M icrom ine軟件在礦床三維建模及資源量估算中的應(yīng)用
——以喀麥隆洛比鐵礦為例

王會(huì)敏，孔繁輝，宋啟龍

（華北有色工程勘察院有限公司，石家莊 050021）

M icrom ine軟件在礦床三維建模及資源量估算中的應(yīng)用
——以喀麥隆洛比鐵礦為例

王會(huì)敏，孔繁輝，宋啟龍

（華北有色工程勘察院有限公司，石家莊 050021）

以喀麥隆洛比鐵礦為例，運(yùn)用Micromine三維礦山軟件的三維顯示功能，對(duì)礦體進(jìn)行了三維立體展示，直觀地顯示了該礦體的空間分布特征。在此基礎(chǔ)上，分別運(yùn)用Micromine軟件的距離反比加權(quán)法和封閉多面體法進(jìn)行了資源量的估算，并與傳統(tǒng)方法（塊段法）儲(chǔ)量估算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，三者相對(duì)誤差較小，為0.03%和6.75%，符合規(guī)范要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了Micromine軟件在礦山資源量預(yù)測(cè)中的可靠性。

Micromine三維建模；資源量估算；距離反比法；喀麥隆洛比鐵礦

傳統(tǒng)方法中，地質(zhì)勘探成果主要通過二維平面圖和剖面圖來表達(dá)地質(zhì)體[1]，無論紙質(zhì)圖件還是電腦繪圖都存在數(shù)據(jù)更新困難，表達(dá)不形象、不直觀等缺點(diǎn)。三維立體建模技術(shù)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，并在近幾年逐漸發(fā)展成熟。它具有形象、直觀、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)、豐富等特點(diǎn)[2]。而且數(shù)據(jù)的地質(zhì)體的展示完全依托于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的管理，極大地提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和更新速度。Micromine軟件就是三維礦山建模及儲(chǔ)量計(jì)算的比較成熟的一款軟件[3-9]。

本文基于Micromine軟件，對(duì)喀麥隆洛比鐵礦進(jìn)行三維礦體建模實(shí)踐研究分析，建立了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造礦體三維可視化模型，并運(yùn)用軟件中的距離反比法實(shí)現(xiàn)了對(duì)該鐵礦的資源儲(chǔ)量估算。利用軟件的距離反比法及封閉多面體法計(jì)算該鐵礦資源儲(chǔ)量，與傳統(tǒng)方法（塊段法）資源儲(chǔ)量對(duì)比，檢驗(yàn)Micromine軟件在資源量預(yù)測(cè)中的可靠性。

1 礦體特征及圈定原則

1.1 礦體特征

洛比鐵礦成礦帶位于喀麥隆西南部太古宙古老變質(zhì)巖系當(dāng)中，區(qū)域構(gòu)造線北東向，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，構(gòu)造以褶皺為主，斷裂構(gòu)造較簡(jiǎn)單。區(qū)域褶皺構(gòu)造呈現(xiàn)為一向兩背。該帶位于區(qū)域一向兩背東側(cè)背斜西翼，長(zhǎng)約36～48 km，寬約1 km（圖1）。

洛比鐵礦屬火山沉積變質(zhì)型鐵礦床，即鞍山式鐵礦床。礦體賦存于太古宙瑪姆爾斯變質(zhì)巖系中，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦石類型以磁鐵石英巖為主，赤褐鐵礦次之，磁鐵礦呈細(xì)粒狀、條帶狀、條紋狀、片麻狀，與長(zhǎng)英質(zhì)細(xì)粒微條帶相間排列。礦體圍巖為黑云片麻巖、角閃片麻巖?？溌÷灞鹊V區(qū)主礦體呈北北東-南南西向展布，走向近北東向28°。主體西傾呈單斜構(gòu)造，傾角約為5～33°。南北長(zhǎng)約6.0 km，東西寬約462.5m，礦層平均真厚度60.76 m。根據(jù)《鐵、錳、鉻礦地質(zhì)勘查規(guī)范》mFe/TFe比值及mFe/（TFe-siFe-sFe-cFe）的比值大小劃分原則，礦體頂部凡厚度大于2 m，TFe品位大于等于25%，mFe/TFe比值大于85%劃分為磁鐵礦石。

資源儲(chǔ)量估算工業(yè)指標(biāo)，磁鐵礦邊界品位：全鐵（TFe）≥20%，工業(yè)品位：全鐵（TFe）≥25%。因本礦山為大型露采鐵礦山，本次詳查礦石最小可采厚度2 m，夾石剔除厚度≥2 m。

