MICROMINE軟件在山東蟠龍山石灰?guī)r礦三維礦體建模及資源量估算中的應(yīng)用

付 洋，陳軍元 ，劉建龍

(1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心，北京 100035；2.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)，山東 濟(jì)南 250100)

以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視生態(tài)文明建設(shè)，提出“綠水青山就是金山銀山”。2015年4月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見(jiàn)》，明確提出“堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山，深入持久地推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”。2018年10月，自然資源部發(fā)布DZ/T 0318-2018《水泥灰?guī)r綠色礦山建設(shè)規(guī)范》，明確提出要建設(shè)數(shù)字化礦山，建立數(shù)字化資源儲(chǔ)量模型與經(jīng)濟(jì)模型，進(jìn)行礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量利用的精準(zhǔn)化管理[1]。采礦業(yè)向資源數(shù)字化、設(shè)備智能化、操作自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)資源地質(zhì)工作提出了新的要求，在建材非金屬礦山推廣三維礦體建模技術(shù)具有重要意義[2-8]。本文以山東泰安蟠龍山石灰?guī)r礦為例，探討應(yīng)用三維礦體建模方法進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算的可靠性。

1 塊段法資源量估算情況

1.1 礦體地質(zhì)特征

蟠龍山石灰?guī)r礦床為海相沉積型水泥用灰?guī)r，礦體賦存于寒武紀(jì)張夏組地層內(nèi)，巖性為結(jié)晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r和豹皮灰?guī)r。蟠龍山礦床共劃分一個(gè)礦層，編號(hào)為KC01，礦層與地層產(chǎn)狀一致，巖層總體走向22°，傾向292°，傾角3～8°，礦區(qū)為一單斜構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育4條斷層，其中F1、F2兩條斷層對(duì)礦層完整性有一定的破壞作用。礦層最高標(biāo)高351.20m，最低標(biāo)高120m，相對(duì)高差231.20m。南北長(zhǎng)1 777.74m，東西寬1 455.20m。礦層最大厚度163.38m，礦層最小厚度71.40m，礦層平均厚度132.82m，厚度變化系數(shù)為26.83%。礦石的結(jié)構(gòu)主要類型為鮞狀結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)等。礦石的構(gòu)造主要有厚層狀構(gòu)造、豹皮狀構(gòu)造兩種類型，組成礦石的礦物成分主要為方解石，其次為白云石、菱鐵礦等，礦石質(zhì)量體積2.68t/m3[9]。

1.2 礦層圈定的原則

根據(jù)一般工業(yè)指標(biāo)，結(jié)合本礦區(qū)的實(shí)際情況，礦層及夾層的圈定原則和方法如下：用CaO、MgO、K2O+Na2O的基本分析結(jié)果進(jìn)行單樣圈礦，凡單樣符合CaO≥48%、MgO≤3%且K2O+Na2O≤0.6%者圈入I級(jí)品品級(jí)層，凡單樣符合CaO≥45%、MgO≤3.5%且K2O+Na2O≤0.8%者則圈入II級(jí)品品級(jí)層。

1.3 資源量類型確定

根據(jù)GB/T17766-1999《固體礦產(chǎn)資源/儲(chǔ)量分類》，本項(xiàng)目通過(guò)概略經(jīng)濟(jì)研究，進(jìn)行了相應(yīng)的投資機(jī)會(huì)評(píng)價(jià)，所估算的資源量具有內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)意義。根據(jù)DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》，以400m×400m間距控制的礦層，列為控制的資源量(332)?？刂频馁Y源量(332)沿走向或傾向外推礦層的資源量，均列為推斷的資源量(333)。KC01共劃分為9個(gè)塊段，其中資源量(332)塊段2個(gè)，資源量(333)塊段7個(gè)。

1.4 資源量估算結(jié)果

全礦區(qū)共估算資源量(332+333)共計(jì)45 134.7萬(wàn)t(礦石平均品位CaO 50.67%、MgO 1.88%、K2O+Na2O 0.31%)，其中：(332)資源量為3 495.8萬(wàn)t，占總資源量的7.75%，礦石平均品位CaO 50.20%、MgO 1.94%、K2O+Na2O 0.36%；(333)資源量為41 638.9萬(wàn)t，占總資源量的92.25%，礦石平均品位CaO 50.66%、MgO 1.90%、K2O+Na2O 0.31%。

