基于AUTOCAD的礦體三維建模及資源量估算研究
——以道真縣巖坪鋁土礦區(qū)為例

孫澤玉

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

在傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作中，各類基礎(chǔ)工作通?；诙S平面圖進(jìn)行表達(dá)。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提升和各類制圖軟件對(duì)三維建模功能的逐漸完善，構(gòu)建三維地質(zhì)模型并利用其開(kāi)展相關(guān)工作和研究也是可行之舉。與傳統(tǒng)的二維地質(zhì)數(shù)據(jù)相比，三維建?？梢孕蜗蟆?zhǔn)確地再現(xiàn)地質(zhì)體的空間構(gòu)型，更加全面地對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行表達(dá)[1]。本文旨在以常見(jiàn)的工程制圖軟件AUTOCAD 為基礎(chǔ)，對(duì)道真縣巖坪鋁土礦區(qū)開(kāi)展研究，構(gòu)建有關(guān)礦體的空間三維模型，實(shí)現(xiàn)礦體結(jié)構(gòu)空間化，并利用空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算，與傳統(tǒng)儲(chǔ)量估算中的幾何法進(jìn)行對(duì)比。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本次研究的道真縣巖坪鋁土礦區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱鳳崗NNE向構(gòu)造變形區(qū)，屬遵義斷拱NE部的四級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)褶皺發(fā)育，以隔槽式褶皺為特征。復(fù)向斜狹窄呈緊密槽狀，寬約10km；復(fù)背斜寬闊呈舒緩箱狀，寬30km左右。向斜軸部多保留有三疊系，背斜核部常由寒武系組成，奧陶系、志留系、二疊系沿褶皺翼部呈環(huán)狀分布。復(fù)向斜中常見(jiàn)地層倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，延伸較長(zhǎng)的走向沖斷層發(fā)育。SN向復(fù)背斜上常疊加NE或NNE向的褶皺[2-5]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)及其附近出露地層有志留系、石炭系、二疊系、三疊系及第四系。自下而上有中—下志留統(tǒng)韓家店群（S1-2Hj）：主要為灰、灰綠、黃綠、紫紅等雜色薄層粘土巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等；上石炭統(tǒng)黃龍組（C2hn）：主要為淺灰、灰白色微晶—細(xì)晶灰?guī)r；中二疊統(tǒng)梁山組（P2l）：主要為炭質(zhì)泥巖深灰—淺灰色薄層鋁土巖、鋁土質(zhì)粘土巖、石英砂巖及鋁土礦等；中二疊統(tǒng)棲霞組（P2q）：主要為淺灰至深灰色細(xì)晶—泥晶灰?guī)r和炭質(zhì)泥巖，底部炭質(zhì)泥灰?guī)r中常見(jiàn)半自型粒狀黃鐵礦；中二疊統(tǒng)茅口組（P2m）：主要為淺灰—深灰色細(xì)晶—泥晶灰?guī)r和炭質(zhì)泥巖；上二疊統(tǒng)吳家坪組（P3w）：主要為灰、深灰、灰黑色含硅質(zhì)灰?guī)r、泥頁(yè)巖、粘土巖等；上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）：主要為灰、深灰色含硅質(zhì)泥晶灰?guī)r等；下三疊統(tǒng)夜郎組（T1y）：淺灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r及黃色、黃褐色、黃綠色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖等。

礦區(qū)位于大塘向斜南部轉(zhuǎn)折端，向斜軸從礦區(qū)東部邊界經(jīng)過(guò)，礦區(qū)范圍內(nèi)軸長(zhǎng)約9km，軸向NNE；礦區(qū)大部分范圍位于向斜西翼，地層產(chǎn)狀較緩。根據(jù)鉆探工程資料，控制該礦區(qū)的褶皺構(gòu)造為走向NNE向的大塘向斜，斷裂構(gòu)造主要呈NNE-NE向，斷裂不甚發(fā)育且斷面產(chǎn)狀多較平緩，主要對(duì)礦區(qū)含礦巖系進(jìn)行破壞，造成部分地段含礦巖系缺失或礦體橫向上的不連續(xù)[6-11]（圖1）。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)圖

3 礦體特征

本區(qū)礦體產(chǎn)于呈NE-SW向展布的大塘向斜西翼南部轉(zhuǎn)折端，中二疊統(tǒng)梁山組（P2l）含鋁巖系中上部，分布于礦區(qū)邊部及中部，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，除Ⅱ號(hào)、Ⅳ號(hào)礦體呈港灣狀形態(tài)稍不規(guī)則外，其余礦體總體形態(tài)簡(jiǎn)單完整。

本文以Ⅳ號(hào)礦體建立三維模型，并進(jìn)行資源量估算。Ⅳ號(hào)礦體走向314°，走向長(zhǎng)約2200m、控制的最大延伸406m，總體傾向南東，平均傾角約14°，賦礦標(biāo)高680～1260m，礦體平均厚度1.07m，Al2O3平均品位59.26%，礦石類型以灰—深灰色致密狀鋁土礦為主，其次為土狀及碎屑狀，局部含豆鮞狀。以往野外地質(zhì)工作中，共按照不同礦石類型和品級(jí)采取了64件小體重樣，體重測(cè)試結(jié)果在3.22～2.50t/m3之間，一般情況下，礦石品位越高體積質(zhì)量就越低，主要體現(xiàn)在土狀、半土狀礦石的品位較高。由于礦體不能按礦石類型單獨(dú)圈出，因此取平均體重值2.72t/m3進(jìn)行儲(chǔ)量估算。

