高线文件生成的地表形态DTM数据，得到研究区地表范围模型（图3）。

3.2  钻孔模型

将孔口坐标表、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，本次建模共有钻孔43个。据收集的资料，钻孔基本都是直孔，如图4所示为备战铁矿区钻孔三维分布图。通过沿某一剖面（线）两侧一定距离截取切面的方式显示钻孔，可仔细观察到这一范围内钻孔的轨迹和样品属性等，也可通过该方式进行三维环境下的地质剖面勾绘和矿体圈定工作。

3.3  矿体模型

备战铁矿矿体三维模型由收集到的2013年勘探和中段数据完成，在这个阶段的地质认知里，铁矿床只有L1、L2、L3 3个矿体。近期收集的最新2018年资料细分了矿脉，对预测影响不大。L3矿体作为主矿体，内部多夹石、矽卡岩、闪长岩等，矿体形态向北倾斜;L1矿体位于L3矿体上方，形态相对较小;L2矿体未收集到相关数据。图5为L1和L3矿体三维模型图。

3.4  综合地质模型

在收集资料基础上建立的备战铁矿各类三维实体模型（图6），包括地表DTM、航磁三维、矿体模型、矽卡岩、夹石、闪长岩、钻孔（还需磁法）等多个对成矿具有影响力的地质因素。这些因素中，磁法对铁矿床三维建模起了很关键的作用。将这些模型综合到一起，组成矿区综合地质模型，对靶区的验证和重点预测区的评价具重要意义。目前初步的矿区综合地质模型有待进一步完善。

4  靶区预测和资源量估算

备战铁矿成矿预测是建立在立方体预测模型的基础上，因此首先要对研究矿区控矿地质要素（诸如控矿地层、控矿构造等）和找矿标志在空间上的信息，特别是纵向变化规律有清晰认识，以上可结合地物化遥等资料得到有效认识;接着综合分析处理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，据实体模型进行研究区三维立方体提取，并将找矿定量化信息赋予每一个立方体;最后应用证据权、地质统计学等数学地质方法，开展研究区深部矿体三维预测。

4.1  预测模型基本参数

据现有地质资料对矿体的揭示，特别是勘探线的分布，结合矿体形态、走向、倾向和空间分布特征确定了建模的范围和基本参数。建立块体模型的基本思想是将矿床在三维空间内按一定尺寸划分为一定的单元块，然后对整个矿床范围内的单元块应用综合信息量法预测重点成矿区域。为确保块体模型能真实反映矿体的几何形态，利用次分块法让划分的次级分块的矿块与矿体实体模型边界处更有效地拟合。

4.2  预测模型

模型区是一个坐标范围南北向为4791095.5～4792505.5、东西向为29381864.00～29383814.00的矩形区域，高程2 503.21～3 606.17 m，单元块行×列×层为20 m×20 m×20 m，次分块规格为10 m×10 m×10 m（表1），模型包括次分块总共有406 296个單元块。

4.3  预测靶区

备战矿区勘探线间距为90 m，应用距离反比加权法预测立方体块进行180 m插值，取TFe品位40%作为边界品位，据矿体形态选取预测椭球体参数（表2）。预测成矿靶区范围坐标整体集中分布于东：29 382 800～29 383 500 m，北：4 791 300～4 792 100 m，高程2 950～3 400 m，其他范围有少量分布。本次预测靶区集中在备战铁矿0线剖面东南角，老矿体向上延伸部位，沿大矿体总体延伸方向分布，按TFE品位40%，体重2.9估算资源量，初步估算该靶区的资源量为合计5 529.99×104 t铁矿（图7）。

5  结论

（1） Micromine软件可根据研究区矿体的控矿地质要素特征，综合已有勘探资料数据建立矿体的三维可视化模型。借助钻孔数据，可很好反映矿体品位的变化趋势，为深部矿产资源预测及靶区优选提供指导作用。

（2） 通过Micromine软件建立的矿体三维立体模型，可直观展示矿体形态、规模及产状特征。该软件具良好灵活性，可根据实际情况调整矿体模型，让矿体三维模型更接近矿体真实情况，使圈定的矿体更具真实性。

（3） 将找矿指标定量化信息赋予三维立体模型中的每一个单元块体，利用Micromine软件提供的科

学、精确的估算方法对研究区深部矿体三维资源量预测，能有效圈定预测深部靶区，提供可信的资源量数据。

（4） 利用Micromine软件进行资源量预测，可帮助矿业公司掌握深部矿权基本信息。通过评价，在矿业公司下一步找矿、发展和矿山开采中发挥重大作用。

参考文献

[1]    陈国旭，吴冲龙，张夏林，等.三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法研究[J].地质与勘探，2010，46（3）：598-603.

