Surpac軟件在紅土鎳礦建模的應用

位哲，高智令

(瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司， 北京 100028)

“數字礦山”是現代化礦山的發展趨勢和必然。Surpac憑借出眾的3D圖形功能、良好的圖形用戶界面、實用性強等特點而被廣泛應用[1]。采礦工程的作業對象是天然賦存的礦物和巖石，其作業環境也與礦床生成的地質和地理條件密切相關。Ramu紅土鎳礦（如圖1所示）與世界同類礦山相比，具有地質條件復雜、礦體厚度薄、產狀變化大、礦體形態不規則、礦石地質品位突變的特點。該礦通過多年的實踐，對如何準確描述其埋藏特點、空間位置、內在性質及其變化規律，便于礦山設計工作充分有效地利用這些礦床信息進行優化設計，積累了一些經驗[2]。

圖1 Ramu礦體層位

1 三維地質模型的建立

1.1 地質數據庫

建立Ramu紅土鎳礦地質數據庫，將礦山地質資料進行歸類整理和存儲。通過Surpac軟件圖形顯示功能，在三維空間顯示地質數據[3]，如圖2所示，方便地質人員合理、符合實際的解譯、圈定礦體界線，如圖3所示。

1.2 實體模型

圖2 鉆孔三維顯示（局部）

針對Ramu紅土鎳礦復雜的地質情況，在地質數據庫的基礎上組合各地質鉆孔，完成礦體邊界確定，剖面礦體界線圈定的工作，最后根據各剖面構建三維礦體模型。早期依據模型計算的儲量數據與實際采出礦量相比誤差較大，在±25%之間浮動，對生產組織造成了極大的困擾。隨著不斷的開采，對礦體的賦存形態逐漸加深理解，再不斷反饋到模型中進行比對和修正，目前的準確率可以達到很好的水平。在建模過程中使用的關鍵技術和技巧[3-6]如表1、圖4、圖5所示。

圖3 礦體解譯示例

1.3 塊體模型

塊模型存儲數據是通過插值把地質體或礦體劃分為一系列小的長方體單元，如圖6所示，這些插值具有空間特性（既可作空間參照物，又具有空間關系）。針對Ramu紅土鎳礦這樣的復雜礦床、薄層狀或緩傾斜的礦體，通過劃分父塊、子塊[4]，以保證實體模型（圖7）邊界的精確度，為之后的開采設計、配礦優化、二次圈礦等工作提供依據。Ramu紅土鎳礦勘查基本工程間距為100 m×100 m，組合樣長為1 m，確定礦塊尺寸為25 m×25 m×1 m(北×東×高)，最小塊尺寸為12.5 m×12.5 m×0.5 m。

表1 實體創建方法歸納

圖4 復雜礦體建模技術（圖中編號與表1一致）

圖5 礦體尖滅方式

圖6 塊體模型示意

圖7 礦體實體模型

2 儲量估算與誤差分析

2.1 儲量估算方法

Ramu紅土鎳礦成礦規模較大，礦化比較穩定，勘查資料完善，工程數和取樣點數據比較充足。礦床結構復雜，礦體分布范圍廣，形態起伏變化大，連續性較好邊界處又支離破碎。其空間分布具有多層狀、層位厚度變化劇烈、品位變動大等特點。礦體沿丘陵分布賦存，山谷礦體相對較厚，多大于15 m，局部可達25 m，礦層最厚達到40 m以上。

根據Ramu紅土礦的地質條件和勘探情況，分別采用平行地質剖面法和地質統計學法進行資源儲量估算，主要分析一下體積和品位這2個參數的計算過程，并進行對比分析。

2.1.1 品位估值

（1）平行地質剖面法計算。設剖面圈定的礦體范圍內有n個樣品組成，樣品的品位和樣長分別用Pi、Li表示，則剖面品位采用樣長加權求得[7]，即：

塊段平均品位：

（2）地質統計學計算如下。Ramu紅土鎳礦鉆孔組合樣品的基本地質統計分析結果見表2。有用元素品位的變異系數小于1.5，參考西方國家和國內常用的處理方法，采用距離冪次反比法對塊體模型進行品位空間插值。搜索體采用橢球體（參數見表3），同時為了減小來自高密度取樣區內的插值偏差，需要分散簇狀樣品，限制搜索橢球體每個象限的最小與最大樣品點數，使搜索橢球體估值能夠無偏性地進行。插值過程運行3次，逐次增加搜索橢球體搜索半徑，第1次搜索半徑為120 m，第2次搜索半徑為240 m，第3次搜索半徑為360 m，每運行一次均對塊模型進行檢驗，直至模型中每個塊都被估值。

