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物探与化探, 2025, 49(3): 631-641 doi: 10.11720/wtyht.2025.2558

方法研究信息处理仪器研制

砂岩型铀矿勘查多元地学信息三维地质建模技术研究

孙栋华,1,2,3, 陈伟1,2,3, 程莎莎1,2,3, 石连成1,2,3, 张俊伟1,2,3, 祁平1,2,3, 杨玉勤1,2,3

1.核工业航测遥感中心,河北 石家庄 050002

2.河北省航空探测与遥感技术重点实验室,河北石家庄 050002

3.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室),河北 石家庄 050002

A 3D geological modeling technology using multivariate geoscience information for exploration of sandstone-type uranium deposits

SUN Dong-Hua,1,2,3, CHEN Wei1,2,3, CHENG Sha-Sha1,2,3, SHI Lian-Cheng1,2,3, ZHANG Jun-Wei1,2,3, QI Ping1,2,3, YANG Yu-Qin1,2,3

1. Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002, China

2. Hebei Provincial Key Laboratory of Aerial Detection and Remote Sensing Technology, Shijiazhuang 050002, China

3. CNNC Key Laboratory for Geophysical Exploration Technology Center of Uranium Resource, Shijiazhuang 050002, China

第一作者: 孙栋华(1982-),男,正高级工程师,主要从事航空电、磁、放、重探测的生产与研究工作。Email:sdh703@126.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2023-12-21   修回日期: 2024-08-23  

基金资助: 中国核工业地质局项目“内蒙古二连浩特地区1∶5万航空物探调查”(201811)

Received: 2023-12-21   Revised: 2024-08-23  

摘要

三维地质建模是一种寻找深部矿产的有效技术方法,但在砂岩型铀矿勘查中深部成矿预测方面的应用较少。本文以二连盆地哈达图—赛汉高毕一带为研究对象,融合研究区地质、物探和遥感数据建立了三维地质模型,据此开展了深部成矿预测。针对多元地学信息的特点,提出了一种采用不同深度的隐式建模方法,其中1 000 m以浅主要利用地质、钻探资料和地面电磁法测量结果进行建模,1 000 m以深利用重磁三维联合反演结果进行建模。最终的三维地质模型显示,研究区地层主要有新近系—古近系、下白垩统、二叠系、石炭系和新元古界,岩体主要有花岗岩和中基性岩;已知铀矿周围出现的航放铀含量高场、偏高场与含铀物质的运移、沉积、富集以及断裂构造运动有关。利用成矿条件分析法进行了三维成矿预测,圈定了3处与已知矿床具有类似成矿条件的远景区。本研究为在盆地内航放资料的解释和深部铀矿勘查提供了一种新思路。

关键词： 多元地学信息; 三维地质模型; 哈达图—赛汉高毕一带; 二连盆地; 砂岩型铀矿

Abstract

Three-dimensional (3D) geological modeling is regarded as an effective technical method for locating deep-seated minerals. However, its application in deep metallogenic prediction of sandstone-type uranium deposits remains limited. Focusing on the Hadatu-Saihan Gaobi area in the Erlian Basin, this study developed a 3D geological model for deep metallogenic prediction by integrating geological, geophysical, and remote sensing data. Given the characteristics of multivariate geoscience information, this study proposed a layered 3D implicit modeling method. Specifically, for modeling at depths less than 1 000 m, geological and drilling data, along with ground electromagnetic survey results, were primarily used. In contrast, for modeling at depths exceeding 1 000 m, the results from 3D joint gravity and magnetic inversion were utilized. The resulting 3D geological model reveals that primary strata in the study area include the Neogene-Paleogene, Lower Cretaceous, Permian, Carboniferous, and Neoproterozoic strata, with prominent rock masses comprising granites and intermediate-basic rocks. The elevated and slightly elevated fields of aeroradiometric uranium content around the known uranium deposit are associated with the migration, deposition, and enrichment of uranium-bearing materials, as well as fault-related tectonic movements. Through three-dimensional metallogenic prediction based on metallogenic condition analysis, three metallogenic prospect areas with geological characteristics similar to the known uranium deposit were identified. This study provides a novel philosophy for the interpretation of aeroradiometric data and the exploration of deep uranium deposits in basins.

