基于三維地質(zhì)模型的道坨錳礦資源儲量計算研究

陳甲才

摘要：本文利用一套在礦山領(lǐng)域內(nèi)具有先進水平的大型數(shù)字化礦山工程軟件SURPAC，以貴州省松桃縣道坨錳礦為研究對象，利用鉆孔數(shù)據(jù)、樣品化驗數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，然后按照設(shè)定的礦體圈定原則，分別建立地形模型、礦體模型、夾石模型，最終構(gòu)建道坨錳礦的三維地質(zhì)模型。在此基礎(chǔ)上，進行樣品品位插值，把礦體劃分小塊體，賦予小塊體地質(zhì)可靠程度、儲量類別等屬性，運用地質(zhì)統(tǒng)計方法中的距離冪次反比法，進行剖面解譯和樣品組合，通過Surpac計算出道坨錳礦的資源儲量，得出道坨錳礦資源儲量為14073.62萬噸。

關(guān)鍵詞：三維儲量估算方法；道坨；錳礦

Calculation and study of the reserves of Daotuo manganese ore based on 3d geological model

Chen Jia-cai

Guizhou Geology and Mineral Bureau 103 Geological Brigade Guizhou tongren 554300

Abstract： In this paper， we use a set of advanced digital mining engineering software SURPAC with advanced level in the field of mining to take Daotuo manganese mine in Songtao County of Guizhou Province as the research object. Using the basic geological data such as borehole data and sample laboratory data to establish the database， Set the principle of ore body delineation， respectively， the establishment of terrain model， ore body model， clip-stone model， and ultimately build road lump manganese ore three-dimensional geological model. On this basis， the sample grade interpolation， the ore body is divided into small blocks， given the small blocks of geological reliability， the type of reserves and other attributes， the use of geological statistics method of inverse distance power Method， the profile interpretation and sample combination， calculated by Surpac Road， lump ore manganese ore reserves， obtained Daotuo lump manganese ore reserves of 140，736，200 tons.

Keyword： three dimensional reserves estimation method，Daotuo，manganese mine

1.引言

本文利用一套在礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有國際領(lǐng)先水平的大型數(shù)字化礦山工程軟件SURPAC，以貴州省松桃縣道坨錳礦為研究對象，分析其礦體特征，特別是礦體的空間形態(tài)，利用鉆孔數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立道坨錳礦三維數(shù)字化模型和基于三維數(shù)字化模型的資源儲量估算方法，實現(xiàn)三維可視化、地質(zhì)統(tǒng)計、礦產(chǎn)資源儲量估算。通過對SURPAC的應(yīng)用，實現(xiàn)無紙化工作，節(jié)省費用和時間，提高工作效率；對數(shù)據(jù)進行快速瀏覽、查詢和分析，實現(xiàn)信息的高效傳遞和共享；利用SURPAC軟件建立的礦山三維可視化模型，分析各種地質(zhì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合相關(guān)成礦信息，分析成礦關(guān)系，更好地進行成礦預測。

2.礦床地質(zhì)特征

南華系（Nanhuan System）是本區(qū)的錳礦成礦時代，屬新元古代，新元古代時期形成的錳礦，產(chǎn)出在間冰期的海侵序列中[2-3]，該類錳礦以錳碳酸鹽巖礦床為主，礦體多數(shù)都賦存在黑色頁巖中。礦體產(chǎn)出于南華系大塘坡組（Nh1d）第一段中下部，巖性多數(shù)為黑色頁巖，俗稱“大塘坡式”錳礦[3]。

根據(jù)道坨錳礦鉆探工程資料，道坨錳礦床主要受冷水斷裂、木耳溪斷裂及道坨向斜控制，冷水斷裂與木耳溪斷裂之間的斷陷盆地是為錳礦富集的良好儲集場所，主要特點是“構(gòu)造控盆、盆控巖相、巖相控礦”。

