摘要
洛坝铅锌矿属特大型铅锌矿床，控矿构造复杂。通过资源储量核实，已圈出矿体1000余条，剖面间矿体难以对应连接。矿山已有30余年开采历史，查明控矿构造形态对矿山深部开拓设计和外围探矿工程布置具有重要意义。洛坝铅锌矿数字化矿体三维建模工作是利用《东方矿产资源评估系统》完成的，矿体圈定时引进了地质统计学中矿化域的概念，解决了复杂矿体建模难的问题。将无人机数字化地形、数字化钻孔、数字化矿体融为一体，利用东方软件建立了矿体的三维模型。通过矿体三维建模工作提出洛坝铅锌矿主要受复杂背斜控制，背斜长度4500余m，由西向东分别为紧闭倒转背斜、倒转背斜、短背斜、平卧背斜、北翼直立背斜、平缓控矿背斜。通过对矿体三维模型研究，本研究提出洛坝3个成矿预测区，分别为Ⅰ号成矿预测区、Ⅱ号成矿预测区和Ⅲ号成矿预测区，为矿山外围及深部探矿工程布置提供了可靠依据。
Abstract
Luoba lead-zinc mine is a super-large lead-zinc mine. The controlling structures of mineralization are complex， with more than 1000 ore bodies identified during resource reserve verification， and it is difficult to correlate ore bodies between sections. With over 30 years of mining history， understanding the form of controlling structures is of great significance for the deep development design of the mine and the layout of peripheral exploration projects. The three-dimensional modeling work of Luoba lead-zinc mine was carried out using the "Oriental Ore Body Economic Evaluation System" （referred to as the Oriental software）. The introduction of the new concept of minerialized domain in geostatistics was used for ore body delineation， solving the problem of difficult modeling of complex ore bodies. The integration of drone digital terrain， digital boreholes. and digital ore bodies was used to establish a three-dimensional model of the ore bodies using the Oriental software. Through the three-dimensional modeling of ore bodies， it was found that Luoba lead-zinc mine is controlled by a complex anticline， with a length of over 4500 meters. The anticline is composed of a tight inverted anticline， an inverted anticline， a flat anticline， a north wing upright anticline， and a gentle ore-controlling anticline from west to east. Based on the study of ore bodies， this report proposes two mineralization prediction zones in Luoba， namely Zone I and Zone II， providing reliable basis for the layout of deep mining and peripheral exploration projects of the mine.
