基于Surpac的黑牛洞銅礦體三維模型構(gòu)建與儲(chǔ)量估算

嚴(yán)利偉，唐高林，余祥龍，楊光源，梁 鯨

基于Surpac的黑牛洞銅礦體三維模型構(gòu)建與儲(chǔ)量估算

嚴(yán)利偉1,2，唐高林1，余祥龍2，楊光源2，梁 鯨2

（1.四川里伍銅業(yè)股份有限公司，成都 610091；2.四川金伯利地質(zhì)勘查有限公司，成都 610091)

江浪穹隆位于揚(yáng)子地塊西緣，以發(fā)育“里伍式”富銅礦而著稱。黑牛洞銅礦位于江浪穹隆南西翼，為一中型銅鋅礦床。文章介紹了黑牛洞銅礦的地質(zhì)特征和礦體分布特征，基于礦區(qū)補(bǔ)充勘查和生產(chǎn)探礦的鉆孔數(shù)據(jù)建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用中段平面建立了兩個(gè)主礦體的礦體模型。在建立塊體模型后，采用距離冪次反比法進(jìn)行品位賦值。分別應(yīng)用地質(zhì)塊段法和塊體模型進(jìn)行了礦體的資源儲(chǔ)量估算，并將兩者結(jié)果進(jìn)行比較分析。利用塊體模型顯示銅礦化的空間分布，為下一步的找礦工作提供了線索。

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)；礦體模型；資源量估算；Surpac；品位-噸位曲線；黑牛洞銅礦

江浪穹隆位于揚(yáng)子地塊西緣，以發(fā)育“里伍式”富銅礦而著稱（代堰锫等，2016；毛藝等，2020）。黑牛洞銅礦位于江浪穹隆南西翼，為一中型銅鋅礦床，與同在穹隆中的里伍銅礦、中咀銅礦等中小型銅礦共同構(gòu)成里伍礦田。國(guó)內(nèi)外眾多大型礦山均建立了礦體的三維模型，并采用建模軟件進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算（阮詩(shī)坤，2017；堅(jiān)潤(rùn)堂等，2015；王亞飛等，2016）。但此類(lèi)工作在里伍礦田內(nèi)的銅礦床開(kāi)展較少，且僅限于采礦方面的輔助性應(yīng)用。目前黑牛洞銅礦的補(bǔ)充勘查工作和生產(chǎn)探礦工作尚在推進(jìn)，礦體形態(tài)、規(guī)模和儲(chǔ)量一直處于動(dòng)態(tài)變化當(dāng)中，因此有必要建立礦體的三維地質(zhì)模型，分析礦體的礦化分布規(guī)律并對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行及時(shí)更新。

圖1 川西大地構(gòu)造單元及穹隆分布圖

（據(jù)駱耀南，1990編《四川省西部大地構(gòu)造分區(qū)略圖》修編）

1.穹隆；2.半隱伏穹隆；3.逆沖推覆斷裂；4.古裂谷邊界斷裂；5.走滑斷層；6.飛來(lái)峰；7.花崗巖體；8.三疊紀(jì)島弧鈣堿性火山巖；YZB-揚(yáng)子地臺(tái)；KD-康滇地軸；FT-前陸逆沖推覆帶；MC-主逆沖推覆帶；SG-甘孜造山帶；YA-義敦島弧帶；AM-若爾蓋地塊；穹?。?.摩天嶺；2.橋子頂；3.雪隆包；4.雅斯德；5.公差；6.格宗；7.踏卡；8.江浪；9.長(zhǎng)槍；10.恰斯；11.三埡；12.田灣；13.瓦廠；14.唐央

Surpac軟件是由達(dá)索系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)的大型礦山工程軟件，已廣泛應(yīng)用于礦山地質(zhì)勘探、測(cè)量、采礦設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。作為一套完整而全面的軟件系統(tǒng)，它極大地改進(jìn)了從測(cè)量工程師、采礦工程師、地質(zhì)工程師在生產(chǎn)管理過(guò)程中的信息技術(shù)交流。本研究借助Surpac軟件建立了黑牛洞銅礦主礦體的三維地質(zhì)模型，利用距離冪反比法對(duì)品位進(jìn)行估值，再次基礎(chǔ)上分析礦化分布規(guī)律，預(yù)測(cè)找礦前景，以期對(duì)后續(xù)勘探工作的開(kāi)展和礦山開(kāi)發(fā)提供幫助。