[2]    张宝一，尚建嘎，吴鸿敏，等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用[J].地质与勘探，2007，43（2）：76-81.

[3]    雷杰.Micromine软件在矿山地质中的应用[J].新疆有色金属，2009， （增刊2）：68-70.

[4]    张宏达.论Micromine软件在黄金行业的应用[J].黄金，2005，26（1）：30-33.

[5]    沈阳， 张作伦， 高帮飞，等. Micromine软件在某铅锌矿床三维建模及资源量估算中的应用[J].中国矿业， 2012， 21（2）：111-114.

[6]    张作衡， 洪为， 蒋宗胜，等. 新疆西天山晚古生代铁矿床的地质特征、矿化类型及形成环境 [J].矿床地质， 2012， 31 （5）： 941‒964.

[7]    左國朝，张作衡，王志良，刘敏，等. 新疆西天山地区构造单元划分、地层系统及其构造演化[J].地质论评，2008，54（6）： 748-767.

[8]    高俊，钱青，龙灵利， 等.西天山的增生造山过程[J].地质通报，2009，28（12）：1804-1816.

[9]    Xiao W J， Windley B F， Allen M B， et al. Paleozoic multiple accre tionary and collisional tectonics of the Chinese Tianshan orogenic   collage[J].Gondwana Research，2013， 23（4）：1316-1341.

[10]  Allen M B，  Windley B F， Chi Z. Palaeozoic collisional tectonics and magmatism of the Chinese Tien Shan， central Asia[J].Tectonophysics， 1993， 220： 89-115.

[11]  龙灵利.西天山造山带古生代构造演化与地壳增生—来自花岗岩和蛇绿岩的证据[D].中国科学院大学（博士论文），2007，1-163.

[12]  Zhang Z H， Hong W， Jiang Z S， et al. Geological Characteristics and Zircon U-Pb Dating of Volcanic Rocks from the Beizhan Iron Deposit in Western Tianshan Mountains，Xinjiang， NW China[J].Acta Geologica Sinica，2012，86（3）：737-747.

[13]  车自成，刘良，刘洪福，等.论伊犁古裂谷[J].岩石学报，1996. 12（3）：478-490.

[14]  夏林圻，张国伟，夏祖春，等.天山古生代洋盆开启、闭合时限的岩石学约束-来自震旦纪、石炭纪火山岩的证据[J].地质通报，2002， 21（2）：55-62.

[15]  姜常义，吴文奎，张学仁，等.从岛弧向裂谷的变迁──来自阿吾拉勒地区火山岩的证据[J].岩石矿物学杂志，1995，14（4）：289-300.

[16]  朱永峰，周晶，郭璇. 西天山石炭纪火山岩岩石学及Sr-Nd同位素地球化学研究[J].岩石学报， 2006， 22（5）：1341-1350.

[17]  钱青，熊贤明，龙灵利，等. 西天山昭苏北部石炭纪火山岩的岩石地球化学特征、成因及形成环境[J].岩石学报，2006， 22（5）： 1307-1323.

[18]  郭新成，张建收，余元军，等.新疆和静县备战铁矿地质特征及找矿标志[J]. 新疆地质，2009，27（4）：341-345

[19]  Han C M， Xiao W J， Su B X， et al. Late Paleozoic Metallogenesis and Evolution of the Chinese Western Tianshan Collage， NW China， Central Asia Orogenic Belt[J]. Ore Geology Reviews， 2020：103643.

Abstract：The 3D model of the ore deposit is the foundation of "digital mine". Based on the study of regional metallogenic geological background， geological characteristics of the ore deposit and Australian Micromine software technology， the surface model， ore body model， borehole model and comprehensive geological model of preparing iron ore deposit are constructed. In cube prediction model on the basis of comprehensive analysis and processing of various deep prospecting evaluation quantified information， establish a three-dimensional entity model in the study area， and according to the physical model of 3 d cube extraction in the study area， the prospecting quantitative information and will give each a cube， the application of inverse distance weighting method， three-dimensional， to carry out the deep ore body in the study area is preferred for the mining and resources estimation， for the deep ore deposit prospecting and mining to provide theoretical support and technical basis.

Key words： Beizhan Iron deposit;3D model; 3D solid model; Micromine software