Keywords： multi-source geological information; 3D geological modeling; Hadatu-Saihan Gaobi area; Erlian basin; sandstone-type uranium deposits

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本文引用格式

孙栋华, 陈伟, 程莎莎, 石连成, 张俊伟, 祁平, 杨玉勤. 砂岩型铀矿勘查多元地学信息三维地质建模技术研究[J]. 物探与化探, 2025, 49(3): 631-641 doi:10.11720/wtyht.2025.2558

SUN Dong-Hua, CHEN Wei, CHENG Sha-Sha, SHI Lian-Cheng, ZHANG Jun-Wei, QI Ping, YANG Yu-Qin. A 3D geological modeling technology using multivariate geoscience information for exploration of sandstone-type uranium deposits[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(3): 631-641 doi:10.11720/wtyht.2025.2558

0 引言

砂岩型铀矿是一种重要的铀矿类型,在我国铀资源中占据了十分重要的地位[1-2]。我国的砂岩型铀矿主要产在二连、鄂尔多斯、吐哈等北方沉积盆地中[3-4]。随着找矿工作的持续推进,当前盆地找矿已向500 m以深的第二找矿空间转移[5]。在盆地深部找矿,因其受上覆盖层的“遮挡”,提取隐伏矿化信息难,尚未形成一套完整、有效的方法技术体系[6]。通过基于多元信息建立的三维地质模型,进行地质规律和成矿规律的三维空间分析,提取成矿有利信息,开展三维成矿预测,被认为是一种寻找深部矿产的有效技术手段[7-9],已经在地质调查、矿产勘查、工程勘察、水文地质调查等领域进行了广泛的应用[10-12]。

在铀矿勘查领域,三维地质建模技术已经开展了初步应用,但多数实例主要集中在南方硬岩型铀矿勘查中。前人主要基于地质、音频大地电磁测量、钻孔等数据利用GOCAD、3DMINE、SURPAC等三维可视化软件对相山矿田的邹家山、云际、居隆庵,长江矿田的书楼丘铀矿床建立三维地质模型并开展三维成矿预测和深部资源量预测,取得了较好的效果[13-20]。前人在北方砂岩型铀矿中也进行了少量尝试,范文遥等[21]、张天福等[22],张云等[23]、马宁[24]基于鄂尔多斯盆地钻孔数据,采用GOCAD、Gxplorer软件建立了三维地质模型,分析了三维空间成矿环境。张浩浩等[25]基于地质、钻孔数据,利用数字铀矿勘查系统(QuantyU)建立了伊犁盆地蒙其古尔铀矿床的三维地质模型,为矿床开采提供了可视化依据。齐建全等[26]利用数字地质调查系统建立了某砂岩型铀矿的三维地质模型,用于成矿规律分析。

综上分析,三维地质建模技术在砂岩型铀矿勘查中的应用还不够深入,主要存在以下问题:一是前人应用的盆地有限,主要集中在鄂尔多斯盆地和伊犁盆地;二是主要围绕已知矿床进行三维地质建模,重在成矿规律的分析而不在深部成矿预测;三是建模时以地质和钻孔数据为主,没有或很少利用物探成果资料,尤其是重磁资料,导致模型的深度有限(与钻孔深度一致);四是使用的软件主要用于矿山开采行业,侧重于三维可视化的表达,对于多元地学信息的处理不够精确,不能利用重磁反演结果建立1 000 m以深的地质模型;五是没有利用对寻找铀矿有指示作用的航放资料。针对上述问题,本研究以二连盆地哈达图—赛汉高毕一带为研究区,利用Geomodeller软件开展基于不同来源、不同空间、不同比例尺、不同分辨率的多元地学数据的三维地质建模技术与有效信息提取技术研究,为在盆地内航放资料的解释和深部铀矿勘查提供一种新思路。

1 多元地学信息

1.1 多元地学信息及其特点

本文所指的多元地学信息来源于天—空—地—深勘查技术获取的不同方法、不同时间、不同空间、不同比例尺、不同分辨率的数据资料。目前盆地内铀矿找矿面临的多是岩性不均匀、结构与构造复杂并且埋藏较深、地质条件复杂的勘探对象,传统的单一找矿方法在深部找矿方面已失去了直接勘查的能力,因此需要将多元地学信息融合进行深部找矿。

