基于AUTOCAD的礦體三維建模及資源量估算研究
——以道真縣巖坪鋁土礦區為例

孫澤玉

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局地質礦產勘查院，貴州 貴陽 550002）

在傳統的地質勘查工作中，各類基礎工作通常基于二維平面圖進行表達。隨著計算機硬件性能的不斷提升和各類制圖軟件對三維建模功能的逐漸完善，構建三維地質模型并利用其開展相關工作和研究也是可行之舉。與傳統的二維地質數據相比，三維建模可以形象、準確地再現地質體的空間構型，更加全面地對地質體進行表達[1]。本文旨在以常見的工程制圖軟件AUTOCAD 為基礎，對道真縣巖坪鋁土礦區開展研究，構建有關礦體的空間三維模型，實現礦體結構空間化，并利用空間數據統計進行礦產資源儲量估算，與傳統儲量估算中的幾何法進行對比。

1 區域地質概況

本次研究的道真縣巖坪鋁土礦區位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳崗NNE向構造變形區，屬遵義斷拱NE部的四級構造單元。區內褶皺發育，以隔槽式褶皺為特征。復向斜狹窄呈緊密槽狀，寬約10km；復背斜寬闊呈舒緩箱狀，寬30km左右。向斜軸部多保留有三疊系，背斜核部常由寒武系組成，奧陶系、志留系、二疊系沿褶皺翼部呈環狀分布。復向斜中常見地層倒轉現象，延伸較長的走向沖斷層發育。SN向復背斜上常疊加NE或NNE向的褶皺[2-5]。

2 礦區地質特征

礦區及其附近出露地層有志留系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系。自下而上有中—下志留統韓家店群（S1-2Hj）：主要為灰、灰綠、黃綠、紫紅等雜色薄層粘土巖、鈣質頁巖、鈣質粉砂巖、泥質粉砂巖等；上石炭統黃龍組（C2hn）：主要為淺灰、灰白色微晶—細晶灰巖；中二疊統梁山組（P2l）：主要為炭質泥巖深灰—淺灰色薄層鋁土巖、鋁土質粘土巖、石英砂巖及鋁土礦等；中二疊統棲霞組（P2q）：主要為淺灰至深灰色細晶—泥晶灰巖和炭質泥巖，底部炭質泥灰巖中常見半自型粒狀黃鐵礦；中二疊統茅口組（P2m）：主要為淺灰—深灰色細晶—泥晶灰巖和炭質泥巖；上二疊統吳家坪組（P3w）：主要為灰、深灰、灰黑色含硅質灰巖、泥頁巖、粘土巖等；上二疊統長興組（P3c）：主要為灰、深灰色含硅質泥晶灰巖等；下三疊統夜郎組（T1y）：淺灰色灰巖、泥灰巖及黃色、黃褐色、黃綠色泥巖、粉砂質泥巖、頁巖等。

礦區位于大塘向斜南部轉折端，向斜軸從礦區東部邊界經過，礦區范圍內軸長約9km，軸向NNE；礦區大部分范圍位于向斜西翼，地層產狀較緩。根據鉆探工程資料，控制該礦區的褶皺構造為走向NNE向的大塘向斜，斷裂構造主要呈NNE-NE向，斷裂不甚發育且斷面產狀多較平緩，主要對礦區含礦巖系進行破壞，造成部分地段含礦巖系缺失或礦體橫向上的不連續[6-11]（圖1）。

圖1 礦區地質圖

3 礦體特征

本區礦體產于呈NE-SW向展布的大塘向斜西翼南部轉折端，中二疊統梁山組（P2l）含鋁巖系中上部，分布于礦區邊部及中部，礦體呈層狀、似層狀產出，產狀與地層產狀基本一致，除Ⅱ號、Ⅳ號礦體呈港灣狀形態稍不規則外，其余礦體總體形態簡單完整。

本文以Ⅳ號礦體建立三維模型，并進行資源量估算。Ⅳ號礦體走向314°，走向長約2200m、控制的最大延伸406m，總體傾向南東，平均傾角約14°，賦礦標高680～1260m，礦體平均厚度1.07m，Al2O3平均品位59.26%，礦石類型以灰—深灰色致密狀鋁土礦為主，其次為土狀及碎屑狀，局部含豆鮞狀。以往野外地質工作中，共按照不同礦石類型和品級采取了64件小體重樣，體重測試結果在3.22～2.50t/m3之間，一般情況下，礦石品位越高體積質量就越低，主要體現在土狀、半土狀礦石的品位較高。由于礦體不能按礦石類型單獨圈出，因此取平均體重值2.72t/m3進行儲量估算。