2 三維礦體建模

隨著我國(guó)礦山企業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際礦業(yè)界知名度較高的礦業(yè)軟件如澳大利亞的WHITTLES、MAPTEC公司的VULCAN，美國(guó)MINTEC公司的MINESIGHT，英國(guó)MICL公司的DATAMINE、法國(guó)達(dá)索公司的SURPAC紛紛在我國(guó)進(jìn)行推廣和應(yīng)用，原國(guó)土資源部?jī)?chǔ)量司也先后發(fā)文認(rèn)定DATAMINE、MINESIGHT、MICROMINE、SURPAC、SD、3DMine、DIMINE等軟件可以用于我國(guó)固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的估算與評(píng)價(jià)，現(xiàn)階段在我國(guó)礦山企業(yè)應(yīng)用較多的礦業(yè)軟件有MINESIGHT、DATAMINE、3DMINE、DIMINE、SURPAC、MICROMINE和VULCAN七款三維礦業(yè)軟件[12-17]。本文采用MICROMINE軟件對(duì)山東蟠龍山石灰?guī)r礦進(jìn)行三維礦體建模及資源量估算。

2.1 建立礦體實(shí)體模型

礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)是礦體三維建模的基礎(chǔ)，由4個(gè)基礎(chǔ)文件組成，分別為鉆孔孔口文件、測(cè)斜文件、化驗(yàn)文件、巖性文件數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件并通過(guò)校驗(yàn)后，建立蟠龍山KC01礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)共收集和使用鉆孔數(shù)據(jù)2個(gè)，探槽數(shù)據(jù)7個(gè)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)456個(gè)，地表DTM測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

剖面礦體解譯的客觀性及準(zhǔn)確性是進(jìn)行資源模型估值的關(guān)鍵[18]。解譯礦體的具體步驟為：在勘探線剖面上顯示鉆孔軌跡，按照圈礦工業(yè)指標(biāo)進(jìn)行品位組合，從而較準(zhǔn)確的圈定出礦體解譯線[19]。經(jīng)勘探線剖面地質(zhì)解譯后，充分考慮F1、F2兩條斷層對(duì)礦層完整性的破壞作用，繪制礦體地質(zhì)解譯線及三維工程分布圖(圖1)，將勘探線剖面上礦體解譯輪廓線連成實(shí)體，形成礦體三維實(shí)體模型，實(shí)體模型直觀地體現(xiàn)了礦體的幾何空間形態(tài)[20]。

2.2 創(chuàng)建礦塊模型

根據(jù)礦體形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀和空間分布特征，結(jié)合石灰?guī)r礦山開(kāi)發(fā)利用方案，確定創(chuàng)建礦塊模型的空間范圍和基本參數(shù)[21]。模型走向?yàn)楸北睎|—南南西向，模型長(zhǎng)1 720m、寬1 390m、高129m，用線框模型限定創(chuàng)建礦塊模型，按照間距12m×12m×12m(各方向次分塊2)，共劃分113 962個(gè)礦塊，總體積16 281.97萬(wàn)m3。礦體的三維實(shí)體模型無(wú)法便捷的讀取出礦體內(nèi)各種有利有害元素的品位分布特征，必須用礦體線框內(nèi)的各元素測(cè)試分析結(jié)果，對(duì)線框限定創(chuàng)建的礦塊模型進(jìn)行元素品位賦值[20]。

圖1 山東泰安蟠龍山礦區(qū)聯(lián)合剖面解譯示意圖

2.3 礦塊估值及資源量分級(jí)

MICROMINE三維軟件提供了多種估值方法，主要包括距離反比加權(quán)法、普通克里格法、封閉多邊形線框法等[22]。根據(jù)礦體內(nèi)原始樣品統(tǒng)計(jì)信息，結(jié)合樣品原始數(shù)據(jù)的分布規(guī)律及工程對(duì)礦體的控制程度，可以選擇不同的估值方法對(duì)同一礦體進(jìn)行估值[23]。由于普通克里格法對(duì)勘查工程間距要求較高，本文采用封閉多邊形線框法、距離反比加權(quán)法對(duì)礦塊模型進(jìn)行估值。封閉多邊形線框法估算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 封閉多邊形線框法資源量估算結(jié)果表

