Vulcan軟件在三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用
——以膠東某金礦為例

張 琪，許延波，丁 妍，崔美慧，陳曉燕

(山東黃金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 萊州 261400)

隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展，三維地質(zhì)建模軟件在國內(nèi)外礦床的資源儲(chǔ)量估算和礦山設(shè)計(jì)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)的人工計(jì)算礦體資源量和二維資源量估算軟件相比，三維建模軟件具有可視化性強(qiáng)、空間立體感強(qiáng)、操作簡便、效率高、準(zhǔn)確性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]。

1 概述

Vulcan是澳大利亞Maptek公司開發(fā)的一款高級(jí)三維建模軟件。該軟件能夠用于三維地質(zhì)建模、采礦設(shè)計(jì)、優(yōu)化、排產(chǎn)直至復(fù)墾規(guī)劃各個(gè)環(huán)節(jié)。其主要功能包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入與鉆孔數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、地質(zhì)解析與地質(zhì)建模、塊體建模與品位估值、模型的應(yīng)用與更新。

本文以膠東某金礦為例，介紹利用Vulcan軟件進(jìn)行三維地質(zhì)建模的方法和步驟。利用 Vulcan軟件進(jìn)行三維地質(zhì)建模的主要過程如下：創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、礦體解譯、創(chuàng)建實(shí)體模型、創(chuàng)建塊體模型、品位估值、資源/儲(chǔ)量報(bào)告(見圖1)。

圖1 地質(zhì)建模流程圖Fig.1 Flow chart of geological modeling

2 數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)和前提，要保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。大量充分的勘查工程數(shù)據(jù)能夠更加精確地揭示礦體的空間展布特征[3]。

2.1 數(shù)據(jù)的搜集和整理

首先將礦區(qū)的地質(zhì)資料進(jìn)行搜集和整理。本次只利用了鉆探工程數(shù)據(jù)。將鉆探工程數(shù)據(jù)整理為四個(gè)csv文件格式的表格：Collar(孔口表)，Survey(測(cè)斜表)，Geology(巖性表)，Assay(樣品表)。它們通過hole_id(鉆孔號(hào))關(guān)聯(lián)在一起(見表1)。

表1 鉆孔數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Table 1 Drilling database structure

2.2 創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫

首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)文件，設(shè)計(jì)類型是Drilling(鉆孔)，然后以這個(gè)設(shè)計(jì)文件為模板將整理好的4個(gè)csv表格導(dǎo)入Vulcan軟件，數(shù)據(jù)導(dǎo)入后需要進(jìn)行驗(yàn)證。Vulcan軟件自帶數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能，檢測(cè)后可直接在數(shù)據(jù)庫中修改，直至數(shù)據(jù)通過驗(yàn)證。共導(dǎo)入鉆孔數(shù)據(jù)142個(gè)，完成Collar表(218 223.10 m/142孔)、Survey表(3 961條)、Geology表(2 177條)、Assay表(32 194條)。

2.3 鉆孔的三維顯示

數(shù)據(jù)庫通過驗(yàn)證后，Vulcan軟件就可以將所有鉆孔三維顯示出來，我們可以根據(jù)實(shí)際工作需要對(duì)鉆孔的孔口顏色、鉆孔顯示風(fēng)格及鉆孔標(biāo)注進(jìn)行設(shè)置。鉆孔軌跡顏色我們根據(jù)樣品金品位值也就是Assay表中的Au設(shè)置圖例來顯示鉆孔軌跡，這樣有利于礦體的解譯。還可以根據(jù)實(shí)際需要在鉆孔軌跡線的左側(cè)和右側(cè)標(biāo)注品位值、樣品號(hào)、巖性等。該礦區(qū)鉆孔的三維顯示見圖2。

圖2 鉆孔三維顯示圖Fig.2 3D display of drilling paths

3 礦體實(shí)體模型的創(chuàng)建

實(shí)體模型是用來描述礦體的三維形態(tài)[4]，是后面創(chuàng)建塊體模型、品位估值的基礎(chǔ)。

3.1 剖面礦體解譯

剖面礦體解譯線是創(chuàng)建礦體實(shí)體模型的關(guān)鍵。鉆孔三維顯示后，切換到剖面視圖下，按照工業(yè)指標(biāo)，根據(jù)主要控、賦礦規(guī)律及礦體產(chǎn)出的地質(zhì)特征，進(jìn)行礦體邊界的圈連，繪制多邊形，形成閉合的線(圖3)。各個(gè)礦體的解譯線分別放在相應(yīng)的圖層里。