2.1.2 礦體體積

平行地質剖面法是將礦體空間形態分割成多個較簡單的幾何形態，將礦石組分均一化，估算礦體的體積[7]。

設間距為L的2個相鄰剖面中的較大的塊段面積為S1，較小者為S2，面積相對差：

則礦體體積V根據K（以40%為界）的大小，分別采用梯形和截錐公式，對于礦體尖滅部分按照尖滅方式的不同，可采用楔形或錐形尖滅公式計算體積。

表2 統計分析結果

表3 估算搜索橢球體參數

基于 Surpac軟件的體積計算，一是實體的體積，可以通過報告封閉實體的內部體積。二是塊體的體積，通過統計約束范圍內的單元塊數量計算，即：

式中，n1、n2為在礦體邊界約束下父塊、子塊的數目；v1、v2為單個父塊、子塊的體積。

礦石體重按含礦層分別取紅色褐鐵礦層(O)1.13 g/cm3；黃色褐鐵礦層(L)0.97 g/cm3；殘積層(S)0.84 g/cm3；上含礫殘積層(R1) 0.92 g/cm3，下含礫殘積層(R2)1.61 g/cm3。

2種資源儲量估算方法所得出的結果見表4。

表4 資源儲量結果對比

2.1.3 局部校驗

將距離冪次反比法插值結果與用原始工程樣品數據在三維空間和剖面上進行礦體邊界、礦塊品位和資源編碼的比較（見圖8）。二者的吻合度較好，估值效果準確可信。

圖8 勘探線原始工程樣品數據與礦體邊界、礦塊品位對比圖示例

2.2 儲量結果分析

從對比結果看，較傳統的地質剖面法，運用距離冪次反比法的估算結果偏低，距離冪次反比法運算結果更接近于真實值。對這2種儲量估算方法進行深入分析，得出了以下可能的原因。

（1）礦體尖滅處理。傳統的方法采用有限外推、無限外推和中點尖滅的方法，特別是中點尖滅，這樣以一概全，對于Ramu礦層這樣變化劇烈、局部區域礦體厚度較大、礦體空間形態復雜的情況，就容易造成較大的誤差。而運用Surpac軟件在礦體的建模過程則是根據礦體的整體賦存情況和剖面礦體厚度等因素靈活確定尖滅方式和距離，對礦體進行尖滅處理。

（2）品位空間插值。垂直平行剖面法是將礦化復雜狀態變為在影響范圍內的均勻化狀態，對于礦化均一的礦體是很有效的，若處理Ramu礦床這樣礦化復雜的礦床，容易使整個礦床的品位失真。而使用距離冪次反比法，是通過搜索橢球體將品位信息賦到每個單元塊中，它能最科學、最大限度地利用勘查工程所提供的一切信息，使所估算的礦石品位和礦石儲量精確得多。

（3）塊段體積計算。垂直平行剖面法是通過將把形狀復雜的礦體轉化成為與該體積大致相等的簡單形體，用經驗公式計算體積，是一種近似處理，適用于形態簡單的礦體，對于表面復雜的礦體，很容易引起體積的誤差，導致礦石量和金屬量的誤差。Surpac軟件在建模過程中可以通過多種方法和技巧（如表1）構建最接近真實的礦體模型，在其約束下，采用塊體模型模擬復雜礦體，通過劃分次級塊，很大程度提高了礦體邊界的模擬精度。

（4）儲量估算精度及報告。傳統方法不能給出估計精度的概念，只能用不同方法的計算結果加以對比。利用Surpac軟件進行儲量估算能分別估算報告礦床中所有最小開采塊段的品位和儲量，在估算的同時還給出了估計精度，而且是無偏的，估計方差最小（最優）估計，為儲量的評價和利用提供了依據。

3 結論

針對Ramu紅土鎳礦，這樣看似簡單實則復雜礦床的建模工作，Surpac軟件能十分方便快速準確地圈定不同類型的礦體邊界，使得圈定的礦體更符合自然形態；以三維地質模型為約束的塊體模型，能夠快速準確的形成資源儲量報告，并能實現儲量的分級動態管理，較傳統的儲量估算方法，有著不可比擬的優勢。另外，軟件所形成的鉆孔柱狀圖、各種平剖面圖紙、儲量分布圖等完全可以滿足礦床勘探、礦山設計和礦山開采3個階段的需求。該軟件可以作為地質和采礦工程技術人員的一種實用工具。