臺(tái)吉營(yíng)子金礦三維建模及儲(chǔ)量估算

屈云燕嚴(yán)啟平賀寶寶

1. 中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院,北京,100013

2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南局湖南地質(zhì)勘查院，長(zhǎng)沙，430001

信息技術(shù)

臺(tái)吉營(yíng)子金礦三維建模及儲(chǔ)量估算

屈云燕*1嚴(yán)啟平2賀寶寶1

1. 中化地質(zhì)礦山總局化工地質(zhì)調(diào)查總院,北京,100013

2. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南局湖南地質(zhì)勘查院，長(zhǎng)沙，430001

三維礦山地質(zhì)模型能夠完整準(zhǔn)確地表述各種地質(zhì)現(xiàn)象，直觀展現(xiàn)地質(zhì)空間分布及相互關(guān)系并為礦山動(dòng)態(tài)管理和合理利用資源提供依據(jù)。利用 3DMine礦業(yè)工程軟件，整理并數(shù)字化臺(tái)吉營(yíng)子金礦大量地質(zhì)勘探資料，探索并建立了礦區(qū)地表模型、①號(hào)礦體模型、探礦工程模型，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)三維數(shù)據(jù)的可視化。在構(gòu)建礦體模型基礎(chǔ)上，對(duì)①號(hào)主礦體進(jìn)行探索性儲(chǔ)量估算。

臺(tái)吉營(yíng)子金礦 3DMine 三維建模 儲(chǔ)量估算

3DMine礦業(yè)工程軟件是國(guó)內(nèi)第一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、全中文開(kāi)發(fā)、達(dá)到國(guó)外同類軟件模塊功能、符合國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且易于操作的三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)。軟件服務(wù)于測(cè)量、地質(zhì)、采礦和生產(chǎn)管理等方面，主要模塊的功能包括：礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取、輸入與管理，建立礦床地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)圖件編制，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行品位估值，引入塊體模型概念進(jìn)行儲(chǔ)量估算，進(jìn)行三維采礦設(shè)計(jì)【1】。

1 臺(tái)吉營(yíng)子金礦概況

臺(tái)吉營(yíng)子金礦位于遼寧省北票市臺(tái)吉營(yíng)子鄉(xiāng)趙戶溝村一帶，距北票市58km。

本區(qū)發(fā)育有太古宇深變質(zhì)巖，古生界沉積巖、沉積-變質(zhì)巖及變質(zhì)火山巖和湖沼沉積地層及第四系。礦體賦存于建平群小塔子溝組的蝕變帶中，受構(gòu)造破碎帶控制，礦體與圍巖界線不清，礦石類型及礦物成分簡(jiǎn)單，礦物形成具有多期性。礦石類型主要是充填和交代作用形成的浸染狀、團(tuán)塊狀黃鐵礦硅質(zhì)碎裂巖。

通過(guò)2011年工作，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)有蝕變破碎帶17條，編號(hào)為○1~○17號(hào)。目前有工程控制的7條，本文僅對(duì)○1號(hào)礦體進(jìn)行儲(chǔ)量估算?！?號(hào)礦體位于礦區(qū)的南側(cè)，產(chǎn)于太古宇建平群小塔子溝組角閃斜長(zhǎng)片麻巖中。巖石呈淺灰白色、暗灰色，硅化強(qiáng)烈，黃鐵礦化發(fā)育不均，另有碳酸鹽化及少量綠泥石化。受北東向壓扭性構(gòu)造控制，沿走向及傾向均呈明顯的舒緩波狀，總體走向 60°，傾向330°，傾角 50～80°，并有分支復(fù)合趨勢(shì)，是本區(qū)的主礦體【2】。

2 建立礦區(qū)三維地質(zhì)模型

通過(guò)整理礦區(qū)野外地質(zhì)工作資料，把地形線、地質(zhì)平面圖、勘探線剖面圖等二維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中相應(yīng)的三維空間中，利用數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，采用不規(guī)則三角網(wǎng)方法，將不連續(xù)、離散的數(shù)據(jù)鏈接起來(lái)，從而形成三維地質(zhì)實(shí)體【3】（圖1）。

圖1 三維地質(zhì)建模工作流程圖Fig.1 Route chart of 3D geological modeling

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

根據(jù) 3DMine軟件數(shù)據(jù)庫(kù)的格式要求建立Excel表，分別為：定位表、測(cè)斜表、采樣表。將Excel表里的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3DMine數(shù)據(jù)庫(kù)中（圖2）。通過(guò)這種方法建立礦區(qū)110個(gè)鉆孔，46個(gè)探槽的數(shù)據(jù)庫(kù)后，在3DMine軟件中可對(duì)鉆孔設(shè)置風(fēng)格顯示和統(tǒng)計(jì)分析。

