基于DIMINE的印尼某紅土鎳礦床三維模型構(gòu)建

趙亞斌，王書(shū)昭，孫 旭，何瑞東，王少賓

（1.甘肅陽(yáng)壩銅業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 隴南 746500；2.西安有色冶金設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710000）

1 引言

隨著軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及數(shù)字智能化礦山技術(shù)的不斷發(fā)展，三維可視化技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)與礦業(yè)中［1-2］。通過(guò)三維建模，一方面，工程技術(shù)人員能夠快速直觀地了解礦體規(guī)模、空間分布、礦體形態(tài)以及產(chǎn)狀等地質(zhì)特征；另一方面，工程技術(shù)人員也能夠方便快捷地估算礦山資源儲(chǔ)量［3］，動(dòng)態(tài)管理礦山資源［4-5］。

印度尼西亞某紅土鎳礦床為新勘探出的礦床，其礦石儲(chǔ)量大，鉆孔數(shù)據(jù)多，而且鉆孔信息在不斷的更新。若采用傳統(tǒng)的多邊形法計(jì)算礦量，隨著鉆孔數(shù)據(jù)的不斷更新，計(jì)算工作量不斷增加，且無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出不同品位的動(dòng)態(tài)礦石總量。

鑒于三維建模和可視化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)礦量計(jì)算方法的不足，利用DIMINE礦業(yè)軟件建立該紅土鎳礦床三維地質(zhì)模型，采用距離冪反比法對(duì)空間品位進(jìn)行插值，在此基礎(chǔ)上估算該礦床的資源儲(chǔ)量。

2 印度尼西亞紅土鎳礦概況

該礦區(qū)位于蘇拉威西島的東南部近海處，大地構(gòu)造位置為印度洋板塊和太平洋板塊聚合部的島弧帶，即東南蘇拉威西島蛇綠巖帶上。

礦區(qū)以丘陵地貌為主，地形較平緩，礦區(qū)有大約448.8公頃紅土蔓延。巖性主要為橄欖巖和沖積巖石。其中橄欖巖分布約占礦區(qū)面積的75.92%（978.2公頃），呈灰黑色，多數(shù)風(fēng)化強(qiáng)烈，粗中粒結(jié)構(gòu)，大多數(shù)蛇紋石化。沖積巖石約占礦區(qū)面積總量的24.08%（310.2公頃），以卵石和砂、粘土沉積物為主。

礦體主要賦存于礦區(qū)風(fēng)化-半風(fēng)化巖層中，多成透鏡狀和似層狀產(chǎn)出。礦體的厚度跟地形與紅土風(fēng)化殼的發(fā)育程度有關(guān)，在地形較陡、風(fēng)化不完全處，礦體厚度較薄，在地形平緩、紅土風(fēng)化殼發(fā)育之處，礦體較厚。

3 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

3.1 原始地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入

在通過(guò)DIMINE 軟件建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)前，首先在不同的Excel文件中把鉆孔數(shù)據(jù)按照“collar”、“survey ”、“sample ”和“geology ”等分別錄入，各文件應(yīng)包含的信息如下表所示。

表1 鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

3.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

將錄入4個(gè)Excel中的鉆孔數(shù)據(jù)電子文件保存為“.csv”（或“.txt”）格式文件，并將之作為建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)［6］。

鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的建立步驟為：

（1）導(dǎo)入數(shù)據(jù)。將“.csv”（或“.txt”）格式的鉆孔數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入DIMINE 軟件中，生成“.dmt”格式文件；

（2）校驗(yàn)鉆孔數(shù)據(jù)。通過(guò)校驗(yàn)功能發(fā)現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤信息后進(jìn)行相應(yīng)修改；

（3）數(shù)據(jù)表的合并。合并校驗(yàn)無(wú)誤后的數(shù)據(jù)表，生成鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)。

按照以上步驟，生成的鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)模型如圖1、2所示。

圖1 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)模型俯視圖

圖2 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)模型前視圖

4 地質(zhì)體模型的構(gòu)建與品位塊段模型構(gòu)建

4.1 地質(zhì)體模型的構(gòu)建

4.1.1 地表DTM（Digital Terrain Model）模型

印度尼西亞某紅土鎳礦床埋藏較淺，為了方便采場(chǎng)公路的布置并觀察礦體的埋藏深度，需要建立礦區(qū)地表DTM 模型。

建立DTM地表模型前，先在CAD中把高程線和坐標(biāo)網(wǎng)描出來(lái)，并給每根等高線附上高程值，然后把CAD圖形導(dǎo)入DIMINE軟件中，并在軟件中把平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地理真實(shí)坐標(biāo)。該礦區(qū)地表模型如下圖3所示。

