基于Surpac 的某鉛鋅礦地質建模及儲量估算

張靖宇 ,張 龍 ,趙宗義 ,張海勝

(1.新疆大明礦業集團股份有限公司,新疆 哈密 839000;2.中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

0 引言

近年來,隨著大數據、人工智能、數字孿生、三維可視化等技術的興起,礦山行業正在經歷著深刻變革,逐漸向著數字化、智能化方向發展[1-2]。礦山地質作為礦山智能化建設中最基礎的環節,實現地質的信息化可以從源頭上為智能礦山建設提供數據支撐[3]。

地質礦產勘察中及礦山行業生產過程中,過去的資源量估算及資源儲量報告,都以二維平面圖或者二維投影圖為參考和依據,采用人工資源量估算,如塊段法、斷面法、剖面法的方式進行,而這種估算方式比較繁瑣,且精確度也有待考量,大型礦床資源量估算難度較大,工作量也較多[4-7]。如今在礦產領域里面,Surpac 軟件憑借出眾的3D 圖形功能、良好的圖形用戶界面、實用性強等特點被廣泛應用[8]。通過勘探后期的詳查數據及測量數據,利用Surpac 三維軟件對數據的前期整理,以可視化地表模型及可視化圈定的礦體及精確的礦床資源量估算,為礦山前期建設、中期實施、后期采礦發展帶來了全面的信息,也為礦山開采提供了準確和可視化模型的參考依據,其意義重大[9-11]。

本文利用Surpac 軟件通過數字化及信息化建設這一主線,采用數學計算方法對鉛鋅品位進行估值,對礦體的體積和儲量進行計算分析,確保開采的安全性、準確性、計劃的合理性的同時,將傳統的二維數據表達及二維平剖面展示變成數據庫建立分析、三維礦床形態展示、塊體數據分析、平剖面實體剪切、不同高程實體剖切,儲量的計算報告等應用,從而提高礦山企業資源利用率,極大提升礦業工程師的工作效率。

1 礦床地質情況及勘探剖面參數

礦區地理位置位于新疆地區,面積2.56 km2,絕對高程一般1 400 米左右,相對高差一般10～20 m,最大可達50 m。

礦區地層主要為中元古界薊縣系卡瓦布拉克群(Jxkw)的一套碳酸鹽建造和石炭系下統雅滿蘇組(C1y),以碳酸鹽建造和硅質板巖為主目前發現的礦化蝕變帶,經地質勘探、鉆探工程、槽探工程以Pb≥0.7%,Zn≥1%控制,目前共圈定(以鋅為主)6 個鉛鋅礦體,其中地表礦體2 個,還有4 個盲礦體,其中1 號礦體為主要礦體2～6 號為次要礦體。通過各勘探控礦的工程分析,其賦礦巖性主要為硅質板巖。礦體形態大多為似層狀及透鏡狀,部分有分枝復合的現象。礦體長度100～500 m 不等;真厚度0.81～14.61 m 不等。區內地層整體呈單斜產出,走向72°傾向153～205°,傾角63～80°。而在礦體北側跟閃長巖體接觸的部位,其地層產狀凌亂,常見有小褶皺,部分地段因為巖體侵位使巖層傾向北。

本次整理重點勘探數據為0 線～15 線,鉆探工程量為5 400 m,槽探工程為1 030 m。其中礦床剖面參數如表1 所示。

表1 礦床剖面參數表

2 礦體三維地質模型的構建

2.1 建立三維地質數據庫

應用鉛鋅礦基礎資料,根據軟件數據表格形式建立數據庫表格,其中包括孔口表、測斜表、化驗表及巖性表,地質數據庫表格包括的內容見表2。以軟件數據庫規定的(Collar table)(Survey table)、(Geology table)、(Sample table)、轉換數據表,將數據基于計算機軟件數據庫中,可以對數據庫中的樣品品位進行篩選和自由約束查看。由于資源在地質構造或各類地質因素的影響呈不規則、不穩定的存在,所以根據地質統計學需要對特高品位進行處理,使后期利用三維模型指導采礦時,數據更加準確,能夠更加合理的控制貧化。同時利用Surpac 軟件實時將對應字段進行錄入、編輯、查看、修改、更新、統計、分析、相交運算、提取等方式獲取相應的數據結果,實現新型數字化動態管理,通過圖性顯示約束加顯示風格可以將礦巖分色顯示便于分析,如圖1 所示。

表2 地質數據庫的表格結構及主要內容

圖1 鉆孔軌跡三維展示圖

2.2 建立地表模型

地表模型是前期勘探和后期生產施工的基礎,根據地表模型的建立,可以進行鉆孔地表的剖面切割,也可以更加直觀的進行地形分析,對后期基建施工有著重要的作用。應用測量地形數據,利用Surpac 基礎功能,進行碎部點導入,保存線文件,生成等高線,并生成DTm,成功建立地表模型,三維角度旋轉查看,精確查詢。在此基礎上,可以將衛星圖片進行貼圖至地表,更加直觀清晰的礦區建筑物及地形地質情況,兩種三維地直觀展示,如圖2 所示。

圖2 貼圖前(a)、后(b)三維地表視圖

2.3 剖面礦體解譯及三維礦床實體建立

(1)礦體剖面解譯

根據基礎勘探資料建立完成的數據庫,按照礦產圈定規范,以礦產邊界品位Pb≥0.5%,Zn≥0.7%,最小可采厚度≥2 m,夾石剔除厚度≥4 m 的標準進行礦體的控制和圈定(332),邊界外推按照1/4 平推或1/2 尖推的方式,即50 m 尖推資源量(333),以地表模型及地質數據庫為基礎,通過0 線至15 線勘探線,沿勘探線方向切割剖面,結合勘探資料,給相應勘探線命名不同的id 編號,以便于分類,對同一勘探線上按照不同的礦體編號進行不同的線串編號同一分類,分別對各勘探線礦體解譯線繪制和保存,形成順時針閉合線,如圖3 所示。