圖3 礦體解譯線Fig.3 Ore bodies’ interpretation line

3.2 創(chuàng)建礦體實(shí)體模型

在Vulcan里創(chuàng)建實(shí)體主要有三種方法：1)使用數(shù)據(jù)線直接連接相鄰礦體解譯線創(chuàng)建實(shí)體模型；2)如果相鄰礦體解譯線形態(tài)變化較大，可在這兩條線之間創(chuàng)建漸變輔助線再創(chuàng)建實(shí)體；3)使用單個(gè)多邊形創(chuàng)建單個(gè)端面，最后把所有端面合并形成實(shí)體模型。建好的實(shí)體模型要進(jìn)行有效性驗(yàn)證，驗(yàn)證不通過可以手動(dòng)修復(fù)或者軟件自動(dòng)修復(fù)，直至驗(yàn)證通過。本次礦體實(shí)體模型(圖4)的創(chuàng)建采用了多種方法配合，并通過了有效性驗(yàn)證。所建的礦體實(shí)體模型充分顯示了礦體的空間展布特征。

圖4 礦體實(shí)體模型Fig.4 Ore bodies’solid models

4 塊體模型的建立及品位估值

塊體模型就是把礦體分布的空間范圍劃分為小的長方體塊(簡稱礦塊)以進(jìn)行品位插值，使每一個(gè)礦塊都有各自的屬性信息。

4.1 特高品位確定與處理

將數(shù)據(jù)庫中的所有樣品信息進(jìn)行直接組合，用Vulcan軟件的數(shù)據(jù)分析功能對(duì)樣長和品位進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析，獲取全部樣長的平均值，通過品位頻率直方圖，得到樣品的分布情況。根據(jù)國際慣例，將頻率為97.5%處對(duì)應(yīng)的品位值作為對(duì)應(yīng)礦體的特高品位下限值，即大于此品位值則用此值代替。97.5%頻率的選擇依據(jù)來自國外很多項(xiàng)目的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。

4.2 樣品組合

為便于品位估值，要對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行固定樣長組合。根據(jù)樣長的基本統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(圖5)，選取樣品數(shù)最多的樣長為固定樣長組合的樣長，這里我們選1 m為固定樣長。

圖5 樣長分布直方圖Fig.5 Histogram of sample length distribution

4.3 創(chuàng)建塊體模型

Vulcan軟件中塊體模型的特點(diǎn)是，使用大尺寸的母塊以減小塊體模型尺寸，使用次級(jí)塊體增加塊體在邊界處的準(zhǔn)確度，使用三角實(shí)體模型定義區(qū)域，還可自動(dòng)進(jìn)行塊體優(yōu)化。

根據(jù)勘探線距、開采段高及礦體形態(tài)的復(fù)雜程度確定塊體尺寸的大小，通常應(yīng)使勘探線距、開采段高為塊體大小的整數(shù)倍。本區(qū)勘探線距160 m，礦體的形態(tài)復(fù)雜程度為中等，產(chǎn)狀較緩，選擇母塊尺寸為80 m×80 m×50 m(北×東×高)，次級(jí)塊尺寸為5 m×2 m×1 m。

每個(gè)塊體賦以礦權(quán)范圍、礦體編號(hào)、Au品位、巖性、密度、估值次數(shù)資源量類別等變量。

4.4 品位估值

品位估值的過程是依據(jù)鉆孔組合樣來對(duì)塊體進(jìn)行差值的一個(gè)過程，Vulcan軟件提供了多種估值方法，常用的方法是距離冪次反比法、普通克里格法[5]。

本次工作分別用了這兩種方法對(duì)礦區(qū)的7個(gè)主要礦體進(jìn)行了估值，對(duì)每個(gè)礦體內(nèi)的塊體進(jìn)行了2～4次的估值，每次估值都要調(diào)整搜索橢球體的方向和搜索距離，樣品數(shù)量等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有塊體的估值。

品位估值后可根據(jù)估值結(jié)果對(duì)塊體進(jìn)行著色，可以更直觀地看出礦體內(nèi)品位分布特點(diǎn)。還可以在剖面和中段上查看礦體品位的高低。

5 資源量報(bào)告

品位估值后，Vulcan軟件就可以報(bào)告礦體的資源量。報(bào)告有很多分類選項(xiàng)，可以根據(jù)實(shí)際工作需要，選擇報(bào)告不同的變量，例如你可以分礦體，按資源量級(jí)別、按估值方法、按邊界品位、分中段分別進(jìn)行資源量報(bào)告，相對(duì)比傳統(tǒng)的資源量計(jì)算方法更加的方便和高效。

6 結(jié)論

本文從地勘單位工作實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用Vulcan三維軟件完成了地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫、礦體實(shí)體模型、塊體模型的創(chuàng)建，并進(jìn)行了品位估值和資源量報(bào)告，取得了很好的展示效果。能夠直觀地展示礦體的三維空間形態(tài)和品位分布規(guī)律，為礦區(qū)深部找礦工作提供重要依據(jù)。Vulcan三維軟件功能強(qiáng)大，在三維地質(zhì)建模的應(yīng)用中方便、高效、可行。