3.三維地質(zhì)模型建立

3.1數(shù)據(jù)準備及數(shù)據(jù)格式

3.1.1準備數(shù)據(jù)內(nèi)容

應(yīng)用SURPAC軟件建立道坨錳礦的三維數(shù)字化模型，并在此基礎(chǔ)進行資源儲量估算，至少提供四種數(shù)據(jù)文件，即鉆孔定位文件、鉆孔測斜文件、樣品分析文件、巖性編錄文件[4]。同時礦山的地表等高線等數(shù)據(jù)也是資源量統(tǒng)計匯總時不可少的數(shù)據(jù)。

3.1.2數(shù)據(jù)采集與校驗

（1）地表地形數(shù)據(jù)

這次資源儲量估算使用了MAPGIS格式的地形線文件作為地表模型數(shù)據(jù)，該地形線文件是道坨錳礦詳查資料中的數(shù)據(jù)文件。然后在地形線上賦予高程值，再經(jīng)過校正和投影變換，最后將文件導入SURPAC[5]。該文件包含的內(nèi)容為：北坐標、東坐標、高程、線ID號。

（2）鉆孔測斜數(shù)據(jù)

這次資源儲量估算使用了道坨錳礦所施工43個鉆孔的測斜數(shù)據(jù)，包括鉆孔的孔號、孔深、坐標、方位角、傾角等。該數(shù)據(jù)文件內(nèi)容包括：鉆孔編號、傾角起點、傾角、方位角。

（3）樣品數(shù)據(jù)

礦區(qū)鉆孔的樣品總數(shù)為882件。分析元素Mn、P、SiO2、TFe等用四個批標（個別樣品的分析指標不足四項）。

其數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)項：鉆孔編號、樣號、自、至、樣長，及各分析指標（Mn、P、SiO2、TFe）。

（4）巖性數(shù)據(jù)

這次巖性數(shù)據(jù)錄入了道坨錳礦43個鉆孔的巖性數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括：工程編號、自、至、層厚、巖石名稱。

（5）數(shù)據(jù)檢查

原始資料錄入后，由于人為因素可能存在錯誤，需加以檢查修改。采集數(shù)據(jù)錄入SURPAC軟件系統(tǒng)后，首先用該軟件進行邏輯錯誤檢查，修正錯誤，再通過人工檢查在地質(zhì)體及礦體圈定過程發(fā)現(xiàn)的錯誤，對照原始資料，并進行修改修改，減少在數(shù)據(jù)采集、錄入、轉(zhuǎn)換和導入過程中發(fā)生的錯誤[7]。

所有的探礦工程數(shù)據(jù)根據(jù)原始地質(zhì)編錄信息最終導入到SURPAC空間數(shù)據(jù)庫中，探礦工程空間位置見圖1（a）。

3.2數(shù)據(jù)庫的建立

在SURPAC軟件中，執(zhí)行命令：數(shù)據(jù)庫/打開/新建，就能建立名為“地質(zhì)數(shù)據(jù)庫”的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，然后分別建立必需的4個數(shù)據(jù)表，分別是井口表（COLLAR）、測斜表（SURVEY）、樣品分析結(jié)果表（SAMPLE）、地質(zhì)巖性表（GEOLOGY）。

3.3建立三維地質(zhì)模型

本文利用SURPAC軟件連接礦體主要方法是剖面線法。在勘探線剖面進行礦體對比，按照前面確定的參數(shù)及礦體圈定的原則，先將相鄰剖面上的礦層連接，再把礦層連續(xù)相接成為礦體，建立礦體模型圖1（b）和圖1（c）。

4.基于三維地質(zhì)模型的資源儲量計算

4.1資源儲量估算的主要步驟

（1）數(shù)據(jù)準備與檢查：按照SURPAC軟件的建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的要求，對地質(zhì)原始資料數(shù)據(jù)進行整理，并進行初步的檢查和更正。

（2）建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫：在SURPAC軟件中建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并將準備好的所需地質(zhì)數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，導入的過程中，進一步對原始數(shù)據(jù)中的邏輯錯誤進行檢查。