圖3 勘探線剖面解譯

(2)建立礦床實體模型

以勘探線剖面生成的礦體解譯線為基礎進行礦床實體模型的建立,在實體模型建立之初,根據勘探資料對礦體剖面解譯線進行邊界線控制和修正,并根據相應礦體對閉合線線串編號進行修改。其實體模型的建立基本步驟為:

①對生成的礦體解譯線進行保存,并對相應礦體對應的線串進行分類保存。

②使用等分產生多點功能,對礦體解譯線進行加點,并顯示高程。

③按照不同的礦體編號,使用Surpac 的實體模型工具進行連接,使用軟件段內工具或者三角網化工具進行三角網連接,根據礦體邊界線封閉三角網,生成礦體實體。

對礦區的6 個礦體分別進行不同規則的三角網化連接,從而生成可視化礦體實體模型,完成閉合實體模型的建立,使得三維建模結果更為合理,礦體體積計算更為準確,展示效果更為逼著,同時可按照按照圖形顯示效果可對不同礦體進行不同顏色和圖案顯示。圖4 為礦區1 號主礦體及其余礦體展示圖。

圖4 礦體實體模型

2.4 建立三維塊體模型

Surpac 塊體模型的建立是三維建模的最終成果,也是未來生產進度計劃的核心。其主要是將三維建模數據庫及三維實體進行組合運算,按照數學計算方法將礦區多種數據進行估值和賦值,其中塊體模型的精確程度來源于數據的準確性、可靠性及塊體模型本身的結構屬性。塊體模型建立的基礎是三維地表模型及礦體實體模型的建立。塊體模型建立時,先要確定塊體模型的大小,其大小的含義是三維方向的長度及高度,而范圍是根據礦區地表坐標范圍及礦體延伸長度及縱深深度來確定的,最終使塊體的空間能夠包裹礦區地表及礦體實體模型為佳。X、Y 塊尺寸一般根據勘探工程、探礦工程間距來確定,如果為生產礦山,需要綜合考慮采礦方法中涉及的各項采礦參數來確定,其中小塊尺寸都是在大塊的基礎上以倍數往上疊加,次級塊分為變量、標準、自由模式,可以根據實際需要或礦體模型來確定次級塊大小,本次鉛鋅礦礦區塊體尺寸參數如表3所示。

表3 某鉛鋅礦礦區塊體尺寸參數

根據前期建立好的數據庫,在勘探工程組合分析后,利用組合數據對塊體模型進行計算賦值,常用的方法有距離冪次法、克里格法等,本次對鉛鋅礦估算利用距離冪次反比法,估算完畢以后,可以進行圖形約束功能或者塊體約束功能進行約束,方便根據不同顏色對礦巖分類、不同品位區間分類顯示或者礦床單獨約束顯示,這樣更加直觀的對礦體的分布或者品位貧富情況有了快捷而又詳細的掌握,這種功能的強大在于避免了二維繪圖的復雜程度,減少了手工計算的工作量,并且充分利用了計算機計算功能對不同塊段進行儲量品位的快速計算和顯示,也給后期的平剖面圖繪制提供了基礎,對生產進度計劃提供了依據,為礦山的信息化管理、數字化建設提供了核心指導。圖5 為鉛鋅礦賦值后的礦體約束模型及各品位區間按照不同顏色顯示后的塊體模型。

圖5 塊體模型

3 資源儲量估算

本次儲量估算數據來源于該礦區的勘探工程,利用Surpac 軟件對礦區進行了三維地質建模,根據相關地質規范對礦床進行了圈定,將礦區資源量區分為控制的(內蘊經濟)資源量(332)及推斷的(內蘊經濟)資源量(333)。通過對比三維地表模型分析礦體分布于礦區的中南部地區,西北有少量出露,硅質板巖為主,整體走向北東,傾向南,礦體以地表出露顯示連續性良好,厚度變化不穩定。同時在地質模型中按照礦巖類別進行了賦值,并按照礦體編號、礦石品級及礦石級別通過三維地質模型進行了資源儲量報告。詳細礦區資源量明細如表4 所示。

表4 某鉛鋅礦礦區資源量明細

4 結語

礦山三維可視化地質建模是生產管理的基礎,通過Surpac 軟件及鉆孔數據,建立礦山三維模型,為礦山提供資源儲量估算和生產計劃的編制,從而提高礦產資源的利用和作業效率的提升。

(1)地質勘探工作為基礎,通過對勘探工程數據的收集和整理,運用Surpac 礦業三維軟件可以實現地質數據庫建立、構建實體模型、建立塊體模型、生成三維地質模型,同時生成可行性分析數據報告。

(2)三維模型的建立形象并且直觀的展示了礦區礦床的空間分布形態,三維角度的轉換,利于更加直觀的展示和說明礦山生產時空變化。

(3)通過空間分布、空間轉換、模型賦值、數據庫的組合分析、模型數據的科學計算,避免了人工誤差,使得地質工作過程中對成果分析更加直觀,資源儲量評定更加準確可靠,對可行性分析研究提供更有利的依據,實現了礦產行業生產和勘探工作的數字化,信息化的發展模式,更為未來進入投產建設和進度排產提供了科學依據和系統核心。