圖3 礦區(qū)地表模型圖

4.1.2 礦體三維模型

印度尼西亞某紅土鎳礦床除了含有主要元素鎳以外，還含有其他元素，如：鐵、鎂、錳、鈷等元素，但這些元素達(dá)不到工業(yè)品位或者不是主要品位，因此本文只根據(jù)鎳元素的品位和樣長(zhǎng)來(lái)圈定礦體。

查相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（應(yīng)列出參考文獻(xiàn)），并結(jié)合本礦山的實(shí)際情況，可知鎳元素可采的相關(guān)參數(shù)如表2所示：

表2 鎳元素可采的相關(guān)參數(shù)

由于礦體的品位、厚度變化多樣，比如礦體有些地方厚度不足2m，但其品位極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊界品位0.6%，厚度與邊界品位的乘積，即礦石品位米百分值大于1.2，因此需要將鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行樣長(zhǎng)組合，從而更加準(zhǔn)備的估算出礦體儲(chǔ)量。

根據(jù)樣長(zhǎng)組合后的鉆孔數(shù)據(jù)模型建立礦體三維模型的步驟如下：

（1）劃分勘探剖面。根據(jù)樣長(zhǎng)組合后的鉆孔數(shù)據(jù)模型將鉆孔信息按同X軸（根據(jù)不同的勘探距離取不同的偏移距離）劃分為一個(gè)勘探線剖面；

（2）圈定剖面上的礦體輪廓線。在每一個(gè)勘探線剖面上，根據(jù)鎳元素可采的相關(guān)參數(shù)圈定該剖面線上的礦體輪廓線；

（3）生成礦體模型。將每一個(gè)剖面線上的礦體輪廓線連接成礦體模型。

按照以上步驟，生成礦體模型，其中根據(jù)50m×50m間距鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)確定的礦體模型如下圖4所示。

圖4 礦體模型圖

4.2 品位塊段模型的構(gòu)建

創(chuàng)建好的礦體三維模型只是“空殼”，它只能用來(lái)顯示礦體的空間形態(tài)，無(wú)法估算其資源儲(chǔ)量。因此，必須給這個(gè)“空殼”充填上若干個(gè)小塊體，然后再選用合適的數(shù)學(xué)方法對(duì)塊體模型進(jìn)行空間賦值，并在此基礎(chǔ)上估算資源儲(chǔ)量［7-8］。

將三維模型充填若干小塊體后，其模型如圖5所示：

圖5 礦體塊段模型圖（50×50間距）

根據(jù)該礦床的礦體規(guī)模、形態(tài)以及產(chǎn)狀等特征，確定塊體的尺寸規(guī)格，其內(nèi)部尺寸規(guī)格可略高于邊界塊體尺寸一個(gè)級(jí)別。于是，其內(nèi)外部尺寸分別選為5m×5m×2.5m和2.5m×2.5m×1.25m，從而劃分出92218個(gè)塊體。

根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中已知的樣段品位，采用距離冪反比法進(jìn)行空間品位插值，計(jì)算公式為：

式中：ω為待估樣品品位，%；ωi為第i個(gè)已知樣品的品位，%；di為待估點(diǎn)與第i個(gè)樣品點(diǎn)的距離，單位為m；p為距離di的冪指數(shù)，取2。

根據(jù)此理論基礎(chǔ)，在DIMINE軟件中將劃分出的92218個(gè)塊體分別賦上品位值，賦值后的礦體品位分布模型如圖6所示。

圖6 礦體品位分布模型圖

5 礦床品位及儲(chǔ)量分析與對(duì)比

5.1 斷面法計(jì)算礦量結(jié)果

所謂的斷面法就是把礦體通過(guò)一系列勘探斷面分為若干個(gè)礦段，然后計(jì)算各斷面上的礦體面積，再計(jì)算各個(gè)礦段的體積和儲(chǔ)量，最后將各個(gè)礦段儲(chǔ)量相加，即得礦體的總儲(chǔ)量。通過(guò)這種方法，其礦量結(jié)果如下表3所示。