多元地学信息具有种类多、数据和信息量大、具有空间关联性[27]和结构性等特点。多元地学信息包括地质、钻孔、物探、化探、物性、遥感、测绘等方法测量的数据,每一种方法又分为不同的子方法。这些方法所获得的野外原始数据量非常庞大,包含了大量的信息,尤其是地震和航空物探方法。空间关联性指的是多种方法能同时探测到某一地质目标体,从而可以进行综合解释,提高可靠性。结构性指的是由物探类方法所探测的深度不同、反映性质不同的地质体,如在盆地内,电磁法反映的是不同电性地质体,探测深度一般小于1 000 m,航磁反映的是不同磁性的性地质体,探测深度较大,通过位场分离等手段能揭示出盆地基底的岩相分布情况。

1.2 主要数据源

本研究利用在二连盆地哈达图—赛汉高毕地区(面积约3 000 km2,50 km×60 km)的地质、物探、遥感等数据进行三维地质建模,主要数据包括:1∶20万区域地质图、1∶5万高精度航磁航放数据、1∶20万重力数据、遥感影像数据各3 000 km2;可控源音频大地电磁测量测线8条,长度约200 km;地质剖面5条、钻孔6孔;地震剖面1条,长约30 km。多元地学数据位置见图1。

图1

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图1   研究区以往工作位置

1—地质剖面;2—地震剖面;3—可控源音频大地电磁测量剖面;4—钻孔;5—铀矿床;6—居民点

Fig.1   Previous work locations in the study area

1—geological profile; 2—seismic profile; 3—controlled source audio-frequency magnetotelluric (CSAMT) profile; 4—borehole; 5—uranium deposit; 6—residential area


2 多元地学信息三维地质建模

2.1 建模方法和步骤

2.1.1 建模方法与思路

三维地质建模方法可以分为显式建模和隐式建模[28]。显式建模主要以已知地质资料为主,适合于勘查工作程度较高的地区,如已知矿区、在建地下工程等。隐式建模除了利用已知地质资料外,还能充分利用物探、化探、遥感等数据,能够融合大量多元地学信息,采用空间插值计算方法进行三维地质建模,适合研究区的评价与预测工作,并且随着数据的修改、补充、完善,或是对地质理解发生了变化时,能够进行三维地质模型快速重建[29]。

本研究针对前人在砂岩型铀矿勘查中建立的模型较浅(深度普遍小于1 000 m)且没有利用对铀有找矿意义的航放资料的问题,融合地质、物探、遥感等信息,通过多方法综合解释、重磁联合反演、协同航放资料综合建模等手段,采用不同深度建模方法进行三维地质建模。

2.1.2 空间插值方法

空间插值方法是隐式建模过程中的关键技术。本研究利用克里金协同算法进行空间插值计算,可将区域变量的空间结构信息与变量之间的相关性特征充分利用,并进行计算。

2.1.3 建模步骤

目前,在国内外成熟的三维地质建模软件中,能开展隐式建模且性能最强的是GeoModeller软件,该软件可以基于多种数据源开展了三维地质建模[30-31]。本研究基于该软件开展了不同深度的三维地质建模,步骤如下:①利用1∶20万地质图、地质剖面和可控源音频电磁测量成果,建立研究区1 000 m以浅的三维地质模型。②利用地震剖面确定1 000 m以深的地质体,主要是盆地基底。利用该单剖面结合上一步结果,得到3 000 m以浅的初步三维地质模型。③利用重磁三维联合反演确定1 000 m以深的地质情况。④根据重磁三维联合反演结果,对初步模型进行完善,建立研究区最终的三维地质模型。

2.2 浅部三维地质建模

将可控源音频电磁测量成果剖面和地质剖面作为三维地质建模的初始剖面。经人工手动绘制剖面上地质界线,确定不同地质体,将形成的二维剖面在软件中进行重新计算,吻合初始剖面后,进行三维计算,并利用钻孔资料进行校准,得到1 000 m以浅三维地质模型。根据地震剖面初步确定1 000 m以深的主要地质体(主要是盆地基底),利用该单剖面进行三维计算得到初步三维地质模型,见图2a。

图2

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图2   研究区三维地质建模结果(z轴拉伸10倍,下同)

a—初步三维地质模型;b—最终三维地质模型

Fig.2   3D geological model of the study area (with z-axis-stretched 10 times, the same below)

a—preliminary 3D geological model; b—final 3D geological model


在该模型中,可以对1 000 m以浅的地质要素进行分层显示,可观察目标地层的延伸、分布形态及其与其他地层的接触关系等。

盆地内可控源音频电磁测量结果和钻探揭露所反映的深度有限,一般不超过1 000 m。因此,根据这些剖面所建立的初步三维地质模型仅能反映1 000 m以浅的不同地质体的三维空间展布情况,对于1 000 m以深的地质情况反映十分粗糙。

