數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)在某鈾礦床資源量估算和礦體三維建模上的應(yīng)用

齊建全，張江旭，劉悅

（1.中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.中國鈾業(yè)有限公司，北京 100013；3.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

鈾礦資源量估算過程中，大多數(shù)勘查單位還沿用傳統(tǒng)工作方法和技術(shù)步驟，分鉆孔數(shù)據(jù)采集、資料解譯與整理、圖形繪制、數(shù)據(jù)計(jì)算、報(bào)表形成等，耗時(shí)長、重復(fù)工作多、不靈活等缺點(diǎn)凸顯。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)方法已不能滿足數(shù)字鈾礦勘查中對數(shù)據(jù)的入庫管理和圖件編繪、地質(zhì)建模、資源量估算等的自動(dòng)化、一體化、數(shù)字化要求。

目前，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各地勘單位的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)Digital Geological Survey System（DGSS），創(chuàng)建了數(shù)據(jù)采集及處理、成果綜合、資源量估算和礦體三維建模與表現(xiàn)的全過程信息化和數(shù)字化流程，而且具有與地質(zhì)行業(yè)主流軟件Mapgis 相同的操作方式，易于地質(zhì)人員掌握［1-2］。其中的資源量估算子系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)的綜合處理，能夠自動(dòng)生成勘探線剖面，實(shí)現(xiàn)了礦體圈定和剖面連接的人機(jī)交互，提供的4 種常用資源量估算方法已在較多金屬礦產(chǎn)的資源量估算和三維礦體建模中成功應(yīng)用［3-6］。

本文通過對國內(nèi)某砂巖型鈾礦床資源量估算和三維建模實(shí)例，介紹了數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)在鈾礦床中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)估算方法進(jìn)行結(jié)果對比，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

本次選取北方某砂巖型鈾礦，礦床具有低品位、滲透性強(qiáng)等特點(diǎn)。礦體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)賽漢組上段古河谷砂體中，受潛水-層間氧化帶控制，共圈出兩層工業(yè)鈾礦體。Ⅰ號礦體為主礦體，形態(tài)簡單，分為東西兩部分（Ⅰ-1、Ⅰ-2），平面上呈北東向展布，為不規(guī)則條帶狀；剖面上在西部呈板狀，向東部呈卷狀及板狀；礦體相對連續(xù)、穩(wěn)定，長4 800 m，寬100～800 m。Ⅱ號礦體位于Ⅰ號礦體下部，兩者垂直距離大于7 m。本文將選?、?1 號礦體進(jìn)行資源量估算和礦體建模。

本次估算參考地浸砂巖型鈾礦工業(yè)指標(biāo)：邊界鈾品位為0.01%；邊界平米鈾量為1 kg/m2；礦體允許最大夾層（滲透性）厚度為7 m。

1 數(shù)據(jù)綜合處理

系統(tǒng)基于ACCESS 數(shù)據(jù)庫，采用多源異構(gòu)、多尺度、多維動(dòng)態(tài)勘查綜合資料數(shù)據(jù)一體化管理技術(shù)，用于存儲(chǔ)、管理、處理、調(diào)用各階段的數(shù)據(jù)。開展資源量估算前，首先要建立礦床數(shù)據(jù)庫，需將鉆探工程相關(guān)數(shù)據(jù)以一定格式導(dǎo)入系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理，完成礦區(qū)工程創(chuàng)建、勘探工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入、礦體圈定、剖面連接等工作。

因礦床基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量較大，且該礦床已完成傳統(tǒng)方法的資源量估算，本次僅選取整理后的資源量計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入和綜合處理。

1.1 新建礦區(qū)工程

系統(tǒng)是按行政區(qū)來組織礦區(qū)工程，同一行政區(qū)內(nèi)以礦區(qū)名稱或編碼區(qū)分不同礦床。建立礦區(qū)工程時(shí)，需加載已配準(zhǔn)的礦區(qū)地質(zhì)圖作為背景圖層，格式要求為Mapgis 矢量圖。

1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和導(dǎo)入

系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)基于勘查過程中的原始資料，將這些資料按照系統(tǒng)格式要求進(jìn)行數(shù)字化整理并導(dǎo)入系統(tǒng)，具體操作過程如下：