4 構建礦體三維模型

4.1 方法選擇

通過AUTOCAD建立三維地質模型的方法很多，有通過現有的勘探線剖面圖或礦區平剖面圖獲取地質體截面，利用AUTOCAD“放樣”命令進行建模的；也有通過原始鉆孔數據精確繪制各個鉆孔，進行手工建模的。為準確構建空間三維模型，本次采用原始鉆孔數據進行手工建模。

4.2 資料準備

在構建礦體空間三維模型的基礎上進行資源量估算，應當至少準備有關鉆孔的孔口定位文件、鉆孔測斜文件、巖性編錄文件、樣品成分分析文件及體重分析文件。

本次采用了19 個有關IV 號礦體鉆探工程的上述資料，并額外利用資源量估算水平投影平面圖進行幾何法計算對比。所有資料均采用統一的大地坐標系。

4.3 手工建模

AUTOCAD 手工三維建模的基本方法為，通過三維多段線構建礦體的空間邊界，將各空間邊界擬合成包覆礦體的空間曲面后，生成三維實體。因此，本次建模的主要技術路線為：

（1）利用鉆探工程的原始數據，建立基于真實坐標的空間多段線，見圖2；

圖2 三維鉆探工程圖

（2）通過連接各勘探線上鉆探工程中參與資源量計算樣品的頂底板坐標點，擬合成圈定礦體的三維多段線；

（3）使用“曲面修補”或“放樣”命令將各勘探線上圈定礦體的三維多段線擬合成平滑曲面（如勘探線上參與資源量計算的僅有單個工程，則與相鄰勘探線上參與資源量計算的兩個或多個工程擬合成平滑三角曲面）；

（4）根據有限外推和無限外推原則，構建垂直于水平面的空間曲面，作為礦體外推的邊界；

（5）將圈定礦體頂底板的曲面以“曲面延伸”命令延伸至與礦體外推的邊界曲面相交，并將多余曲面用“曲面修剪”命令去除，形成封閉的曲面空間，見圖3；

圖3 封閉空間曲面圖

（6）通過“曲面造型”命令構建礦體的三維實體；

（7）根據礦體塊段的實際劃分情況，構建垂直于水平面的空間曲面，用“曲面修剪”命令將礦體切割為各塊段；

（8）對所構建的三維實體執行“干涉檢查”命令，確保各個實體沒有相交與自相交，并賦予各塊段顏色和標注，見圖4。

圖4 三維實體圖

5 資源量估算

根據已構建的Ⅳ號礦體空間三維模型，可使用AUTOCAD 中“測量體積”命令點選有關三維實體測量體積，并可通過有關鉆探工程的樣品成分分析文件和體重分析文件估算出該礦體的儲量。同時，為驗證三維模型法估算的可靠性，對Ⅳ號礦體中圈定332資源量的Ⅳ-1 和Ⅳ-2 礦體使用三角形法估算、對外推333資源量的Ⅳ-3礦體使用水平投影法估算，與三維模型法進行對比，對比結果見表1。

表1 資源量估算對比表

根據Ⅳ號礦體三維模型法與三角形法、水平投影法資源量估算的對比結果，金屬量估算誤差率均小于6%，Ⅳ號礦體金屬量估算的總體誤差率為3.6%＜5%，故認為本礦體三維建模儲量估算結果可靠。

6 結論

基于本次礦體三維建模及資源量估算的結果，本文得出以下結論：①區別于傳統的二維圖件表達方式，通過空間三維模型表達找礦成果，可以更加直觀地表達礦體形態、產狀等空間信息，有利于技術人員分析找礦成果的空間分布情況，有助于對下一步找礦方向進行預測。②通過準確建立礦體的空間三維模型，可以利用計算機實時、準確地量算礦體有關數據，還可以實時切割、增加各個塊段，更加方便靈活地對礦體進行分析。③能夠準確高效地估算資源儲量，免于繁雜的計算過程，提高工作效率與準確率。