2.3 深部三维地质建模

由于在盆地内非震类方法深部探测存在“盲区”,加上方法技术本身具有非唯一性,因此,对构建的三维地质模型1 000 m以深的地层岩性分布情况具有很强的推测性,可以通过反演进行异常识别和提取,来解释盆地深部的地质环境,但反演结果并不唯一。利用的信息越多,反演的结果就越确定。将物探测量结果、岩石物性参数以及地质因素结合起来,利用物性参数和已知地质情况建立先验模型,在此基础上再对物探数据开展反演计算,能大大提高反演结果的可靠性[32-34],这种做法已较为成熟。

2.3.1 重磁三维联合反演

基于岩性约束的重磁三维联合反演从建立先验模型开始,先验模型包括三维地质模型和物性模型两个部分。对收集到的物性参数进行统计分析(平均值、分散性、相关性等),将岩性与密度、磁化率联系起来,建立物性模型。在物性模型中,每一个地质体都被赋予了定量的密度和磁化率值,相当于在地质和地球物理信息之间建立了明确的数据关系,避免了普通反演方法中出现的不符合实际情况的物性误差。

随后,计算先验模型的地球物理响应,并与实际的观测结果进行对比。若不符合,则要对先验模型进行调整,包括三维地质模型中岩性界线的调整和物性参数及其分布规模的调整,再进行正演模拟,得到先验模型的地球物理响应并与实测结果再次进行对比(图3)。这一过程需要反复进行,直到与实测结果符合为止,得到最终先验模型。在此基础上,开展重磁联合三维反演,对反演结果进行评估,重点分析反演物性参数范围和岩性边界是否符合先验模型的约束条件。若不符合,则改变反演条件,再次进行反演计算,直到符合为止。最后,根据最终的反演结果调整先验模型,得到最终三维地质模型。

图3

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图3   航磁正演模拟逐步逼近过程示意

a—实测结果;b、c—经不断调整后的中间正演结果;d—最终正演结果

Fig.3   Schematic diagram of the gradual approximation process of aeromagnetic forward modeling simulation

a—measured result; b, c—intermediate forward modeling results after continuous adjustments; d—final forward modeling result


这是考虑岩石物性和地质约束的重磁联合反演方法。该算法对地质结构设定初始值,在迭代的过程中不断优化,最终得到逼近多元地学信息共同反映的最优结果。

2.3.2 反演结果

基于三维联合反演结果,可以得到密度、磁化率三维分布,见图4。由图4a可知,研究区密度从浅到深逐渐增大,浅部低密度区域是新近系、古近系、下白垩统和花岗岩的反映,深部的高密度区域是二叠系、石炭系、新元古界和中基性岩的反映。反演结果与实测参数吻合。由图4b可知,研究区磁化率较低,在中北部埋深约-2 000~-500 m区域出现的强磁性体是中基性岩体的反映。反演结果与实测数据吻合。

图4

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图4   重磁三维联合反演结果

a—密度;b—磁化率

Fig.4   The results of 3D joint gravity and magnetic inversion

a—density; b—susceptibility


2.4 最终模型

最终三维地质模型如图2b、图5所示,由图可知,研究区地表以新近系—古近系出露为主,下伏地层以下白垩统为主,不整合于二叠系之上。该地层形态复杂,分布广泛;厚度一般为50~500 m,从SE向NW先变厚后减薄,最薄处位于南东和北西的凸起区,最厚处位于沿NE向展布的凹陷区。

图5

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图5   主要地质层(体)三维可视化示意

Fig.5   3D visualization diagram of major geological layers (bodies)


研究区基底主要由二叠系、石炭系、新元古界、花岗岩、中基性岩等组成。基底顶界面埋深一般为0~800 m,在东南部和北西部直接出露地表,最深处位于研究区东北部,超过1 000 m。基底顶界面的起伏形态总体表现为沿NE向,以凹陷带为中心,向北西、南东两侧逐渐变浅。

二叠系厚度一般40~400 m,下伏石炭系厚度一般为50~1 000 m。花岗岩位于研究区南东部和北西部,总体规模较小,主要侵位于基底地层。盖层以不整合形式上覆于花岗岩之上。中基性岩主要分布在研究区中北部,埋深约-2 000~-500 m,总体形态较为复杂。