1.2 礦體圈定原則

（1）有限外推

剖面上兩相鄰工程一個(gè)見礦，另一個(gè)未見到相對(duì)應(yīng)的礦體，則按有限外推連圖，即按兩工程間距（工程間距指礦體底板連線或其延伸方向線距離，下同）的二分之一尖推。

（2）無限外推

圖1 洛比鐵礦區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regiona lgeo logica lmap o f lobi iron deposit

圖2 資源儲(chǔ)量估算工作流程圖Fig.2 Flow chart o f resource reserves estimation

見礦工程之外無工程控制時(shí)，由見礦工程沿走向和傾向上向外平推勘探網(wǎng)度的四分之一（100 m）作為礦體邊界；此時(shí)若端部工程為單工程見礦，則外推的礦體邊界為線尖滅，若端部工程為多工程見礦，則外推的礦體邊界為面尖滅。

（3）夾石外推

有限外推為按兩相鄰工程間距的一半尖推，無限外推為平推勘查網(wǎng)度的四分之一。

2 三維礦體建模

2.1 技術(shù)路線

資源儲(chǔ)量估算工作流程圖見圖2。

2.2 資源儲(chǔ)量估算的一般過程和方法的選擇及依據(jù)

2.2.1 地表DTM

地表DTM的生成主要有以下兩種方式，一是直接將測(cè)量點(diǎn)的原始RTK數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MIcromine里面，另一種方法是直接導(dǎo)入AutoCAD或其他常用繪圖軟件格式的具有高程屬性文件。本文利用已有AutoCAD的線文件導(dǎo)入到Micromine中，再依據(jù)高程值由小到大的順序，賦予地表由藍(lán)到紅的顏色，以三維立體的方式從顏色上直觀地顯示出地表的高低起伏。不用的顏色代表了不同的高程值段（圖3）。

2.2.2 建立鉆孔數(shù)據(jù)庫

該礦體鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立是將洛比鐵礦的15條勘探線剖面的46個(gè)鉆孔的技術(shù)、編錄和化驗(yàn)等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，最終形成符合Micromine軟件規(guī)格的井口文件、測(cè)斜文件、樣品分析文件和巖性文件等4個(gè)excel表格，通過Micromine的導(dǎo)入功能直接導(dǎo)入到軟件系統(tǒng)，井口文件和測(cè)斜文件可以準(zhǔn)確定位鉆孔的位置、孔深、傾角和方位；樣品分析文件反映不同深度樣品的采樣位置及品位，巖性文件相當(dāng)于鉆孔柱狀圖的三維展示，它描述了巖性隨孔深

的變化情況，是建立三維地層模型的重要依據(jù)。

由鉆孔數(shù)據(jù)庫在連接和校驗(yàn)完成無誤后，便可生成鉆孔軌跡，即鉆孔的三維顯示（圖4）。

2.2.3 地質(zhì)剖面解譯

所謂地質(zhì)剖面解譯，類似于傳統(tǒng)繪圖中的各個(gè)勘探線剖面圖。三維礦體的形成，也需要先切割出二維剖面，在二維剖面上，根據(jù)樣品的品位等綜合特征圈定礦體，再在三維環(huán)境下，將各個(gè)礦體按照走向逐一連接，最后將連接的線框封閉，便形成了礦體的空塊模型。它相當(dāng)于一個(gè)立體的礦體界面，由無數(shù)的三角網(wǎng)格連接起來。類似方法形成夾石和斷層的模型。

2.3 三維線框模型

各個(gè)地質(zhì)體的空塊模型形成后，它們之間的關(guān)系，需要通過線框模型的布爾運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。線框模型布爾運(yùn)算主要是對(duì)有相交關(guān)系的復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行交、差、并等[10]。在實(shí)際工作中分別圈定出礦體、夾石和斷層的形態(tài)，它們之間以及它們與地表DTM之間無可避免的會(huì)出現(xiàn)交叉、重疊等情況。明確地質(zhì)體間的切割關(guān)系后，運(yùn)用布爾運(yùn)算可以消除地質(zhì)體之間的不符合實(shí)際的關(guān)系。地表DTM主要用于各地質(zhì)體地表形狀的界定。本文中分別建立了各個(gè)地質(zhì)體三維線框模型，再將礦體、斷層、夾石及地表DTM模型依照相互間的切割關(guān)系依次進(jìn)行了布爾運(yùn)算，得到整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)的比較完整的逼近實(shí)際情況的地質(zhì)體的三維線框模型。

