基于DIMINE的冬瓜山銅礦礦床三維模型構(gòu)建

蔣曉爐，汪令輝

(1.銅陵有色集團(tuán)控股有限公司國際合作部， 安徽銅陵市 244001;2.銅陵有色冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244031)

基于DIMINE的冬瓜山銅礦礦床三維模型構(gòu)建

蔣曉爐1，汪令輝2

(1.銅陵有色集團(tuán)控股有限公司國際合作部， 安徽銅陵市 244001;2.銅陵有色冬瓜山銅礦， 安徽銅陵市 244031)

借助Dimine軟件建立了冬瓜山銅礦鉆孔數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行了樣品組合，對(duì)原始樣品和組合樣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。構(gòu)建了礦區(qū)地表、巖層和礦體三維模型，利用實(shí)體模型約束建立了品位塊體模型，采用普通克立格法對(duì)礦體銅元素品位進(jìn)行估值，對(duì)塊體模型銅品位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并按品位對(duì)冬瓜山銅礦礦床儲(chǔ)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明，Dimine軟件結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可用于礦山的采礦設(shè)計(jì)以及儲(chǔ)量資源的管理中。

冬瓜山銅礦;礦體模型;巖層模型;品位模型;Dimine

Dimine礦業(yè)軟件以數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、三維表面建模技術(shù)、三維線框建模方法、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法、采礦設(shè)計(jì)與工程制圖方法等為基礎(chǔ)，主要應(yīng)用于礦山礦床三維地質(zhì)建模、礦床儲(chǔ)量計(jì)算、實(shí)測數(shù)據(jù)快速成圖、地下采礦設(shè)計(jì)、露天開采境界優(yōu)化與設(shè)計(jì)、生成計(jì)劃編制等工作的數(shù)字化[1，2]。本文運(yùn)用Dimine軟件建立了冬瓜山銅礦鉆孔數(shù)據(jù)庫、品位塊段模型等三維模型，用普通克里格法對(duì)所建的空塊體模型進(jìn)行估值，使得每個(gè)單元塊都附上待估元素的品位，再用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算塊體儲(chǔ)量。計(jì)算結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告對(duì)比表明，所建的三維模型完全符合實(shí)際需求，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1 冬瓜山銅礦概況

冬瓜山銅礦是目前已發(fā)現(xiàn)的國內(nèi)埋藏最深的特大型銅礦山，共有銅、硫、鐵礦體140多個(gè)，其中I號(hào)礦體為主礦體，單硫小礦體3個(gè)，另有單工程揭露未進(jìn)行編號(hào)的零星小礦體百多個(gè)。主礦體賦存于泥盆系上統(tǒng)五通組頂界和石炭系中上統(tǒng)層位中，位于青山背斜深部的軸部及兩翼，屬于層控矽卡巖型銅礦床。I號(hào)主礦體長1810 m，平均寬500 m。礦體埋藏較深，賦存標(biāo)高為－690～－1007 m。礦體最大厚度100.67 m，最小1.13 m，平均厚 34.16 m，厚度變化系數(shù)80.65%，屬較穩(wěn)定型。礦體沿長軸以50線為界，西南部薄，東北部厚。短軸方向上中部肥厚。礦體總體走向北東35°～40°，傾向與背斜兩翼產(chǎn)狀一致，分別傾向北西和南東，礦體中部傾角較緩，一般均小于10°;西北及東南邊部較陡，一般為30°～40°。礦山目前采用暫留隔離礦柱階段空場嗣后充填采礦方法，沿礦體走向每100 m劃分1個(gè)盤區(qū)，相鄰盤區(qū)間留有18 m寬的隔離礦柱。盤區(qū)內(nèi)沿礦體走向每18 m布置1個(gè)采場，分礦房、礦柱2步驟回采。礦石中主要的有用組份為銅、硫、金，各有益組分之間銅硫呈正相關(guān)，銅鐵反相關(guān)[3]。

2 鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立

2.1 原始地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入

在Dimine中建立鉆孔數(shù)據(jù)庫之前，需要將礦山提供的鉆孔數(shù)據(jù)按照“孔口表(collar)”、“測斜表(survey)”、“樣品表(sample)”和“巖性表(geology)”等分別錄入不同的文件中，數(shù)據(jù)錄入在EXCEL中進(jìn)行，各類文件應(yīng)包含的信息見表1。

表1 鉆孔數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立

將鉆孔數(shù)據(jù)錄入好的4個(gè)EXCEL電子文件保存為“.csv”格式或“.txt”文本格式文件，作為建立鉆孔數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。建立鉆孔數(shù)據(jù)庫主要步驟如下:

(1) 數(shù)據(jù)導(dǎo)入。將“.csv”或“.txt”格式的鉆孔數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Dimine軟件中，生成“.dmt”格式文件;

(2)鉆孔數(shù)據(jù)校驗(yàn)。通過鉆孔數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能發(fā)現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤信息，并對(duì)應(yīng)進(jìn)行修改;

(3)數(shù)據(jù)表合并。將校驗(yàn)無誤的數(shù)據(jù)表進(jìn)行合并，生成鉆孔數(shù)據(jù)庫。注意數(shù)據(jù)合并時(shí)，各個(gè)表中字段要一一對(duì)應(yīng)。

