DIMINE軟件在通天玉石礦資源量預測中的應用研究

楊曉弘

(湖南省有色地質勘查研究院，湖南 長沙 410015)

近年來，隨著地質統計學、計算機圖形學和信息技術的發展，在科學計算可視化的基礎上，采礦這一傳統行業正逐漸向綜合集成化、數字化、可視化的方向發展[1-4]。礦床三維可視化建模已成為礦山數字化的一個重要方面，并成為當前地學信息技術領域最富有活力的研究方向之一。通過數字礦山建模來研究空間關系、分布規律以及進行工程設計等工作已逐步取代傳統手工方式[5-7]。三維地質體模型不僅準確、直觀的詮釋了地質體空間形態，并且為采礦工作者進行輔助工程設計提供了可靠依據[8-9]。將最新的數字礦山建模技術應用到近年來新發現的珍貴玉石礦資源的調查中去，建立玉石礦床的三維地質模型，不僅能夠實現資源儲量的估算和動態管理，還能指導礦床開采優化設計，從而最大程度地將玉石礦開采回收，提高資源的價值，有效保護并合理利用稀缺的玉石資源，為國內同類玉石礦山三維數字建模工作提供借鑒。

1 礦區地質概況

通天玉是近年來在湖南省境內新發現的一種優質石英質玉石，該玉是由燕山期巖漿巖與灰巖接觸變質而成，該玉質地細膩、天然透光、晶瑩剔透、色澤豐富，分布在通天山、西山、三十六灣和香花嶺等200平方公里的區域內，具有巨大的潛在市場經濟價值。通天玉礦礦區位于南嶺加里東—印支褶皺帶的次級構造單元江華—臨武東西向加里東褶皺隆起帶與耒陽—宜章南北向印支褶皺帶的交匯復合部位。礦區內地質構造復雜，巖漿活動強烈，出露的地層有寒武系為一套長石石英砂巖夾板巖、泥盆系主要為碎屑巖和碳酸鹽巖、石炭系主要為濱海沼澤相碎屑巖、次為碳酸鹽巖、二疊系主要為含煤碎屑巖、淺海碳酸鹽巖及硅質巖、三疊系為淺海碳酸鹽巖類巖石、白堊系為紫紅色陸相碎屑巖及第四系。東山地區內加里東期褶皺為穹窿構造，核部主要由寒武系組成，走向北東；印支期褶皺為上古生界組成的復背斜、復向斜，軸向一般為南北向北東方向偏轉；燕山期褶皺為白堊系組成的寬緩陸相紅盆，軸向為北北東向，南北向斷裂縱貫全區，以斷裂帶寬、斷距大為特色；東山地區內巖漿巖以燕山早期中酸性小侵入體為主，具有淺侵入、淺剝蝕的特點。

區內共發現2條玉石礦脈，主脈I-1為北東向，礦脈平均厚度35 cm，長度約2 km，傾向南東，傾角約70°，礦脈主要為脈狀，礦石質量較好，主要為微晶-隱晶質，顏色以白色為主，次脈I-2為北西向，平均脈寬20 cm長度約400 m，傾向北東，傾角約為65°，礦脈為脈狀、細脈狀。區內I-1號脈是玉石質量最好的一條礦脈，具有一定的規模，礦區共完成1∶10000地質簡測28.9 km2，采坑清理16個，剝土工程1個，加上淺井工程以及鉆探等，完整地揭露了玉石礦脈的賦存狀況[10]。

2 三維地質建模

2.1 DIMINE三維礦業軟件

DIMINE三維礦業軟件是由中南大學數字礦山研究中心開發出的一套基于數字礦山整體解決方案的礦山數字化軟件系統。它實現了從礦床地質建模、儲量計算、測量數據的快速成圖、地下礦開采系統設計與開采單體設計、回采爆破設計、露天礦開采設計等工作的可視化、數字化與智能化。與其他同類軟件相比，該系統采用平臺+插件模式進行開發，為用戶的二次功能開發提供強大、靈活、便捷的技術支持平臺。同時優化不同類型的數據處理過程，大大提高了系統的交互性和界面的簡潔性，是國內礦山數字建模領域最先進的系統平臺，本次研究采用該軟件進行三維地質建模。

