基于Surpac的黑牛洞銅礦體三維模型構建與儲量估算

嚴利偉，唐高林，余祥龍，楊光源，梁 鯨

基于Surpac的黑牛洞銅礦體三維模型構建與儲量估算

嚴利偉1,2，唐高林1，余祥龍2，楊光源2，梁 鯨2

（1.四川里伍銅業股份有限公司，成都 610091；2.四川金伯利地質勘查有限公司，成都 610091)

江浪穹隆位于揚子地塊西緣，以發育“里伍式”富銅礦而著稱。黑牛洞銅礦位于江浪穹隆南西翼，為一中型銅鋅礦床。文章介紹了黑牛洞銅礦的地質特征和礦體分布特征，基于礦區補充勘查和生產探礦的鉆孔數據建立了地質數據庫，利用中段平面建立了兩個主礦體的礦體模型。在建立塊體模型后，采用距離冪次反比法進行品位賦值。分別應用地質塊段法和塊體模型進行了礦體的資源儲量估算，并將兩者結果進行比較分析。利用塊體模型顯示銅礦化的空間分布，為下一步的找礦工作提供了線索。

地質數據庫；礦體模型；資源量估算；Surpac；品位-噸位曲線；黑牛洞銅礦

江浪穹隆位于揚子地塊西緣，以發育“里伍式”富銅礦而著稱（代堰锫等，2016；毛藝等，2020）。黑牛洞銅礦位于江浪穹隆南西翼，為一中型銅鋅礦床，與同在穹隆中的里伍銅礦、中咀銅礦等中小型銅礦共同構成里伍礦田。國內外眾多大型礦山均建立了礦體的三維模型，并采用建模軟件進行儲量計算（阮詩坤，2017；堅潤堂等，2015；王亞飛等，2016）。但此類工作在里伍礦田內的銅礦床開展較少，且僅限于采礦方面的輔助性應用。目前黑牛洞銅礦的補充勘查工作和生產探礦工作尚在推進，礦體形態、規模和儲量一直處于動態變化當中，因此有必要建立礦體的三維地質模型，分析礦體的礦化分布規律并對儲量進行及時更新。

圖1 川西大地構造單元及穹隆分布圖

（據駱耀南，1990編《四川省西部大地構造分區略圖》修編）

1.穹隆；2.半隱伏穹隆；3.逆沖推覆斷裂；4.古裂谷邊界斷裂；5.走滑斷層；6.飛來峰；7.花崗巖體；8.三疊紀島弧鈣堿性火山巖；YZB-揚子地臺；KD-康滇地軸；FT-前陸逆沖推覆帶；MC-主逆沖推覆帶；SG-甘孜造山帶；YA-義敦島弧帶；AM-若爾蓋地塊；穹隆：1.摩天嶺；2.橋子頂；3.雪隆包；4.雅斯德；5.公差；6.格宗；7.踏卡；8.江浪；9.長槍；10.恰斯；11.三埡；12.田灣；13.瓦廠；14.唐央

Surpac軟件是由達索系統公司開發的大型礦山工程軟件，已廣泛應用于礦山地質勘探、測量、采礦設計等領域。作為一套完整而全面的軟件系統，它極大地改進了從測量工程師、采礦工程師、地質工程師在生產管理過程中的信息技術交流。本研究借助Surpac軟件建立了黑牛洞銅礦主礦體的三維地質模型，利用距離冪反比法對品位進行估值，再次基礎上分析礦化分布規律，預測找礦前景，以期對后續勘探工作的開展和礦山開發提供幫助。

1 礦床地質概況

黑牛洞銅礦區域構造上位于康滇地軸西側，松潘甘孜造山帶東南緣，北東向木里-錦屏弧形推覆構造帶北西側后緣的江浪穹隆內（圖1）。礦床產出于穹隆核部的里伍巖群（Pt1）中（圖2）（唐高林等，2016）。礦體主要受穹隆南西翼轉折端沿面理形成的滑脫、虛脫構造控制（馬國桃等，2010）。總體呈層狀－似層狀展布，走向北西－南東，傾向南西，均為露頭藏身的隱伏礦體，規模較大，產狀穩定，結構簡單，品位較富。通過補充勘查和生產探礦工作，發現5個具工業意義的礦體，自下而上分別為Ⅲ1、I1、I2、I3、Ⅱ4。其中I1和I3礦體規模較大，也是近兩年生產探礦工作的重點工作對象。其中I3礦體傾向長約900m，走向長約550m，控制高程3038～3570m。礦體走向300°～320°，傾向南西，傾角變化于30°～40°之間，總體淺部稍緩，礦體整體呈長方形或菱形。Ⅰ1礦體走向300°～330°，上部傾角30°左右，往下逐漸增加為40°左右。礦體走向長度最大400m，傾向最大長度650m，控制高程位于2895～3260m區間。礦體具有明顯的向西側伏的特征，側伏角55°左右。I1礦體與I3、礦體呈雁行狀排列。I1礦體位于I3礦體下方100余米，基本與I3礦體平行，局部與I3礦體疊置。