0 引言
洛坝铅锌矿三维建模工作是利用《东方矿产资源评估系统》（以下称“东方软件”）完成的。软件通过了国土资源部储量司组织的专家鉴定（国土资储函〔2004〕20号），并获得推广使用权“可在我国固体矿产地质勘查、矿山设计和矿山生产的储量评估及储量动态管理工作中使用”。东方软件提供了多种资源储量估算方法（地质统计学法、地质剖面法、地质块段法），升级版后的东方软件符合自然资源部颁布的《固体矿产资源/储量分类》（GB/T17766-2020）标准。支持多矿种、多元素，且具有经济分区功能。东方软件图形格式采用国际标准图形 dxf格式，可直接用于矿山采矿设计。基于大比例尺地形图或无人机数据，建立矿山原始地形 DEM（数字高程模型）和实景三维模型，基于矿山地形地质平面图或地质剖面图，建立矿体三维地质模型，实现三维模型三维可视化（Wang et al.，2017）。东方软件将无人机数字化地形、数字化钻孔、数字化矿体融为一体，并采用云存储、云计算网络技术，建立了甘肃洛坝铅锌矿数字化矿体三维模型（童星等，2024）。
1 矿山、地质概况
1.1 矿山概况
洛坝铅锌矿位于甘肃省徽县境内，地理坐标 （2000 国家大地坐标系）：东经 106° 03'58″～106°06 '32″，北纬 33°55'14″～33°55'55″。洛坝铅锌矿床发现于 20 世纪 60 年代，于 1978—1986 年由甘肃有色地勘局 106 队进行了勘查工作，获远景铅锌金属量76万t，为大型铅锌矿床（浩德成等，2007）。2020 年对矿山保有资源储量进行了核实，提交了《甘肃省徽县洛坝铅锌矿资源储量核实报告》报告。现阶段，洛坝累计探明矿石资源量5122万t，年消耗矿石量约80万t，经过经几十年开采，矿山保资源量严重不足。因此近年来矿山对其矿区深部及外围加大勘查投入，新发现和控制一批新矿体，但由于矿床地质条件复杂，矿体规模较小，导致勘查布孔难度较大（李成鑫和陈少军，2008）。因此，通过矿体三维建模工作查明控矿构造，对矿山深部开拓工程施工和外围探矿工程布置具有重要意义。
1.2 地质概况
西成铅锌矿田容矿岩性主要是中泥盆统碳酸盐岩，包括生物灰岩、结晶灰岩、泥质灰岩、大理岩和白云岩等，其次为硅质岩、千枚岩、板岩、石英砂岩及重晶石等（浩德成等，2021）。矿体呈层控特征，矿田构造总体近东西向，主要为人土山—江洛断裂（F1）、黄渚关断裂（F2）及洛坝复背斜（宋阳和李海亮，2020）。主要褶皱为吴家山背斜，中泥盆统围绕吴家山背斜作环形出露，基本控制了矿田的展布。矿田、矿床内及区域上相伴发育大量印支期中酸性岩浆岩，中生代的造山运动及花岗质岩浆活动为铅锌等元素的再次活化迁移及大规模成矿提供了充足的热源，成矿物质在有利的构造部位和成矿空间富集成矿（冯志强等，2013；丁振举等，2018）。
洛坝铅锌矿区位于中秦岭陆缘盆地三级构造单元，秦岭褶皱系礼县—柞水海西冒地槽褶皱带，南秦岭印支陆隆带之北缘，西成徽铅锌矿集区东端 （图1）。区域内主要出露的地层为中泥盆统安家岔组（D1a），其中焦沟层上段（D1a2-2）为矿区内含矿层位，总体呈近东西走向，总体上以微晶灰岩、含生物碎屑灰岩、石英岩为主，夹或局部与千枚岩类互层 （祝新友等，2005）。
区域内构造主要以洛坝背斜为主，轴线呈北东东—南西西向，并朝两端以小角度（5°～10°）倾伏，轴面上部向北中等倾斜（40°～60°），下部近于直立； 但在 18～14 线、31～37 线，近轴部南翼略有倒转形成倒转背斜，背斜轴面倾向北东，倾角 85°以上，再向两侧则为正常背斜。核部及北翼近核部以微晶灰岩、生物灰岩、石英岩为主，两翼的中、上层则以千枚岩类为主（王黎新，2021）。
矿床围岩蚀变表现为硅化和铁白云石菱铁矿化。其中硅化按产出特征可分两种，一是交代状浅色石英岩，他形－细粒、晶粒干净明亮，交代黑灰色柱粒状石英，灰岩及化石等，形成不规则团斑状块体，与成矿关系极密切，是主要脉石，有时可见少量萤石及辉锑矿化，岩石大多破碎成角砾状；二是晚期石英脉，充填岩石裂隙成不规则脉状，常伴有粗晶方解石团块，分布广泛。铁白云石菱铁矿化主要发育在石英岩中，具多阶段特征。早期菱铁矿与黑灰色柱粒状石英岩同时生成，呈雪花点浸染状散布在石英岩内。后期呈不规则脉状叠加在硅化作用中，与成矿关系极密切，是主要脉石矿物之一，菱铁矿常被铁白云石交代成假象。
