摘要
锡铁山铅锌矿矿区位于柴北缘中段，是西北地区的大型矿床，因变质变形作用导致矿体形态复杂多变，使找矿工作难度加大。为查明矿体空间形态和矿物组分的空间分布情况，探究深部矿体存在的可能性，本文收集锡铁山矿区共2960个钻孔及刻槽取样工程，应用三维建模软件建立了三维可视化钻孔模型、矿体模型、地质体模型以及品位块体模型等。结果表明，锡铁山矿体在北西侧品位较高，向南东侧逐渐降低；矿体整体呈左阶雁行排列方式分布；Ag元素与Pb元素伴生明显，变化规律基本一致。综合矿床地质特征和矿体分布规律，推测深部仍有存在矿化富集带的可能，并圈定了4个找矿有利地段，为下一步找矿工作提供参考和建议。
Abstract
The Xitieshan Pb-Zn deposit, located in the middle of the northern margin of Qaidam, the large deposits in Northwest China. The morphology of the ore body is complex and changeable due to metamorphism and deformation, makes prospecting more difficult. In order to find out the spatial form of ore body and the spatial distribution of mineral components, the possibility of deep ore body is explored. A total of 2960 drilling and groove sampling projects in Xitieshan mining area are collected in this paper. 3D visual drilling model, orebody model, geological body model and grade block model are established by using 3D modeling software. The results indicate that the ore grades are higher in the northwest and gradually decrease towards the southeast, with the orebody showing a left-stepping en echelon arrangement. The Ag and Pb elements are notably co-associated, displaying similar distribution patterns. Based on the geological characteristics of the deposit and the distribution pattern of the orebody, it is inferred that there may still be zones of enriched mineralization at depth. Four favorable areas for further exploration have been identified, provides reference and suggestion for the follow-up prospecting work.
0 引言
