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  地质通报  2019, Vol. 38 Issue (1): 51-55  
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付海涛. 三维建模技术在金刚石勘查中的应用——以辽宁省瓦房店地区为例[J]. 地质通报, 2019, 38(1): 51-55.
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Fu H T. The application of 3D modeling technology to the kimberlite rock tube exploration: A case study of Wafangdian in Liaoning Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(1): 51-55.
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基金项目

中国地质调查局项目《辽宁省瓦房店金刚石矿整装勘查区矿产调查与找矿预测》(编号:121201004000150017-30)和《华北和杨子地区金刚石矿产调查》(编号:DD20160059)

作者简介

付海涛(1959-), 男, 博士, 教授级高工, 从事成矿预测、"3S"技术应用等工作。E-mail:lnfht@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-05-11
修订日期: 2018-06-20
三维建模技术在金刚石勘查中的应用——以辽宁省瓦房店地区为例
付海涛     
辽宁省地质勘探矿业集团, 辽宁 沈阳 110032
摘要: 金刚石矿是辽宁省的重要矿产之一,辽宁瓦房店地区已探明的原生金刚石矿资源/储量占中国金刚石资源量的一半以上。通过开展三维建模工作,对该区金伯利岩管的形态、深部找矿方向等提出了一些新的认识。研究认为,三维模型可以更好地展示金伯利岩型金刚石矿体的空间展布形态,并可为勘查工作提出指导性意见。
关键词: 辽宁    金刚石勘查    金伯利岩    三维建模    
The application of 3D modeling technology to the kimberlite rock tube exploration: A case study of Wafangdian in Liaoning Province
FU Haitao     
Liaoning Geological Exploration and Mining Group, Shenyang 110032, Liaoning, China
Abstract: This paper introduces the application and achievements of 3D modeling technology in the exploration of kimberlite type primary diamond deposits in Liaoning Province. Diamond ore is one of the most important minerals in Liaoning Province. The prov-en diamond ore resources/reserves in Wafangdian area of Liaoning account for more than half of the reserves of diamond resources in China. Through carrying out 3D modeling work, some new understanding about the shape of the kimberlite pipe in the area and the direction of deep prospecting was obtained. It is held that the 3D model can better display the spatial distribution of kimberlitetype diamond orebodies and provide guidance for the exploration work.
Key words: Liaoning    diamond exploration    kimberlite    3D modeling    

三维地质建模是目前广泛应用于地质勘查工作中的一项计算机技术,不论是在基础地质调查还是在矿产勘查方面,均取得了丰硕的成果[1-5]。但中国金刚石勘查中三维建模技术的应用尚属起步阶段,除辽宁省地勘局在此方面有所尝试外[6],尚未见到其他相关报道。辽宁省瓦房店地区是中国重要的金刚石矿产区,至2016年底,该地区共发现4条原生金刚石矿带、119个岩体。其中,金伯利岩管24个、岩脉88个,疑似岩体7个。辽宁省第六地质大队在该区提交了以42号岩管、50号岩管、30号岩管和由51、68、74三个岩管组成的岩管群为代表的4个大型金刚石原生矿床(图 1)。

图 1 辽宁瓦房店地区地质略图(根据1:50万数字地质图数据库资料修改) Fig.1 Geological sketch map of Wafangdian area, Liaoning Province 1—新生界;2—中生界;3—古生界;4—元古宇;5—太古宇;6—侵入岩;7—断裂构造;8—金刚石矿带及编号;9—金伯利岩管(脉)及编号

从勘查技术的角度,中国目前的金刚石找矿工作大体上遵循水系重砂测量、物化探测量(包括航磁及地磁测量、电法测量、水系沉积物及土壤测量等)、槽井探、钻探与坑探等工作程序。由于没有三维立体模型,在金伯利岩管的勘查过程中,遇到了一些棘手的问题。比如,在瓦房店地区30号岩管的深部勘查中,按以往认识部署的钻孔见矿情况与预想的矿体模型差别较大。为了解决这个问题,开展了三维建模工作。本次研究采用的工作流程见图 2

图 2 三维建模工作流程 Fig.2 The workflow of three-dimensional model
1 数据收集与整理

本次研究收集整理了30号岩管的60个钻孔资料、42号岩管的103个钻孔资料、50号岩管的34个钻孔资料,以及3个矿区的地形地质图等资料。51- 68-74岩管群由3个小岩管组成,本次未对其进行三维建模,因此未收集资料。由于工作时代不同,不同年代工作中使用的坐标体系也不同。为了便于研究和三维展示,首先对这些数据进行了归一化处理,将北京54坐标系的资料转换成西安80坐标系,由于不同时期的高程数据对本次三维研究的影响不大,故未对高程数据进行转换;然后,对矿区的地形等高线进行编辑,加挂高程属性便于后续制作矿区地形DTM模型;最后,根据矿区范围和钻孔深度对钻孔平面坐标和地形数据进行平移,使制作的三维模型比例比较合理。