勘探線信息：將測量人員采集的勘探線端點(diǎn)坐標(biāo)、樁點(diǎn)坐標(biāo)等信息錄入勘探線信息表模板，再導(dǎo)入至礦區(qū)基本信息數(shù)據(jù)庫03Mine_Pro_BaseInfo（勘探線基本信息表）和04Exp_Pro_Survey（勘探線測量信息表）中，系統(tǒng)將自動(dòng)生成勘探線、標(biāo)記勘探線號。

鉆探工程：在鉆探工程基本信息表模板中錄入工程編號、坐標(biāo)、孔深等信息，利用系統(tǒng)提供的“Excel 點(diǎn)位數(shù)據(jù)導(dǎo)入”功能，即可將鉆探工程投影至礦區(qū)。同理，利用“工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出Excel”功能可以導(dǎo)入ZK_Circle（回次表）、ZK_Fluting（樣品表）、ZK_Bending（彎曲表）、ZK_Slayer（分層表）、ZK_RockInfo 和ZK_RockBase（巖性表）。本次導(dǎo)入鉆探工程的樣品表和彎曲表即可滿足計(jì)算要求。

鉆探工程中，參與估算的礦床鈾礦石主要有兩類：砂巖型礦石和礫巖型礦石，其中砂巖型礦石碎屑物以石英為主，礫巖型礦石碎屑物以巖屑為主（表1）。

品位數(shù)據(jù)：將修正后的單工程測井解釋品位結(jié)果導(dǎo)入到Sample_Result 數(shù)據(jù)庫的TC_Sam_Analysis 和ZK_Sam_Analysis 表 中，即可完成礦體品位數(shù)據(jù)入庫操作。對于大于礦體平均品位七倍（0.1120%）的樣品，需要做特高品位處理，用所在塊段加權(quán)平均品位代替（表2）。

礦石的品位不同粒級分布特征也有所不同（表3）。

表1 礦床礦石成分平均值Table 1 Average composition of ores in a deposit

表2 礦體品位統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of orebody grade

表3 礦石品位粒度分布表Table 3 Grain size distribution of different ore grades

1.3 圈定礦體

完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和入庫后，要進(jìn)行工業(yè)指標(biāo)設(shè)置、生成勘探線剖面圖、圈定礦體等操作。

系統(tǒng)根據(jù)不同勘查程度和估算要求，提供了兩種工業(yè)指標(biāo)設(shè)置方式：簡單條件方案和復(fù)雜條件方案。本次參考地浸砂巖型鈾礦工業(yè)指標(biāo)，采用簡單條件方案。

通過調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成勘探線剖面圖、繪制樣道、圈定礦體，并支持地質(zhì)人員對圈定礦體的交互式修改、剔除夾石等操作。

執(zhí)行地浸砂巖型鈾礦地質(zhì)勘查和資源量估算有關(guān)規(guī)范，并根據(jù)礦體產(chǎn)出特征，遵循以下原則：只圈定賦存于可滲透性砂巖中的礦體；單礦段工程，圈定的工業(yè)礦體均要達(dá)到邊界品位、邊界平米鈾含量；多礦段工程，視非滲透層厚度、規(guī)模確定圈定方式及是否參與礦體厚度、平米鈾含量的計(jì)算。相鄰工程礦體屬于同一層礦，或在含礦含水層中產(chǎn)出位置相對應(yīng)，則圈入同一礦體，否則分開圈定；相鄰工程的同一含礦含水層中各有兩個(gè)工業(yè)礦體或其中之一有一個(gè)工業(yè)礦體的，根據(jù)控礦規(guī)律視礦體的對應(yīng)位置分開圈定。

礦體圈定完成后，要對圈定結(jié)果賦礦體編號及產(chǎn)狀。

1.4 連接剖面

剖面上礦體的連接要充分考慮層間氧化帶、砂體特征、地層結(jié)構(gòu)等控礦因素，從橫、縱剖面對比上連接相鄰工程的礦體（圖1）。見礦工程與礦化工程間礦體的延伸長度按工程間距的1/2 尖推圈定工業(yè)礦體，礦體由邊緣工程向外的延伸長度按基本孔距的1/4 尖推圈定工業(yè)礦體。剖面內(nèi)部的礦化工程（或無礦工程）與工業(yè)工程之間以工程間距的1/2（或1/4）平推圈定工業(yè)礦體。剖面上礦體的外推，以平推圈定的工業(yè)礦體用于資源量計(jì)算。