随着矿产资源的开采难度不断加大，传统的二维平面勘查技术已经难以满足深部找矿需求，而地质体三维可视化技术既能复现复杂地质现象又能直观看到矿体空间位置及相互关系，有利于挖掘数据中的隐藏信息，发现隐含地质信息、分析成矿信息和总结成矿规律，进而为矿山深部找矿预测工作提供有力的依据（向中林等，2009；张夏林等，2020； 刘玉国等，2023；姚亦菲等，2024；徐萍等，2024）。三维地质建模（3D Geo-science Modeling）是一项高度综合的技术，涉及多个学科和领域。随着技术的不断发展和应用的深入，三维地质建模在地质研究和资源开发中发挥越来越重要的作用（李青元等， 2016）。系统性地应用计算机技术和地质交叉学科，通过GIS、地质统计学、三维地质建模与可视化、遥感地质解译以及多源数据融合与分析等工具和方法的结合，极大地提高了地质科学研究的效率和精度，为地质资源的勘探、开发和管理提供了强有力的技术支持。在虚拟的三维空间中，来研究和分析地质体和地质界面的空间位置、形态、关系以及地质体的内部属性等地质信息，对于深部矿体的寻找具有重要意义（Chen et al.，2012；肖克炎等，2012； Yuan et al.，2014；Nielsen et al.，2015；Payne et al.， 2015；李晓晖等，2016；Li et al.，2018；袁峰等，2018，2024；秦耀祖等，2019；谷浩等，2024）。近年来，中国三维地质建模技术在指导成矿预测（李伟等， 2020；叶林文和张永强，2023；陈建平等，2024；王兆帅等，2024）和储量估算方面（刘远林等，2019；倪尔建等，2019）同样具有显著效果。
青海锡铁山铅锌矿床西起红柳沟附近，东至断层沟，属于交代碳酸盐矿床（intrusion-related car‐ bonate replacement deposit，CRD）（Zhao et al.，2021），主要矿体赋存在大理岩与片岩接触部位及大理岩中，明显受地层层位和岩性控制，矿体产出与围岩产状基本一致。但由于锡铁山成矿后经历了强烈的变质变形作用，导致矿体形态复杂多变，传统的二维平面资料研究，难以有效反应矿体复杂多变的特点，因此采用三维建模来了解深部矿体的空间位置及变化情况（陈云华，2003）。
虽然三维地质建模软件能够实现对各种复杂地质体的模型构建，但建模过程一般都是按照显式模拟的方法，该方法不仅繁琐、效率较低，且容易出现主观错误，不同的人圈定的地质体有时差异较大，建立的模型光滑度低，棱角尖锐（郭甲腾等， 2019）；相比于显式建模，隐式建模通过使用数学工具从数据中获取模型来减少费力的机械绘图工作，可以快速导入新的钻孔数据，实时更新模型，而不是需要数天甚至更长的时间手动修改模型，比显式建模更能反应地质事实；使用隐式建模支持并遵循行之有效的科学方法，开发假设模型，不断添加新的数据来证实或推翻模型，并最终产生一个最佳模型（曹瑞等，2022）。本文使用 leapfrog 和 3DMine 三维建模软件对青海锡铁山铅锌矿床进行模型构建，可以直观，形象地了解矿体空间形态以及矿物组分的空间分布情况。
锡铁山矿床自勘查工作开展以来，应用手段广泛、勘查工作程度高、实物工作量巨大、积累了大量数据，能够支撑三维模型的建立，本研究共收集锡铁山矿区 2960 个钻孔及刻槽取样工程用来建立地质数据库、实体模型（地质体模型、块体模型、地表及范围模型、矿体模型），用来研究锡铁山矿床的矿化富集规律，为后续的勘查工作提供有益的指导。
1 区域地质背景
柴达木盆地北缘（简称柴北缘）位于秦岭、祁连山和昆仑山的交汇之处，处青藏高原东北部边缘。区域地层涵盖了古元古界到第四系各个时期（图1），柴达木北部造山带基底主要由前寒武纪片麻岩、角闪岩、镁铁质麻粒岩、大理岩和局部榴辉岩和石榴石橄榄岩组成。
区域经历了加里东、华力西等多期构造运动，这些构造运动不仅影响了区域的构造格局，还形成了现今 NW 向和近 EW 向两组区域构造形迹。这些构造形迹的特征以断裂为主，褶皱次之（魏俊浩等， 2021；陈擎等，2024）。断裂主要变形样式为走滑-挤压构造，具有挤压推覆特征兼走滑性质，具有多期活动的特点。
