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矿田三维地质调查方法与实践

矿田三维地质调查方法与实践

  • 字数: 376千字
  • 装帧: 精装
  • 出版社: 科学出版社
  • 作者: 郭福生 等 著
  • 出版日期: 2017-06-01
  • 商品条码: 9787030516930
  • 版次: 1
  • 开本: 16开
  • 页数: 189
  • 出版年份: 2017
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精选
内容简介
本书是根据作者在江西相山地区多年来从事科研和教学工作的成果积累,特别是近年来在该区主持的3个科研项目(中国地质调查局三维地质填图试点项目“相山火山盆地三维地质调查”、区调项目“江西1:5万陀上鹿冈乐安县幅区调”、国家自然科学基金项目“江西相山碎斑熔岩磁组构与古火山通道研究”)成果总结的基础上了,撰写而成的。
目录

前言
第一章绪言
第一节三维地质调查国内外进展
第二节相山火山盆地三维地质调查工作简介
一、研究区位置交通、自然地理及社会经济简况
二、已有地质工作程度
三、三维地质调查工作概况
第二章研究区地质及地球物理概况
第一节地层
第二节岩浆岩
一、火山岩
二、侵入岩
第三节构造
一、褶皱构造
二、断裂构造
第四节矿产
第五节地球物理场特征
一、区域重力场特征
二、区域磁场特征
三、放射性地球物理特征
第六节地层(岩石)物性特征
一、磁性特征
二、密度特征
三、电性特征
第三章目标地质体特征
第一节确定目标地质体的原则及依据
第二节目标地质体的基本特征
一、形态、产状、物质组成及与其他地质体的接触关系
二、对深部延深情况的认识
三、目标地质体的物性特征
第四章三维地质调查技术流程
第一节技术方法选择与确定依据
第二节技术流程
第五章三维地质调查数据采集方法
第一节地表地质工作部署及采集的主要数据
一、地表地质工作部署情况
二、采集的主要地质数据
第二节深部数据采集主要方法及获得数据
一、方法选择的依据
二、深部探测工作部署
三、所取得主要深部探测数据
四、数据处理方法
第三节深部地质特征分析
一、MT资料解释原则与结果
二、CSAMT剖面解译结果
三、深部地质解译质量评述
第六章三维地质建模方法
第一节三维地质建模软件选择
一、国内外三维地质建模软件发展概况
二、目前常用三维地质建模软件简介
三、三维地质建模软件选择历程
第二节三维地质模型构建方法及构建过程
一、数字地质填图建模
二、地质剖面建模
第三节三维地质模型
一、模型简介
二、模型的性能与运行环境
三、模型分析
第七章结语
第一节相山火山盆地三维地质调查新进展
第二节三维地质调查的技术关键与对策思考
一、三维地质调查的难点
二、三维地质调查的技术关键点
三、对三维地质调查的几点思考
参考文献
英文摘要
摘要
    靠前章 绪言

    靠前节 三维地质调查靠前外进展

    矿产勘查走向深部调查已成为靠前大趋势。近100多年的勘查实践表明,勘查技术的每次进步都会带来一批新矿床的发现,并使勘探深度不断加大(Gordon, 2006)。在深部探测的基础上,开展三维地质建模可以了解一个地区的结构框架,助力深部成矿预测。2001年,澳大利亚政府率先启动“玻璃地球”(Glass Earth)计划,应用地质、地球物理勘探和三维可视化技术使大陆表层1000m以浅“像玻璃一样透明”,并通过计算机网络技术为地质工作者及社会公众提供地学信息分析及决策支持服务(Carr et al.,1999)。它主要用于描述地壳浅层地质结构、成分及其空间拓扑关系,釆集、管理和处理基础地质调查、矿产地质勘查、矿产资源开釆、地下水管理、矿权管理与生产安全监控、工程地质及灾害地质勘察等信息。加拿大和法国接着提出了类似的计划,把目标提高到地下3000m以浅(De Kemp,2000;Farquharson and Craven,2009;Glynn et al.,2011;Russell et al.,2011)。随后,其他欧美国家纷纷响应并制定了相应的规划,开展了关键技术研究(Carr et al.,1999;吴冲龙等,2012),其中深部勘探技术和三维地质建模技术得到长足发展(Houlding, 1994;Carr et al.,1999;Egan et al.,1999;Esterle and Carr,2003;武强、徐华,2004;Graymer et al.,2005;柯丹等,2005;潘懋等,2007;吴冲龙等,2011,2012)。近年来,三维地质建模已经成为矿体形态描述和深部成矿预测的常规手段,其中大地电磁测深、深反射地震技术等在三维地质建模中起到关键约束作用(Milkereit et al.,1992;Goleby et al.,2002; Malehmir et al.,2006,2007)。在资源与环境的双重压力下,让地球深部“透明化”已经成为越来越多国家关注的热点。