1 礦床地質(zhì)概況

黑牛洞銅礦區(qū)域構(gòu)造上位于康滇地軸西側(cè)，松潘甘孜造山帶東南緣，北東向木里-錦屏弧形推覆構(gòu)造帶北西側(cè)后緣的江浪穹隆內(nèi)（圖1）。礦床產(chǎn)出于穹隆核部的里伍巖群（Pt1）中（圖2）（唐高林等，2016）。礦體主要受穹隆南西翼轉(zhuǎn)折端沿面理形成的滑脫、虛脫構(gòu)造控制（馬國(guó)桃等，2010）?？傮w呈層狀－似層狀展布，走向北西－南東，傾向南西，均為露頭藏身的隱伏礦體，規(guī)模較大，產(chǎn)狀穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，品位較富。通過(guò)補(bǔ)充勘查和生產(chǎn)探礦工作，發(fā)現(xiàn)5個(gè)具工業(yè)意義的礦體，自下而上分別為Ⅲ1、I1、I2、I3、Ⅱ4。其中I1和I3礦體規(guī)模較大，也是近兩年生產(chǎn)探礦工作的重點(diǎn)工作對(duì)象。其中I3礦體傾向長(zhǎng)約900m，走向長(zhǎng)約550m，控制高程3038～3570m。礦體走向300°～320°，傾向南西，傾角變化于30°～40°之間，總體淺部稍緩，礦體整體呈長(zhǎng)方形或菱形。Ⅰ1礦體走向300°～330°，上部?jī)A角30°左右，往下逐漸增加為40°左右。礦體走向長(zhǎng)度最大400m，傾向最大長(zhǎng)度650m，控制高程位于2895～3260m區(qū)間。礦體具有明顯的向西側(cè)伏的特征，側(cè)伏角55°左右。I1礦體與I3、礦體呈雁行狀排列。I1礦體位于I3礦體下方100余米，基本與I3礦體平行，局部與I3礦體疊置。

圖2 里伍礦田銅礦床點(diǎn)分布圖

1.西康群；2.二疊系烏拉溪組二段；3.二疊系烏拉溪組一段；4.新元古界江浪組；5.新元古界甲壩組；6.古元古界里伍群；7.中型銅鋅礦；8.小型銅鋅礦；9.斷層

2 礦體三維地質(zhì)模型的構(gòu)建

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

在Surpac軟件中，各項(xiàng)地質(zhì)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，技術(shù)人員可根據(jù)需要通過(guò)字段查詢或調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)后，可以在三維空間內(nèi)顯示鉆孔的軌跡以及樣品并讀取樣品坐標(biāo)。也可以在二維平面內(nèi)圈定礦體輪廓并連接生成礦體模型。本次建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)包括孔口信息，彎曲度信息以及取樣信息三項(xiàng)內(nèi)容（表1），每項(xiàng)信息做成標(biāo)準(zhǔn)格式的表格文件導(dǎo)入Surpac軟件之后綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件。在黑牛洞銅礦基建時(shí)發(fā)現(xiàn)通過(guò)地表鉆探確定的礦體位置與礦體實(shí)際位置差別較大，推測(cè)是因?yàn)榈乇磴@深度較大引入較大的測(cè)斜誤差導(dǎo)致的。因此本次地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立并沒(méi)有使用地表鉆數(shù)據(jù)，而是采用了補(bǔ)充勘查以及生產(chǎn)探礦的坑內(nèi)鉆數(shù)據(jù)。以一定的格式顯示的坑內(nèi)鉆鉆孔軌跡如圖3所示。由于孔深和彎曲度較小，水平投影效果近似為直線。