图1西秦岭大地构造位置图（a）与西成地质简图（b）
2 洛坝铅锌矿三维建模过程
2.1 建立数字化钻孔
钻孔空间轨迹，是矿体三维模型不可缺少的内容（陈建平等，2014）。为了提高矿体空间定位精度和绘图效率，提出数字化钻孔新概念。利用微积分的理论，根据开孔信息和钻孔测斜结果，模拟钻孔的空间钻进轨迹。我们把这些描述钻孔钻进空间轨迹及样品空间位置的数据集合体称为数字化钻孔。洛坝铅锌矿共施工了2651个钻孔，数字化钻孔数据库有255003条记录（表1）。
洛坝铅锌矿共取化验样品47267件。根据探矿工程取样位置，建立样品空间位置数据库。数据库记录了样品起始、终止位置的坐标及铅、锌、硫等分析元素品位（表2）。
表1数字化钻孔空间轨迹数据库
表2样品取样位置分析结果数据库
软件调用数字化钻孔和数字化样品数据库生成钻孔三维空间分布图如图2所示。
图2钻孔、分析样品三维空间分布图
2.2 引进地质统计学矿化域的概念
洛坝铅锌矿2021年提交《甘肃省徽县洛坝铅锌矿资源储量核实报告》资源储量核实时，矿体编号达 500 余条；尚有数百个零星矿化体。主矿体规模小，矿石量小于预测区矿石量的 10%。小矿体成群出现，剖面间矿体关系难对应。为了确定出控矿构造形态，本次矿体三维建模工作，在矿体圈定时引进了地质统计学中的矿化域概念。矿体剖面圈定时将有开采意义的矿体及矿化体均圈于矿化域中。本研究目的是通过研究矿化域的空间分布形态，为矿山提供找矿靶区。
以 35 勘探线为例如图3所示，资源储量估算时，按给定的圈矿工业指标圈定出矿体70余条。引进矿化域概念，使研究对象简单化如图4所示。
2.3 提出了数字化矿体的概念
以往地质工作中绘制的矿体三维图一般由点、线、面（三角折面）生成，是矿体的表面模型，非实体模型，不具有切图功能（不能提供局部矿块品位信息），采矿生产难以利用，为此提出数字化矿体的概念。
2.3.1 数字化矿体定义
把描述矿体空间位置及品位变化信息的数据集合体称为数字化矿体。数字化矿体是一个数据库文件，大型矿体的数据库文件由几十万、上百万条记录组成（Yuan et al.，2011）。洛坝铅锌矿数字化矿体数据库由五十余万条记录组成（表3）。
图335勘探线资源储量估算矿体边界图
图435勘探线矿化域圈定边界图
数字化矿体是类似地质统计学中的矿块模型，估计矿块的大小规格由矿区地质工程师确定。块体模型是在空间上，按一定尺寸（长×宽×高）将矿体实体模型划分为许多个单元块，每个单元块均可储存所有属性信息，如矿体号、矿石品级、资源类别、体重、各元素品位等（李金勇等，2022）。东方软件和国外引进的地质软件划块方法有所不同，矿体边部块采用随机大小（根据每个边部块实际大小确定）。每个估计块的空间位置及体积由 8 个三维空间坐标点控制如图5所示，估计块品位采用距离反比加权法求得。
2.3.2 矿块品位赋值
矿体实体三维模型，需提供局部矿块品位。局部矿块品位赋值，通常采用两种方法，克里格插值法或距离反比加权插值法。
（1）克里格插值法
洛坝铅锌矿矿石类型划分复杂，常出现同体异类（同一矿体包含多个矿种：铅锌矿、锌矿、硫铁矿）。矿石类型根据生产的需要又分为工业矿体、低品位矿体。按GB∕T17766-2020固体矿产资源储量分类标准相关规范要求，不同的矿种和矿石类型要进行分圈分算；洛坝铅锌矿有数百条小矿体出现，控制这些小矿体的工程数和样品数，不具备建立矿体变异函数的条件。
（2）距离加权反比法插值原理
基于上述理由，洛坝铅锌矿局部估计块品位估值采用距离平方反比加权法求得。估计点品位C用 （1）式求得。
(1)
式（1）中：C—被估计点元素估计品位；N—估计点范围内样品数量；ci —估计点范围内第i个样品品位；di —第i个样品点到估计点的距离。
表3数字化估计块坐标及品位信息
注：矿块底板标高等于顶板标高减矿块厚度。
图5估计块形态示意图
a—矿体内部规则矿块示意图；b—矿体边部非规则矿块示意图
为了提高品位估计精度，对控制矿块的 8 个坐标点分别估值，然后用控制矿块 8 个点的品位估计平均值作为估计块品位。