3 資源儲(chǔ)量估算及評(píng)價(jià)

3.1 組合樣長(zhǎng)

首先生成樣品分析文件中采樣數(shù)據(jù)的中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)。然后進(jìn)行線框賦值，即把礦體的編號(hào)賦給已知的采樣點(diǎn)。為了確保用于估值的樣品品位按照相同的樣長(zhǎng)進(jìn)行加權(quán)平均，保證估值過程不出現(xiàn)明顯偏差[11]，需要進(jìn)行組合樣長(zhǎng)。組合樣長(zhǎng)就是把每個(gè)樣品的長(zhǎng)度統(tǒng)一到某個(gè)值，為了盡可能不改變?cè)袛?shù)據(jù)，需要對(duì)樣長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出本區(qū)的樣長(zhǎng)的分布規(guī)律，之后再進(jìn)行樣長(zhǎng)的組合。

3.2 三維礦體空塊模型

所建立的礦體模型，之所以稱之為空塊模型，是因?yàn)樗鼘?shí)際上只是相當(dāng)于包裹在礦體外圍的一層“膜”。須將一個(gè)大的空塊模型切割細(xì)分成無數(shù)個(gè)小塊，類似于矢量圖形的柵格化，每一個(gè)小塊或單元都具備一定的屬性[12]。

一般根據(jù)礦體的走向、傾向及礦體厚度等因素確定小塊的劃分規(guī)格。劃分的小塊體積越小，越能逼近空塊模型的實(shí)際大小，但是所帶來的計(jì)算成本也會(huì)隨之增加。本文中洛比鐵礦勘探線間距為400 m，工程間距為100～200 m，礦體的形態(tài)復(fù)雜程度為中等，產(chǎn)狀較緩，塊的大小規(guī)格為10 m×40 m×2 m。子塊大小規(guī)格為5 m×20 m×1 m，為了保證線框模型更加逼近實(shí)體模型，子塊大小一般選為塊大小規(guī)格的一半。

3.3 資源量估算

資源量的估算是利用已知采樣點(diǎn)的品位，通過某種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行空間插值，估算出未知采樣點(diǎn)的品位值，使得空塊模型中每個(gè)小塊的中心點(diǎn)都有相對(duì)應(yīng)的品位值，然后軟件會(huì)依次對(duì)每個(gè)小塊進(jìn)行資源量的估算，累加后得到礦體的資源儲(chǔ)量。Micromine軟件提供了多種方法進(jìn)行品位估值，主要有普通克立格法、指示克立格法、多邊形剖面估值法、多邊形線框估值法、距離反比法等[13]。

（1）建立搜索橢球體

樣品的分散程度不同，在估值時(shí)同樣影響權(quán)值，造成計(jì)算誤差，搜索橢球體可以分成幾個(gè)扇區(qū)，使得樣品能夠較均勻地分布在各個(gè)扇區(qū)內(nèi)，進(jìn)一步減小計(jì)算誤差。搜索橢球體的建立還要依據(jù)礦體的產(chǎn)狀和厚度，使其盡量與礦體保持一致，減小計(jì)算誤差，見圖5（圖中紅色代表建立的塊模型，淺紅色為搜索橢球體，藍(lán)色代表了橢球體的分區(qū)情況）。本文中半徑設(shè)置為500 m。這里選擇八個(gè)扇區(qū)，利用距離反比法對(duì)劃分的每個(gè)小塊的中心點(diǎn)進(jìn)行品位插值。

（2）資源量報(bào)告

根據(jù)礦體的小體重3.42和TFe設(shè)置的邊界品位，生成資源量報(bào)告（表1）。

3.4 資源儲(chǔ)量可靠性驗(yàn)證

利用距離反比加權(quán)法和封閉多面體法得到的資源量報(bào)告及塊段法得到的礦石資源量進(jìn)行比較（表2），它們的相對(duì)誤差分別為0.03%和6.75%。

4 結(jié)論

本文成功建立了地表DTM和地下三維磁鐵礦礦體模型，實(shí)現(xiàn)三維礦體可視化。主要運(yùn)用距離反比加權(quán)法計(jì)算磁鐵礦礦體的儲(chǔ)量，用封閉多面體估算法和塊段法進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證及誤差評(píng)估。雖然符

