坦桑尼亞納欽圭阿石墨礦三維礦體建模及資源量估算對比*

杜菊民 景永波 陳 誠 陳春生，2 孫 晨 周 傲

（1.江蘇省地質工程有限公司；2.江蘇省地質礦產調查研究所）

近年來，隨著技術的發展，三維地質建模在成礦預測、礦產勘查、資源量估算、數字礦山建設等方面得到了廣泛應用［1-4］。近年來，坦桑尼亞境內發現了一系列大型、超大型晶質石墨礦［5-6］，納欽圭阿石墨礦即為其中之一。依據現行一般工業指標，采用傳統的垂直斷面法對該石墨礦進行資源量估算，地質工作成果均為平面圖形展示。本次研究基于地形測量、地質填圖、工程點測量、槽探及鉆探數據，建立了礦區的三維地質模型和塊體模型，并對不同方法估算的資源量進行了對比分析，以期更好地研究礦體空間形態特征、估算資源量，為后期開發利用提供基礎。

1 礦床地質概況

礦區內地層主要有斜長角閃片麻巖巖組和黑云斜長片麻巖巖組。礦區分為南北2個礦段，共發育工業礦體17條。南礦段礦體露頭發育，主礦體賦存于含石墨黑云斜長片麻巖中。北礦段覆蓋3~15 m厚的第四系，主礦體賦存于石墨片巖中。礦體與圍巖呈漸變關系，呈層狀產出。全礦區估算推斷的石墨礦石量為4 080.33萬t，石墨礦物量為165.10萬t，平均品位為4.05%。南礦段石墨礦物量為112.28萬t，平均品位為4.15%；北礦段石墨礦物量為52.81萬t，平均品位為3.84%。

2 三維地質建模

傳統地質工作將三維的地質信息進行二維投影，制作各類平面圖件，滿足一般地質工作要求，但存在三維空間信息表達能力不足，難以實現數據的動態更新等缺點。礦區三維地質模型的建立和模擬，可以對礦體的空間分布有更直觀的認識，更準確地估算資源量，為后期礦山勘查、開采設計、資源量動態管理、礦山數據化建設等方面工作提供基礎［7-8］。

本次建模過程基于國產三維地質軟件3DMine平臺，基本流程是先建立礦區的地表DTM模型、地層地表模型，準確掌握礦區地層走向特征；再建立鉆孔數據庫，手工或自動圈定礦體輪廓線；通過輪廓線連接或外推三角網，構建礦體三維實體模型；通過鉆孔數據庫，生成組合樣品點；最后建立礦體塊體模型，創建搜索橢球體，通過距離冪次反比法對塊體進行賦值，進行資源量估算。

2.1 地表DTM模型

數字地面模型簡稱DTM模型，由一系列點或線聯接成不封閉的三角面，形象模擬了礦區的地形特征，也可以用來模擬斷層等構造，是后期建模的基礎之一。利用礦區地形測量數據，如等高線數據，通過工具菜單中的屬性數學計算，將高程數據賦給等值線屬性Z值，利用表面菜單中的生成DTM表面功能，即可生成礦區的地表DTM模型（圖1）。

2.2 地層表面模型

地層表面模型可以直觀顯示各套地層在地表的展布。平面的地質界線或者地質區文件導入軟件，通過表面菜單中的閉合線裁剪DTM功能，或者DTM分離表面功能，即可生成地層表面模型（圖2）。

2.3 地質數據庫建立

地質數據庫用于存儲、管理各類探礦工程及相關分析測試數據，不同的三維地質建模平臺有不同的格式要求［9-10］。本次工作基于3DMine軟件要求，整理了定位表、測斜表、巖性表和分析表，導入地質屬性數據庫。探槽可以作為特殊形式的鉆孔錄入。定位表包括工程的孔口位置、深度、類型等信息；測斜表記錄工程的測斜信息；巖性表記錄沿工程的巖性變化，分析表記錄樣品分析測試結果。本次研究共整理13個鉆孔及探槽、1 025件化學分析樣品數據。通過個性化顯示，展示沿孔跡線的巖性、品位等信息，有助于礦體形態的理解，圈定礦體或礦化域輪廓（圖3）。

2.4 礦體輪廓線圈定

根據鉆孔品位數據，結合地層、巖性、構造以及礦體產狀等地質特征，首先在鉆孔菜單下，通過手工或品位約束圈定符合一般工業指標要求的礦體截面，再在剖面模式下，依據實際的勘探線網度及外推準則，圈定剖面上的礦體、夾石的輪廓線（圖4）。

