山東五蓮七寶山地區多金屬礦體三維模型預測與評價

王欣，陳建，李大鵬，張巖，王海芹，梁太濤，劉曉

(1.山東省第八地質礦產勘查院，山東省地礦局有色金屬礦找礦與資源評價重點實驗室，日照地質地理信息大數據研究院，山東 日照 276826；2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，山東省地質科學研究院，山東 濟南 250013；3.山東理工大學，山東 淄博 255000)

0 引言

山東五蓮七寶山地區自20世紀70年代發現中型金銅礦、大型硫鐵礦以來，近幾年又有新的突破，即發現了中型鉛鋅銀多金屬礦床，礦床均孕育在七寶山雜巖體內。在以往科研工作中，前人對金銅礦床地質特征、流體演化特征、成礦地球化學條件、控礦因素和七寶山火山機構等開展了大量的研究[1-6]。然而，受項目任務目標、研究內容等條件的限制，系統的成礦預測研究較少，尤其是在三維地質建模和深部預測方面顯得比較薄弱[7-11]。

隨著找礦難度的增加，深部和隱伏區的勘查重點逐漸受到重視[12-13]。在當前電子信息高速發展的時代，三維構建、模型預測逐漸成為新的技術找礦趨勢[14-18]。因此，在七寶山地區利用新的成礦預測理論，結合以往勘查成果[19]，對區內礦床成礦模式和成礦預測進行研究，在完善深部成礦要素的基礎上，構建礦床的多元三維地質模型，為實現深部找礦預測提供新的技術支撐和找礦參考。

1 區域地質概況

研究區處于NNE向的郯廬斷裂和NE向的五蓮-青島斷裂的交會部位，這2組構造是溝通深部巖漿房的重要通道。后期區域性上地幔突起，幔源物質上涌，造成了中生代火山噴發、次火山巖侵入，從而導致礦化活動的頻繁發生。七寶山地區巖漿和成礦活動與膠萊盆地深部殼幔轉化形成的深大斷裂有關。伴隨多期的巖漿活動，引發七寶山火山機構的形成，為中低溫火山熱液型多金屬礦床的形成提供了有利的成礦地質背景。

區內主要受燕山期巖漿活動作用的影響，早期有大規模的火山噴發，在火山噴發作用中形成了中心式噴發的七寶山火山機構；晚期被強烈的巖漿侵入，侵入體主要為七寶山侵入雜巖體，其由不同期次、不同巖性的侵入巖組成，出露面積約25km2，平面形態為NW—SE向稍長的橢圓形，長軸長約5.5km，短軸長約4.5km(圖1)。

1—第四系；2—王氏群紅土崖組；3—青山群方戈莊組；4—青山群八畝地組；5—大盛群田家樓組；6—大盛群溝組；7—萊陽群曲格莊組；8—石英閃長玢巖；9—安山玢巖；10—輝石安山巖；11—閃長巖；12—輝石閃長巖；13—輝石二長巖；14—粗安斑巖；15—閃長玢巖；16—多金屬礦化帶；17—斷裂帶；18—張性斷層；19—壓性斷層；20—張扭性斷層；21—壓扭性斷層；22—斷層；23—推測斷層；24—地質界線；25—不整合地質界線；26—地層產狀；27—釣魚臺硫鐵礦床；28—金線頭金銅礦床；29—七寶山多金屬礦床圖1 五蓮縣七寶山礦集區地質略圖[20]

七寶山地區多期次火山巖漿活動使金、銀、銅、鉛、鋅成礦物質不斷聚集，并在合適的構造位置最終富集、沉淀形成工業礦體。區內硫鐵礦礦體產出受到青山群火山巖地層的嚴格控制，其形成與青山群火山巖的噴出活動有關。而區內的金銅礦體主要賦存于七寶山雜巖體的金線頭隱爆角礫巖筒內，金銅礦化在空間上與石英閃長玢巖-花崗閃長斑巖關系較密切，鉛鋅礦化則與細密斑安山玢巖的淺成侵入活動有關。

各期次的侵入巖在空間分布上密切相伴，按其野外產狀、相互穿插關系及巖性特征等，可劃分為4期：輝石閃長巖-閃長巖，輝石(角閃)安山玢巖，花崗閃長斑巖-石英閃長玢巖，安山玢巖-閃長玢巖[21]。