(2)
式（2）中：P—被估计矿块估计品位；Pi —控制估计块第i个坐标点估计品位。
（3）品位估计可靠性检验
由于矿块的真品位在开采之前无法得到，品位估值结果是否可信，可通过交叉验证的方法来实现。设已知取样点品位为 Z，用确定的估值方程估计已知样品品位 Z*，把 Z-Z* 称为估值残差。方法本身要求估值无偏，残差的均值近似于零，偏差分布曲线在零左右摆动。洛坝铅锌矿矿体样品铅、锌品位估值残差分布曲线，如图6所示，矿块品位估值可靠。
图6矿体锌品位估值残差分布曲线
数字化矿体是资源储量估算、地质绘图的基础 （Raines et al.，2017）。东方软件调用数字化矿体即可以快速绘制出矿体三维图（图7）。矿体三维品位分区图，是矿山开拓设计的主要依据之一（Gill et al.，2011； Li et al.，2015）。
调用数字化矿体可快速绘制出开采分层局部矿块品位分区图（图8）。选矿生产需要稳定的矿石入选品位，为稳定采场出矿品位，需要地质工作者提供局部块的开采品位。
图7矿体三维品位分区图
2.4 数字化地形
洛坝铅锌矿数字化地形如图9所示，由大疆无人机测定完成，数据格式为OSGB格式，具有高度清晰度。通过鼠标点击，可以读出任意点的坐标值。
3 东方三维建模软件开发平台
3.1 三维建模软件开发平台
东方软件的矿体三维建模模块，选用国际标准 ISO 认证通过的 VRML/X3D 代码语言开发。VRML （Virtual Reality Modeling Language）是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言。VRML 软件支持 windows、Linux 等操作系统。VRML 是一种用在 Internet 和 Web 超链接上的，多用户交互的、独立于计算机平台的、网络虚拟现实建模语言，已经广泛应用于生活、生产、科研教学、商务甚至军事等各种领域，并取得了巨大的经济效益。
图8局部开采块品位分布图
图9洛坝铅锌矿数字化地形一角
洛坝铅锌矿三维建模，将无人机拍照的数字化地貌、数字化矿体、数字化钻孔融为一体，实现了矿体三维模型云储存、云计算功能。可直接通过互联网在电脑、手机上运行（图10）。
3.2 主要功能
通过鼠标操作，进行任意角度观察矿体 （图11）。
通过鼠标操作可生成任意方向剖面图、任意大小矿块图，这些国际标准的 dxf 格式图形文件可以直接用于矿山开拓设计和矿山探矿设计工作（图12~图13）。
图10云储存、云计算功能示意图
图11洛坝铅锌矿三维立体图
图12通过鼠标操作切图过程
4 对洛坝铅锌矿控矿构造的认识
通过矿体三维建模工作，对洛坝铅锌矿控矿构造提出以下认识：
洛坝铅锌矿呈南北狭窄，东西延伸的长带状，东、西两端所控制的含矿层均呈向外有稳定的延伸的趋势。洛坝铅锌矿受背斜控制，控矿背斜长度 4500余 m。背斜轴向北东 82°左右。根据背斜的形态不同可分为5段。
（1）51—31 勘探线为南翼倒转背斜如图14所示，倒转背斜轴部长1000余m。控矿背斜向45勘探线以西方向倾伏，是洛坝铅锌矿最为有利的远景成矿区。控矿背斜倾伏角 45°左右，矿体赋存在海拔标高度 1000 m以下，埋藏深度 500 m左右。45勘探线以西地段无探矿工程控制，将该地段列为Ⅰ号成矿预测区。
（2）29—21 勘探线为短轴背斜如图15所示，背斜长 500 m。初步判断背斜南翼矿体受断层控制，南翼深部无探矿工程控制，有望探到新的工业矿体。成矿预测将南翼深部列为Ⅱ号成矿预测区。
（3）19—11 勘探线为平卧背斜，平卧背斜长 500 m，如图16所示。
（4）09—04勘探线为北翼倒转南翼缓倾背斜如图17所示，背斜长度800 m。
（5）06—26 勘探线为南翼平缓背斜，平缓背斜长1100 m，如图18所示。
5 成矿预测
通过本次三维建模工作，根据控矿构造的认识，查明了控制矿体构造的空间形态，为洛坝铅锌矿外围及深部找矿明确找矿方向，提出 3 个成矿预测区。分别为：Ⅰ号成矿预测区、Ⅱ号成矿预测区、 Ⅲ号成矿预测区（图19）。3个成矿预测区尚未进行探矿，需要进行深部探矿。
图13任意大小矿块图。
图14洛坝铅锌矿51—31勘探线南翼倒转背斜剖面图
图15洛坝铅锌矿29—21勘探线短背斜剖面图
图16洛坝铅锌矿19—11勘探线平卧背斜剖面图