1—古元古界达肯大坂群片麻岩；2—上奥陶统滩间山群变双峰式火山岩段；3—上奥陶统滩间山群变沉积岩段；4—上奥陶统滩间山群变中性火山碎屑岩组；5—上奥陶统滩间山群紫红色砂岩组；6—上奥陶统滩间山群变基性火山碎屑岩段；7—上奥陶统滩间山群变沉积碎屑岩段；8— 上奥陶统滩间山群变基性火山碎屑岩段；9—上奥陶统滩间山群变基性火山熔岩段；10—上泥盆统阿木尼克组复成分砾岩；11—下石炭统城墙沟组长石石英砂岩；12—古近系、新近系沉积物；13—第四系洪冲积物；14—大理岩；15—铅锌矿体；16—角度不整合界线；17—逆断层；18—断层；19—勘探线及编号
柴北缘地区内岩浆岩发育广泛，岩石类型颇多，侵入岩、喷出岩均有产出，岩浆侵入活动具有东强西弱的特点。在时间上，侵入岩主要形成于华力西期，喷出岩发育于晚奥陶世；在空间上，呈 NW 向展布，与区域构造展布方向一致。
2 矿床地质特征
锡铁山铅锌矿床开始于红柳沟附近，到断层沟附近截止，采矿权范围内长约3500 m，NW向断裂构造是矿区最重要的控矿构造，在矿区南东段的走向为 340°~350°，往北西延伸逐渐转为 320°~300°，不同区段走向略有变化，近似呈弧形延伸，规模巨大，具区域性深大断裂特征（冯志兴等，2020）。
矿区地层出露从老到新依次为：古元古界达肯大坂群（Pt1dk）正片麻岩和副片麻岩；上奥陶统滩间山群（O3tn）变质火山沉积岩；上泥盆统阿木尼克组 （D3a）和下石炭统城墙沟组（C1c）沉积岩、新近系干柴沟组（N1g）以及第四系（Q）覆盖层（图2）（祝新友等，2010；王静纯和余大良，2011；孙华山等，2012； 辛天贵和祝新友，2013；赵志新，2018；赵立军和张倩慧，2023）。
区内岩浆活动微弱，火山活动强烈，在锡铁山矿区锡铁山沟、断层沟奥陶系滩间群等地区中，发育一系列火山岩呈 NW-SE 向分布（高歌悦等， 2018），滩间山群火山沉积岩由角闪石、绢云母、阳起石、钠长石、黑云母和绿泥石等矿物组成（辛天贵和祝新友，2013）。
锡铁山矿区经过变质作用和强烈变形产生了赋存于大理岩和片岩中的矿化带（图3），大理岩型矿体为矿床提供了主要矿物来源。
（1）大理岩型矿体
主要分布在矿区23线以西的大理岩发育地段，主要呈透镜状（图4a）、束状、层状、囊状，矿体形态复杂多变，产状变化大，呈块状、稠密浸染状矿石形式产出（图4c～e），矿体分布毫无规律，单个矿体规模中等偏小，与围岩界线清晰（图4b），Pb+Zn品位一般大于 10%。构成大理岩型矿体的主要硫化物为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、少量为黄铜矿，是矿区的主要矿化类型。
（2）片岩型矿体
主要分布在矿区1线以东大理岩发育薄弱以及片岩发育地段，矿体形态比较规整，矿化分布较为均匀，大多数以纹层状、条带状（图4f、g）、透镜状、层状（图4h）为主、少数为沿裂隙充填的浸染状矿化 （图4i），与围岩界线不清晰，Pb+Zn品位一般不超过 10%。硫化物在片岩型矿体中单独存在，方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿为片岩型矿体中主要矿物。
锡铁山铅锌矿区近矿围岩蚀变主要有黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、钠长石化等。
3 三维隐式建模
本研究基于锡铁山铅锌矿床的钻孔及刻槽取样数据，进行了隐式建模分析，建立了多种锡铁山矿区三维可视化模型，分析矿体形态特征、总结矿化富集规律，为锡铁山矿区下一步的勘查方向提供参考和建议。
3.1 钻孔数据库的建立
Leapfrog 软件的钻孔数据库主要是由 4 类数据文件构成：定位表、测斜表、岩性表和样品分析表，这4类数据文件在钻孔数据库的建立中扮演着至关重要的角色。将已有钻孔数据按照相应要求导入Excel 表格中，校验无误后，建立钻孔数据库。本研究收集锡铁山矿区勘查数据涉及到共 2960 个钻孔及刻槽取样工程，建立最终地质数据库，生成钻孔模型（图5）。
图4锡铁山大理岩型矿体及片岩型矿体特征照片