研究区断裂构造规模较大、切割较深,总体呈NE走向,产状较陡。断裂控制了研究区中基性岩的分布以及凸起和凹陷的形成和发展。

2.5 模型验证

三维地质模型建立后,要与地质资料进行对比,若发现有较大出入,则采用加密各个方向的剖面线的方式,重新计算三维模型,多次反复,直到模型与地质资料相符。

浅部模型主要通过钻孔资料进行验证。经比对,钻孔揭露的地层界线埋深位置与模型相应的地层界线重合率达90%以上。由于本研究未在研究区收集到大于1 000 m深度的钻孔,因此深部模型的地层界线主要通过地震剖面和重磁三维联合反演来共同确定,模型精度有待验证。

3 三维成矿预测

3.1 三维岩性构造推断解释

二维情况下较难表达出地质体间稍微复杂的三维接触关系,而在三维地质模型的立体场景中,能清楚地展示各岩性地质体在三维空间内的变化情况[35]。同时,可关闭不同属性界面,就某一目标体开展针对性的研究,精细、定量地计算和显示出地质体之间三维空间关系和相互切割关系。对于重点关注地段,可利用三维地质模型进行不同方向的剖面提取、不同埋深的平面裁剪、任意大小的模型切割等操作,进行精细化的三维可视化分析与应用。三维地质模型可将地质要素进行直观展现,为地质人员后续的工程布置、找矿靶区优选、矿山开采等提供有效帮助。

根据本研究最终的三维地质建模结果(图2b、图5),可对研究区不同岩性地质体进行研究。

3.2 基于三维地质模型的航放资料解释

目前,航放资料的解释与地质结合不足,尤其在盆地中,航放资料的解释多侧重于地球物理角度,或者从统计学角度开展相关研究与应用[36-37]。相比而言,对制约航放分布的地质体空间变化规律和演化特征缺乏足够的重视,解释工作缺乏地质成因和地质理论支撑。以往的找矿结果表明,大多数已探明的砂岩型铀矿均位于航放高异常区或偏高异常区边缘[38],有的甚至没有明显的异常显示。研究认为,砂岩型铀矿需经历铀元素从铀源中析出、迁移、搬运、沉积、再富集的过程[3]。从铀元素的析出到富集成矿,可能需要经历较远的迁移距离、很长的时间,涉及范围较大(比矿床范围大的多),因此,航放资料的解释需紧密与地质特征相结合。本研究将借助构建的三维地质模型,对航放资料进行解释。

由图6可知,研究区航放特征与地形、地貌和岩性相关。研究区地势总体东高西低、北高南低,外围东部和北部是盆地内的凸起区,局部出露放射性含量较高的基底地层和中、酸性岩体,在地表风化、剥蚀作用下,风化后的基底地层、岩体向地势低处运移。航放总量和钾含量特征正是这一过程的表现,其在东部和北部表现为高异常和较高异常特征,在遥感影像图上此区域的色调明显不同。航放钍含量特征除了在西部出现高值外,其他地段与航放总量和钾含量总体趋势基本一致,推测高值由新近系—古近系中钍元素富集所引起的。

图6

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图6   航放测量结果与三维地质模型立体图

Fig.6   Airborne radiometric survey results and 3D geological model


研究区范围内已探明的铀矿床有2个(图1、图6),分别是北部的赛汉高毕和西南部的哈达图,其中,赛汉高毕矿体埋深57.24~157.03 m,平均深度115.95 m;哈达图矿体埋深230.14~548.69 m,平均深度329 m[39]。赛汉高毕铀矿由于埋藏浅且靠近蚀源区,其航放铀含量总体呈高异常和偏高异常特征。哈达图铀矿由于埋藏深,其航放铀含量总体表现与背景场特征相似。

由基底顶界面起伏三维预测结果(图7)可以看到,研究区东南部、东北部和西北部共发育3个凸起。凸起之间发育两条NE向凹陷带,最终交汇于西南部。凹陷带控制了早白垩世古河道的生成和发展。

图7

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图7   研究区三维成矿预测结果

Fig.7   3D metallogenic prediction map of the study area


凸起蚀源区含铀物质沿古河道运移、沉积和富集。在地质应力作用下,铀及其子体沿断裂或孔隙迁移到浅表层[37]。航放铀含量(图6d)中沿已知矿床周围出现的较高异常区,可能是这一过程的反映。

