新疆北山地区罗东铜镍矿三维地质建模及控矿构造的演化研究

杨 阳，张 敏，魏玉凯

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100）

新疆北山地区罗东铜镍矿，位于北山地区的西部方向，处于坡北镁铁质——超镁铁质杂岩带西侧，是一个典型的杂岩矿山体。通过翻阅大量的调查资料，发现该地区的罗东岩体形态、产状、岩相分带具有集中化、分散化等特征。因此传统建模方法根据以往的铜镍矿体物化探异常特征，建立铜镍矿三维地质模型。此次研究在传统建模方法的基础上，优化设计建模过程，将模型的计算速度和精确度都进行不同程度的提升，为铜镍矿的探采工作提供更加先进的技术。因此研究新疆北山地区罗东铜镍矿的三维地质建模方法，并分析控矿构造的演化过程。

1 新疆北山地区罗东铜镍矿三维地质建模

1.1 构建地表模型

数字地形模型是地形分布特征的表现形式，通过已知坐标属性和离散分布点，模拟显示地面的连续性特征。在3DMine 矿山建模软件中，利用散点、线条以及闭合线生成地表模型。首先将散点数据上传到3DMine 数据库中，通过散点图的形式预先设定地表特征点，利用三角形网连接各点，形成一个表面模型。然后为线条上的点进行高程赋值，结合带有高程值的地形线条，生成散点数据信息，再利用线条生成地表模型的基本外观。然后利用自身程序转化模型的基本框架，通过颜色渲染功能模拟地表的起伏状态[1]。此次研究构建的矿区范围地形模型，利用mapgis6.7 对1：1000 的地质图进行扫描，然后矢量化处理生成的二维图像，得到矿区范围地形线，如下图1 所示。

将处理后的文件导入到3DMine 的管理数据库中，赋值完等高线高程后检查并清理地形线，清理重复点或者线条，得到完整的新疆北山地区罗东铜镍矿地表模型。

1.2 构建3D 地形地质模型

依据新疆北山地区罗东铜镍矿段地形地质图，结合上述构建的范围地形模型，建立3D 地形地质图。在校正后的地形地质图上，提取因为自然环境因素、人为开采因素导致的断层及地层信息，将该信息上传到3DMine 中，检查同时清理提取的数据，同时打开范围地形模型，利用点以及文字转换线条落在数字地形模型上的功能，同时要求地质区颜色与地形地质图之间，按照1：1000 的比例进行格式统一，以3D 效果图的形式，建立地形地质图模型。该过程首先要建立主要地层模型，根据地层的顶底板点，在地形地质图及其剖面图中获取与地层有关的信息，确定模型的地层。自然类型模型则从剖面图和储量估算图中，提取与自然类型有关的信息。建立矿体实体模型时，将原有的cad 勘探线剖面图三维化；然后解译及圈定剖面矿体；再协调和处理各个子模型之间的空间位置关系；将该模型与原地勘剖面进行对比，注意校核线框实体的有效性；最后进行数据纠错，对存在构建问题的衔接面、衔接点进行调整，实现对3D 地形地质图的构建。