表3 斷面法計(jì)算礦量結(jié)果

5.2 DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法礦量計(jì)算結(jié)果

表4 DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法礦量計(jì)算結(jié)果

5.3 兩種結(jié)果對(duì)比分析

所采用的兩種計(jì)算方法按照相同的體重，于是比較兩種方法的體積就是比較兩種方法的礦量；斷面法計(jì)算礦量時(shí)采用的是所有礦體的平均品位，不同勘探程度時(shí)其平均品位相同，DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法在不同區(qū)域采用的礦體平均品位不同（通過(guò)分析鉆孔數(shù)據(jù)得知），因此從理論的角度分析，DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法的計(jì)算更細(xì)，精度相對(duì)要更高，但對(duì)于這種品位變化較小的礦體，兩種方法的金屬量計(jì)算相差不大。因此，通過(guò)比較不同勘探程度時(shí)兩種計(jì)算方法的體積差異，再結(jié)合礦體的品位，便可得出兩種計(jì)算方法的礦石總量與金屬量，根據(jù)對(duì)比可獲得以下結(jié)果：

（1）與傳統(tǒng)斷面法相比，DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法計(jì)算出的體積誤差無(wú)論是在不同勘探程度方面還是總量合計(jì)，其誤差均在0.04%范圍以內(nèi)；

（2）與傳統(tǒng)斷面法相比，DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法計(jì)算出的金屬量相對(duì)于斷面法其誤差為（272918-249465）/ 272918=8.59%。

由此看來(lái)，采用DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法計(jì)算礦量時(shí)，計(jì)算出的體積與傳統(tǒng)方法基本相同；計(jì)算出的金屬量有誤差，其原因是斷面法采用的是所有礦體的平均品位值，而所有礦體的平均品位值并不接近實(shí)際。因此，采用DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法計(jì)算礦體體積時(shí)其計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并且計(jì)算出的金屬量相比傳統(tǒng)方法更加精確合理，接近實(shí)際。

6 結(jié)論

本文運(yùn)用DIMINE軟件建立了印度尼西亞某紅土鎳礦的鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行了樣品組合，并構(gòu)建了礦區(qū)地表模型和礦體三維模型，然后利用實(shí)體模型約束建立了品位塊體模型，采用距離冪反比法對(duì)礦體鎳元素品位進(jìn)行估值，對(duì)塊體模型鎳品位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并按品位對(duì)該紅土鎳礦床儲(chǔ)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后將DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法礦量計(jì)算結(jié)果與斷面法計(jì)算礦量結(jié)果進(jìn)行比較。

計(jì)算結(jié)果表明，采用DIMINE地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法計(jì)算礦體體積時(shí)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并且在計(jì)算金屬量時(shí)相比傳統(tǒng)方法更加精確合理，接近實(shí)際。此外，DIMINE軟件建立的三維模型能夠方便采礦設(shè)計(jì)人員快速掌握礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀及其埋藏情況，并為分層平面圖的出圖設(shè)計(jì)、采剝比的計(jì)算、最終境界的圈定、露天開(kāi)采設(shè)計(jì)等后續(xù)工作帶來(lái)極大的方便、快捷與直觀。

［1］趙文奎, 李曉梅, 王源. 玉龍銅礦三維可視化建模及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè),(增刊),40-44．

［2］楊潤(rùn)生. DIMINE礦業(yè)軟件在某地浸礦床三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用[J].鈾礦冶, 2013, 32(3):124-127.

［3］趙文奎.DIMINE礦業(yè)軟件在玉龍銅礦三維數(shù)字礦床建模中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè), 2012(11):35-36．

［4］王麗梅, 陳建平, 唐菊興. 基于數(shù)字礦床模型的西藏玉龍斑巖型銅礦三維定位定量預(yù)測(cè)[J].地質(zhì)通報(bào), 2010, 29(4):565-570

［5］李月生, 吳江. 礦產(chǎn)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理研究[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2008,24(10):87-88.

［6］蔣曉爐, 汪令輝. 基于Dimine的冬瓜山銅礦礦床三維模型構(gòu)建[J].采礦技術(shù), 2011, 11(3):93-95.

［7］朱忠華, 李長(zhǎng)富, 張華. 基于DIMINE的數(shù)字礦山技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè), 2012(增刊):125-127.

［8］堅(jiān)潤(rùn)堂, 楊帆, 王巖梅,等. 西藏白容—崗講銅(鉬)礦三維地質(zhì)建模及儲(chǔ)量估算[J]. 金屬礦山, 2015, 44(9):95-99.