2.2 地表建模

地表模型是用來虛擬地形和地物，一般由若干地形線和散點組成，考慮到每個點的坐標值，將所有點連成若干相鄰的三角面，然后形成一個三角網隨著地面起伏變化的單層模型。表面模型只能描述面，在平面上不具有重疊功能，在同一個X，Y上只有一個Z值。本次建模的原始地質地形圖數據如圖1所示，通過運用DIMINE軟件可以對等高線賦高程，如圖2所示，最后利用圖2中的等高線生成生地表模型如圖3所示。

圖1 礦區地質地形圖等高線(處理前)

圖2 礦區地質地形圖等高線(處理后)

圖3 礦區地表模型

2.3 鉆孔數據庫

鉆孔數據庫是三維建模系統中管理地質數據信息的數據庫。鉆孔數據信息主要包括孔口信息、測斜信息、樣品信息、巖性信息，基于這些數據可以生成鉆孔數據庫。在上述數據中，孔口信息和測斜信息必須要有，這樣才能形成鉆孔空間數據庫，樣品信息和巖性信息可有可無。此外，孔口信息必須包含鉆孔名稱、X、Y、Z、鉆孔深度等字段，測斜信息必須包含鉆孔名稱、方位角和傾角等字段。對于通天山，目前已有的地質數據僅為13個見礦點，基本包含了孔口信息和測斜信息，但鉆孔深度未知，這里，根據其它勘探資料，鉆孔深度統一設為500 m。

2.4 礦體建模

三維礦體模型是資源量估計工作的重要基礎，通過礦體模型能較準確地掌握礦體的幾何空間形態。近些年，國內外均在三維地質建模領域開展了大量研究工作, 提出了多種三維地質建模方法。本次建模是采用基于剖面的建模方法，即將相鄰剖面的礦體解譯輪廓線依次連接起來形成三維實體。

使用該方法需要知道剖面的解譯線，根據已有的地質資料，每個鉆孔都看做一個單獨的剖面，然后根據礦脈的寬度來確定礦體解譯線，通天山玉石礦有2條礦脈，最終的礦體解譯線分別如圖4、圖5所示。

圖4 I-1號礦脈輪廓線

圖5 I-2號礦脈輪廓線

在模型端部使用平推的方式來外推，外推距離為沿走向方向100 m，生成的礦體模型如圖6所示。

通過三維數字化模型能夠幫助人們更直觀地了解玉石礦脈的分布走向和傾角，以及在空間上的形態。對三維礦體模型的體積進行統計，本次通天玉礦區建模計算得到的礦體總體積為1188043.708 m3，根據實驗，以礦石體重按2.7 t/m3計算，推測通天山I-1、I-2號礦脈共賦存有通天玉礦資源約320萬t，經濟價值潛力巨大。

圖6 通天山玉石礦礦體模型

2.5 建模成果

對上述模型進行不同組合，就可以得到需要的模型視圖，地表模型可以直觀清楚地展現礦區地形地貌，礦體模型反映了礦體在三維空間中的賦存幾何形態，決定著后續開采方法的選擇，同時將礦體等其他地質體范圍投影到地表模型上后可以清楚地表達礦體等地質體的空間位置及相互關系，從而加深人們對礦區的認識，為后續制定資源利用和高效開采的方案提供了三維數據基礎。圖7為地表模型和鉆孔數據庫組合得到的視圖；圖8為地表與玉石礦體模型組合得到的視圖；圖9為玉石礦脈在地表投影得到的視圖。

圖7 通天山地表與鉆孔數據庫

圖8 通天山地表與玉石礦體

圖9 通天山玉石礦脈地表投影

通過建立的模型能夠幫助礦山企業和政府對資源進行高效、科學和綠色的管理。

3 結 論

DIMINE軟件作為一套完整而且全面的數字礦山軟件，在通天山玉石礦的三維數字建模工作中極大地提高了工作效率，能夠高效地將礦山鉆孔數據、地形數據、剖面信息等工程數據和矢量數據進行快速整合，幫助政府及礦山企業進行大量數據分析，遠景資源量預測和礦山動態管理等。通過三維地質建模，推測通天山I-1、I-2號礦脈共賦存有通天玉礦資源約320萬t。此外，建立的通天山地區玉石礦脈數據庫可以幫助礦山企業不斷補入后期工程數據信息，為礦山地質管理數據庫更新提供了平臺。通天玉礦山的三維地質建模工作可以為國內同類玉石礦山的數字化工作提供借鑒，具有一定的參考意義。