圖2 里伍礦田銅礦床點分布圖

1.西康群；2.二疊系烏拉溪組二段；3.二疊系烏拉溪組一段；4.新元古界江浪組；5.新元古界甲壩組；6.古元古界里伍群；7.中型銅鋅礦；8.小型銅鋅礦；9.斷層

2 礦體三維地質模型的構建

2.1 地質數據庫的建立

在Surpac軟件中，各項地質數據以數據庫的格式進行存儲，技術人員可根據需要通過字段查詢或調用相關數據。建立地質數據庫后，可以在三維空間內顯示鉆孔的軌跡以及樣品并讀取樣品坐標。也可以在二維平面內圈定礦體輪廓并連接生成礦體模型。本次建立的地質數據庫包括孔口信息，彎曲度信息以及取樣信息三項內容（表1），每項信息做成標準格式的表格文件導入Surpac軟件之后綜合地質數據庫文件。在黑牛洞銅礦基建時發現通過地表鉆探確定的礦體位置與礦體實際位置差別較大，推測是因為地表鉆深度較大引入較大的測斜誤差導致的。因此本次地質數據庫的建立并沒有使用地表鉆數據，而是采用了補充勘查以及生產探礦的坑內鉆數據。以一定的格式顯示的坑內鉆鉆孔軌跡如圖3所示。由于孔深和彎曲度較小，水平投影效果近似為直線。

圖3 坑內鉆鉆孔軌跡水平投影

2.2 礦體模型的建立

傳統的礦體模型的建立分為兩個步驟，首先在勘探線剖面上根據品位圈定礦體范圍，然后將不同勘探線上的礦體范圍通過三角網連接（阮詩坤，2017；堅潤堂等，2015；王亞飛等，2016）。然而這種方法并不適用于黑牛洞銅礦體的建模。補充勘查和生產探礦施工鉆孔均為坑內鉆，其中大部分為斜孔，鉆孔軌跡水平投影多于勘探線斜交。在這種情況下，需要將鉆孔實際見礦位置沿垂直勘探線方向進行投影來確定勘探線剖面上的礦體的位置。由于礦體局部傾向可能與勘探線方向不一致，這種投影會導致勘探線剖面上礦體位置的偏差，從而導致礦體形態的不準確，甚至影響到儲量估算結果的精確性。此外，若直接在三維空間直接圈定礦體，則礦體輪廓線則是一條條空間曲線，容易導致三角網的建立錯誤頻出，極端情況可導致礦體無法建立。

表1 地質數據庫數據表結構

圖4 I1礦體、I3礦體模型

前人提出過一種利用頂底板等高線建立礦體模型的解決方案（嚴利偉和唐高林，2014），本次三維建模對該方法進行了改進，具體步驟如下：

1）在地質數據庫界面讀取鉆孔單工程的頂板和底板三維坐標；

2）采用克里金法生成頂底板等高線，調整等高線線距至5m以內；

3）根據礦體邊界外部的頂底板等高線進行白化處理，并為頂底板等高線賦高程值；

4）將頂底板文件導入三維建模軟件，將具有相同高程值的頂板和底板曲線圈閉，并賦予不同的編號及顏色，每條圈閉曲線對應于該高程中段平面的礦體邊界；

5）不同高程礦體邊界之間建立三角網，封閉形成實體。

這種方案不依賴于勘探線剖面圖，因而避免了因勘探線剖面中因投影產生的誤差；適用于層狀、似層狀礦體三維模型的建立。通過該方法建立的I1礦體、I3礦體表面光滑，很好地展示了礦體空間形態和厚度變化情況（圖4）。另外礦體頂底板與鉆孔空間見礦位置吻合極好，礦體邊界清晰準確，與平面圖完全吻合，可以直接用于下一步的儲量計算。