圖1 B399 號勘探線剖面圖Fig.1 Geological section of prospecting Line B399

系統(tǒng)支持人機(jī)交互式礦體連接和確定剖面上的礦體邊界，并能夠自動(dòng)計(jì)算礦體在勘探線剖面圖上的面積與品位。地質(zhì)人員通過剖面連接對話框，能夠便捷地在剖面圖上進(jìn)行礦體地尖推、平推或自由修改連接面積，完成實(shí)際需要的特定性操作。

2 資源量估算

系統(tǒng)內(nèi)設(shè)地質(zhì)塊段法、剖面法、采樣平面圖法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法等常用的方法估算礦床資源量。按照鈾礦勘查規(guī)范和估算習(xí)慣，本次采用水平投影的地質(zhì)塊段法估算礦床資源量，并將結(jié)果與人工計(jì)算作對比，驗(yàn)證系統(tǒng)估算的可靠性。

根據(jù)投影方式的不同和資源量估算要求，地質(zhì)塊段法估算模塊創(chuàng)建礦體投影圖提供了水平投影和垂直投影兩種方式，計(jì)算塊段平均品位提供了加權(quán)平均和算術(shù)平均兩種計(jì)算方式。生成投影圖后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)投影勘探線、勘探工程，標(biāo)注見礦厚度與品位等信息。在劃分塊段確定礦體邊界操作流程中，系統(tǒng)提供了添加、編輯投影點(diǎn)功能，地質(zhì)人員可以根據(jù)估算規(guī)則選擇外推距離和約束方式設(shè)置投影點(diǎn)，并以閉合連接投影點(diǎn)操作確定礦體塊段范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)估算該塊段內(nèi)的所有工程的品位和資源量，標(biāo)注結(jié)果。

圖2 Ⅰ-1 礦體水平投影圖Fig.2 Horizontal projection of Orebody Ⅰ-1

本次估算的鈾礦體傾角小于45°，因此采用水平投影方式生成礦體投影圖（圖2），選取加權(quán)平均計(jì)算塊段平均品位。按照鈾礦勘查規(guī)范，結(jié)合鈾礦體特征和地質(zhì)信息，依據(jù)外推設(shè)置的投影點(diǎn)，圈出礦體范圍，劃分礦體塊段，并將估算結(jié)果生成報(bào)表輸出。

兩種方法的平均品位和平均厚度相對誤差小于1.5%，塊段面積相對誤差和金屬量相對誤差均不超過2%，表明系統(tǒng)的地質(zhì)塊段法估算模塊可靠性較高，能夠滿足地浸砂巖型鈾礦估算要求（表4）。

表4 礦床資源量估算對比Table 4 Comparison of resource estimation by different method

3 三維礦體建模

除提供多方法、人機(jī)交互的資源量估算功能外，系統(tǒng)還為地質(zhì)人員提供了強(qiáng)大的三維數(shù)據(jù)建模和分析功能，能夠建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三維模型、礦體實(shí)體模型、礦體塊體三維模型、采空區(qū)模型等。

在軟件三維視圖模塊中，系統(tǒng)可將地形、剖面、地質(zhì)圖、礦體等數(shù)據(jù)整合和綜合表達(dá)，直觀立體的顯示探礦工程、礦體三維賦存特征和地形地貌，可以更加直觀地研究礦體分布規(guī)律。

4 結(jié)論

1）數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)具有工作效率高、實(shí)用性強(qiáng)、數(shù)字一體化高等特點(diǎn)，能提升數(shù)字地質(zhì)勘查水平。與Mapgis 的操作方式比較，本系統(tǒng)易于地質(zhì)人員掌握，并減輕其工作強(qiáng)度，提高工作效率，且具備快速普及的條件。

2）該系統(tǒng)具有計(jì)算準(zhǔn)確、易操作、自動(dòng)化高等特點(diǎn)，估算方法和結(jié)果符合勘查規(guī)范要求，能夠自動(dòng)生成成果圖件、存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)、生成估算結(jié)果表，提高估算結(jié)果的質(zhì)量。

3）系統(tǒng)中的三維礦體建模與可視化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與研究成果的綜合表達(dá)，為地質(zhì)研究和分析提供有效手段，在礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)劃和降低勘探風(fēng)險(xiǎn)等方面具有明顯效果。