江西省石城楂山里礦山三維地質(zhì)建模及儲(chǔ)量估算對(duì)比研究

陳再威，葉東旭，闕興華，鄧以超，鐘建國(guó)

（江西省地質(zhì)局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西 贛州 341000）

由于傳統(tǒng)方法儲(chǔ)量估算的繁瑣，現(xiàn)有3DMine軟件可使用距離冪次反比法進(jìn)行儲(chǔ)量估算，3DMine軟件是國(guó)內(nèi)較為成熟、使用廣泛的礦產(chǎn)建模軟件之一，可進(jìn)行礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、三維礦體建模和地質(zhì)儲(chǔ)量估算等。本文將利用3DMine軟件對(duì)江西省石城楂山里礦區(qū)礦體建立三維模型并進(jìn)行距離冪次反比法資源儲(chǔ)量估算，并將估算結(jié)果與傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法進(jìn)行對(duì)比研究，為今后礦山技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提供幫助。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

石城楂山里礦區(qū)內(nèi)地層較為簡(jiǎn)單，僅有南華系萬(wàn)源巖組、白堊系茅店組和第四系聯(lián)圩組地層出露（圖1）。

圖1 石城楂山里礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖

1.1 南華系萬(wàn)源巖組（Nh1w）

出露于礦區(qū)東部，為一套中深變質(zhì)巖系。

1.2 白堊系上統(tǒng)茅店組（K2m）

主要出露于礦區(qū)西部，呈傾向北北東向的單斜狀與下部變質(zhì)巖呈斷層接觸。

1.3 第四系全新統(tǒng)聯(lián)圩組（Qhl）

主要分布于區(qū)內(nèi)溪流兩側(cè)及山間溝谷低洼處，為松散的沖積物，其上部巖性為淺黃色、紅色、淺灰色粘土、亞粘土，下部巖性為淺黃白色砂、礫石層。

石城楂山里礦區(qū)區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，主要有F1近南北向、F2北東向兩組斷裂構(gòu)造，其中F1不僅為本區(qū) 礦的導(dǎo)礦和主要的容礦構(gòu)造，同時(shí)也是本區(qū)地?zé)崴目責(zé)岷蛢?chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造；F2構(gòu)造為F1的次級(jí)構(gòu)造。

1.4 F1近南北向斷裂構(gòu)造帶

出露于礦區(qū)中部，構(gòu)造產(chǎn)狀總體較穩(wěn)定，呈近南北向350～15°左右展布，局部膨脹收縮，略具“S”展布特點(diǎn)，由南往北貫穿礦區(qū)，延伸長(zhǎng)度大于1km，寬度 1m～20m，傾向260°～285°，傾角一般為75°～85°。

1.5 F2北東向斷裂構(gòu)造帶

出露于礦區(qū)的中東部，長(zhǎng)約220m，寬0.3m～1.8m，傾向325°，傾角60°～70°，南西端在走向和傾向上均歸并于近南北向斷裂（F1），以強(qiáng)烈硅化和大量網(wǎng)脈狀硅質(zhì)脈體充填為特征，構(gòu)造巖以構(gòu)造角礫巖、碎斑巖、碎裂巖為主，硅質(zhì)膠結(jié)。

2 石城楂山里礦區(qū)的礦體特征

石城楂山里礦區(qū)主要有五條礦體，分別為V1、V2、V3、V4和V5號(hào)礦體，其中V1、V2為區(qū)內(nèi)主礦體。礦體嚴(yán)格受斷裂破碎帶控制，沿?cái)嗔蚜严冻仕茖訝睢⒉灰?guī)則透鏡狀和豆莢狀等不同形態(tài)產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀與控礦、賦礦斷裂的產(chǎn)狀基本一致，并隨斷層產(chǎn)狀變化而變化（圖2）。礦體與圍巖接觸界線較清晰，形態(tài)較為規(guī)則，沿走向和傾向有脹縮現(xiàn)象，表現(xiàn)為舒緩波狀。礦體主要分布在1～18線的-600m標(biāo)高以上，并呈現(xiàn)出由南往北側(cè)伏產(chǎn)布的特點(diǎn)（圖3）。

圖2 石城縣楂山里礦體中段平面圖

圖3 礦體垂直縱投影示意圖

區(qū)內(nèi)主要礦體為似層狀、透鏡狀，礦體形態(tài)為中等，有用組分分布較均勻，礦體產(chǎn)狀和厚度的變化明顯受破碎帶形態(tài)制約。

3 礦體三維建模

3.1 建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)