2 技術方法和工作流程

2.1 技術方法

在對七寶山地區多金屬礦進行了系統研究的基礎上，應用MapGIS 10、ArcGIS軟件分別對前期平面地質圖、剖面地質圖、中段面地質圖、地球物理圖件、地球化學和遙感解譯等圖件進行處理，將坐標系統一到國家大地2000坐標系，高程統一到黃海高程系。使用三維地質建模軟件3DMine和GOCAD，對勘查工程數據進行處理。將礦區平面地質圖、剖面地質圖和中段面地質圖等校正到三維坐標系的精確位置，作為后續建模工作的基礎。將鉆孔柱狀圖中孔跡線、開孔坐標、巖性分層和樣品分析數據提取后，制作鉆孔模型。對于探槽數據，將其視作水平鉆孔處理。本次工作提取剖面地質圖中的礦體邊界、平面地質圖中的礦體露頭、中段面地質圖中的礦體形態，結合探槽和鉆孔中的巖性分層信息，制作礦體的實體模型。同時，將實體模型轉換為塊體模型，并根據勘查工程中的樣品分析數據對相關元素空間分布進行插值，完成塊體模型的制作。

2.2 工作流程

資料的有效整合是整個項目得以順利進行的第一步和重要前提。收集和應用到的資料包括：區域地質圖、地形圖、平面地質圖、中段面地質圖、勘查線剖面圖、遙感地質解譯圖、探槽鉆孔編錄數據、可控源音頻大地電磁測量等地球物理數據、水系沉積物測量等地球化學數據和研究區內主要勘查報告、研究報告、論文等，這些資料對建立七寶山地區多金屬礦三維地質體模型和找礦模型起到重要的作用(圖2)。

圖2 三維地質建模及深部成礦預測流程圖

3 資料收集與數據處理

3.1 平面地質圖與中段面地質圖

本研究中收集平面地質圖13幅，中段面地質圖6幅，全部為MapGIS格式。在MapGIS10軟件中對數據進行處理，將6°分帶的圖件投影為3°分帶，統一坐標系橫坐標為6位，縱坐標為7位。對于不同年代的數據，如使用不同的坐標系，全部統一到2000國家大地坐標系。將所有圖件的比例尺縮放為1∶1000，保持圖面坐標單位與實際坐標在數值上一致，實現地理信息系統軟件、三維地質建模軟件的數據一致。以研究區數字高程模型為基礎，將平面地質圖在三維空間中顯示，效果如圖3所示。

圖3 紅石崗礦段中段面地質三維地質構建圖

3.2 勘查線剖面圖

本研究中收集整理到的勘查線剖面全部集中在杏山峪、紅石崗、敞溝和金線頭地區，共收集MapGIS格式勘查線剖面圖61張，作為三維建模的基礎剖面。各勘查線剖面較為細致地揭示了研究區礦體形態和空間位置特征，可用于提取研究區斷裂、巖體及礦體等信息。由于勘查線剖面圖為MapGIS格式，3DMine軟件對MapGIS格式提供了良好的支持，可保存其圖例、顏色、注記等信息，故本次工作，勘查線剖面圖三維配準及顯示在3DMine軟件中實現(圖4)。

圖4 紅石崗礦段勘查線剖面圖三維顯示

3.3 勘查工程圖

礦床勘探工程包括探槽、淺井、淺鉆等地表輕型勘探工程和鉆探、坑道等深部勘探工程，所有勘探工程可抽象以鉆孔為代表的勘探工程，在礦床三維地質建模中，抽象為表格數據來描述。其中，開孔坐標表描述鉆孔等勘探工程在三維空間中的開孔坐標、工程深度及工程類型等信息，包括鉆孔編號(hole_id)、三維空間坐標(X、Y、Z)、終孔深度(最大深度max_depth)和孔跡線類型(hole_path)等6個強制性字段，可增加用戶特定字段；測斜數據表描述鉆孔等勘探工程從地面向地下延伸的軌跡線，包括鉆孔編號(hole_id)、測斜深度(depth)、傾角(dip)、方位角(azimuth)4個強制字段；巖性數據表描述鉆孔為代表的勘探工程不同分段樣品巖性信息，包括鉆孔編號(hole_id)、取樣深度自(depth_from)、取樣深度至(depth_to)、巖石類型(rock_type)4個強制字段，其他屬性字段樣品編號(sample_id)可為空；樣品分析數據表描述鉆孔為代表的勘探工程不同分段樣品測試分析對象的屬性，包括鉆孔編號(hole_id)、樣品編號(sample_id)、 取樣深度自(depth_from)、取樣深度至(depth_to)、樣長、各樣品元素分析值等屬性字段。

鉆孔與探槽數據是勘查工程最重要的勘查結果，對于地質剖面的形成及其他深部信息的獲取具有十分重要的作用。本次共收集利用MapGIS格式鉆孔柱狀圖157個，提取測斜信息708條，樣品分析記錄12094條，巖性分層記錄2691條。提取探槽179條，從中提取樣品分析記錄1952條(圖5)。