圖2 探礦工程數(shù)據(jù)庫(kù)Fig.2 Exploration engineering database

2.2 地表模型

建立地表模型是為了直觀、清楚地表達(dá)礦區(qū)地表與礦體等其他空間體的三維位置關(guān)系【4】。建好地表模型后，可以方便獲取各類剖面所需的地形線文件。以礦區(qū)地形圖為原始資料，按照以下步驟【5】，完成地表模型的構(gòu)建：①在3DMine中打開(kāi)臺(tái)吉營(yíng)子礦區(qū)地形線文件；②清理線文件中的重復(fù)線、跨接線和斷點(diǎn)；③利用“屬性數(shù)學(xué)計(jì)算”功能，把高程屬性賦給Z值；④利用3DMine表面模型中的“生成DTM表面”，完成地表模型的構(gòu)建（圖3）。

2.3 建立實(shí)體模型

3Dmine中礦體建模通常采用以下3種方法：①利用礦體邊界線大概確定礦體范圍；②提取勘探線剖面圖礦體線串法；③基于鉆孔數(shù)據(jù)的礦體模型構(gòu)建。通常應(yīng)根據(jù)建模目的來(lái)選擇合適的方法，但要準(zhǔn)確反映實(shí)際礦體形態(tài)，往往需要綜合采用多種方法【5】。本文主要采用方法②。具體操作如下：

（1）直接在3Dmine中打開(kāi)mapgis格式的勘探線剖面圖，對(duì)各個(gè)剖面進(jìn)行三維坐標(biāo)設(shè)定，應(yīng)用編輯功能里的“圖形區(qū)坐標(biāo)調(diào)換”，進(jìn)行“YZ坐標(biāo)調(diào)換”和“平面兩點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”（圖4），設(shè)定好各剖面的三維坐標(biāo)，將各剖面放入到三維空間（圖5）。

（2）提取三維空間中各剖面上圈定的礦體線，另存為礦體線文件。

（3）利用3Dmine中的實(shí)體建模功能，在礦體線之間連接三角網(wǎng)。因?yàn)榈V體線之間形狀和大小變化比較大，如果直接連接可能導(dǎo)致生成的礦體實(shí)體模型與實(shí)際不符或者出現(xiàn)歧異三角網(wǎng)。在這種情況下，根據(jù)對(duì)礦體成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)，使用控制線和分區(qū)線，生成比較符合實(shí)際的礦體實(shí)體模型（圖6、7）。

（4）對(duì)建立的實(shí)體模型須進(jìn)行有效性驗(yàn)證，對(duì)有自相交三角形、重復(fù)三角形、無(wú)效邊三角形或存在開(kāi)放邊三角形等錯(cuò)誤的實(shí)體進(jìn)行修正。只有通過(guò)有效性驗(yàn)證，才能成功建立實(shí)體模型。

經(jīng)過(guò)以上操作，建立了礦區(qū)探礦工程（鉆孔、探槽）、①號(hào)礦體、地表的模型（圖8）。

圖3 臺(tái)吉營(yíng)子金礦區(qū)地表模型Fig.3 Surface model of Taijiyingzi Au ore area

圖4 勘探線剖面圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Fig.4 Coordinate transformation of prospecting line profile map

圖5 ①號(hào)礦體勘探線剖面立體圖Fig.5 Block map of ① ore body prospecting line profile map

圖6 ①號(hào)礦體模型俯視圖Fig.6 ① orebady model planform

圖7 ①號(hào)礦體模型側(cè)視圖Fig.7 ① orebady model side elevation

圖8 臺(tái)吉營(yíng)子礦區(qū)三維模型（局部）Fig.8 3D model of Taijiyingzi ore area (part)

3 儲(chǔ)量估算

目前儲(chǔ)量計(jì)算的方法主要分為兩大類，一種是傳統(tǒng)儲(chǔ)量計(jì)算方法，包括地質(zhì)塊段法和斷面法。另一種是國(guó)外礦業(yè)界比較公認(rèn)的應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算的方法，包括距離冪次反比法和克里格法。這一方法運(yùn)用了塊體模型（或稱作品位模型），塊體模型數(shù)據(jù)采用八叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)，這樣有利于快速查詢定位子塊位置【5】。3DMine可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和塊段法兩種方法進(jìn)行儲(chǔ)量估算。本文使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)里的距離冪次反比法來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)量估算，并與傳統(tǒng)塊段法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

建立儲(chǔ)量計(jì)算模型流程如圖9。

圖9 儲(chǔ)量計(jì)算模型流程（據(jù)文獻(xiàn)【6】修改）Fig.9 Calculation of reserves model process