圖3 坑內(nèi)鉆鉆孔軌跡水平投影

2.2 礦體模型的建立

傳統(tǒng)的礦體模型的建立分為兩個(gè)步驟，首先在勘探線剖面上根據(jù)品位圈定礦體范圍，然后將不同勘探線上的礦體范圍通過(guò)三角網(wǎng)連接（阮詩(shī)坤，2017；堅(jiān)潤(rùn)堂等，2015；王亞飛等，2016）。然而這種方法并不適用于黑牛洞銅礦體的建模。補(bǔ)充勘查和生產(chǎn)探礦施工鉆孔均為坑內(nèi)鉆，其中大部分為斜孔，鉆孔軌跡水平投影多于勘探線斜交。在這種情況下，需要將鉆孔實(shí)際見(jiàn)礦位置沿垂直勘探線方向進(jìn)行投影來(lái)確定勘探線剖面上的礦體的位置。由于礦體局部?jī)A向可能與勘探線方向不一致，這種投影會(huì)導(dǎo)致勘探線剖面上礦體位置的偏差，從而導(dǎo)致礦體形態(tài)的不準(zhǔn)確，甚至影響到儲(chǔ)量估算結(jié)果的精確性。此外，若直接在三維空間直接圈定礦體，則礦體輪廓線則是一條條空間曲線，容易導(dǎo)致三角網(wǎng)的建立錯(cuò)誤頻出，極端情況可導(dǎo)致礦體無(wú)法建立。

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

圖4 I1礦體、I3礦體模型

前人提出過(guò)一種利用頂?shù)装宓雀呔€建立礦體模型的解決方案（嚴(yán)利偉和唐高林，2014），本次三維建模對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，具體步驟如下：

1）在地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)界面讀取鉆孔單工程的頂板和底板三維坐標(biāo)；

2）采用克里金法生成頂?shù)装宓雀呔€，調(diào)整等高線線距至5m以內(nèi)；

3）根據(jù)礦體邊界外部的頂?shù)装宓雀呔€進(jìn)行白化處理，并為頂?shù)装宓雀呔€賦高程值；

4）將頂?shù)装逦募?dǎo)入三維建模軟件，將具有相同高程值的頂板和底板曲線圈閉，并賦予不同的編號(hào)及顏色，每條圈閉曲線對(duì)應(yīng)于該高程中段平面的礦體邊界；

5）不同高程礦體邊界之間建立三角網(wǎng)，封閉形成實(shí)體。

這種方案不依賴于勘探線剖面圖，因而避免了因勘探線剖面中因投影產(chǎn)生的誤差；適用于層狀、似層狀礦體三維模型的建立。通過(guò)該方法建立的I1礦體、I3礦體表面光滑，很好地展示了礦體空間形態(tài)和厚度變化情況（圖4）。另外礦體頂?shù)装迮c鉆孔空間見(jiàn)礦位置吻合極好，礦體邊界清晰準(zhǔn)確，與平面圖完全吻合，可以直接用于下一步的儲(chǔ)量計(jì)算。

2.3 組合樣品

在鉆孔編錄時(shí)，技術(shù)人員一般是根據(jù)目估品位和礦化類(lèi)型來(lái)劃分樣品，在數(shù)據(jù)庫(kù)中樣品表示為長(zhǎng)度不一的區(qū)間段。為了分析樣品品位分布規(guī)律和進(jìn)行下一步的塊體插值，需要將空間不等長(zhǎng)的樣品區(qū)間量化到一些離散點(diǎn)上。屬性除了三維坐標(biāo)外，還包括該點(diǎn)最有可能的品位值。本研究采用根據(jù)勘探工程進(jìn)行樣品組合，一般采用長(zhǎng)度加權(quán)法，按照等間距組合樣品，在中間位置產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)，描述該點(diǎn)組合后的值。

3 塊體模型與資源量估算

3.1 塊體模型的建立

礦業(yè)軟件中通行的概念是將塊體模型與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)品位分布進(jìn)行建模，由于品位分布在資源中受地質(zhì)因素的控制而明顯存在，從而形成一定條件的品位模型。塊體模型的精度取決于塊體模型的結(jié)構(gòu)和屬性。塊體模型的大小取決于礦體在三維空間的延伸范圍情況，每個(gè)塊體的大小根據(jù)礦體規(guī)模決定，一般塊體越小，塊體數(shù)量越多，計(jì)算工作量越大。但是隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，一般礦體的賦值通常在幾秒內(nèi)就可以完成，不存在運(yùn)算量過(guò)大導(dǎo)致計(jì)算機(jī)過(guò)載的情況。