4 構(gòu)建礦體三維模型

4.1 方法選擇

通過(guò)AUTOCAD建立三維地質(zhì)模型的方法很多，有通過(guò)現(xiàn)有的勘探線剖面圖或礦區(qū)平剖面圖獲取地質(zhì)體截面，利用AUTOCAD“放樣”命令進(jìn)行建模的；也有通過(guò)原始鉆孔數(shù)據(jù)精確繪制各個(gè)鉆孔，進(jìn)行手工建模的。為準(zhǔn)確構(gòu)建空間三維模型，本次采用原始鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行手工建模。

4.2 資料準(zhǔn)備

在構(gòu)建礦體空間三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行資源量估算，應(yīng)當(dāng)至少準(zhǔn)備有關(guān)鉆孔的孔口定位文件、鉆孔測(cè)斜文件、巖性編錄文件、樣品成分分析文件及體重分析文件。

本次采用了19 個(gè)有關(guān)IV 號(hào)礦體鉆探工程的上述資料，并額外利用資源量估算水平投影平面圖進(jìn)行幾何法計(jì)算對(duì)比。所有資料均采用統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系。

4.3 手工建模

AUTOCAD 手工三維建模的基本方法為，通過(guò)三維多段線構(gòu)建礦體的空間邊界，將各空間邊界擬合成包覆礦體的空間曲面后，生成三維實(shí)體。因此，本次建模的主要技術(shù)路線為：

（1）利用鉆探工程的原始數(shù)據(jù)，建立基于真實(shí)坐標(biāo)的空間多段線，見(jiàn)圖2；

圖2 三維鉆探工程圖

（2）通過(guò)連接各勘探線上鉆探工程中參與資源量計(jì)算樣品的頂?shù)装遄鴺?biāo)點(diǎn)，擬合成圈定礦體的三維多段線；

（3）使用“曲面修補(bǔ)”或“放樣”命令將各勘探線上圈定礦體的三維多段線擬合成平滑曲面（如勘探線上參與資源量計(jì)算的僅有單個(gè)工程，則與相鄰勘探線上參與資源量計(jì)算的兩個(gè)或多個(gè)工程擬合成平滑三角曲面）；

（4）根據(jù)有限外推和無(wú)限外推原則，構(gòu)建垂直于水平面的空間曲面，作為礦體外推的邊界；

（5）將圈定礦體頂?shù)装宓那嬉浴扒嫜由臁泵钛由熘僚c礦體外推的邊界曲面相交，并將多余曲面用“曲面修剪”命令去除，形成封閉的曲面空間，見(jiàn)圖3；

圖3 封閉空間曲面圖

（6）通過(guò)“曲面造型”命令構(gòu)建礦體的三維實(shí)體；

（7）根據(jù)礦體塊段的實(shí)際劃分情況，構(gòu)建垂直于水平面的空間曲面，用“曲面修剪”命令將礦體切割為各塊段；

（8）對(duì)所構(gòu)建的三維實(shí)體執(zhí)行“干涉檢查”命令，確保各個(gè)實(shí)體沒(méi)有相交與自相交，并賦予各塊段顏色和標(biāo)注，見(jiàn)圖4。

圖4 三維實(shí)體圖

5 資源量估算

根據(jù)已構(gòu)建的Ⅳ號(hào)礦體空間三維模型，可使用AUTOCAD 中“測(cè)量體積”命令點(diǎn)選有關(guān)三維實(shí)體測(cè)量體積，并可通過(guò)有關(guān)鉆探工程的樣品成分分析文件和體重分析文件估算出該礦體的儲(chǔ)量。同時(shí)，為驗(yàn)證三維模型法估算的可靠性，對(duì)Ⅳ號(hào)礦體中圈定332資源量的Ⅳ-1 和Ⅳ-2 礦體使用三角形法估算、對(duì)外推333資源量的Ⅳ-3礦體使用水平投影法估算，與三維模型法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 資源量估算對(duì)比表

根據(jù)Ⅳ號(hào)礦體三維模型法與三角形法、水平投影法資源量估算的對(duì)比結(jié)果，金屬量估算誤差率均小于6%，Ⅳ號(hào)礦體金屬量估算的總體誤差率為3.6%＜5%，故認(rèn)為本礦體三維建模儲(chǔ)量估算結(jié)果可靠。

6 結(jié)論

基于本次礦體三維建模及資源量估算的結(jié)果，本文得出以下結(jié)論：①區(qū)別于傳統(tǒng)的二維圖件表達(dá)方式，通過(guò)空間三維模型表達(dá)找礦成果，可以更加直觀地表達(dá)礦體形態(tài)、產(chǎn)狀等空間信息，有利于技術(shù)人員分析找礦成果的空間分布情況，有助于對(duì)下一步找礦方向進(jìn)行預(yù)測(cè)。②通過(guò)準(zhǔn)確建立礦體的空間三維模型，可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地量算礦體有關(guān)數(shù)據(jù)，還可以實(shí)時(shí)切割、增加各個(gè)塊段，更加方便靈活地對(duì)礦體進(jìn)行分析。③能夠準(zhǔn)確高效地估算資源儲(chǔ)量，免于繁雜的計(jì)算過(guò)程，提高工作效率與準(zhǔn)確率。