3.3 三维成矿远景区圈定

得益于三维地质模型以及成、控矿地质因素的三维显示,使得三维成矿预测成为了可能[7,40]。学者们对三维成矿预测方法进行了研究和探索:传统的根据区域成矿地质规律在三维空间内进行成矿预测的成矿条件分析法[31,41],基于已知矿床的三维地质、地球物理、地球化探特征分析,利用多元信息推广到全区进行成矿预测的综合信息找矿法[42-43],将在二维平面内使用较多的基于机器学习的成矿预测方法应用到三维空间上,而在三维地质模型中提取带有空间位置属性的立方体训练样本进行计算,常用的算法包括利用K近邻、神经网络、支持向量机、随机森林等[44-45]。

本研究基于三维地质模型,利用成矿条件分析法,根据已知矿床的控矿地质条件,开展三维成矿预测。研究区已知铀矿床均受SW-NE向发育的古河道控制,位于局部凸起的边缘或多个凸起的中间部位;铀矿化产在古河道砂体中;铀源具有明显的近源特点,主要来源于古河道周围富铀地质体;发育的基底断裂构造一方面有利于深部还原性气体向上运移增加砂体的还原能力,另一方面有利于上部含氧、含铀水向下运移,从而发生氧化作用和铀矿化[39,46]。对比上述成矿地质条件,共推测3处找矿有利区,预测结果见图7。

4 讨论

4.1 三维地质模型与多方法协同勘查

不同方法能够解决的地质问题不同。当前利用多方法组合进行矿产勘探与预测,一般流程为:首先通过航空物探、遥感开展中、小比例尺探测,查明区域地质情况,缩小找矿范围;其次,利用地面地质、物探和化探开展大比例尺工作,查明重点地区的成矿环境和主要目标体的空间展布;最后,基于上述资料,利用钻探、测井等手段进行直接找矿。这样的工作流程突出了方法的有效性和局限性,通过方法的组合使用,配合矿产勘查不同阶段,逐步解决找矿问题。方法应用的前提是具有物性差异,而且不同方法适合解决不同的勘查问题。当面对同一地区的多种方法数据时,常规的做法是不同方法之间相互印证和相互补充,以达到提高解释可靠性的目的[47]。由此可知,多种方法不论是在方法的部署使用上还是在数据的解释上还未真正达到一体化相互融合、协同勘查的目的。因此,利用三维地质建模技术,融合多元地学信息,可以实现在数据层面的多方法一体化协同勘查。

4.2 三维地质模型的复杂性问题

三维地质模型的构建基于多元地学信息,其准确性很大程度上受到可用数据、地质环境的复杂程度、建模目标体规模以及建模人员经验等因素的影响。其中,影响程度最大的是建模人员的经验。建模人员经验主要指的是建模人员的知识储备、研究区地质情况、成矿规律掌握程度和物探资料的解释能力。由于经验知识具有非常强的主观性,导致多数情况下不同建模人员创建的模型难以重现。

采用隐式建模方法可快速自动建模,但是由于多数研究区缺乏约束条件(岩性、物性、力学性质等),还是存在一些问题:一是薄层的模型创建比较困难;二是模型相比于实际岩性地质层(体)的规模会扩大;三是对于无数据地段的模型,需要额外的解释来推断。三维地质模型的构建对于信息的类型和数量有着最低限度的要求,信息越丰富,种类越多,模型结果越准确。在砂岩型铀矿勘查中,地质、钻探工作程度毕竟有限,想要进行深部找矿,必须要依赖各种物探数据。物探方法中新技术的应用、精度的提高、成本的降低是地质勘探技术进步的重要方面,直接使用各种物探数据成果,甚至参与物探数据的解释,将成为三维地质建模技术的发展趋势之一。

5 结论

本文针对三维地质建模技术在砂岩型铀矿勘查中三维成矿预测方面应用较少的现状,以二连盆地哈达图—赛汉高毕一带为研究对象,基于研究区地质、物探和遥感数据建立了三维地质建模,并在此基础上开展了深部成矿预测,得出结论如下:

1)由于多元地学信息具有种类多、数据和信息量大、空间关联性和结构性强等特点,因此针对盆地提出了一种采用不同深度的三维地质隐式建模方法,1 000 m以浅主要利用地质、钻探资料和地面电磁法测量结果进行建模,1 000 m以深利用重磁三维联合反演结果进行建模。

