江西省石城楂山里礦山三維地質建模及儲量估算對比研究

陳再威，葉東旭，闕興華，鄧以超，鐘建國

（江西省地質局贛南地質調查大隊，江西 贛州 341000）

由于傳統方法儲量估算的繁瑣，現有3DMine軟件可使用距離冪次反比法進行儲量估算，3DMine軟件是國內較為成熟、使用廣泛的礦產建模軟件之一，可進行礦山地質數據庫建立、三維礦體建模和地質儲量估算等。本文將利用3DMine軟件對江西省石城楂山里礦區礦體建立三維模型并進行距離冪次反比法資源儲量估算，并將估算結果與傳統地質塊段法進行對比研究，為今后礦山技術創新發展提供幫助。

1 礦區地質概況

石城楂山里礦區內地層較為簡單，僅有南華系萬源巖組、白堊系茅店組和第四系聯圩組地層出露（圖1）。

圖1 石城楂山里礦區區域地質礦產簡圖

1.1 南華系萬源巖組（Nh1w）

出露于礦區東部，為一套中深變質巖系。

1.2 白堊系上統茅店組（K2m）

主要出露于礦區西部，呈傾向北北東向的單斜狀與下部變質巖呈斷層接觸。

1.3 第四系全新統聯圩組（Qhl）

主要分布于區內溪流兩側及山間溝谷低洼處，為松散的沖積物，其上部巖性為淺黃色、紅色、淺灰色粘土、亞粘土，下部巖性為淺黃白色砂、礫石層。

石城楂山里礦區區內構造以斷裂構造為主，主要有F1近南北向、F2北東向兩組斷裂構造，其中F1不僅為本區 礦的導礦和主要的容礦構造，同時也是本區地熱水的控熱和儲水、導水構造；F2構造為F1的次級構造。

1.4 F1近南北向斷裂構造帶

出露于礦區中部，構造產狀總體較穩定，呈近南北向350～15°左右展布，局部膨脹收縮，略具“S”展布特點，由南往北貫穿礦區，延伸長度大于1km，寬度 1m～20m，傾向260°～285°，傾角一般為75°～85°。

1.5 F2北東向斷裂構造帶

出露于礦區的中東部，長約220m，寬0.3m～1.8m，傾向325°，傾角60°～70°，南西端在走向和傾向上均歸并于近南北向斷裂（F1），以強烈硅化和大量網脈狀硅質脈體充填為特征，構造巖以構造角礫巖、碎斑巖、碎裂巖為主，硅質膠結。

2 石城楂山里礦區的礦體特征

石城楂山里礦區主要有五條礦體，分別為V1、V2、V3、V4和V5號礦體，其中V1、V2為區內主礦體。礦體嚴格受斷裂破碎帶控制，沿斷裂裂隙呈似層狀、不規則透鏡狀和豆莢狀等不同形態產出。礦體產狀與控礦、賦礦斷裂的產狀基本一致，并隨斷層產狀變化而變化（圖2）。礦體與圍巖接觸界線較清晰，形態較為規則，沿走向和傾向有脹縮現象，表現為舒緩波狀。礦體主要分布在1～18線的-600m標高以上，并呈現出由南往北側伏產布的特點（圖3）。

圖2 石城縣楂山里礦體中段平面圖

圖3 礦體垂直縱投影示意圖

區內主要礦體為似層狀、透鏡狀，礦體形態為中等，有用組分分布較均勻，礦體產狀和厚度的變化明顯受破碎帶形態制約。

3 礦體三維建模

3.1 建立鉆孔數據庫

用戶可利用3DMine軟件創建數據庫，將地質數據導入到數據庫中；通過3DMine軟件將數字形式的勘探資料用三維圖形的形態來管理和利用。數據庫的基本要素為表和字段，一個數據庫由若干表組成，每個表中各個字段有其對應的數據格式，這些表和字段都要與實際的數據相匹配。建立鉆孔數據庫之前，需要把基礎的地質資料準備齊全，要確保數據的準確性。對于三維建模來說，建立鉆孔數據庫這一步十分重要，直接影響到三維礦體的空間形態特征和儲量計算。本次數據錄入鉆孔數據庫的時候需要兩個必備的表格，一是定位表，定位表的作用主要是錄入鉆孔等地質工程的坐標及相關的基本信息。字段內容主要為工程號、開孔坐標、最大孔深、軌跡類型，可通過右鍵編輯表來增加其他字段信息（開終孔日期，勘探線號）等（表1），還有坑道、探槽等工程建立相關信息。

表1 定位表

二是測斜表，測斜表的作用主要是錄入工程號、鉆孔進尺、傾向方位和傾斜程度等相關信息(表2) 。字段內容主要為工程號、深度、方位角、傾角等（注意在傾角錄入時，一般為負值）。

表2 測斜表

除了以為兩個必須的表格外，在3D Mine軟件中還可以右鍵添加巖性表，化學分析表。巖性表的作用主要是錄入描述巖性及含礦程度等相關信息。字段主要含有工程號、從、至、層厚、層序及巖性名稱等。化驗表的作用主要是錄入鉆孔所采氟礦體樣的化驗分析結果等信息，為組合樣生成以及之后的礦體品位賦值提供數值。字段內容主要包含工程號、從、至、樣號、樣長、氟元素化驗結果值等。