图1709—04勘探线北翼倒转背斜剖面图
图1806—26勘探线背斜剖面图
图19甘肃省徽县洛坝铅锌矿成矿预测区分布图
5.1 Ⅰ号成矿预测区
Ⅰ号成矿预测区在洛坝铅锌矿区的西端，控矿背斜向北西方向倾伏，倾伏角 40°左右。预测区在 39~53 勘探线，预测区东西长 800 m，南北宽 400 m，预测见矿深度海拔标高800~400 m。深部现在尚无探矿钻孔控制，本次Ⅰ号预测区矿山在 43 勘探线，坑内新施工了 10 个探矿钻孔，有 7 个见到工业矿体，如图20、图21所示。新增探矿钻孔见矿率为 70%。
图20Ⅰ号成矿预测区矿体三维图
Ⅰ号成矿预测区是洛坝铅锌矿最为有利的成矿区，预测铅+锌金属资源量30万t。本次在Ⅰ号成矿预测区设计了4个钻孔，49和53勘探线各设计了2 个钻孔，如图22、图23所示。平均钻孔深度 1075 m，累计设计钻孔深度4300 m，根据见矿情况应进一步补充探矿。
图21Ⅰ号成矿预测区43线新钻孔施工位置图
5.2 Ⅱ号成矿预测区
根据现有的工程控制程度和地层岩性构造控矿认识，通过三维模型的矿体形态和空间分布确定了Ⅱ号成矿预测区的范围。
Ⅱ号成矿预测区在洛坝短背斜（21~29勘探线） 控矿构造的南翼。预测矿体分布在海拔标高1000~400 m。矿体受褶皱和断层控制，含矿层由倒转变为正常是成矿有利部位。本次在Ⅱ号成矿预测区坑内各设计了 4 个探矿钻孔如图24~图27所示，累计钻孔深度 750 m。Ⅱ号成矿预测区预测铅+锌金属资源量10万t。
图2249剖面深部钻孔探矿设计图
图2353剖面深部钻孔探矿设计图
图2423剖面深部钻孔探矿设计图
图2525剖面深部钻孔探矿设计图
5.3 Ⅲ号成矿预测区
Ⅲ号成矿预测区在洛坝铅锌矿9~26勘探线之间。预测区长1800 m、宽300 m。以往矿山定义的南矿带和北矿带，实际上是背斜的南翼和北翼。最为成矿有利的背斜核部被划为采矿权隔离带，如图28所示。
表5Ⅱ号成矿预测区探矿钻孔设计信息一览
图2627剖面深部钻孔探矿设计图
图2729剖面深部钻孔探矿设计图
图28Ⅲ号成矿预测区位置平面图
Ⅲ号成矿预测区，矿体埋藏较浅，一般在 200 m 左右，有的剖面矿体出露地表遭到剥蚀。9~26勘探线之间的控矿背斜平缓，矿体多受次级褶皱控制，矿体形态多为囊状、条带状，规模较小。
在预测区背斜北翼，2021 年提交的《甘肃省徽县洛坝铅锌矿资源储量核实报告》报告中，提交铅+ 锌金属量157077 t；在预测区背斜南翼，2022年背斜南翼《甘肃省徽县洛坝外围铅锌矿补充详查报告》 提交铅+锌金属量375083 t。两翼铅+锌累计提交金属量532161 t。
2022年矿山坑内探矿设计，对控矿构造认识不足，在坑内施工了 30 余个钻孔，没有一个穿过控矿背斜鞍部，如图29所示。根据喷流沉积再造型成矿理论，Ⅲ号成矿预测区是洛坝铅锌矿有利成矿部位。建议矿山补充坑内探矿，调整钻孔施工角度及深度。预计补充探矿后可获得铅+锌金属资源量10 万t。
6 研究创新点
（1）引进了矿化域概念，解决了复杂矿体建模难的问题。
（2）提出了数字化钻孔、数字化矿体新概念，提高了绘图精度和速度。
（3）将无人机数字化地形、数字化矿体、数字化钻孔融为一体，实现了三维动态视图。
（4）通过鼠标操作可生成任意方向剖面图、任意大小矿块图。
7 结语
首次利用 VRML（Virtual Reality Modeling Language）语言开发矿体三维建模项目，也首次利用了无人机数字化地貌，但矿体三维建模软件尚需进一步完善。
Ⅰ号成矿预测区是洛坝铅锌矿最为有利的成矿区，本次在Ⅰ号成矿预测区设计了4个钻孔，平均钻孔深度1075 m，累计设计钻孔深度4300 m，建议开展矿山施工，有望使洛坝铅锌矿外围找矿有新的突破。
Ⅱ号成矿预测区在21~29勘探线洛坝短背斜南翼，矿体受褶皱和断层控制，预测区矿体分布在海拔标高 1000~400 m。本次在Ⅱ号成矿预测区坑内各设计了4个探矿钻孔，累计钻孔深度750 m。建议矿山施工，有望探到新的铅锌资源量。
Ⅲ号成矿预测区，以往地质工作对控矿构造认识不足，现已收集的坑内施工了 30 余个钻孔，没有一个穿过控矿背斜鞍部的矿化域圈定区。建议矿山补充坑内探矿，调整钻孔施工角度及深度，有望探到新的铅锌资源量。
图29洛坝铅锌矿区12勘探线矿山新钻孔施工位置图