圖5 七寶山地區鉆孔三維顯示

4 礦體可視化實體三維模型

4.1 七寶山多金屬礦體三維模型

從平面地質圖、中段面地質圖、勘查線剖面圖和各勘查工程等三維空間配準結果中，提取三維空間中礦體數據，根據勘查工程中礦體圈連的規則，連接礦體邊界，按照各礦種礦體圈定原則進行外推，最終得到七寶山多金屬礦杏山峪礦段(圖6)、紅石崗礦段和敞溝礦段的礦體三維模型。

圖6 杏山峪礦段礦體三維形態

4.2 七寶山地區三維斷層模型

根據研究區1∶5萬地質圖、1∶2.5萬地質圖、1∶1萬地質圖、1∶2000地質圖等地質資料，確定七寶山地區的“X”共軛構造、層間斷裂構造以及全區斷裂構造。根據地表露頭測量、CSAMT和二維地震剖面解譯的結果，確定各條斷層的產狀，完成研究區三維斷層模型的構建。由于杏山峪、紅石崗、敞溝礦段分布在斷裂帶或及其交會處，故根據三維斷層模型可以提取找礦有利區(圖7)。

1—七寶山雜巖體出露范圍；2—七寶山多金屬礦采礦權范圍；3—金線頭金銅礦采礦權范圍；4—礦床或礦化點位置圖7 七寶山地區斷層三維模型

4.3 七寶山地區三維成礦預測模型

本次三維地質建模工作充分利用了地學大數據和全域勘查技術成果，系統收集整理了區域尺度的“地質、礦產、物探、化探、遙感、自然重砂、勘查工程”等多元地學信息三維勘查變量，通過開展多元地質信息數據的數據整理、標準化、轉換、融合和分析，構建三維地質建模主題數據庫。在三維地質模型中，將多元成礦數據進行屬性疊加運算，計算七寶山地區成礦有利空間，得到七寶山地區成礦模型。在GOCAD、3DMine等建模軟件支撐下，對立方塊體進行賦值，通過對各個預測要素進行成礦有利條件分析與提取，進一步得出七寶山地區預測模型(圖8)。

1—七寶山雜巖體出露范圍；2—七寶山多金屬礦采礦權范圍；3—金線頭金銅礦采礦權范圍；4—窯頭找礦靶區；5—礦床或礦化點位置；①—杏山峪礦段；②—紅石崗礦段；③—敞溝礦段；④—金線頭金銅礦；⑤—窯頭隱爆角礫巖筒；⑥—釣魚臺硫鐵礦。注：預測模型顏色由藍色至紅色，即顏色越暖反映成礦潛力越大圖8 七寶山地區三維成礦預測模型

5 成礦預測效果

依托七寶山地區三維成礦預測模型，通過成礦信息量數據分析，采用地質體積法，共預測七寶山多金屬礦Pb+Zn資源量53.04萬t，Ag資源量822.05t(1000m以淺)。在排除已有的杏山峪礦段、紅石崗礦段、敞溝礦段、金線頭金銅礦和釣魚臺硫鐵礦的基礎上，新圈定窯頭找礦靶區(圖8)，并預測窯頭找礦靶區Cu資源量20.74萬t，Pb+Zn資源量15.37萬t，Ag資源量120.80t(1000m以淺)。經鉆探驗證，在窯頭找礦靶區新發現窯頭隱爆角礫巖筒(圖8)，探獲2層鉛鋅銅礦體、2層鉛鋅銅銀礦體、2層銅礦體和1層金銅礦體，共7層多金屬礦體，累計礦心總長度19.25m，礦石質量較好，成礦預測效果突出。

6 結論

(1)七寶山地區成礦地質條件好，找礦潛力大，具有較大的找礦前景，是山東省下一步陸相火山熱液型礦床的重點勘查區。通過系統收集研究區以往“地、物、化、遙、礦”等成果資料，最終建立了七寶山多金屬礦體三維地質模型，通過本次研究進一步確定了五蓮七寶山地區的成礦潛力，為該區深部找礦展示了新的方法和新的角度。

(2)本次工作在1000m以淺，預測七寶山多金屬礦Pb+Zn資源量53.04萬t，Ag資源量822.05t；預測窯頭找礦靶區Cu資源量20.74萬t，Pb+Zn資源量15.37萬t，Ag資源量120.80t。

(3)經鉆探驗證，在窯頭找礦靶區新發現窯頭含礦隱爆角礫巖筒，鉆遇7層銅及多金屬礦體，礦石質量較好，找礦效果突出，證實了區域巨大的資源潛力，為后續找礦指明了方向。