a—以硫化物为基质的大理石角砾岩；b—蚀变大理石、菱铁矿和铁白云石与块状硫化物矿石之间的边界不均匀；c—含有碳酸盐脉石矿物（主要是铁白云石）的块状硫化物矿石；d—大理石中含有大量硫化物，包括粗粒方铅矿、闪锌矿和黄铁矿；e—以黄铁矿为主的含脉石铁白云石岩体；f—片岩中的薄层方铅矿；g—片岩中条带状黄铁矿；h—片岩中含层状闪锌矿；i—闪锌矿和方铅矿在片岩中呈脉状产出
图5钻孔模型综合图
a—钻孔模型直观图；b—钻孔模型平面图
3.2 地表及范围模型
地表模型通常是由带有地质信息的地形线组成，因此能展示出地形属性以及空间位置特征。本研究是将 MapGIS 地形图中的等高线文件赋予高程属性后，将其转换成 dxf 文件，随后导入到 Leapfrog 三维建模软件中，通过MapGIS和Leapfrog软件的结合使用，可以有效地从地形图中提取和处理数据，创建精确的DTM模型，生成地表及范围模型（图6）。
图6地表及范围模型
3.3 矿体模型
建立锡铁山矿区矿体模型是一个复杂而细致的过程，涉及到多个方面的考量和数据的综合应用，是整个三维地质建模工作的重中之重。在矿体模型的构建过程中，以工业指标（边界品位：Pb 0.3%、Zn 0.5%；最低工业品位：Pb 0.5%、Zn 1.0%； 米百分值：Pb 0.5%×m、Zn 1.0%×m；最低可采厚度： 1 m；夹石剔除厚度：3 m；伴生元素工业指标：Au 0.1 g/t、Ag2 g/t、S 4%）圈定矿体线框，考虑到矿体整体倾度及走向等因素，经过调试以 Dip=88°，Dip az= 45°，Pich=28.4°确定的趋势面更加符合矿体整体的实际情况，最终建立出的矿体模型（图7）。
图7锡铁山矿区铅锌矿矿体模型
选取29线的剖面进行对比，矿体模型剖面与二维剖面图较为符合，但模型考虑了钻孔揭露的地质信息，相比于二维剖面图更符合实际地质情况。如该剖面底部大理岩出现“分叉”现象，实体模型根据前后连续几个剖面信息构建了准确的“分叉”形态，而二维剖面图则将未见大理岩地段扣除后将其余大理岩连接成为一个整体，这与真实地质现象不符 （图8）。
图8铅锌矿体模型剖面与勘探线29线剖面对比图
a—实体模型剖面；b—二维勘探线剖面
黄铁矿在大理岩型矿体中多与铅锌矿伴生，而在片岩型矿体中多以黄铁矿形式单独产出，但在空间上与铅锌矿相距不远，因此黄铁矿可以作为矿区东部深部片岩型矿体重要的找矿标志。与上述方法相同，构建黄铁矿矿体模型（图9）。
3.4 地质体模型
矿体模型和地质体模型在目的、方法和应用方面存在明显的差异。矿体模型主要依据样品分析数据来建立，其核心在于反映矿体的空间形态和分布特征，以及矿体内部的品位变化等信息。相比之下，地质体模型更关注的是地质界线的表达，将地质体的空间分布和相互关系展现出来。矿区岩性主要包括大理岩、片岩和紫红色砂岩（图10）。
4 矿化富集规律及找矿方向
4.1 块体模型的构建
块体模型是构建品位模型的前提，对块体模型赋值后，不仅能提高工作效率，而且能够直观地反应工作区范围内Pb、Zn品位及伴生元素品位的变化情况（李金勇等，2022）。本研究是在 3DMine 中，以矿体模型10 m×10 m×10 m的尺寸进行模块的划分，并以 5 m×5 m×5 m 的尺寸进行次级模块的划分，建立了锡铁山铅锌矿的块体模型（图11）。
图9锡铁山矿区黄铁矿矿体模型
图10锡铁山矿区地质体模型
4.2 块体赋值与品位模型的建立
距离幂次反比法充分考虑样品不同距离对赋值点的影响，且对原始数据的格式要求不高，具有操作简单、应用广泛的特点，因此本文采用该方法来对块体模型进行赋值（高阳等，2013；王荟泽等， 2023）。结合矿体模型，调试椭球体参数为主轴与短轴和次轴的比值均为3，方位角为130°，倾伏角为 60°，为了使块体模型符合实际情况，将椭球体搜索半径设置为100 m，最终建立品位块体模型（图12）。
4.3 矿化富集规律
（1）大理岩型矿体在矿区北西侧品位较高，往南东方向品位逐渐降低，沿走向向南东侧伏规律明显，总体侧伏角 30°～45°，少数为 60°，矿体与围岩产状基本一致；片岩型矿体成群产出，矿体沿走向延伸较稳定，1～11 线之间呈 NW-SE 向延伸，矿体沿走向向南东逐渐变薄；大理岩型矿体见矿位置要高于片岩型矿体见矿位置，整体呈北西方向侧伏的规律（图13）。