2 建立数据库

此处所说的数据库是指钻孔数据库。本次建立的数据库包括3个数据表,即定位表、测斜表和岩性表。各数据表的内容如下:定位表的内容包括钻孔编号、坐标(X)、坐标(Y)、孔口高程、最大孔深、钻孔轨迹、勘探线号,测斜表的内容包括钻孔编号、测斜深度、倾角、方位角;岩性表的内容包括钻孔编号、深度(从)、深度(至)、岩性。3个表依靠钻孔编号进行联系。

3 编制平面断面图 3.1 水平断面数据提取

根据收集到的资料,30号岩管分为30-1和30-2两个部分。30-1出露于地表,出露标高100~124m,计算资源量时最低标高为-70m;30-2为隐伏矿体,计算资源量的范围为-70~-907m标高。另外,在30号岩管矿区内,地表还见一些规模较小的金伯利岩脉,岩脉最大出露标高在154m左右。矿区最大标高182.15m,最大孔深1039.5m。最大见矿深度964.2~ 998.3m(ZK1201),相当于-801.5~-835.6m标高。42号岩管分为42-1、42-2和42-3三个部分,其中42-2出露面积最大,均出露于地表,出露标高145~ 172m;钻孔见矿最大标高162.16m(ZK4236),最低标高-431.9m(SK4203-1),矿体向下未封闭。50号岩管地表是一个被几条断层切割但总体连续的矿体,呈西大、东小的蝌蚪状,西侧为岩管的主体部分。出露标高139~190m;钻孔见矿最大标高160.12m(ZK5002),主矿体最低见矿标高-76.20m(ZK5006)。

由于30、42和50号岩管延深均超过100m,所以确定以20~50m为段高,提取相关平面的数据。由于30号岩管钻孔控制的深度较大且岩管形态较复杂,所以30号岩管以25m为基本断高,为了与以往成果进行对比,增加了-70m、-460m等平面,共计提取了34个平面的数据;42号岩管因岩管形态较简单,按50m断高提取了12个断面数据,在完善模型体时增加6个断面的数据,总平面数为18个;50号岩管总体延深不大,所以按20m为断高提取了16个断面的数据。

3.2 岩管边界的外推原则

以往本区计算金刚石资源量时,采用按勘探线编制垂直投影图,按平行断面法计算矿体体积。由于金伯利岩体呈上下拉长的筒状产出,而且目前国内没有金刚石勘查规范,所以参考以往圈定矿体的外推原则,本次研究时矿体边界的圈定原则以见矿孔位置外推20m;如果2个孔间距离不足20m时,则参考上、下2个平面的情况确定矿体边界,无法参考上、下平面时,以见矿孔和未见矿孔距离的一半定为矿体边界;有些钻孔在数据平面的上、下1m处既见金伯利岩又见围岩,这样的钻孔就直接作为矿体边界。

3.3 平面断面图制作

根据上述圈矿的原则,利用Mapgis软件制作平面断面图。首先将从数据库提取的平面数据转换成Mapgis可识别的点文件,这些数据点属性就是所在平面钻孔揭露的岩性情况;然后,利用Mapgis软件“输入编辑”模块“线编辑”中的“解析造线”功能,确定每一个见矿钻孔向周边外推20m的位置。具体作法是,以见矿孔位置为原点,向需要外推的方向确定20m的距离,然后再把所有外推点连起来构成该平面矿体的边界线;最后,把线属性赋值为该平面的高程值,利用文件转换功能转成*.dxf格式备用。

4 建立模型

首先将各岩管在地表的出露范围作为矿体在地表的边界线投到地形DTM上,然后与各平面的矿体边界组合成矿体轮廓线。在处理完矿体轮廓线的交叉点、重复点、聚结点等对建模有影响的事件后,进行模型建立。

分别建立了30号岩管、42号岩管和50号岩管的三维模型(图 3)。其中,30号岩管由于模型体出现明显的错动,建立了4个子模型体,上面的2个对应原来的30-1岩体,下面的2个为原来的30-2岩体,但与原30-2岩体形态有较大差别;42号岩管分别建立了42-1、42-2和42-3三个模型体;50号岩管比较简单,只建立一个模型体。

图 3 30、42、50号金伯利岩管三维模型图 Fig.3 Three-dimensional model of No. 30, 42, 50 kimberlite pipes

