基于3Dmine軟件都龍礦區地質建模中塊體尺寸的選擇研究

楊 濤，段敬陶，張登敏

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 研究的意義

都龍礦區自2012年引入3Dmine軟件，并對礦區進行3Dmine地質建模。建模過程中，為了使各種尺寸、形態的地質實體模型內部充填的小塊體模型能夠較為精準的表現出礦體的基本信息，讓礦體的品位、礦量更趨于真實值，因此同一實體內所包含的小塊體越多，小塊體尺寸則越小，所表現的信息則越真實。當然塊體尺寸的選擇也不是小塊體越小越精細就越好用，此刻還需考慮計算機的儲存運算能力，當小塊體數量越多時，塊體模型的占用內存也會增大，塊體內存超過一定范圍，則會造成計算機運行3Dmine時出現報量、賦值及保存等卡頓死機現象。因此針對都龍礦區礦體特征及生產需求，研究選擇適合的塊體尺寸，對礦山數字化生產建設意義深遠。

2 塊體模型的概念

3Dmine地質模型包括實體模型及塊體模型，3Dmine塊體模型可以說是3Dmine地質模型的信息儲備中心，它是由無數個小塊體組成的大塊體。當前礦業軟件中引入塊體模型概念是在空間上，在一定的范圍內，確定一定尺寸的空間塊體，相對應的塊體都有一個質心點，這樣，在質心點上可以存儲所有屬性；同時，引進次級模塊的概念，則是保證礦體邊緣的塊體盡可能地與礦體界線（曲面）相一致，從而得到準確的報告值。與地質統計學相結合，是應用數學方法對品位分布進行估值，是塊體模型的重要特點之一。由于品位分布是在資源中受地質因素控制而明顯存在的，從而形成一定約束條件下的品位模型。 在資源儲量估算中，利用塊體模型可以準確地進行資源量和品級報告。

圖1 塊體模型及質心點三維展示圖

3 礦區礦體特征

都龍礦區礦床屬于接觸膠帶變質礦床，其中矽卡巖體是礦體的主要賦存巖體。礦體形態復雜、礦化不均勻、礦種變化是都龍礦區礦體的主要三大特征。其中礦體總體向南延伸，向西傾斜，傾角總體約40°，礦體規模不等，走向長一般為幾十米到200余米，最大長度達3600m；厚度一般為數米至十余米，最大厚度73m，水平寬度幾十米至300余米。同一礦體內，鋅錫銅含量差異甚大，有的地段形成富厚工業礦體，有的地段則品位較低，故礦種變化也較大，同一礦體內在不同地段礦種可能也會發生較大變化；礦體與大理巖、片巖及矽卡巖等圍巖互層，沿走向和傾斜均有膨脹收縮、分枝復合等現象，其形態有似層狀、透鏡狀、扁豆狀、囊狀、條帶狀，局部呈脈狀；礦體與礦體之間整體呈疊瓦狀展布。

圖2 都龍礦區礦體形態剖面圖（左）及三維模型圖（右）

4 塊體尺寸選擇對比實驗

在創建塊體模型時需要明確的幾個概念：①塊體空間范圍：盡可能建立的塊體模型能夠包含所有礦體以及采掘的巖石范圍，以便可以計算出礦巖量，而不僅僅是礦體范圍。②塊體尺寸：通常情況下，塊體尺寸的大小取決于礦體的類型、規模和采掘方式，例如，脈狀金礦或銅礦與層狀鐵礦的塊體尺寸是不同的，并且露天開采與地下開采方式的不同，定義的塊體尺寸也是不同的。③次級模塊：每個一定體積的長方體疊加構成了塊體模型，然而，在礦體邊緣（曲面），需要對邊緣塊體進行分割成更次一級的子塊，以期使得礦體邊緣的塊體更接近于礦體，從而保證了計算的誤差在許可范圍之內。次級模塊的分割是幾何級數進行，也不能太小。④估值方法：通常根據礦床類型和樣品數量來選擇不同的估值方法。對于詳查或勘探級別的礦山而言，數據量往往不多，一般采用距離冪次反比或最近距離法，對于詳細勘探和生產礦山來講，樣品量比較大，可以選用克里格法，但需要對數據進行分析后才能使用。⑤約束條件：塊體模型的部分空間是塊的組成部分，每一個都和一個記錄相聯，這個記錄是以空間為參照的，每個點的信息可以通過空間點來修改而并不僅僅是取決于其精確測量，空間參照就是一些額外的操作，空間操作的方式是在某個實體的內（外)、表面的上部或下部空間、可以按照塊體本身屬性的大小等邏輯操作。這樣便于計算出任意空間范圍的礦量和品位。