2)研究区最终三维地质模型显示,该区地层主要有新近系—古近系、下白垩统、二叠系、石炭系和新元古界,岩体主要有花岗岩和中基性岩。其中目标层下白垩统厚度一般为50~500 m,整体从南东向北西先变厚后减薄,最薄处位于南东和北西的凸起区,最厚处位于沿NE向展布的凹陷区。基底顶界面起伏形态总体表现为沿NE向凹陷带为中心,向北西、南东两侧逐渐变浅。

3)开展了基于三维地质模型的航放资料解释技术研究,认为研究区已知铀矿周围出现的航放铀含量高场、偏高场区除了与基底埋深较浅外,还与含铀物质的运移、沉积、富集以及断裂构造运动有关。

4)利用成矿条件分析法进行三维成矿预测,在研究区圈定了3处与已知矿床具有类似地质条件的找矿有利区。

感谢

感谢编辑部老师悉心指导,感谢审稿专家提出的修改意见,感谢北京金浩林勘探技术有限公司提供Geomodeller软件的试用版。

参考文献

张金带.

我国砂岩型铀矿成矿理论的创新和发展

[J]. 铀矿地质, 2016, 32(6):321-332.

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Zhang J D.

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张金带, 徐高中, 陈安平, 等.

我国可地浸砂岩型铀矿成矿模式初步探讨

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Zhang J D, Xu G Z, Chen A P, et al.

Preliminary discussion on uranium metallogenic models of China's in situ leachable sandstone-type uranium deposits

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张金带, 徐高中, 林锦荣, 等.

中国北方6种新的砂岩型铀矿对铀资源潜力的提示

[J]. 中国地质, 2010, 37(5):1434-1449.

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Zhang J D, Xu G Z, Lin J R, et al.

The implication of six kinds of new sandstone-type uranium deposits to uranium resources potential in North China

[J]. Geology in China, 2010, 37(5):1434-1449.

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陈戴生, 李胜祥, 蔡煜琦.

我国中新生代盆地砂岩型铀矿研究现状及发展方向的探讨

[J]. 沉积学报, 2003, 21(1):113-117.

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Chen D S, Li S X, Cai Y Q.

A discussion on research situation and development direction of sandstone-type uranium deposits in the Meso-Cenozoic Basin of China

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苗培森, 李建国, 汤超, 等.

中国北方中新生代盆地深部砂岩铀矿成矿条件与找矿方向

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Miao P S, Li J G, Tang C, et al.

Metallogenic condition and prospecting orientation for deep sandstone-hosted uranium deposits in Mesozoic-Cenozoic Basin of North China

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封志兵, 聂逢君, 宁媛丽, 等.

盆地内部砂岩型铀矿找矿技术的设计与探讨

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Feng Z B, Nie F J, Ning Y L, et al.

Discussion and design of exploration technology for sandstone-type uranium deposits in the interior of the sedimentary basins

[J]. Acta Geologica Sinica, 2022, 96(6):2217-2229.

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袁峰, 张明明, 李晓晖, 等.

成矿预测:从二维到三维

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Yuan F, Zhang M M, Li X H, et al.

Prospectivity modeling:From twodimension to three-dimension

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DOI:10.18654/1000-0569/2019.12.18      [本文引用: 2]

With the continuous development of exploration methods and computational technology, the theories and approaches of prospectivity modeling have developed from qualitative description to quantitative measuring, and from two-dimension to three-dimension. In recent ten years, researches on three-dimensional prospectivity modeling develop rapidly as a result of the development of deep resource exploration, which also enriches relative theories and methods. In this paper, the researches on two-dimensional prospectivity modeling have been summarized, and the outcomes and progress have been made on three-dimensional geological modeling, three-dimensional prospectivity modeling and so on. Up to now, three-dimensional prospectivity modeling has been used to delineate the target in lots of area around the world which provide a new method and direction for finding the deep concealed orebody. Based on the above, a variety of outlooks are provoked of the future of three-dimensional prospectivity modeling. Compared with two-dimensional prospectivity modeling, three-dimensional prospectivity modeling has always been limited by the lack of three-dimensional predictive data. Therefore we proposed that 3D inversion based on 2D data, computational simulation, big data, and machine learning methods and techniques will promote the development of theories and methods of three-dimensional prospectivity modeling, and improve the effectiveness of the application and practice.

李青元, 张洛宜, 曹代勇, 等.