    我国区域地质调查工作取得丰硕成果,为社会经济建设和国家安全提供了强有力的资源保障。然而,随着我国工业化和城镇化进程的加快与资源需求急剧上升,地质环境问题日趋严重,建立我国重要矿产资源储备体系、地质灾害调查评价与监测预警体系的任务也日趋紧迫。积极发展地球深部能源资源勘查和开发,切实保障我国能源资源有效供给和高效利用势在必行。但在当前,我国地质找矿和地质灾害监测预警所需的深部地质信息却极为匮乏,迫切需要基础地质工作转变工作模式。近年来,随着计算机三维技术的迅速发展,三维地质填图和建模作为描绘地质信息的技术手段也逐渐成熟(吕鹏等,2013)。因此,我国基础地质调查“从传统走向现代、从单一走向综合、从二维走向三维”的理念呼之欲出。

    我国的三维地质调查与建模研究始于20世纪80年代,主要涉及地矿、石油、冶金、铁路等领域(魏世臧等,1983)。1985年以来,我国陆续在一些造山带、含油气盆地、多金属成矿带,如唐山、邢台、延庆-怀来盆地、东秦岭、燕山褶皱带等地开展了深地震反射探测,试图揭示区域深部结构(王椿镛等,1993,1994;张先康等,1996;高锐等,2002;张先康等,2002;杨宝俊等,2003;Yuan et al.,2003;朱日祥,2007;刘保金等,2009)。1998年,中国地震局实施了“长白山天池火山岩区岩浆系统、地壳结构的三维深地震测深研究”。2000年,中国科学院启动了“华北地区内部结构探测研究计划”。2001年,董树文等完成了横贯大别山前陆褶皱带的深地震反射剖面探测,近年来实施的横穿造山带内部的深反射地震剖面揭示了造山带内的地壳结构(董树文等,2005)。2008年开始,中国地质调查局先后启动了长江中下游综合地球物理调查的立体地质填图应用试验和华南岩体形态圈定与研究项目,初步尝试了利用物探和钻探开展三维地质填图的方法组合技术(祈光等,2012;Lü et al.,2013)。2009年,中国地质科学院岩石圈中心在华北地区开展了一条550km的深反射剖面,南起怀来盆地,北至内蒙古二连盆地,揭示了华北北缘与兴蒙造山带的深部结构。21世纪以来许多地矿与勘测部门在城市地质、工程地质、固体矿产及其可视化研究应用方面做了大量的尝试(陈昌彦等,1998;黄地龙等,2001;朱大培等,2001;钟登华等,2004),获得了一批数据并积累了一定的经验。2004年上海市启动了三维城市地质调查工作,建立了三维基岩地质、第四纪地质、工程地质和水文地质结构模型,开启了地质工作社会化服务的新篇章(魏子新,2010)。

    在三维技术领域方面,龚健雅等(1997)、李德仁等(1998)、李清泉等(1998)提出了矢量与栅格集成的3D 数据模型,指出空间实体由多种空间对象组成,这些对象可以由矢量或栅格数据表达。朱良峰等(2004)提出了一种由工程钻孔数据构建三维地层模型的方法,能够将钻孔剖面图融入实际建模流程。张宝一等(2007)提出了一种利用三维地质建模与可视化技术进行固体矿产储量估算的可行性方案,并提出了应用轮廓线进行三维矿体表面建模时尖灭与分支情况处理、带约束的三维矿体表面建模的解决方案。程朋根和文红(2011)探讨了建模算法设计。高阳等(2013)利用国产3DMine矿业工程软件系统建立了广东石人嶂钨矿的地层模型、构造模型、矿体模型、地质工程模型等,实现了矿区深部数据的三维可视化。陈建平等探讨了成矿带和含矿地质体三维模型建立并进行储量估算(陈东越等,2013;陈建平等,2014)。

    根据建模数据来源可以将三维地质模型分为基于钻孔数据、基于地球物理测深数据、基于平面地质图和基于多源混合数据等类型(李超岭等,2008;潘懋等,2007;王功文等,2011;孙波、刘大安,2015;武强、徐华,2004)。由于受经济条件的制约,钻孔、勘探线剖面和物探资料等数据不易获取,数量有限,分布离散且不均匀(杨东来等,2007;邵毅等,2010;毛先成等,2011;徐峰,2014)。平面地质图成本相对低廉,容易获取且是能覆盖整个研究区的数据源,在一定程度上可缓解数据源带来的瓶颈(侯卫生等,2006,2007;李延栋等,2011)。因此,在其他地质数据匮乏的前提下,利用平面地质图构建区域三维地质模型是一种有效的解决方法(Ichoku et al.,1994)。它既可以从整体上了解研究区域的地质构造,又可为后续增加钻孔、剖面数据后进一步精化模型作准备(Kaufmann and Martin,2008)。已有许多学者对以平面地质图为主要数据源的三维地质建模方法进行了研究(胡进娟,2008;周良辰等,2013;徐峰,2014)。笔者认为,在未开展地球物理测深工作,钻孔、坑道资料不多的地区,可以开展这种地质图三维建模,或者称地质概念模型。

    由于资金投入及地质构造复杂程度等因素的,很多三维数据模型尚处于探索和尝试阶段。目前,成熟的三维地质模拟技术仅集中于简单层状地质体的三维结构与可视化表达分析上,而对结构复杂、物化属性分布不均匀的复杂地质体的三维可视化建模研究还不够深入。当前,随着我国综合国力的增强,信息技术的快速进步,开展不同类型地区三维地质填图试点工作客观上已经成为可能。