用戶可利用3DMine軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；通過(guò)3DMine軟件將數(shù)字形式的勘探資料用三維圖形的形態(tài)來(lái)管理和利用。數(shù)據(jù)庫(kù)的基本要素為表和字段，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)由若干表組成，每個(gè)表中各個(gè)字段有其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，這些表和字段都要與實(shí)際的數(shù)據(jù)相匹配。建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)之前，需要把基礎(chǔ)的地質(zhì)資料準(zhǔn)備齊全，要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于三維建模來(lái)說(shuō)，建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)這一步十分重要，直接影響到三維礦體的空間形態(tài)特征和儲(chǔ)量計(jì)算。本次數(shù)據(jù)錄入鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候需要兩個(gè)必備的表格，一是定位表，定位表的作用主要是錄入鉆孔等地質(zhì)工程的坐標(biāo)及相關(guān)的基本信息。字段內(nèi)容主要為工程號(hào)、開(kāi)孔坐標(biāo)、最大孔深、軌跡類型，可通過(guò)右鍵編輯表來(lái)增加其他字段信息（開(kāi)終孔日期，勘探線號(hào)）等（表1），還有坑道、探槽等工程建立相關(guān)信息。

表1 定位表

二是測(cè)斜表，測(cè)斜表的作用主要是錄入工程號(hào)、鉆孔進(jìn)尺、傾向方位和傾斜程度等相關(guān)信息(表2) 。字段內(nèi)容主要為工程號(hào)、深度、方位角、傾角等（注意在傾角錄入時(shí)，一般為負(fù)值）。

表2 測(cè)斜表

除了以為兩個(gè)必須的表格外，在3D Mine軟件中還可以右鍵添加巖性表，化學(xué)分析表。巖性表的作用主要是錄入描述巖性及含礦程度等相關(guān)信息。字段主要含有工程號(hào)、從、至、層厚、層序及巖性名稱等?；?yàn)表的作用主要是錄入鉆孔所采氟礦體樣的化驗(yàn)分析結(jié)果等信息，為組合樣生成以及之后的礦體品位賦值提供數(shù)值。字段內(nèi)容主要包含工程號(hào)、從、至、樣號(hào)、樣長(zhǎng)、氟元素化驗(yàn)結(jié)果值等。

在導(dǎo)入鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)之后，可以通過(guò)右鍵點(diǎn)擊顯示鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)三維鉆孔來(lái)進(jìn)行空間顯示?？稍O(shè)置顯示鉆孔軌跡、孔口孔底、圖案、文字、品位曲線、品位組合、深度標(biāo)記、巖性產(chǎn)狀。如果鉆孔數(shù)量過(guò)多，可通過(guò)鉆孔約束功能來(lái)約束顯示鉆孔數(shù)量。下圖4為三維鉆孔空間顯示，圖中可直觀顯示地質(zhì)信息，通過(guò)樣品品位信息組合樣品點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)帶約束方式提取樣品點(diǎn)。根據(jù)三維鉆孔空間品位信息，利用創(chuàng)建三維多線段方式連接同一勘探線不同鉆孔的高品位樣品點(diǎn)來(lái)圈定礦體閉合線，為后期的實(shí)體模型建立做準(zhǔn)備。

圖4 三維鉆孔空間顯示

3.2 建立表面模型

表面模型用來(lái)描述地形，斷層和表面，一般由若干點(diǎn)或線連成相鄰的三角面，形成上下不漏氣的面。

建立表面模型，首先需要將地形圖導(dǎo)入到軟件中，導(dǎo)入之后將地形的線進(jìn)行清理查錯(cuò)，通過(guò)工具欄里的清理查錯(cuò)功能，清理地形線中冗余對(duì)象、重復(fù)壓蓋線條和釘子角，確保在線賦高程時(shí)沒(méi)有錯(cuò)誤。在清理完成之后，通過(guò)線賦高程的功能把處于平面的地形圖轉(zhuǎn)成數(shù)字地形模型。利用表面模型菜單里的生成DTM功能把地形圖生成DTM面（圖5）。

圖5 石城楂山里表面模型

3.3 建立實(shí)體模型

實(shí)體模型是一個(gè)三維的數(shù)據(jù)三角網(wǎng)，是用來(lái)描述三維空間的物體，是3DMine三維模型的基礎(chǔ)。實(shí)體是一個(gè)封閉的面，不同于DTM，它內(nèi)外之分。

實(shí)體模型是由一系列在線上的點(diǎn)連成內(nèi)外不透氣的三角網(wǎng)，三角網(wǎng)由一系列相鄰的三角面構(gòu)成，由這些三角面包裹成內(nèi)外不透氣的實(shí)體。這些三角網(wǎng)在平面視圖上肯定有交疊，但在三維空間中，任何兩個(gè)三角面之間不能有交叉、重疊，任何一個(gè)三角面的邊必須有相鄰的三角面，任何三角面的三個(gè)頂點(diǎn)必須依附在有效的點(diǎn)上，否則實(shí)體是開(kāi)放的或無(wú)效的。