三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议

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Li Q Y, Zhang L Y, Cao D Y, et al.

Usage,status,problems,trends and suggestions of 3D geological modeling

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陈应军, 严加永.

澳大利亚三维地质填图进展与实例

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Chen Y J, Yan J Y.

Progress and examples of three-dimensional geological mapping in Australia

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何静, 何晗晗, 郑桂森, 等.

北京五环城区浅部沉积层的三维地质结构建模

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李鹏, 罗玉钦, 田有, 等.

深部地质资源地球物理探测技术研究发展

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陈大磊, 王润生, 贺春艳, 等.

综合地球物理探测在深部空间结构中的应用——以胶东金矿集区为例

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方启春, 罗建群, 朱鹏飞, 等.

邹家山铀矿床2、3号带三维地质模型构建及应用

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广东省仁化县书楼丘铀矿床三维地质建模及成矿预测

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Visualization process of 3D geological modeling based on GOCAD software

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Borehole databases and 3D geological model of Jurassic-cretaceous strata in Dongsheng area,North Odors Basin

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张云, 张天福, 孙立新, 等.

鄂尔多斯盆地南缘黄陵地区煤铀兼探钻孔数据集成与三维地质模型构建

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基于GeoModeller的新疆阿舍勒铜锌矿三维地质模型及地质空间信息解译

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重点成矿带大中比例尺三维地质建模方法与实践

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向杰, 陈建平, 胡彬, 等.

基于三维地质—地球物理模型的三维成矿预测——以安徽铜陵矿集区为例

[J]. 地球科学进展, 2016, 31(6):603-614.

DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2016.06.0603.      [本文引用: 1]

三维成矿预测已经成为当前国内外矿产勘查与资源评价研究的重要途径和热点。以安徽铜陵矿集区为例,开展了基于三维地质—地球物理模型的三维成矿预测,研究内容为:①在25条综合剖面基础上建立了三维地质模型,并采用三维重磁反演获取深部的三维物性特征,进而建立了三维地质—地球物理模型;②结合前人的成矿理论研究,分别总结了层控矽卡岩型与接触交代矽卡岩型矿床的有利控矿要素,建立了综合信息定量预测模型;③采用“立方块预测模型”找矿方法,根据信息量值结合地质基本情况圈定了15个找矿远景区。该研究成功地构建了三维地质—地球物理模型,并在地质找矿理论指导下,基于不同矿床类型定量提取了找矿有利信息,将传统的二维综合信息找矿方法拓展到三维空间,对于老矿山找矿具有重要指导意义。

Xiang J, Chen J P, Hu B, et al.

3D metallogenic prediction based on 3D geological-geophysical model:A case study in Tongling mineral district of Anhui

[J]. Advances in Earth Science, 2016, 31(6):603-614.

DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2016.06.0603.      [本文引用: 1]

3D metallogenic prediction is an important method and frontier of mineral resources exploration in the world. This paper introduces a case study of 3D metallogenic prediction based on 3D geological-geophysical model in Tongling mineral district. The research contents,methods,and results are summarized as the following aspects: ①Based on 25 comprehensive interpretation profiles,established 3D geological model of the study area. Using 3D property inversion of gravity-magnetic data technology to obtain 3D physical characteristics,a 3D geological-geophysical model was established;②Combined with the previous research on the metallogenic theory,this paper summed up some favorable geological conditions for ore-controlling,and established the quantitative prediction model;③By using“cubic predicting model”prospecting method, delineated 15 predicted targets according to the value of information and geological condition. This research built the 3D geological-geophysical model successfully,and under the guidance of geological prospecting theory,quantitatively extract the favorable prospecting information based on different deposit types. This research extends the traditional regional metallogenic prediction method to 3D space,and it has important guiding significance for the old mine prospecting.

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Fu G M. Research on 3D metallogenic prediction based on machine learning—Taking Zhuxi tungsten mine in northeast Jiangxi as an example[D]. Fuzhou: East China Institute of Technology, 2021.

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吕永华, 康世虎, 刘武生, 等.

二连盆地哈达图铀矿床关键控矿要素与成矿模式研究

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Lyu Y H, Kang S H, Liu W S, et al.

Study on key ore-controlling factors and metallogenic model of hadadu uranium deposit in Erlian Basin

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徐力群, 张国琛, 马泽锴.

土石堤坝隐患探测综合物探技术发展综述

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Xu L Q, Zhang G C, Ma Z K.

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