2.5 實體模型創建

實體模型是一組封閉、中空的三角網，用來描述物體在三維空間中的輪廓，具有固定的體積。礦體的三維實體模型可以直觀的展示礦體的空間分布形態，檢驗礦體圈定的合理性。通過實體工具，連接或外推各剖面上的礦體輪廓線，可生成礦體實體模型。納欽圭阿石墨礦南礦段礦體三維實體模型見圖5。

3 距離冪次反比法估算

納欽圭阿石墨礦體呈層狀產出，工程間距大，樣品數量少，因此采用距離冪次反比法進行資源量估算，即按照距離越近權值越大的原則估計空間樣品品位，再通過塊體約束等方式進行資源量估算。

3.1 組合樣品

樣品組合是將空間上長度不等的樣品量化到等長的離散點，以保證參數統計的無偏估計。基于建立好的地質數據庫，先按原樣長度提取樣品數據，并進行基本統計，確定代表性樣長、處理特高品位等。本研究按照2 m的樣長進行樣品組合，可以得到組合樣品空間分布的線文件，在資源量估算時調用。

3.2 創建塊體模型

塊體模型又稱為塊模型或品位模型，即根據礦體的空間形態，按一定的塊體尺寸將礦體實體模型的空間區域劃分為一系列小塊體，塊體模型屬性記錄在塊體質心點上，可以添加礦巖類型、礦種、品位、體積質量、資源類別等屬性。塊體尺寸的選定取決于礦體的類型、規模和采掘方式。本次研究設置塊體尺寸為10 m×10 m×2 m，次級模塊大小為5 m×5 m×1 m，塊體尺寸越小，估算越精細，計算量越大（圖6）。

3.3 估值參數設置

因為石墨礦品位變化系數小，因此距離冪次反比法進行估值時冪次選為2次。搜索橢球體參數設置中，主軸搜索半徑一般設為剖面上最小工程間距的2~3倍，主軸方位角即礦體走向，主軸傾伏角指礦體傾伏角度；主軸/次軸比為礦體走向長度與傾向寬度之比，主軸/短軸比為礦體長度與厚度之比。本次研究采用的估值參數見表1。

?

搜索橢球體形態需與礦體形態一致，才能正確進行品位估值（圖7）。第一次估值不一定能將全部塊體估值，需調整參數進行多次估值，如成倍放大搜索半徑、減少最少樣品數等，直到礦體內部所有塊體估值完成。

?

3.4 資源量報告

在塊體估值完成后，可以方便地進行資源量管理、礦體品位區間分布展示。通過塊體菜單的報告功能，采用不同的條件約束，可以生成多種需求的報告，如不同實體、閉合線臺階、噸位品位分布圖等。以礦區南礦段I1主礦體為例，其不同中段資源量及品位見表2，礦體塊體模型據品位著色效果見圖8。

4 估算結果對比

對比研究距離冪次反比法、傳統垂直斷面法及基于三維模型的垂直斷面法3種不同估算方法在礦體的體積、品位、資源量方面的差別。以I1主礦體為例，其結果見表3。礦石量方面，傳統剖面法使用公式計算的體積為近似值，而三維軟件計算的體積更為精確［11］，而距離冪次反比法與三維實體模型計算出的體積差異來源于邊部塊體的劃分。品位估值方面，距離冪次反比法估算的平均品位與傳統剖面法相對誤差為-7.81%，這是由于傳統剖面法用單工程、面積、體積加權平均而來的品位替代整個塊段的品位，而沒有考慮品位在空間距離上的變化。礦物量方面，距離冪次反比法與傳統剖面法估算結果相對誤差為-3.64%，顯示了較好的一致性。

?

5 結論

根據納欽圭阿石墨礦的地形地質圖、鉆孔測斜、分析測試等數據，基于3DMine軟件平臺，構建了該礦的地表模型、地層表面模型、礦體實體模型及鉆孔數據庫，直觀、準確地展示了礦體的空間形態特征。在礦體實體模型和鉆孔數據的基礎上，建立了塊體模型，采用距離冪次反比法進行品位估值和資源量估算。

距離冪次反比法資源量估算結果與垂直斷面法相對誤差較小，表明模型估算結果較為可靠。通過模型約束功能，可以快速實現不同空間、品位區間資源量的自動化估算。三維地質模型的建立，為礦山的進一步勘查、開采、資源量動態管理及數字化礦山建設提供了高效、科學的應用基礎。