3DMINE礦業(yè)工程軟件在礦山模型及資源儲(chǔ)量估算中的應(yīng)用——以津巴布韋卡瑪提威錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦為例

問(wèn) 娣，邱仁軒，鐘石，喬雪鋒，王光洪，馮 鋒

3DMINE礦業(yè)工程軟件在礦山模型及資源儲(chǔ)量估算中的應(yīng)用——以津巴布韋卡瑪提威錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦為例

問(wèn) 娣，邱仁軒，鐘石，喬雪鋒，王光洪，馮 鋒

（四川省冶金地質(zhì)勘查局六0五大隊(duì)，四川 彭山 620860）

基于津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦床多年以來(lái)產(chǎn)生的地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過(guò) 3DMINE礦業(yè)工程軟件建立地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，生成礦山地表及礦體的表面模型，成功地將二椎空間轉(zhuǎn)換為真實(shí)的三維礦山系統(tǒng)，直觀地反映礦山地表、礦層及井下開(kāi)拓系統(tǒng)的布置情況，研究成果不僅為掌握礦山地形地質(zhì)情況提供了重要的圖形支持，而且在勘查設(shè)計(jì)及資源儲(chǔ)量估算方面，大大提高了設(shè)計(jì)工作效率和資源儲(chǔ)量估算的準(zhǔn)確性。

礦山設(shè)計(jì)；三維模型；卡瑪提威

隨著數(shù)字礦山的興起，對(duì)礦山進(jìn)行三維可視化地質(zhì)建模，即通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將礦山進(jìn)行信息管理、地質(zhì)解譯、空間分析以及三維圖形可視化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的三維顯示，可更加形象的反映礦山地形地貌、礦體空間形態(tài)及各地質(zhì)體之間的空間關(guān)系。

本文主要以津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山為例，通過(guò)3DMINE礦業(yè)工程軟件，以礦山地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，將多年以來(lái)礦山形成的地質(zhì)數(shù)據(jù)建立礦山的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，生成礦山地表表面模型、礦體實(shí)體模型，通過(guò)空間三維模型的建立、塊體模型和勘探數(shù)據(jù)庫(kù)的顯示以及多層次的數(shù)據(jù)疊加，對(duì)礦體的空間展布情況有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，可以準(zhǔn)確的對(duì)礦體進(jìn)行工程控制，有效增加勘查工作效率。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、資源儲(chǔ)量估算，將更加清楚地了解礦石品位的分布及資源儲(chǔ)量情況，對(duì)礦體特征及富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)更加深入，為礦山總體設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。無(wú)論設(shè)計(jì)中條件怎么變化，都可以通過(guò)一些約束條件和命令快速得出所需要的品位和礦石量，在設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)非常便捷，避免了傳統(tǒng)計(jì)算方法需要大量的輔助圖件以及邊部遺留礦體遺漏的弊端。

圖1 偉晶巖帶及礦床分布圖

1 軟件應(yīng)用背景

剖面法、地質(zhì)塊段法等傳統(tǒng)計(jì)算方法在礦山中一直是作為資源儲(chǔ)量估算和礦石品位計(jì)算的主要方法，但在礦山實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及一些多礦層或者復(fù)雜計(jì)算及設(shè)計(jì)修改變更，需重新計(jì)算，計(jì)算工作比較復(fù)雜、繁鎖，非常耗時(shí)。在這種情況下，可以用3DMINE礦業(yè)工程軟件建模并進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算，降低計(jì)算難度，節(jié)約時(shí)間。

3DMINE礦業(yè)工程軟件采用國(guó)際上先進(jìn)的三維引擎技術(shù)，在總結(jié)分析國(guó)外主流礦業(yè)軟件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以AUTOCAD為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)符合礦業(yè)行業(yè)規(guī)范和技術(shù)要求的三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)。資源儲(chǔ)量估算時(shí)采用克里格法，與塊段法相比考慮了樣本的空間變化，最大礦化方向發(fā)展延續(xù)性和趨勢(shì)性，有其優(yōu)越性，并且該方法已由中國(guó)礦業(yè)評(píng)估師協(xié)會(huì)和國(guó)土資源部礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量評(píng)審中心組織專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，并在國(guó)土資源部礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量司備案。通過(guò)建立三維模型，為礦山資源管理、資源開(kāi)采效率管理提供便捷高效的技術(shù)支持服務(wù)（黃超等，2020）。

2 礦山簡(jiǎn)介

津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山勘查、開(kāi)采歷史悠久，自1920年發(fā)現(xiàn)含錫偉晶巖以來(lái)，卡瑪提威錫礦帶的地質(zhì)勘查工作一直在進(jìn)行中。1935年，礦山首次開(kāi)采錫礦，1936年開(kāi)始正規(guī)化生產(chǎn)建設(shè)，直到1994年關(guān)閉，礦山生產(chǎn)歷史達(dá)59年之久。（邱瑞照和嚴(yán)光生，2006）

卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦含礦巖系為晚前寒武紀(jì)太古界塞巴奎系偉晶巖帶，總長(zhǎng)48.43km，最寬達(dá)4.06km，最窄0.79km，一般2～3km，平均2.35km，傾向55°，傾角20°～30°，與區(qū)域構(gòu)造帶走向一致，沿近東西向裂谷帶呈線性分布。

沿偉晶巖帶，由西至東分布有ELBAS（埃魯巴斯）、KAPATA（卡帕塔）、LUTOPE（鹿頭皮）、KAMATIVI（卡瑪提威）、KALINDA（卡林達(dá)）、BOBBY（芭比）共6個(gè)礦區(qū)，其中卡瑪提威（KAMATIVI）為主礦區(qū)，工作程度較高，其余礦區(qū)工作程度較低（圖1）。

圖2 津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山地質(zhì)略圖

圖3 建模流程圖

卡瑪提威（KAMATIVI）采礦權(quán)面積44.64km2。礦區(qū)出露地層主要有晚前寒武紀(jì)太古界塞巴奎系黑云母片麻巖。花崗偉晶巖分為兩期：早期為無(wú)礦的電氣石偉晶巖，第二期為含礦錫鋰鈹鈮鉭偉晶巖。礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)6個(gè)礦體，礦體總體長(zhǎng)度約6.5km。其中Ⅳ礦體規(guī)模最大，為該區(qū)的主礦體，礦體控制長(zhǎng)度1.9km，控制寬度660m（P. Utete, 2017）。

圖4 津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山局部地表模型

Ⅳ礦體露天采場(chǎng)和地下開(kāi)采區(qū)地質(zhì)工作程度高，工程有探槽、淺井、斜井控制礦體淺部厚度及質(zhì)量的變化，深部由鉆探工程控制，控制網(wǎng)度90m×90m，局部達(dá)到50m×50m，共施工鉆孔501個(gè)。

Ⅳ礦體呈板狀、似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，東礦段產(chǎn)狀：55°～66°∠11°～24°，西礦段產(chǎn)狀：235°～246°∠11°～15。Ⅳ礦體自上而下進(jìn)一步分為Ⅳ-1、Ⅳ-4礦體，Ⅳ-1、Ⅳ-4礦體長(zhǎng)度、寬度、厚度均大，整體形狀為頂部平四周緩傾，頂部位于背斜穹隆地段，部分露出地表，多數(shù)隱伏于淺部，互為消漲，礦體在空間上呈“草帽”形連續(xù)展開(kāi)。

圖5 津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山鉆孔模型

3 構(gòu)建礦山三維模型

根據(jù)多年以來(lái)長(zhǎng)期積累形成的津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦山的地質(zhì)信息，應(yīng)用3Dmine礦業(yè)工程軟件對(duì)Ⅳ礦體建立地表模型、礦體實(shí)體模型，直觀反映礦山三維地貌、礦體的空間分布。建模流程見(jiàn)圖3。

3.1 地表模型的建立

對(duì)礦區(qū)現(xiàn)有的地形圖資料進(jìn)行分析，去除無(wú)用信息，保留地形等高線、道路等信息，進(jìn)行整理優(yōu)化，分層管理，并對(duì)等高線賦予相應(yīng)的高程值，生成dtm表面，通過(guò)渲染處理得到地表模型（圖4）。

3.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

通過(guò)定位表、測(cè)斜表、巖性表、化驗(yàn)表等對(duì)以往鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，將鉆孔信息反映展示到三維空間，直觀反映工程控礦情況（圖5）。

3.3 礦體實(shí)體模型的生成

利用原來(lái)已有的勘探剖面直接進(jìn)行礦體實(shí)體建模。首先對(duì)勘探剖面進(jìn)行整理，將二維剖面進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將其空間數(shù)字化，得到圖6所示的空間剖面群，在空間化的剖面群中提取目標(biāo)礦體線串文件，根據(jù)地質(zhì)規(guī)律和實(shí)際情況將各剖面的礦體線文件進(jìn)行連接，建立礦體實(shí)體模型，并通過(guò)實(shí)體驗(yàn)證，得到圖7。

圖6 地質(zhì)勘探剖面空間數(shù)字化模型

圖7 津巴布韋卡瑪提威（KAMATIVI）Ⅳ號(hào)礦體錫礦體模型效果

4 創(chuàng)建塊體模型并進(jìn)行賦值計(jì)算

塊體模型是一個(gè)富含礦體各元素地質(zhì)品位、體重、分布特征等信息的空間集合體。其原理就是空間礦體實(shí)體模型劃分成若干小塊，然后利用計(jì)算法對(duì)小塊體進(jìn)行品位賦值。

1）創(chuàng)建塊體模型.通過(guò)實(shí)體驗(yàn)證的實(shí)體模型創(chuàng)建礦體的塊體模型，并輸入塊體模型屬性。塊體模型內(nèi)小塊分割大小，根據(jù)礦體的厚度、分布形態(tài)來(lái)決定，塊體建好后，給塊體模型創(chuàng)建品位屬性、比重屬性等。