2.3 組合樣品

在鉆孔編錄時，技術人員一般是根據目估品位和礦化類型來劃分樣品，在數據庫中樣品表示為長度不一的區間段。為了分析樣品品位分布規律和進行下一步的塊體插值，需要將空間不等長的樣品區間量化到一些離散點上。屬性除了三維坐標外，還包括該點最有可能的品位值。本研究采用根據勘探工程進行樣品組合，一般采用長度加權法，按照等間距組合樣品，在中間位置產生一個點，描述該點組合后的值。

3 塊體模型與資源量估算

3.1 塊體模型的建立

礦業軟件中通行的概念是將塊體模型與地質統計學相結合，是應用數學方法對品位分布進行建模，由于品位分布在資源中受地質因素的控制而明顯存在，從而形成一定條件的品位模型。塊體模型的精度取決于塊體模型的結構和屬性。塊體模型的大小取決于礦體在三維空間的延伸范圍情況，每個塊體的大小根據礦體規模決定，一般塊體越小，塊體數量越多，計算工作量越大。但是隨著計算機性能的提高，一般礦體的賦值通常在幾秒內就可以完成，不存在運算量過大導致計算機過載的情況。

由于黑牛洞銅礦體屬于薄-中層礦體，為了保證厚度方向能保證有幾個塊體，塊體模型采用的塊體大小為4m×4m×2m大小，次級塊體為2m×2m×1m。礦塊模型建好后，為礦塊增加屬性（比重、銅品位等）和背景值。礦塊估值的方法有克里金法和距離冪次反比法（IDW）。其中的克里金法是利用變量相關性和變異性，對區域化變量線性最優、無偏內插估計的一種方法（馮超東等，2007）。其適用條件較為嚴格，一方面數據需要滿足正態分布（邢紅星等，1997），另一方面要求區域化變量存在空間相關性，可以擬合較好的變異函數。對組合樣的Cu品位值進行統計后發現，隨著品位升高，樣品數目逐漸減少。說明Cu品位并不符合正態分布，無法求出較為理想的變異函數。在進行對數變換后雖然可以擬合出較為理想的變異函數，但是在克里金過程中會產生較大的標準差，從而導致反算的結果誤差較大。克里金過程對變異性較強的礦體具有很強的平滑效應，有時并不能很好反映礦化的空間變化規律。因此本次估值擬采用距離冪次反比法。距離冪反比法是一種以搜索半徑內的組合樣與待估塊體之間距離的冪次為權重的估值方法（李章林和張夏林，2007）。組合樣距離待估塊體的距離越長，其權重越小。冪次越大，距離較近的樣品對待估礦塊的影響越大。對于層狀或似層狀銅礦屬性的估值一般采用距離平方反比法。

表2　塊段法與距離平方反比法計算儲量對比

本次品位賦值的搜索半徑采用生產探礦基本網度60m的整數倍，分別為60m、120m以及240m。由于目前礦區的勘探程度較高，采用這三個網度便可完成所有礦塊的賦值。搜索橢球體的方位根據礦體產狀確定，主軸方位角230°，傾角35°；次軸方位角140°，傾角0°；短軸與主、次軸垂直，主軸：次軸：短軸為6∶5∶1。

3.2 資源儲量報告

采用塊體模型估算的I1礦體和I3礦體儲量（表2）分別為79671.95t和112961.88t，跟塊段法計算的儲量相比，I1礦體增加了8%，I3礦體則減少了2.7%。總體上與塊段法估算結果相差不大，可以與塊段法結果相互印證，說明資源量的估算結果是比較可靠的。兩個結果的差別與估算方法本身、選用的參數以及礦體的厚度、品位分布都有關系。與地質可靠程度相比，這種誤差還是可以接受的。

圖5 I1礦體Cu品位-噸位曲線

圖6 I1礦體各中段儲量變化

4 礦化分布規律及找礦預測

利用塊體模型可以導出不同的品位或高程區間的儲量，并且可以根據品位屬性為塊體模型著色，可以精確反映空間的礦化分布規律，為找礦預測提供線索。以I1礦體為例，通過塊體模型導出各邊界品位之上的儲量與平均品位，并繪制I1礦體的品位-噸位曲線（圖5）。從曲線可以看出，5%以上品位的儲量僅為10265t，僅占I1總儲量的12.9%。而1%以下品位僅為676t，僅占總儲量的極小一部分。主要的儲量都集中于1%～5%的品位區間，這一部分儲量應作為重點的開采對象。從I1礦體各中段的儲量（圖6）來看，2950中段以上的各中段儲量相差不大，但最下方2900中段的儲量比其他中段高出50%以上。