2.3 樣品統(tǒng)計(jì)分析

冬瓜山礦床除了含有主要元素銅以外，還含有其他如硫、金、銀、鉬、鐵等元素，由于其他元素不是該礦床的主要產(chǎn)品，這里只對(duì)其銅元素品位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表2。

表2 冬瓜山銅礦銅元素品位基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)

3 地質(zhì)體模型的構(gòu)建

3.1 地表DTM模型

建立DTM表面模型的初期工作和平、剖面圖相類似，先是在CAD中把高程線和坐標(biāo)網(wǎng)描出來，并在所描的每條線上注明高程值，然后在Dimine圖形環(huán)境下把平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為它的地理真實(shí)坐標(biāo)。圖1為冬瓜山銅礦地表模型。

圖1 地表DTM模型

3.2 巖層線框模型

冬瓜山銅礦礦區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)巖層地層界線明顯，除部分地段為第四系沖積、坡積層覆蓋外，出露地層均為三迭系中、下統(tǒng)，局部地段有上統(tǒng)零星分布;礦區(qū)深部工程揭露的地層有石炭系、二迭系、泥盆系上統(tǒng)諸地層。采用剖面相連聯(lián)接線框模型的方法建立巖層實(shí)體模型，在每一個(gè)地質(zhì)勘探剖面上將某一具體巖性范圍封閉起來，而后在不同剖面上依次聯(lián)接，再封閉最外端的剖面，則形成了1個(gè)包裹的三維實(shí)體[4]。采用該方法建立的冬瓜山銅礦巖層模型如圖2所示。

圖2 采用剖面聯(lián)接的地層線框模型

3.3 礦體線框模型

利用礦山提供的礦體剖面圖資料，導(dǎo)入Dimine中整理后形成連礦的閉合線圈。首先確保剖面圖在CAD中X軸上某條線條的正確，并在平面圖上找到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，此坐標(biāo)即為導(dǎo)入剖面圖的旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)，再填入剖面的方位角即可。剖面圖導(dǎo)入以后利用線編輯的功能，處理并修改導(dǎo)入進(jìn)來的線條，最終要通過異常線檢測確保每個(gè)線圈的閉合。對(duì)于尖滅的類型和長度要根據(jù)地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行選擇。連完后對(duì)相交的礦體進(jìn)行布爾運(yùn)算，這樣所得結(jié)果更符合礦體的成礦規(guī)律。

關(guān)于礦體建模方法類的文獻(xiàn)較多，這里就不多敘述，同樣采用類似建模方法完成冬瓜山銅礦礦體模型構(gòu)建，如圖3所示。

圖3 礦體線框模型

4 品位塊段模型的構(gòu)建

首先根據(jù)礦體的范圍建立空的塊段模型，參數(shù)主要包括起點(diǎn)坐標(biāo)、延伸長度和基礎(chǔ)塊尺寸，這些參數(shù)的確定需要結(jié)合礦山礦區(qū)勘查網(wǎng)度、采礦方法和品位元素空間變異特征等因素進(jìn)行。本次塊段模型內(nèi)部單元塊尺寸設(shè)置為10 m×10 m×10 m，邊界單元塊尺寸設(shè)置為 1.25 m ×1.25 m ×1.25 m，并建立比重、礦巖類型、CU等屬性字段。建完空塊段模型后，選用球狀變異函數(shù)模型，分別沿礦體走向、傾向、厚度3個(gè)主要方向?qū)U元素進(jìn)行變異函數(shù)分析，獲得理論變異函數(shù)的主要參數(shù)，采用交差驗(yàn)證的方法來檢驗(yàn)變異函數(shù)曲線擬合的可靠性，最后采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中的普通克立格法進(jìn)行對(duì)空塊段模型進(jìn)行估值，讓每個(gè)空單元塊都賦上各個(gè)元素的品位屬性和其它屬性，賦完所需要的屬性后可通過切平剖面圖觀看塊段模型內(nèi)部的品位分布，也可通過屬性配色查看邊界的品位分布[5，6]。

為了區(qū)分礦體的控制程度，通常按照探明、控制、推斷、預(yù)測4種類型來進(jìn)行估值鄰域及估值搜索結(jié)構(gòu)設(shè)置，這樣更符合實(shí)際生產(chǎn)需要，估算的儲(chǔ)量能夠更好的滿足生產(chǎn)需要。

5 冬瓜山礦床品位及儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)

對(duì)塊段模型中銅元素的品位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表3。與表2相比，其均值、中值、最大值、方差均減小了，這是估值時(shí)的平均化導(dǎo)致的。

表3 塊段模型中銅元素品位統(tǒng)計(jì)

按品位對(duì)冬瓜山銅礦礦床儲(chǔ)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 冬瓜山銅礦礦床儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論

運(yùn)用Dimine三維數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)創(chuàng)建冬瓜山銅礦三維地質(zhì)表面模型、實(shí)體模型，彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維手段的缺陷和不足，提高對(duì)礦體空間展布形態(tài)的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體三維可視化;以傳統(tǒng)資源儲(chǔ)量分類方式創(chuàng)建不同資源儲(chǔ)量類型三維實(shí)體，與塊段模型運(yùn)算并統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的資源儲(chǔ)量，再與采用軟件估值結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行資源儲(chǔ)量分類的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了后者分類的準(zhǔn)確性和可信度，為后續(xù)采用軟件估值結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行資源儲(chǔ)量分類奠定基礎(chǔ)。

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2011－03－10)