3.1 塊體模型建立與賦值

塊體模型是把建立的不規(guī)則礦體模型分解成（按一定尺寸和比例劃分）若干個(gè)規(guī)則的幾何單元塊，之后將其堆砌起來(lái)，用以替換礦體的體積。塊體模型也具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、操作以及顯示等功能，添加塊體屬性來(lái)存儲(chǔ)相關(guān)地質(zhì)信息。

利用“圈礦指標(biāo)組合”方法把①號(hào)礦體樣品進(jìn)行組合，保存文件。在實(shí)體基礎(chǔ)上，創(chuàng)建塊體模型，創(chuàng)建比重、類型、Au品位等屬性（圖10），并用實(shí)體進(jìn)行約束。采用距離冪次反比法對(duì)塊體進(jìn)行賦值（圖 11），導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)好的橢球體參數(shù)，完成塊體估值。

圖10 ①號(hào)礦體塊體模型Fig.10 Model of No.1 orebody block

3.2 儲(chǔ)量結(jié)果對(duì)比

本文把3DMine地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法與工程師利用塊段法計(jì)算的儲(chǔ)量進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如下：

表1 3DMine地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法與塊段法計(jì)算儲(chǔ)量對(duì)比表Table 1 Resources correlation by 3D Mine Geological statistics and geological ore block method

圖11 距離冪次反比法對(duì)礦體估值圖Fig.11 Assessment for orebody using Inverse Distance

從上表看出，金屬量總量誤差很小，但是不同儲(chǔ)量級(jí)別的金屬量誤差相對(duì)大一點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析可能有幾個(gè)原因：①礦體模型建立的不是很準(zhǔn)確（有待細(xì)化完善）；②塊段劃分有差異。

4 結(jié)論

通過(guò)以上步驟，利用3DMine完成了臺(tái)吉營(yíng)子金礦數(shù)據(jù)整理、提取礦體解譯、礦體連接、三維建模、儲(chǔ)量估算工作。這是一個(gè)礦山項(xiàng)目的基礎(chǔ)，對(duì)今后資源的合理利用和采掘設(shè)計(jì)均起到了一定得指導(dǎo)作用。

1 胡建明.3DMine礦業(yè)軟件在地勘工作中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)勘查，2010（1）：78～80

2 劉來(lái)成,王偉,張鳳宇,等.遼寧省北票市臺(tái)吉營(yíng)子金礦詳查設(shè)計(jì)書(shū)[R]. 北票市盛祺礦業(yè)有限責(zé)任公司, 遼寧北票，2014

3 高陽(yáng),陳三明，韋龍明,等. 廣東石人嶂礦床三維建模及利用塊體模型進(jìn)行儲(chǔ)量估算的研究[J].礦產(chǎn)勘查，2013（4）：558～563 4 曲鑫.山西平型關(guān)鐵礦基于3DMine的三維建模及礦量預(yù)測(cè)[D]. 導(dǎo)師：陳三明. 桂林: 桂林理工大學(xué), 2010:1～50

5 周莉莉.粵北石人嶂鎢礦床地質(zhì)特征及3DMine礦業(yè)軟件應(yīng)用初探[D]. 導(dǎo)師：韋龍明. 桂林:桂林理工大學(xué),2009: 1～47 6 胡建明.3DMine礦業(yè)工程軟件中儲(chǔ)量計(jì)算功能分析[J].金屬礦山，2008（增刊）: 311～316

1. General Institute of Chemical Geology Survey of China Chemical Geologyand Mine Bureau, Beijing, 100013, China

2. Hunan geological exploration institute of china metallurgical geology bureau, Changsha , Hunan , 430001, China

THREE-DIMENSIONAL GEOLOGICAL 3D MODELING AND RESERVE ESTIMATE OF TAIJIYINGZI AU DEPOSIT

Qu Yunyan1Yan Qiping2He Baobao1

Model can completely and accurately express different geological phenomenon and intuitivly show geological spatial distribution and correlation, which provides the basis for mining dynamic administration and reasonably utilizing resources. Ueing 3D mining engineering software, a large number of geological exploration data has been counted and digitized, and then the Surface model, No.1 orebody model and prospecting engineering model have been set up. The 3d data visualization was realized. On the basis of building orebody model, reserves of No.1 major orebody has been exploratory estimated.

Taijiyingzi Au deposit, 3D Mine, 3D modeling , reserve estimate

TP392：P624.7

：A

：1006-5296（2015）01-0028-07

* 第一作者簡(jiǎn)介：屈云燕（1988～），女，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)，助理工程師

2014-10-08；改回日期：2014-11-01