在利用距離反比加權(quán)法對(duì)礦塊估值前，需建立搜索橢球體。橢球體中心位置為線框模型中心，初始半徑按照基本勘探線間距400m確定，設(shè)置8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)最多6個(gè)點(diǎn)，最小3個(gè)點(diǎn)，方位角、傾伏(側(cè)伏)角、傾角根據(jù)礦體形態(tài)和產(chǎn)狀而定，方位角因子為1，傾角因子及厚度因子為礦體的傾向長(zhǎng)及礦體厚度與礦體走向長(zhǎng)度之比值[24]。創(chuàng)建好空塊模型及搜索橢球體之后，依據(jù)橢球體不同的搜索半徑，確定礦塊模型品位估值時(shí)估算的次數(shù)、參與估值的工程數(shù)，確定其平均距離，用距離反比加權(quán)法對(duì)單元塊進(jìn)行品位插值，得到礦體的品位分布三維立體模型(圖2)，并可以劃分出其地質(zhì)可靠程度。

為與塊段法資源量估算結(jié)果相對(duì)應(yīng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索試驗(yàn)研究，本次估算(332)資源量要求基本工程間距(400m)的0.55倍距離內(nèi)有2個(gè)勘查工程，估算(333)資源量要求推測(cè)的工程間距(800m)1.25倍距離內(nèi)有1個(gè)工程(圖3)。礦體礦塊模型及品位模型建立后，就可以通過(guò)軟件高效的計(jì)算出礦體不同級(jí)別、品級(jí)的資源量，自動(dòng)生成礦體資源量結(jié)果表(表2)。

圖2 山東泰安蟠龍山礦區(qū)礦體品位分布模型

圖3 山東泰安蟠龍山礦區(qū)礦體不同級(jí)別資源分布圖

表2 距離反比加權(quán)方法分類分級(jí)資源量估算結(jié)果

3 資源量估算結(jié)果對(duì)比

封閉多邊形線框估算方法與塊段法資源量估算結(jié)果相對(duì)比(表3)，總資源量相差174萬(wàn)t，誤差0.39%，CaO誤差0.22%，MgO誤差0.06%，K2O+Na2O誤差0.03%。

距離反比加權(quán)估算方法與傳統(tǒng)塊段法資源量估算結(jié)果相對(duì)比，總資源量相差1 499萬(wàn)t，誤差3.43%，CaO誤差0.41%，MgO誤差0.01%，K2O+Na2O誤差0.04%，(332)資源量相差263萬(wàn)t，誤差7.53%，CaO誤差0.16%，MgO誤差0.02%，K2O+Na2O誤差0.02%，(333)資源量相差1 236萬(wàn)t，誤差2.97%，CaO誤差0.41%，MgO誤差0.01%，K2O+Na2O誤差0.04%。

表3 塊段法估算結(jié)果與MICROMINE估算結(jié)果對(duì)比

4 討論

(1)采用封閉多邊形線框估算方法與距離反比加權(quán)估算方法得出的估算結(jié)果，與塊段法資源量估算結(jié)果接近，資源量總誤差在3%以內(nèi)。經(jīng)研究分析，導(dǎo)致資源量估算差異的主要原因是MICROMINE軟件對(duì)礦塊劃分的更加精細(xì)，由于礦體邊界附近部分礦塊的中心點(diǎn)在邊界以外，導(dǎo)致軟件沒(méi)有將這部分礦石資源量計(jì)算在內(nèi)。

(2)經(jīng)過(guò)本次應(yīng)用實(shí)踐，將(332)資源量的估算參數(shù)設(shè)置為基本工程間距(400m)的0.55倍距離內(nèi)有2個(gè)勘查工程，得到的結(jié)果與塊段法估算結(jié)果接近，該參數(shù)可供其他石灰?guī)r勘查項(xiàng)目采用距離反比加權(quán)方法估算資源量時(shí)參考。

(3)采用距離反比加權(quán)方法對(duì)CaO、MgO、K2O+Na2O結(jié)果品位插值，誤差在0.5%以內(nèi)，對(duì)礦體資源量進(jìn)行品位估算結(jié)果可滿足規(guī)范要求。

(4)通過(guò)三維軟件進(jìn)行礦體建模，可以快捷、準(zhǔn)確地顯示鉆孔數(shù)據(jù)、獲取各鉆孔的樣品分析數(shù)值，顯示礦體的展布特征及與夾石的相對(duì)關(guān)系。采用三維建模軟件中科學(xué)、精確的資源量估算方法，得到的資源量報(bào)告可以分別顯示礦體內(nèi)不同品位范圍及相應(yīng)級(jí)別的資源量計(jì)算結(jié)果。