基于夏甸金礦塊體模型的三維可視化地質儲量計算研究*

唐占信　何少博　周東良

(山東招金礦業股份有限公司夏甸金礦)

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基于夏甸金礦塊體模型的三維可視化地質儲量計算研究*

唐占信何少博周東良

(山東招金礦業股份有限公司夏甸金礦)

礦山三維地質建模與可視化研究是實現“數字礦山”的重要基礎。針對夏甸金礦-652～-740m的Ⅶ-1#深部礦體，運用三維軟件創建礦體數字模型，探討了鉆孔地質數據庫、礦山實體模型、品位塊體模型的構建技術，闡述了該礦礦體儲量信息估值方法，實現了礦體三維可視化，為同類礦山三維可視化數字礦床模型構建提供了思路。

三維軟件地質數據庫塊體模型

隨著科技與信息技術的發展，礦業正進入“數字化”時代[1]，開拓更廣信息與數字疆土是必然趨勢。所謂“三維數字礦床模型”，即是在計算機、地質與數理統計學[2-3]等技術與交叉學科理論基礎之上，構建出三維直觀視角平臺，可形象表達資源分布與礦體形態特征。據此創建高效決策平臺，能快捷實現儲量統計、生產組織與過程虛擬仿真等，是礦山信息系統建設的首要環節[4]。

本文利用3DMine軟件，對山東招金礦業股份有限公司夏甸金礦-652～-740m水平礦體進行了三維可視化建模工作，在此基礎上，基于地質統計學理論進行礦體地質數據統計，對礦群礦石儲量、品位分布進行估值計算，實現了礦體數字化。

1　鉆孔地質數據庫建立

統計地質鉆孔數據，創建地質鉆孔數據庫，是建立空間3D礦床模型的必要工作，亦是實現資源儲量、品位估值的前提，其實質即是展示在三維數字空間中的勘探數據模型。在該三維數字空間中，鉆孔數據可形象直觀表達，且可通過“圖形”方式交互實現數據修正和管理。

利用夏甸金礦Ⅶ#深部礦體-652～-740m所有水平刻槽取樣數據創建本次地質數據庫。統計刻樣數據信息結果見表1。

為了與三維軟件有機交互，將鉆孔地質信息進行整理，形式見表2。

為了實現數據與軟件有機交互，需要在三維軟件中建立“定位表”、“化驗表”、“測斜表”、“巖性表”。區域巖性信息如巖性、品位、坐標等可通過上述表格快速確定。

表1　各分段取樣信息

表2　鉆孔地質信息

利用三維軟件中“錄入鉆孔”功能，將整理好的刻槽取樣鉆孔數據輸入三維軟件中，即可完成鉆孔地質數據庫的建立，見圖1。

圖1　鉆孔地質數據庫展示效果

2　夏甸深部礦體模型建立

實體模型用三維數字視角窗口描述物體，呈現立體與真實效果。實體不僅僅描述物體的輪廓，還具備以下功能：①快速計算體積和表面積；②任意方位的切割剖面；③可定義邊界約束，包括內約束與外約束；④體與體、體與面可進行交、并、差運算；⑤與地質數據庫進行交互。據此，可應用計算機形象描述礦山地下結構元素，如礦體、采場、巖層等形態及其屬性信息。其基本思路見圖2。

圖2　創建實體模型思路

根據夏甸金礦提供的各分段地質平面圖，礦體三維實體模型見圖3、圖4。

圖3　Ⅶ#深部礦體三維實體模型

通過夏甸金礦三維實體模型地建立，可以在真三維空間直觀反映礦體產狀、地表地形、中段工程以及地質構造，為后續穩定性分析及開采方針模擬研究提供依據，且通過塊體模型交互應用來實現資源統計計算。

圖4　夏甸金礦三維可視化模型整體效果

3　礦體資源信息估算

3.1樣品組合與數據分析

原始勘探取樣工作中，樣品長度變化較大，給品位估值分析帶來很大的困難，需要在塊體模型的品位估值前進行樣品組合計算，以保證樣品的已知品位值參與品位估算時不再需要考慮樣長對權值的影響。樣品組合包括：根據地質帶組合、圈礦指標組合、實體內提取化驗樣3個方式。本次夏甸金礦Ⅶ#礦體采用地質帶組合方式，見圖5。

圖5　樣品組合效果

完成樣品組合后，可得到樣品基本信息統計，效果見圖6(a)所示，統計特征服從對數正太分布。取以10為底的對數，其正態分布效果見圖6(b)所示。統計有效樣品點數目為1 204個，其中樣品品位最大值為37.43，最小值為0.10。

樣品數據平均品位：

(1)

樣品數據標準差：

(2)

樣品數據變異系數：

(3)

3.2塊體模型建立

應用鉆孔空間位置參數建立的三維空間形體需要進行品位信息賦值，才能完成資源儲量及品位的統計與分析。資源儲量估算通常應用單元塊來逐漸實現，三維軟件中根據實際需要將礦體模型劃定的單元塊添加屬性信息，即屬性賦值。常用的賦值方法有：最近樣品法、距離冪次方反比法和普通克里格法。3種方法本質區別在于選用的權值差異，應用實際表明，克里格法效果最優，且應用最為廣泛。