（2）在伴生元素中，Ag元素与 Pb元素伴生关系十分显著，Ag 元素整体品位变化规律与 Pb 元素基本一致，表明Ag元素的赋存与方铅矿密切相关。此外，在37～29线2600 m以下位置，Ag元素高值区主要集中在此区域；8～4 线 2300 m 标高处，向深部延伸趋势依旧明显；Au 元素富集规律虽然没有 Ag 元素明显，但Au元素总体呈似等距性分布（图14）。
（3）将矿体模型在三维空间中旋转，发现锡铁山矿体在空间中呈左阶雁行排列的规律分布（图15），推测是经过后期变质变形作用形成，该分布规律是寻找矿化富集区的重要依据之一。
（4）Pb、Zn 品位块体模型显示出（图12c、d），锡铁山西部为富集区，东部品位相对于西部较低；23 线至03线2600 m以下存在Pb品位高值区，011线出现高值区向东部延伸的趋势；锡铁山 Pb、Zn 品位高值在19线以西，主要集中在上部；19线以东，主要集中在深部。
图11锡铁山块体模型
图12品位块体模型综合图
a—Pb块体模型直观图；b—Zn块体模型直观图；c—Pb块体模型平面图；d—Zn块体模型平面图
图13大理岩与片岩品位模型
a—大理岩中Pb品位模型；b—大理岩中Zn品位模型；c—片岩中Pb品位模型；d—片岩中Zn品位模型
图14伴生元素品位模型
a—Ag元素品位模型；b—Au元素品位模型
图15矿体模型呈左阶雁行排列
4.4 找矿靶区圈定
锡铁山矿区矿体在大理岩中呈块状、浸染状产出，受后期变质变形作用影响，矿体分布分散；片岩型矿体呈条带状，矿体按照其条带状构造分布。结合品位块体模型以及大理岩型矿体和片岩型矿体特点，对锡铁山矿区共圈定了 4 处靶区，如图16所示：
A1 靶区：位于 29～33 线，标高 2500～2400 m， Pb、Zn 品位块体模型显示，该区域中 Pb、Zn 品位高值居多；锡铁山西部矿体赋存于大理岩以及片岩中，圈定靶区岩性主要为片岩（图10），根据其分布特点，A1靶区为寻找铅锌矿的有利地段。
A2 靶区：位于 01～05 线，标高 2200～2100 m，根据 Pb、Zn 品位模型，该区域 Pb、Zn 品位为 2%～15%，达到最低工业品位；圈定靶区范围内，其岩性为片岩且预测模型深部未闭合，是A2靶区圈定的重要因素。
A3 靶区：位于 013～017 线，标高 2500～2300 m，该靶区范围内，品位模型中Pb、Zn品位最高可达 15% 以上，向东部具有明显的延伸趋势；015 线 ZK98015-2 孔位见 4.5 m 厚度矿化，Pb+Zn 品位达 6.33%，说明该靶区存在成矿事实。
A4靶区：位于 03～015线，标高 2600～2300 m， Pb、Zn品位预测模型也存在向该靶区位置延伸的趋势（图16c、d）；靶区位置与预测模型延伸位置岩性相同，均为片岩；矿体呈左阶雁行排列的规律，是该靶区圈定的重要依据。
图16靶区圈定示意图
a—A1～A3靶区Pb品位模型；b—A1～A3靶区Zn品位模型；c—A4靶区Pb品位模型；d—A4靶区Zn品位模型
5 结论
本文选取了青海省锡铁山铅锌矿矿区为研究对象，针对其深部找矿问题，在野外调研的基础上，深入分析了研究区的成矿构造背景，地质特征，开展了三维建模软件的三维可视化研究，得出主要认识如下：
（1）黄铁矿矿体侧伏规律与铅锌矿矿体基本一致，锡铁山铅锌矿床中产出的黄铁矿大多与铅锌矿伴生，因而黄铁矿可以作为重要的找矿标志。
（2）在探矿原始地质资料、野外综合调研工作基础上，结合建立好的矿体模型以及 Pb、Zn 元素品位的块体模型，研究了锡铁山矿区的矿化富集规律，推测深部仍有存在矿化富集带的可能。
（3）三维地质建模技术可以摆脱传统二维平面资料的局限性，较为直观立体地展示出各类地质体的空间位置及相互关系，为总结成矿规律，深部找矿预测工作提供有力的依据。而隐式建模则省去了大量机械制图的时间，可以实时更新模型，极大地提高了工作效率。