从建立的模型体看,以25m为断高可以较好地模拟岩管的形态,50m断高的模型体显得有些粗糙,特别是42号模型体以50m断高数据建立的模型未能将见矿部位完全包围到模型体中,适当增加了一些断高数据,局部达到25m断高后模型体形态才显得比较合理。50号岩管以20m断高建立模型,效果是3个模型中最好的。

根据30号岩管体积计算结果,本次建立的模型体体积小于原矿体的体积,总体相差14.35%,-460m以上相差12.55%。可以认为该模型体基本反映了岩管形态。

5 讨论

(1)三维模型能更有效地模拟岩管形态

根据本次研究结果,对于瓦房店地区的原生金刚石矿来说,三维模型可以更有效地模拟出岩管的形态。

以往认为,30岩管由两部分组成,即30-1和30-2,而且认为该岩管是通过一个倾斜的通道侵位的,从整体来讲,岩管向南东侧伏,因此深部找矿工程也是按这样的思路安排的。然而,当根据钻孔资料制作出岩管的三维模型后,发现岩管的形态与原有认识有很大的差别,同时可以解释几个未见矿钻孔的原因,也为今后开展进一步的勘查工作提供新的思路。

(2)瓦房店地区可能存在破坏金伯利岩体的推覆构造

在30号岩管三维模型中60m、-70m两个标高附近模型体出现明显的东西向位移,而在南北向上并没有明显的位移;50号岩管的底界面为-70m左右,没有见到其下部岩体;42号岩管未见明显的位移现象(图 3)。50号岩管的底界面与30号岩管的第二错动界面标高相近,产状都近水平,50号岩管在东西向剖面上,底部形态明显具有西侧向上翘起、东侧拖后现象。50号岩管与30号岩管相距约13km,30号岩管与42号岩管相距约6km,这3个岩管的连线大致呈北北东向,50号在最南端,42号在最北端,30号岩管在中间。

从这些现象看,推测本区存在一个由东向西的推覆构造,对金伯利岩体的浅部形态造成了破坏。由于北部的42号岩管基本未被破坏,30号岩管有2处错断,断距加在一起约逾200m,50号没有见到下部岩体,说明南部的错断距离大于北部。这也说明,50号岩管可能不是根部相,而是由于断层错断导致其下部岩管部分未被发现。

(3)30号岩管侧伏方向与以往有不同认识

以往工作认为,30号岩管由30-1和30-2两个部分组成,并向南东向侧伏。本次研究认为,30号岩管是一个近直立的岩管,但被一组东西向运动、产状很缓的断层错断,断距不大,但岩管在平面上呈东西向拉长状态,西侧略偏北,东侧略偏南。不同标高矿体在地表投影构成的矿体走向大约为95°左右,小于以往所认为的105°左右的长轴方向。以往认为是向南东侧伏,所以深部探矿工程都是向南东向逐渐加深的。

(4)50号岩管是断裂构造错断形成的,而不是岩体根部

根据三维模型,50号岩管在东西向剖面上呈现西侧底部上翘、东侧底部拖尾的蝌蚪状(图 3),南北向剖面则是略向南倾近直立的厚板状,很像是由于受到东西向的力由东向西推动而形成的。通过三维建模认为,50号岩管可能由于构造运动而发生错断,其附近还应该存在对应的下部岩体,即现在所说的50号岩管不是岩体的根部。

(5)瓦房店地区深部找矿潜力巨大

30号岩管勘查中的钻孔最大深度为1039.5m,最低见矿标高为-835.6m,说明本区的金伯利岩向下延伸很大。从三维模型上看,ZK1102和ZK1201孔所见的金伯利岩应该不是原30-2矿体的向下延伸部分,而是在主岩管旁侧的小岩枝,主岩管应在30号模型体的下部及其北侧;42号岩管由于以往未控制到底,很多钻孔都停留在金伯利岩体内,现有钻孔下部具有较大的找矿空间;50号岩管下部推断为断层错断,应在其东侧开展深部找矿工作。

6 结论

通过本次研究认为,三维建模技术在金伯利岩型原生金刚石矿勘查过程中会起到决定性作用,能够更直观地模拟出矿体的形态,并能为勘查工作提出方向性指导意见,对深部找矿具有重要的意义。由于本次研究所建立的岩管三维模型比较粗糙,如能开展较详细、较系统的建模工作,一定会为本区金刚石勘查工作提供更多的有用信息。

致谢: 本次研究得到辽宁省第六地质大队王殿忠 队长、单学东总工程师、金刚石整装勘查项目负责人 康宁,以及中国地质调查局南京地质调查中心杨献忠 教授级高工的大力支持,在此深表谢意。

参考文献
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