4.1 空塊體模型占用內存對比試驗

我們要對礦區的礦體模型建立礦體模型，首先要先建立未賦屬性的塊體模型，而塊體型的整體尺寸（空間范圍）是依據礦山開采范圍確定的固定值（如圖3），時我們需要對比的則是不同小塊體尺寸下整個塊體模型的屬性情況。

圖3 都龍礦區礦體三維塊體模型范圍形態圖

結合礦山礦體特征，這里我們選擇塊體尺寸16*16*10m（次 級 塊 體8*8*5m）8*8*5m（次 級 尺 寸4*4.2.5m）、4*4*2.5m（次級尺寸2*2.1.25m）及2*2*1.25m（次級尺寸1*1*0.63m）、1*1*0.63m（次級塊體0.5*0.5*0.31m）及0.5*0.5*0.31m（次級塊體0.25*0.25*0.15m）的6個空屬性塊體進行內存對比，通過對比數據（如表1），發現相同空間范圍內未添加塊體屬性前的不同尺寸塊體模型，在占用內存隨著塊體尺寸的的縮小而增大，當塊體尺寸縮小至1*1*0.63m后，塊體占用內存發生了一定縮小且為恒定值。

表1 不同空值塊體尺寸內存大小對比表

4.2 賦值體模型占用內存對比試驗

從表中的數據我們也可以看出數據四、五、六，雖然塊體尺寸較?。芙叹珳时憩F出礦體信息），但相比數據一、二、三，內存大小增大倍數6~10倍，若再加入塊體賦值屬性，占用內存大小將會變得非常巨大。而數據一中的次級尺寸為8*8*5m，其尺寸相比礦區最低礦石可采厚度1m也相差較大，因此數據一中的尺寸也不適合都龍礦區建模。數據二優勢在于初始內存較小，數據三初始內存比數據二大0.73倍，優勢在于其最小塊體尺寸（次級尺寸）較小，能相對精準表達礦體信息。因此數據二、三中的尺寸則成了本次建模的兩個最優選擇尺寸，到底哪個最優，則需通過增加塊體賦值屬性進行下一步對比，這里為了減少賦值的時間，我們縮小塊體空間范圍，但保證不同塊體尺寸下塊體空間范圍一致進行對比，如表2。

表2 不同空值塊體尺寸賦值后內存大小對比表

通過表2數據對比發現：對空塊體建立屬性后塊體內存擴大3～5倍，但總體內存均不超過20MB，當對建立的屬性進行礦體號、品位、經濟類型及礦種賦值之后，8*8*5m塊體內存擴大至131MB，4*4*2.5m塊體內存擴大至646MB,由此可以看出8*8*5m塊體尺寸在節約內存方面占很大優勢，4*4*2.5m塊體也僅擴大至646MB，相對計算機的處理能力，該內存也不算太大，因此還需對模型報量的精準度進行對比研究。

4.3 賦值體模型報量準確性對比試驗

不同塊體尺寸的塊體按照常理來說，都應該是尺寸越小的塊體模型越精準，但是具體能精準到什么程度，是否我們需要選擇大尺寸塊體保證計算機高速運行，還是選擇小尺寸延長一部分計算機運行時間保證報量精準？這時我們則選擇對都龍礦區具有代表性的一個薄小礦體模型進行體積報量對比試驗（如圖4），試驗結果如下表3。

圖4 都龍礦區X號礦體剖面形態及三維模型圖

經過表3數據對比發現：8*8*5m尺寸級的塊體模型報出的量與礦體實際體積相差較大，相對誤差達到62%，而4*4.2.5m尺寸級的塊體模型與實際礦體模型僅誤差-4%。因此4*4*2.5尺寸級塊體模型更能精準表現出薄小礦體的地質信息，針對大礦體則無需論證也能滿足。

表3 不同尺寸級塊體報量對比表

5 結論

礦山地質建模包含兩大模塊，一個是礦體實體建模，一個是塊體建模。而礦體實體模型所涵蓋的地質信息主要是礦體的形態特征、礦種、經濟類型等基本信息，且無法利用軟件進行系統報量，諸如礦石的品位、礦區的儲量級別、境界范圍圍巖量（礦石量）則必須通過塊體模型進行保量。塊體模型在都龍礦區已經作為重要生產指導規劃的技術文件，而將塊體文件所涵蓋的信息合理的精細化、準確化則是提高礦山生產技術的重要舉措。

通過一定量的實驗數據表明，都龍礦區選擇塊體尺寸4*4*2.5m（次級塊體尺寸2*2*1.25m）的塊體模型進行賦值建模具有較高性價比，既保證3Dmine塊體文件在軟件中能正常運行，又能保證塊體文件所涵蓋信息的準確性。本文通過此次對塊體建模尺寸進行優化研究，也為公司數字化礦山建設提供一定的參考依據。