由于黑牛洞銅礦體屬于薄-中層礦體，為了保證厚度方向能保證有幾個(gè)塊體，塊體模型采用的塊體大小為4m×4m×2m大小，次級(jí)塊體為2m×2m×1m。礦塊模型建好后，為礦塊增加屬性（比重、銅品位等）和背景值。礦塊估值的方法有克里金法和距離冪次反比法（IDW）。其中的克里金法是利用變量相關(guān)性和變異性，對(duì)區(qū)域化變量線性最優(yōu)、無(wú)偏內(nèi)插估計(jì)的一種方法（馮超東等，2007）。其適用條件較為嚴(yán)格，一方面數(shù)據(jù)需要滿足正態(tài)分布（邢紅星等，1997），另一方面要求區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性，可以擬合較好的變異函數(shù)。對(duì)組合樣的Cu品位值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，隨著品位升高，樣品數(shù)目逐漸減少。說(shuō)明Cu品位并不符合正態(tài)分布，無(wú)法求出較為理想的變異函數(shù)。在進(jìn)行對(duì)數(shù)變換后雖然可以擬合出較為理想的變異函數(shù)，但是在克里金過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的標(biāo)準(zhǔn)差，從而導(dǎo)致反算的結(jié)果誤差較大。克里金過(guò)程對(duì)變異性較強(qiáng)的礦體具有很強(qiáng)的平滑效應(yīng)，有時(shí)并不能很好反映礦化的空間變化規(guī)律。因此本次估值擬采用距離冪次反比法。距離冪反比法是一種以搜索半徑內(nèi)的組合樣與待估塊體之間距離的冪次為權(quán)重的估值方法（李章林和張夏林，2007）。組合樣距離待估塊體的距離越長(zhǎng)，其權(quán)重越小。冪次越大，距離較近的樣品對(duì)待估礦塊的影響越大。對(duì)于層狀或似層狀銅礦屬性的估值一般采用距離平方反比法。

表2　塊段法與距離平方反比法計(jì)算儲(chǔ)量對(duì)比

本次品位賦值的搜索半徑采用生產(chǎn)探礦基本網(wǎng)度60m的整數(shù)倍，分別為60m、120m以及240m。由于目前礦區(qū)的勘探程度較高，采用這三個(gè)網(wǎng)度便可完成所有礦塊的賦值。搜索橢球體的方位根據(jù)礦體產(chǎn)狀確定，主軸方位角230°，傾角35°；次軸方位角140°，傾角0°；短軸與主、次軸垂直，主軸：次軸：短軸為6∶5∶1。

3.2 資源儲(chǔ)量報(bào)告

采用塊體模型估算的I1礦體和I3礦體儲(chǔ)量（表2）分別為79671.95t和112961.88t，跟塊段法計(jì)算的儲(chǔ)量相比，I1礦體增加了8%，I3礦體則減少了2.7%?？傮w上與塊段法估算結(jié)果相差不大，可以與塊段法結(jié)果相互印證，說(shuō)明資源量的估算結(jié)果是比較可靠的。兩個(gè)結(jié)果的差別與估算方法本身、選用的參數(shù)以及礦體的厚度、品位分布都有關(guān)系。與地質(zhì)可靠程度相比，這種誤差還是可以接受的。

圖5 I1礦體Cu品位-噸位曲線

圖6 I1礦體各中段儲(chǔ)量變化

4 礦化分布規(guī)律及找礦預(yù)測(cè)

利用塊體模型可以導(dǎo)出不同的品位或高程區(qū)間的儲(chǔ)量，并且可以根據(jù)品位屬性為塊體模型著色，可以精確反映空間的礦化分布規(guī)律，為找礦預(yù)測(cè)提供線索。以I1礦體為例，通過(guò)塊體模型導(dǎo)出各邊界品位之上的儲(chǔ)量與平均品位，并繪制I1礦體的品位-噸位曲線（圖5）。從曲線可以看出，5%以上品位的儲(chǔ)量?jī)H為10265t，僅占I1總儲(chǔ)量的12.9%。而1%以下品位僅為676t，僅占總儲(chǔ)量的極小一部分。主要的儲(chǔ)量都集中于1%～5%的品位區(qū)間，這一部分儲(chǔ)量應(yīng)作為重點(diǎn)的開(kāi)采對(duì)象。從I1礦體各中段的儲(chǔ)量（圖6）來(lái)看，2950中段以上的各中段儲(chǔ)量相差不大，但最下方2900中段的儲(chǔ)量比其他中段高出50%以上。