1.3 构建块体模型

地质实体模型可以精准描述铜镍矿的空间形态与位置，但很难反映其内在性质，因此在构建地表模型、3D 地形地质模型的前提下，还要构建块体模型，不仅掌握新疆北山地区罗东铜镍矿的位置及形态，还要迅速把握矿山的内在性质。块体模型只考虑平面范围，因此从新疆北山地区金属矿的数据库中，找出罗东铜镍矿的模型构建范围，然后根据前两节内容，构建地表模型和地形地质模型。根据模型中的基本参数，自动获取块体在水平方向、垂直方向上的最小和最大坐标。然后确定块体模型的尺寸，块体尺寸越小时，构建的模型精准度就越高。但由于过小的块体尺寸会增加计算量，降低整体计算效率，因此本次建模为了保证时效性，将块体模型尺寸设置为5×5，按照该规格和基本模型架构，自动生成规则格网，此时格网中心点坐标，就是块体模型在建设平面中的中心点。然后对格网点赋值。由于传统建模方法根据已知样本点，采用估值法判断格网点对应的三角形，然后通过三角面方程插值的方法进行赋值，导致计算过程较为复杂，因此针对传统建模方法存在的不足，对格网点赋值方法进行改进，提高三角网对格网点赋值的速度与精度。该方法首先根据三角形的角的最值坐标，确定其外接矩形。然后分析网中心线与外接矩形四条边线之间的关系，当横纵两条中心线均与矩形存在交点时，则可知外接矩形影响格网；再分析三角形与中心点之间的关系，当中心点位于三角形内部时，则说明三角形影响格网。根据三角形所影响的格网判断结果，对格网中心点赋值。当中心点在三角形内部时，则通过三角面方程插值法，确定格网中心点的铜镍含有率。完成上述赋值工作后，根据格网顶面、底面中心点，建立不同中心点的坐标，其中格网顶面中心点的坐标和底面中心点的坐标，分别用A0(x0,y0,z0)和B0(a0,b0,c0)表示，四个顶面顶点分别为A1、A2、A3、A4；四个底面顶点分别为B1、B2、B3以及B4[2]。已知块体模型的实际构建尺寸，根据格网顶面中心点坐标，计算其他四个顶点坐标，同理计算格网底面其他四个顶点坐标，从而构建格网底面模型。然后再利用上述提到的顶点坐标，构建模型的侧面，将侧面、顶面以及底面相连接，形成一个封闭体，也就是块体模型。块体模型构建完毕后，将其与其他模型之间进行衔接，然后进行三维显示。该显示界面如下图2 所示。

将地层顶面三角网和底面三角网，分别放入顶面所在图层和底面所在图层两个输入栏中，单击“确定”按钮即可显示模型的三维立体效果图；若选择“是否计算体积/储量”这一选项，还可以自动计算不同地层中的铜镍金属含量。至此实现对新疆北山地区罗东铜镍矿三维地质模型的构建。

2 控矿构造演化过程分析

目前的矿床内控矿构造，多以褶皱和断裂的形态为主，总体呈现NW 形态的走势，还有一些呈现NWW 的走势特征。其中新疆北山地区罗东铜镍矿的背斜构造，主要存在NWW 走向的轴向褶皱；控矿断裂则主要体现在NW 断裂带与NWW 断裂之间。分析控矿构造演化的基本特征时，根据构建的三维地质模型，提取该地区地表和地层的形态学特征，提取每一褶皱和断裂区域的控矿构造演化数据，然后结合运动学基本定理，分析控矿构造演化成因及规律。已知罗东铜镍矿某一段露天采场内的NWWNW 向断裂中，靠近断裂带两侧的含铜镍矿，呈脉状或是微细浸染状分布。根据三维模型的观测结果，发现断裂带较破碎部位的含铜镍矿脉发育情况更好，因此可以判断该开采地段受地壳活动的影响，在该处剧烈运动，使构造透镜体、断层泥以及断层角砾不断发育，通过地壳活动重新排列组合，由两侧断裂带的牵引使铜镍矿脉冲出基本地层，因此可以通过含矿断裂带的剪切逆断裂实际情况，判别控矿构造演化过程。根据上述过程可知，在成矿前控矿构造受NW 断裂与NWW 断裂的影响，产于矿山的背斜两翼或切穿背斜，说明控矿断的形成时间，要晚于背斜和千枚理构造的形成时间。因此根据应力学分析可知，背斜形成于NNE 的挤压，因此通过上述分析过程，判断新疆北山地区罗东铜镍矿的控矿构造演化规律[3]。

3 结束语

此次研究在传统三维地质建模的基础上，对三角面方程插值法赋值过程进行了优化，为新疆北山地区罗东铜镍矿山的三维地质建模，提供更有效率和精度的矿山三维立体模型。但此次研究受复杂地质条件、动态变化的找矿环境影响，其建模方法还存在不足之处，今后的研究工作中，可以对巷道模型的建立进行详细说明，为三维地质建模提供更加可靠的技术手段。同时还要以实地考察的方式，检验控矿构造演化过程分析是否可靠，为国家的找矿技术贡献一份力量。