2）對(duì)塊體模型約束顯示并賦值利用實(shí)體模型對(duì)建立的塊體模型進(jìn)行約束顯示，只顯示實(shí)體內(nèi)部的塊體。

利用鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)信息對(duì)樣品進(jìn)行組合整理，整理后生成組合樣品文件，通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法，協(xié)同克里格法變異函數(shù)方法體系，求取合理的實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)（圖8）：各向異性的主軸與次軸比和主軸與短軸比、主軸變異函數(shù)的塊金值、球狀模型的基臺(tái)值和變程等參數(shù)，用普通克里格方法對(duì)約束的塊體模型進(jìn)行賦值（圖9）。

圖8 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)半變異函數(shù)

圖9 塊體賦值

5 組合模型

錫、鋰、鉭鈮礦整體套合空間變化特征（圖10）：

1）錫、鋰、鈹?shù)V體：既同體共生，又為異體礦。

2）礦體厚度由大至小變化為：Ⅳ-1＞Ⅳ-2＞Ⅳ-3＞Ⅳ-4；構(gòu)造穹隆（背斜軸部）厚度大于背斜翼部。

3）品位變化：淺部略高于深部。

圖10 組合模型

（黃色為錫礦體，紅色為鉭鈮礦體，綠色為鋰礦體）

6 建模成果的便捷應(yīng)用

6.1 組合模型在鉆探布設(shè)中的作用

本次建模主要是根據(jù)已有數(shù)據(jù)為殘礦回采和礦區(qū)下一步的鉆探布設(shè)提供參考。為驗(yàn)證Ⅳ礦體邊界，參考實(shí)體模型進(jìn)行了鉆孔布設(shè)，對(duì)鉆孔的位置和孔深設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用。如圖11。

圖11 鉆孔設(shè)計(jì)位置

6.2 計(jì)算中段資源儲(chǔ)量和品位

在計(jì)算中段資源儲(chǔ)量和品位時(shí)，只需要給定一定的約束條件，即可快速得到想要的結(jié)果。這可以通過(guò)塊體報(bào)告中的設(shè)定品位、計(jì)算法則、比重值來(lái)進(jìn)行分類報(bào)告。比如分類屬性選Z軸，分類范圍內(nèi)填650，900，50，則代表了在650～900m標(biāo)高范圍內(nèi)，以50m段高分段報(bào)告塊體模型的體積、礦石量、平均品位（圖12）。

圖12 塊體計(jì)算及報(bào)告

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)3DMINE構(gòu)建卡瑪提威錫鋰鈹鉭鈮多金屬礦礦山模型，將多年來(lái)的地質(zhì)成果快速轉(zhuǎn)換成了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，方便了以后對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管

理，為資源儲(chǔ)量估算的提供了便捷性和準(zhǔn)確性，大大提高了工作效率，更加直觀地反映礦山地表、礦層及井下開(kāi)拓系統(tǒng)的布置情況，真實(shí)反映礦體空間三維展布形態(tài)，方便礦山的動(dòng)態(tài)管理。

邱瑞照，嚴(yán)光生．2006．全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)（之三-非洲卷：馬達(dá)加斯加、津巴布韋)．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心境外礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究室．25-26.

S. Siziba,P. Utete,F.Mupudzi.2017.CONFIDENTIAL KAMATIVI REPORT.48-49.

黃超，姜楷，李亮，李宸，曾方侶，何青．2020．礦山三維地質(zhì)建模研究進(jìn)展．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，142(02)： 323-324.

The Application of 3D MINE Mining Engineering Software to Mine Model and Resource Reserve Estimation——By the Example of the Kamativi Sn-Li-Be-Ta-Nb Polymetallic Deposit in Zimbabwe

WEN Di QIU Ren-xuan ZHONG Shi QIAO Xue-feng WANG Guang-hong FENG Feng

(The 605th Geological Party, Sichuan Bureau of Metallurgical Geological Exploration, Pengshan, Sichuan 620860)

Athree-dimensional model for the Kamativi Sn-Li-Be-Ta-Nb Polymetallic mine in Zimbabwe is compiled based on geological data produced over the years and by means of 3D MINE mining engineering software. The three-dimensional model directly reflects the arrangement of surface, seam and underground development system of the mine which has greatly improved the efficiency of mine design and the accuracy of resource and reserve estimation.

mine design; three-dimensional model; Sn-Li-Be-Ta-Nb polymetallic mine; Kamativi, Zimbabwe

2020-06-04

問(wèn)娣（1979— ），女，河北保定人，地質(zhì)高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作

鐘石（1987— ），男，四川成都人，地質(zhì)礦產(chǎn)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作

TP311.1；P624.7

A

1006-0995（2021）02-0333-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.031