（3）進行樣長基本統(tǒng)計分析：將數(shù)據(jù)庫中的所有樣品信息進行提取，用SURPAC軟件的基本統(tǒng)計分析功能對樣長和品位進行基本統(tǒng)計分析，獲取全區(qū)樣長的平均值，通過品位直方圖，觀察樣品的分布情況。

（4）進行剖面解譯：根據(jù)剖面端點坐標、剖面視域范圍，結(jié)合已有的勘探剖面線，圈定、連接、標注各地質(zhì)要素（如巖體代號、礦體界線等）。礦區(qū)共布置13條東西向剖面，剖面間距400m。

（5）建立礦體實體模型：在SURPAC軟件中的三維視圖環(huán)境中調(diào)入各剖面圈定的礦體界線，建立三維地質(zhì)模型。

（6）標識探礦工程見礦部位：利用SURPAC軟件提供的鉆孔與礦體實體相交的功能，得到探礦工程的見礦部位和所控制的礦體編號，用于樣品組合。

（7）進行樣品組合：根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學原理，為確保得到參數(shù)的無偏估計量，同類參數(shù)的地質(zhì)樣品段的長度是應(yīng)該一致的。根據(jù)臺階高程和勘探工程產(chǎn)生的組合點，才能做地質(zhì)統(tǒng)計。

（8）建立塊體模型：在SUEPAC軟件中，將實體模型建立后，通過礦體的平面范圍和礦體的最高、最低高程，確定礦體分布的一個矩形空間范圍，然后把礦體的矩形空間范圍劃分為一個個小的長方塊體[8]。塊體尺寸的大小，根據(jù)道坨錳礦的勘查控制程度，礦體復雜程度為簡單類型，勘探線距為400m，礦體呈層狀產(chǎn)出，變化不大，選擇塊體尺寸為40×40×2m（北×東×高），劃分子塊尺寸為10×10×0.5m。子塊選為10×10×0.5m。

（9）品位插值：建立塊體模型后，對塊體進行品位屬性賦值，還須進行品位插值。運用克立格法進行品位插值，主要根據(jù)塊體周圍一定范圍內(nèi)的樣品點，進行品位估值。

4.2資源儲量計算結(jié)果

根據(jù)距離平方反比法對各礦塊的估值結(jié)果（表4-1、表4-2），按資源儲量級別劃分統(tǒng)計礦權(quán)范圍內(nèi)礦體資源儲量。

5.結(jié)論與探討

綜上所述，本文所用方法優(yōu)點為：（1）數(shù)字化三維模型區(qū)別傳統(tǒng)MAPGIS等圖件信息表達方式，能夠準確表達地質(zhì)體空間信息，如礦體形態(tài)、產(chǎn)狀等，更加的形象和直觀；（2）基于數(shù)字化三維模型的資源儲量估算區(qū)別于傳統(tǒng)二維幾何估算方法，能夠快速地計算儲量，有效提高精度；（3）基于數(shù)字化三維模型做可視化分析、數(shù)據(jù)挖掘，分析礦體空間分布規(guī)律，有助于構(gòu)建成礦模型，進行找礦預測，為找礦突破做出貢獻。

參考文獻：

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[2]馬洪濱，熊俊楠.基于地質(zhì)統(tǒng)計學的儲量估算系統(tǒng)[J].煤炭學報， 2007， 32（3）：267-271.

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[4]王明華，工程巖體三維地質(zhì)建模與可視化研究[D].中國科學院武漢巖土力學研究所（武漢）博士論文， 2003.

[5]王波，基于三維地質(zhì)模型的金屬礦床動態(tài)儲量計算技術(shù)研究[D].南京師范大學博士論文， 2011.5.

[6]程朋根，地礦三維空間數(shù)據(jù)模型及相關(guān)算法研究[D].武漢大學博士學位論文， 2005.

[7]楊利容.復雜礦體結(jié)構(gòu)三維建模與儲量計算方法研究，成都理工大學博士畢業(yè)論文， 2013.5.