本次石城楂山里礦區(qū)礦體實(shí)體在建立實(shí)體模型前，要先設(shè)置好連接參數(shù)。在連接參數(shù)里有個(gè)使用分區(qū)連接的選項(xiàng)，在我們遇到復(fù)雜的礦體時(shí)需要勾選，在實(shí)體工具欄里中使用分區(qū)連接功能可以更好連接分支復(fù)合的礦體。然后利用鉆孔中圈定礦體閉合線連接三角網(wǎng)，根據(jù)同一礦體的閉合線通過(guò)閉合線之間連接三角網(wǎng)和閉合線線內(nèi)連接三角網(wǎng)的功能實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型建立，在連接過(guò)程中，可以根據(jù)礦體的實(shí)際特征添加輔助線和分區(qū)線，讓實(shí)體模型更接近真實(shí)情況。需要外推的礦體可以利用實(shí)體連接三角網(wǎng)菜單中的擴(kuò)展外推線/體功能外推，根據(jù)礦體具體情況尖推或平推。

3.4 建立塊體模型及賦值

塊體模型概念是在空間上，在一定的范圍內(nèi)，確定一定尺寸的空間塊體，相對(duì)應(yīng)的塊體都有一個(gè)質(zhì)心點(diǎn)，這樣，在質(zhì)心點(diǎn)上可以存儲(chǔ)所有屬性；同時(shí)，引進(jìn)次級(jí)模塊的概念，則是保證礦體邊緣的塊體盡可能地與礦體界線（曲面）相一致，從而得到準(zhǔn)確的報(bào)告值。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)行估值，是塊體模型的重要特點(diǎn)之一。由于品位分布是在資源中受地質(zhì)因素控制而明顯存在的，從而形成一定約束條件下的品位模型。 在資源儲(chǔ)量估算中，利用塊體模型可以準(zhǔn)確地進(jìn)行資源量和品級(jí)報(bào)告。

創(chuàng)建塊體模型及賦值時(shí)需要明確的幾個(gè)概念：①塊體空間范圍；②塊體尺寸；③次級(jí)模塊；④約束條件；⑤估值方法。本次創(chuàng)建石城楂山里礦區(qū)礦體的塊體模型時(shí)塊體尺寸選擇（x,y,z=10,10,5），次級(jí)模塊尺寸選擇塊體的一半，塊體模型建立后，需對(duì)空白塊體進(jìn)行實(shí)體約束和表面約束，使其在三維空間上更接近真實(shí)礦體。

本次塊體賦值時(shí)使用單一賦值法對(duì)類型，比重進(jìn)行賦值，CaF2品位選用距離冪次反比法進(jìn)行賦值。距離冪次反比法具體步驟為：先打開(kāi)樣品點(diǎn)文件（鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的樣品點(diǎn)），然后確定賦值字段及對(duì)應(yīng)屬性、寫(xiě)入塊體的值、冪次、搜索橢球體參數(shù)、次分塊估值尺寸、樣品參數(shù)，最后選擇實(shí)體約束和表面約束功能來(lái)約束塊體。成功賦值后，可選擇塊體報(bào)告輸出（表3）。

表3 石城縣楂山里塊體報(bào)告

4 資源儲(chǔ)量對(duì)比研究分析

通過(guò)兩種儲(chǔ)量估算方法的結(jié)果對(duì)比可知（表4），三維建模距離冪次反比法相對(duì)于傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法儲(chǔ)量估算結(jié)果CaF2量相對(duì)誤差為8%，誤差均在允許范圍內(nèi)，表明本次采用三維建模距離冪次反比法估算的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量是合理的、可靠的。存在誤差的原因主要是資源儲(chǔ)量方法不同，賦值方法與原理的不同，讓CaF2品位出現(xiàn)不同的結(jié)果。由于礦體實(shí)體建模時(shí)未利用地表探槽、淺井及平硐數(shù)據(jù)，使得實(shí)體建模時(shí)礦體實(shí)體連接需平推地表位置，可能會(huì)使礦體實(shí)體難控制真實(shí)的量。而局部鉆孔工程控制不足，個(gè)別礦體僅由單剖面控制，也會(huì)使礦體實(shí)體難控制真實(shí)的量。另一方面就是提取組合樣品點(diǎn)時(shí)未細(xì)分工業(yè)品位和低品位，雖然在這提取組合樣品點(diǎn)過(guò)程中，也對(duì)組合樣品點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)體約束等操作，也避免不了個(gè)別低品位混入，造成了賦值塊體時(shí)CaF2平均品位有所下降，最終資源儲(chǔ)量估算也相對(duì)偏小。

表4 石城縣楂山里儲(chǔ)量對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

3DMine軟件利用石城楂山里礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)、地形地質(zhì)圖、勘探線剖面圖等資料，創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)、表面模型、實(shí)體模型、塊體模型，并利用距離冪次反比對(duì)建立三維塊體模型進(jìn)行估值，實(shí)現(xiàn)了三維礦體的儲(chǔ)量計(jì)算，相對(duì)于傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法計(jì)算更為簡(jiǎn)便，也更直觀。改變了礦山的傳統(tǒng)儲(chǔ)量計(jì)算模型，對(duì)礦山進(jìn)一步建設(shè)具有重要意義。