I1礦體走向320°，具有明顯的南西-北東向側(cè)伏的特征，側(cè)伏角55°左右。礦體的南、北邊界已基本控制，而沿側(cè)伏方向的南西和北東方向并未圈邊。從塊體模型（圖7）可以看出，I1礦體的礦化沿側(cè)伏方向往深部和淺部均具有富集的趨勢(shì)。而儲(chǔ)量較高的2900中段對(duì)應(yīng)于南西部的礦化富集區(qū)域。因此今后的找礦工作應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)在這兩個(gè)方向上推進(jìn)。

圖7 I1礦體塊體模型圖

5 結(jié)論

1）傳統(tǒng)的建模方法不適用于黑牛洞銅礦礦體模型的構(gòu)建，利用底、頂板等高線可以建立較為精確的礦體模型，滿足儲(chǔ)量計(jì)算要求。

2）采用小塊體的塊體模型能夠提升儲(chǔ)量計(jì)算的精度，在采用距離平方反比法進(jìn)行礦塊估值時(shí)，應(yīng)采用勘查網(wǎng)度的整數(shù)倍多次賦值。

3）利用軟件自動(dòng)計(jì)算的儲(chǔ)量與塊段法估算結(jié)果相差不大，表明該方法非?？煽?。品位-噸位曲線中顯示I1礦體儲(chǔ)量主要集中在1%～5%的品位區(qū)間內(nèi)，這一部分儲(chǔ)量應(yīng)作為以后的重要開(kāi)采對(duì)象。

4）塊體品位估值結(jié)果能夠很好反映礦化分布規(guī)律。I1礦體礦化沿側(cè)伏方向往深部和均有富集的趨勢(shì)，今后的找礦工作應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)在這兩個(gè)方向上推進(jìn)。

代堰锫，張惠華，朱玉娣，沈戰(zhàn)武，李同柱，馬東．2016．揚(yáng)子陸塊西緣江浪穹隆及“里伍式”富銅礦床研究進(jìn)展與問(wèn)題[J]．地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，38(1)：66-78．

毛藝，肖淵甫，王夢(mèng)瀟．2020．四川省九龍縣黑牛洞銅礦控礦構(gòu)造特征與成礦關(guān)系研究[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，40(02)：222-224．

阮詩(shī)昆．2017．基于Surpac的紫金山金銅礦床三維地質(zhì)建模[J]．地質(zhì)學(xué)刊，41(3)：421-427．

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王亞飛，盧樹(shù)東，劉國(guó)榮，杜海超，王全樂(lè)．2016．基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的吉爾吉斯斯坦庫(kù)魯銅金礦三維地質(zhì)建模[J]．地質(zhì)找礦論叢，31(2)：303-308．

唐高林，張惠華，代堰锫，李同柱，王昌南，嚴(yán)利偉．2016．川西江浪穹隆核部里伍巖群變質(zhì)巖的地球化學(xué)特征及成巖構(gòu)造背景[J]．礦物巖石，36(1)：41-47．

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Three-Dimensional Model Construction and Reserves Estimation of the Heiniudong Cu Orebodies Based On Surpac

YAN Li-wei1,2TANG Gao-lin1YU Xiang-long2YANG Guang-yuan2LIANG Jing2

(1-Sichuan Liwu Copper Mining Co., Ltd., Chengdu 610091; 2-Sichuan Jinboli Geological Exploration Co., Ltd., Chengdu 610091)

The Jianglang dome is located on the western margin of the Yangtze Block, and is well known for the occurrence of the “Liwu-type” Cu deposits. The Heiniudong Cu deposits as a medium-sized Cu-Zn deposit is situated in the southwestern wing of the Jianglang dome. This article deals with its geological features and orebody distribution. A geological database is constructed by means of the borehole data acquired in the supplementary and production exploration. Models of two major orebodies are established on the basis of geological data on different levels. Grade of ore blocks is calculated by IDW method. The reserve is calculated by block method and block model, respectively. The block model illustrates the spatial distribution of Cu mineralization which provides clues for further exploration.

geological database; orebody model; resource estimation; Surpac; grade-tonnage curve; Heiniudong Cu deposit

2020-06-12

嚴(yán)利偉（1987—），男，江蘇南京人，碩士，職稱，主要從事礦產(chǎn)勘查工作

P618.41

A

1006-0995（2021）02-0338-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.032