在導入鉆孔數據庫之后，可以通過右鍵點擊顯示鉆孔數據庫來對三維鉆孔來進行空間顯示。可設置顯示鉆孔軌跡、孔口孔底、圖案、文字、品位曲線、品位組合、深度標記、巖性產狀。如果鉆孔數量過多，可通過鉆孔約束功能來約束顯示鉆孔數量。下圖4為三維鉆孔空間顯示，圖中可直觀顯示地質信息，通過樣品品位信息組合樣品點，根據地質帶約束方式提取樣品點。根據三維鉆孔空間品位信息，利用創建三維多線段方式連接同一勘探線不同鉆孔的高品位樣品點來圈定礦體閉合線，為后期的實體模型建立做準備。

圖4 三維鉆孔空間顯示

3.2 建立表面模型

表面模型用來描述地形，斷層和表面，一般由若干點或線連成相鄰的三角面，形成上下不漏氣的面。

建立表面模型，首先需要將地形圖導入到軟件中，導入之后將地形的線進行清理查錯，通過工具欄里的清理查錯功能，清理地形線中冗余對象、重復壓蓋線條和釘子角，確保在線賦高程時沒有錯誤。在清理完成之后，通過線賦高程的功能把處于平面的地形圖轉成數字地形模型。利用表面模型菜單里的生成DTM功能把地形圖生成DTM面（圖5）。

圖5 石城楂山里表面模型

3.3 建立實體模型

實體模型是一個三維的數據三角網，是用來描述三維空間的物體，是3DMine三維模型的基礎。實體是一個封閉的面，不同于DTM，它內外之分。

實體模型是由一系列在線上的點連成內外不透氣的三角網，三角網由一系列相鄰的三角面構成，由這些三角面包裹成內外不透氣的實體。這些三角網在平面視圖上肯定有交疊，但在三維空間中，任何兩個三角面之間不能有交叉、重疊，任何一個三角面的邊必須有相鄰的三角面，任何三角面的三個頂點必須依附在有效的點上，否則實體是開放的或無效的。

本次石城楂山里礦區礦體實體在建立實體模型前，要先設置好連接參數。在連接參數里有個使用分區連接的選項，在我們遇到復雜的礦體時需要勾選，在實體工具欄里中使用分區連接功能可以更好連接分支復合的礦體。然后利用鉆孔中圈定礦體閉合線連接三角網，根據同一礦體的閉合線通過閉合線之間連接三角網和閉合線線內連接三角網的功能實現實體模型建立，在連接過程中，可以根據礦體的實際特征添加輔助線和分區線，讓實體模型更接近真實情況。需要外推的礦體可以利用實體連接三角網菜單中的擴展外推線/體功能外推，根據礦體具體情況尖推或平推。

3.4 建立塊體模型及賦值

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。

創建塊體模型及賦值時需要明確的幾個概念：①塊體空間范圍；②塊體尺寸；③次級模塊；④約束條件；⑤估值方法。本次創建石城楂山里礦區礦體的塊體模型時塊體尺寸選擇（x,y,z=10,10,5），次級模塊尺寸選擇塊體的一半，塊體模型建立后，需對空白塊體進行實體約束和表面約束，使其在三維空間上更接近真實礦體。

本次塊體賦值時使用單一賦值法對類型，比重進行賦值，CaF2品位選用距離冪次反比法進行賦值。距離冪次反比法具體步驟為：先打開樣品點文件（鉆孔數據庫中提取的樣品點），然后確定賦值字段及對應屬性、寫入塊體的值、冪次、搜索橢球體參數、次分塊估值尺寸、樣品參數，最后選擇實體約束和表面約束功能來約束塊體。成功賦值后，可選擇塊體報告輸出（表3）。

表3 石城縣楂山里塊體報告

4 資源儲量對比研究分析

通過兩種儲量估算方法的結果對比可知（表4），三維建模距離冪次反比法相對于傳統地質塊段法儲量估算結果CaF2量相對誤差為8%，誤差均在允許范圍內，表明本次采用三維建模距離冪次反比法估算的礦產資源儲量是合理的、可靠的。存在誤差的原因主要是資源儲量方法不同，賦值方法與原理的不同，讓CaF2品位出現不同的結果。由于礦體實體建模時未利用地表探槽、淺井及平硐數據，使得實體建模時礦體實體連接需平推地表位置，可能會使礦體實體難控制真實的量。而局部鉆孔工程控制不足，個別礦體僅由單剖面控制，也會使礦體實體難控制真實的量。另一方面就是提取組合樣品點時未細分工業品位和低品位，雖然在這提取組合樣品點過程中，也對組合樣品點進行了實體約束等操作，也避免不了個別低品位混入，造成了賦值塊體時CaF2平均品位有所下降，最終資源儲量估算也相對偏小。

表4 石城縣楂山里儲量對比

5 結語

3DMine軟件利用石城楂山里礦區鉆孔數據、地形地質圖、勘探線剖面圖等資料，創建鉆孔數據庫、表面模型、實體模型、塊體模型，并利用距離冪次反比對建立三維塊體模型進行估值，實現了三維礦體的儲量計算，相對于傳統地質塊段法計算更為簡便，也更直觀。改變了礦山的傳統儲量計算模型，對礦山進一步建設具有重要意義。