    2011年3月,中国地质调查局在北京召开了三维地质填图学术交流与研讨会,交流三维地质填图的前期经验,研究和部署我国三维地质填图试点工作。会议认为,开展三维地质填图适应我国当今地质工作需求和未来发展趋势,是地质调查工作的一次重大创新,对实现地质调查由二维向三维的转变,显著提升地质工作的服务功能和支撑作用具有重大意义。2012年,中国地质调查局实施了靠前轮三维地质调查试点项目。由笔者主持的“相山火山盆地三维地质调查”是其中一个工作项目,重点探索矿集区1∶5万甚至更大比例尺的三维地质调查方法。笔者在地表地质填图的基础上,综合运用已有的钻探与坑探资料,开展遥感解译、重磁三维反演、深孔综合测井和专题研究工作,根据深部目标地质体情况有针对性地部署MT、CSAMT测量工作,通过多参数交互解译确定目标地质体的三维空间展布特征,在GOCAD软件平台上构建不同类型的三维地质模型,为找矿勘探提供深部依据,总结了矿集区三维地质调查方法(郭福生等,2012,2015;张洋洋等,2013;林子瑜等,2013;吴志春等,2015a,2015b)。

    第二节 相山火山盆地三维地质调查工作简介

    相山火山盆地三维地质调查属中国地质调查局“地质矿产调查评价专项”工作项目,是在“江西1∶5万陀上、鹿冈、乐安县幅区调”工作项目的基础上,于2012年转为以开展相山火山盆地深部调查和三维建模为主要目的而设立的,历时5年。

    项目的总体目标任务是,通过地表地质填图、地球物理剖面探测和信息技术等综合手段,开展1∶5万三维地质调查。探测区内2000m以浅的流纹英安岩、碎斑熔岩、粗斑花岗斑岩、变质基底、主干断裂带等目标地质体的空间分布并建立三维模型,为深部找矿提供依据,研究总结矿集区三维地质填图方法。

    一、 研究区位置交通、自然地理及社会经济简况

    (一) 位置交通

    研究区位于江西省抚州市乐安县、崇仁县交界地区(图1-1), 涵盖整个相山铀铅锌多金属矿集区。主要位于1∶5万陀上幅(G50E003008)内, 少部分位于乐安县幅(G50E004008)、宜黄县幅(G50E003009)、二都幅(G50E004009)。地理坐标:115 °46 ′24 ″E~116 °03 ′30 ″E,27°27′01″N~27°38′12″N,面积582km2。向(塘)—乐(安)铁路通达本区北侧江边村。区内交通以公路为主,有S329、S221 两条省道从测区西侧通过,吉高速S46 从测区东南角穿过,相山矿田内部有供地质勘探和矿山开采所用的公路,研究区内各乡(镇)村都有公路相通,交通尚属便利。

    (二) 自然地理

    研究区属武夷山余脉,主要为中低山和丘陵区,山势较陡峻,山谷切割深度一般为300~1000m,正向地形,中间高,四周低。优选峰为相山,海拔1219.2m;其次为芙蓉山,海拔1070.8m;其他地方海拔一般为500~800m,低洼处海拔100m左右。区内绝大多数地方植被茂密,终年郁郁葱葱,路径稀少,岩石露头差,通视条件较困难。

    区内主要属抚河流域,部分属赣江流域,多为小河流。河流径流量随季节而变化,雨季水量很大,可引发洪涝灾害,旱季水量明显减少。较大的河流有东部的凤岗河(西宁水)和西北部的公陂河,于测区北侧注入崇仁河,再汇入抚河。

    研究区属赣中南亚热带潮湿多雨区,夏季炎热,冬季较寒冷,年均气温为17℃,特别大力度优惠气温为-7.5℃,特别优选气温为39.6℃。年均日照时数约1776小时,无霜期266 天。3~6月为雨季。年均降水量1500~2000mm,年均蒸发量1100~1600mm。

    (三) 社会经济概况

    研究区居民点较分散,主要分布在相山四周的地势平坦处。山区内部狭窄的山谷平坦地或坡地,也有少量居民点。居民以汉族为主,有畲族等少数民族,是畲族聚居较多的地区。当地工业不发达,中核抚州金安铀业有限公司是区内优选工矿企业。区内以农业和林业生产为主,主要农林和畜牧产品有水稻、棉花、烤烟、蚕桑、蘑菇、商品蔬菜、毛竹、山笋、油茶、松、杉、生猪等。特产有霉豆腐、霉鱼、茶薪菇等。乐安县是全国商品木竹基地县,也是江西省林业、蚕桑产出重点县。崇仁县是江西省主要产粮县之一,也是芝麻的重点产出县。

    图1-1 交通位置示意图

    1. 设区市;2. 县城;3. 高速公路;4. 国道;5. 省道;6. 铁路;7. 制高点;8. 水系;9. 县界;10. 研究区

    二、 已有地质工作程度

    工作区地质调查工作始于新中国成立之后。1

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