合規(guī)范要求，但與傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果誤差達(dá)6.75%，仍較大，不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)算方法。至于何種方法更接近實(shí)際情況有待于在礦床開采實(shí)踐中進(jìn)一步檢查和驗(yàn)證。

圖3 洛比鐵礦三維立體地表DTMFig.3 3D digita l terrain mode l o f the lobi iron deposit

圖4 鉆孔軌跡Fig.4 Drillho les tra jectory

圖5 搜索橢球體和礦塊模型Fig.5 The search e llipsoid and b lock mode l o f the ore deposit

[1]張焱．基于礦體三維地質(zhì)建模的云浮高棖礦區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算［J］．金屬礦山，2011，415（1）93-97．

[2]Ai T,Oosterom,PVan.A Map Generalization Model Based on A l-gebra MappingTransformation[C]//ArefW G·Pro-

ceedings of the 9thACM-GIS.Atlanta:GA,2001:21-27.

[3]侯景儒．中國地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)（空間信息統(tǒng)計(jì)學(xué)）發(fā)展的回顧及前景[J]．地質(zhì)與勘探，1996，32（1）：20-25．

[4]王勇毅，肖克炎，朱裕生，等．初論中國銅礦數(shù)字礦床模型［J］．地質(zhì)與勘探，2003，（3）：20-24．

[5]肖斌，趙鵬大，侯景儒．地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)新進(jìn)展［J］．地球科學(xué)進(jìn)展，2000，15（3）：293-296．

[6]張新宇，肖克炎，劉光勝，等．阿舍勒銅礦可視化儲(chǔ)量計(jì)算的指示克里格法應(yīng)用研究［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2006，36（2）：305-308．

[7]羅周全，李暢，劉曉明，等．金屬礦床可視化建模及儲(chǔ)量計(jì)算［J］．礦冶工程，2009，29（1）：10-14．

[8]黃詩峰，金菊良，段進(jìn)軍，等．地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中變差函數(shù)參數(shù)估計(jì)的新方法[J]．地質(zhì)與勘探，1999，（1）：41-43．

[9]龔元翔，王李管，張海軍，等．基于MICROMINE系統(tǒng)的露天礦山三維可視化技術(shù)研究［J］．中國鉬業(yè)，2007，31（4）：13-16．

[10]張思科.基于Micromine的三維礦體建模及資源儲(chǔ)量估算的研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)（北京）,2010.

[11]姜福巍.MICROMINE IDW方法在福安堡鉬礦儲(chǔ)量估算中的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì),2011,30（4）110-112.

[12]曾文波,朱元超,馬春,等.三維地質(zhì)建模與儲(chǔ)量估算在印尼某鐵礦的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)刊,2011,35（2）160-163.

[13]陳愛兵,秦德先,張學(xué)書,等.基于MICROMINE礦床三維立體模型的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探,2004,40（5）77-80.

M icrom ine Software Application on 3DModeling and Resource Estimate in the Ferrum Desposit∶An Example from Cameroon Lobi Iron Deposit

WANGHui-min,KONG Fan-hui,SONGQi-long

（North China Engineering Investigation Institute，Shijiazhuang，050021,China）

Taking Cameroon Lobi iron deposit for example,the authors show the three-dimensional ore body to display its space distribution directly with the M icrom ine software.On thisbasis the cubic inverse distancemethod and closed polyhedralestimationmethod areused forestimating the reservesof theorebody.Compared the results from the traditionalmethod(section method),the relative error among the threemethods is small,and the relativeerrorsare0.03%and 6.75%,whichmeets the requirementsof the specification,and further verifies the reliability of theM icrom ine software in the prediction ofm ining resources.

M icrom ine；3Dmodeling；reservesestimation；inverse distancemethod;Cameroon;Lobi iron deposit

表1 磁鐵礦資源量報(bào)表Table 1 Estim ation o f resource reserves in the deposit

表2 三種方法資源量估算比較Table 2 Com pa rison o f theestim a ted resou rce rese rves resu lts am ong th ree m e thods

P618.09

A

1672－4135（2014）02－0144-05

2014-03-14

華北有色工程勘察局科研項(xiàng)目：基于Micromine軟件的三維礦體建模及儲(chǔ)量估算應(yīng)用的研究（KY201206）

王會(huì)敏（1985-），女，學(xué)士，助理工程師，2009年畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院地理信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)在主要從事地質(zhì)制圖、三維礦山軟件在地質(zhì)找礦方向應(yīng)用工作，Email：tinahuim in@163.com。