I1礦體走向320°，具有明顯的南西-北東向側伏的特征，側伏角55°左右。礦體的南、北邊界已基本控制，而沿側伏方向的南西和北東方向并未圈邊。從塊體模型（圖7）可以看出，I1礦體的礦化沿側伏方向往深部和淺部均具有富集的趨勢。而儲量較高的2900中段對應于南西部的礦化富集區域。因此今后的找礦工作應當重點在這兩個方向上推進。

圖7 I1礦體塊體模型圖

5 結論

1）傳統的建模方法不適用于黑牛洞銅礦礦體模型的構建，利用底、頂板等高線可以建立較為精確的礦體模型，滿足儲量計算要求。

2）采用小塊體的塊體模型能夠提升儲量計算的精度，在采用距離平方反比法進行礦塊估值時，應采用勘查網度的整數倍多次賦值。

3）利用軟件自動計算的儲量與塊段法估算結果相差不大，表明該方法非常可靠。品位-噸位曲線中顯示I1礦體儲量主要集中在1%～5%的品位區間內，這一部分儲量應作為以后的重要開采對象。

4）塊體品位估值結果能夠很好反映礦化分布規律。I1礦體礦化沿側伏方向往深部和均有富集的趨勢，今后的找礦工作應當重點在這兩個方向上推進。

代堰锫，張惠華，朱玉娣，沈戰武，李同柱，馬東．2016．揚子陸塊西緣江浪穹隆及“里伍式”富銅礦床研究進展與問題[J]．地球科學與環境學報，38(1)：66-78．

毛藝，肖淵甫，王夢瀟．2020．四川省九龍縣黑牛洞銅礦控礦構造特征與成礦關系研究[J]．四川地質學報，40(02)：222-224．

阮詩昆．2017．基于Surpac的紫金山金銅礦床三維地質建模[J]．地質學刊，41(3)：421-427．

堅潤堂，楊帆，王巖梅．2015．西藏白容-崗講銅（鉬）礦三維地質建模及儲量估算[J]．金屬礦山，471：95-99．

王亞飛，盧樹東，劉國榮，杜海超，王全樂．2016．基于地質統計學的吉爾吉斯斯坦庫魯銅金礦三維地質建模[J]．地質找礦論叢，31(2)：303-308．

唐高林，張惠華，代堰锫，李同柱，王昌南，嚴利偉．2016．川西江浪穹隆核部里伍巖群變質巖的地球化學特征及成巖構造背景[J]．礦物巖石，36(1)：41-47．

馬國桃，馬東方，高大發，汪明杰，李建忠，姚鵬，祝向平，陳敏華，梁鯨．2010．四川九龍黑牛洞銅鋅礦床地質特征及成因探討[J]．沉積與特提斯地質，30(2)：84-90．

嚴利偉，唐高林．2014．薄層狀礦體三維地質模型的快速構建方法[J]．現代礦業，544：77-78．

馮超東，楊鵬，胡乃聯．2007．克立格法在SURPAC軟件中的實現及應用[J]．金屬礦山，370：55-58．

邢紅星，琚太忠，林建陽．1997．普通克里格法在礦產儲量計算中的應用[J]．地質與勘探，33(4)：46-51．

李章林，張夏林．2007．距離平方反比法礦產資源儲量計算模塊設計與實現[J]．地質與勘探，43(6)：92-97．

Three-Dimensional Model Construction and Reserves Estimation of the Heiniudong Cu Orebodies Based On Surpac

YAN Li-wei1,2TANG Gao-lin1YU Xiang-long2YANG Guang-yuan2LIANG Jing2

(1-Sichuan Liwu Copper Mining Co., Ltd., Chengdu 610091; 2-Sichuan Jinboli Geological Exploration Co., Ltd., Chengdu 610091)

The Jianglang dome is located on the western margin of the Yangtze Block, and is well known for the occurrence of the “Liwu-type” Cu deposits. The Heiniudong Cu deposits as a medium-sized Cu-Zn deposit is situated in the southwestern wing of the Jianglang dome. This article deals with its geological features and orebody distribution. A geological database is constructed by means of the borehole data acquired in the supplementary and production exploration. Models of two major orebodies are established on the basis of geological data on different levels. Grade of ore blocks is calculated by IDW method. The reserve is calculated by block method and block model, respectively. The block model illustrates the spatial distribution of Cu mineralization which provides clues for further exploration.

geological database; orebody model; resource estimation; Surpac; grade-tonnage curve; Heiniudong Cu deposit

2020-06-12

嚴利偉（1987—），男，江蘇南京人，碩士，職稱，主要從事礦產勘查工作

P618.41

A

1006-0995（2021）02-0338-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.032