圖6　組合樣品信息

利用地質建模方法構建礦體塊段模型(圖7)，用普通克里格法對該礦Ⅶ#深部礦體進行估值。

3.3估值過程

當塊體模型建好后，根據Ⅶ#礦體估值需要，對塊體模型建立兩個屬性：礦石容重、金品位。構建數據屬性錄入表后依次錄入屬性信息，過程如下：對礦石容重賦值時，因為容重與巖性相關，夏甸金礦礦石巖性一致，故采用“單一賦值”，為減少計算量，采用實體模型進行約束，即可完成賦值，如圖8。

圖7　夏甸金礦Ⅶ#深部礦體塊體模型

圖8　礦體容重賦值流程

礦石品位賦值有一定的難度，原因在于區域變化特征，變化規律由地質構造與礦化作用決定[5]，為較好地解決其中影響與偏差，選用普通克里格插值法來實現賦值。

在三維空間中，通常采用搜索橢球體來表達影響范圍內的樣品搜索參數，即分布規律與特征。特征參數一般為傾伏角、走向、傾角、各向異性比率等[6]。根據前述工作，創建搜索橢球體并篩析各個塊影響較大的屬性值，以實現資源信息的插值評估，可得到樣品參數報告模型及各向異性(.par文件)，搜索橢球體如圖9。構建搜索橢球體后即可通過普通克里格法進行賦值，步驟如圖10所示。

應用差異著色區分賦值結果，最終創建夏甸金礦品位塊體模型[7-8]如圖11。

圖9　搜索橢球體圖

3.4儲量估算

應用三維軟件內置處理模塊可導出估值報告，夏甸金礦Ⅶ#深部礦體按分段統計，最終估算儲量見表3。

與現場傳統地質塊段法估算結果對比，三維軟件構建的礦體模型及地質統計因考慮了樣品距離的相關性與連續性，估算結果精度與可信度較高，故在實際工程應用中亦是一種高效可行的估值方法。

圖10　普通克里格法賦值示意

圖11　品位塊體模型展示效果

分段水平/m礦石體積/m3礦石重量/t金屬量/kg-652～-66246200127050370.32-662～-672112980310695944.8-672～-6821255803453451023.97-682～-6921419603903901019.44-692～700142380391545971.3-700～-71087780241395583.92-710～-72090720249480596.62-720～-73085680235620600.01-730～-74079380218295575.75總計91266025098156686.13

4　結　論

基于三維礦業工程軟件，完成了夏甸金礦Ⅶ#深礦群的三維實體建模與可視化研究，實現了礦山深部礦體品位信息、礦石儲量的估算。主要結論如下：

(1)基于三維軟件，可對鉆孔數據進行組合分析，可得到樣品數據平均品位、方差以及變異系數等基本信息統計。

(2)在三維軟件三維礦體模型數字平臺上，應用普通克里格估值方法，可快捷估算礦石資源信息，提高估算效率與估算精度。由于便于搜索疏漏，可在一定程度上規避開采風險與人為統計失誤，具有較高的現場探索與應用前景。

[1]魏建現.數字礦山建設的探討[J].現代礦業，2010(7):55-56.

[2]侯景儒,黃競先.地質統計學在固體礦產資源/儲量分類中的應用[J].地質與勘探,2001(6):61-66.

[3]沈步明，沈遠超.金屬礦山地質數據庫與地質統計學[M].北京：科學出版社，1994.

[4]楊念哥.會東鉛鋅礦三維礦床模型開發與應用研究[D]．長沙：中南大學，2008.

[5]向中林,王妍,王潤懷,等.基于鉆孔數據的礦山三維地質建模及可視化過程研究[J].地質與勘探,2009(1):75-81.

[6]向中林,白萬備,王妍,等.基于Surpac的礦山三維地質建模及可視化過程研究[J].河南理工大學學報:自然科學版,2009(3):307-311.

[7]樊忠平,任濤,王瑞廷,等.基于Surpac軟件的礦床模型構建及礦體資源量估算—以陜西山陽夏家店金釩礦床為例[J].地質與勘探,2010(5):977-984.

[8]GuyArchambault.StructuralgeochemistryofgoldmineralizationintheLinglong-Jiaojiadistrict,ShandongProvince,China[J].ChineseJournalofGeochemistry,2007(3):215-234.

Studyonthe3DVisualGeologicalReserveCalculationSystemBasedonBlockModelinXiadianGoldMine

TangZhanxinHeShaoboZhouDongliang

(XiadianGoldMine,ShangdongZhaojinMiningIndustryCo.Ltd.)

Thestudyofthe3Dgeologicalmodelandvisualizationofminesistheimportantfoundationtorealizethe"DigitalMine".Takingthedeepore-0bodylocatedfrom-652mto-740minXiadiangoldmineastheresearchexample,the3Dsoftwareissuedtoestablishmodeloftheore-body.Theestablishingtechniquesofgeologicaldatabase,minesolidmodelandgradeblockmodelarediscussedindetail,besidesthat,thereserveestimationoftheore-bodyisanalyzedtorealizethe3Dvisualizationoftheore-body.Theaboveresearchresultscanprovidesomereferencefortheestablishmentofthe3Dvisualizaitonore-bodymodelofthesimilarmines.

3Dsoftware,Geologicaldatabase,Blockmodel

2016-03-09)

唐占信(1966—)，男，碩士，高級工程師，265418 山東省招遠市夏甸鎮。