基于3DMine軟件建立層狀礦體模型的研究及應(yīng)用

普文周，楊松華

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某錳礦礦體規(guī)模達(dá)大型，礦體呈似層狀產(chǎn)出。在設(shè)計過程中，為了對礦床有更深的認(rèn)識，提高設(shè)計質(zhì)量，提高設(shè)計效率，故采用了3Dmine地質(zhì)軟件，采用網(wǎng)格估值的方法圈連了礦體，建立了塊體模型對該礦床錳礦體的資源量進(jìn)行了估算。

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)地處云貴高原貴州東北邊緣武陵山脈主峰梵凈山東北部山麓處，屬中低山地形，構(gòu)造侵蝕地貌，切割較深，起伏較大，山脈多呈北北東向展布。礦區(qū)大地構(gòu)造位置一級分區(qū)屬Ⅳ羌塘-揚子-華南板塊，二級分區(qū)屬Ⅳ-4揚子陸塊，三級分區(qū)屬Ⅳ-4-2江南復(fù)合造山帶，四級分區(qū)屬Ⅳ-4-2-3黔南坳陷區(qū)，五級分區(qū)屬Ⅳ-4-2-3(2)銅仁復(fù)式褶皺變形區(qū)。

礦區(qū)地層主要有：青白口系下江時期紅子溪組、清水江組，南華系富祿組兩界河段、大塘坡組、南沱組，震旦系陡山沱組、跨震旦系和寒武系紐芬蘭統(tǒng)老堡組，寒武系九門沖組、變馬沖組、杷榔組、清虛洞組、高臺組、石冷水組、婁山關(guān)組以及第四系等。

共11個鉆孔控制了連續(xù)成片的礦體。工程控制距離近南北長約1 360 m，近東西寬約1 155 m，平面上大致呈不等長的五邊形，礦體隱伏埋藏于地表以下約1 300 m左右，錳礦石自然類型基本確定為原生碳酸錳礦石。展布連續(xù)性好，連續(xù)展布面積大于1.0 km2，礦體規(guī)模達(dá)大型。礦體呈似層狀產(chǎn)出于大塘坡組一段黑色炭質(zhì)泥巖中，有分枝復(fù)合，但是分枝復(fù)合少，間有夾石，夾石巖性與礦體巖性相近。礦體厚度變化小，平均厚度為5.05 m。礦體呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀穩(wěn)定，與圍巖基本一致，傾向約75°，傾角較緩，一般為10°～15°，未被較大斷層分割，局部可能存在小斷層切割礦體，但對礦體的穩(wěn)定程度無明顯影響。構(gòu)造復(fù)雜程度簡單，未見明顯褶皺，礦化連續(xù)，品位分布均勻，總體為北東方向，向北西以及南東均有逐漸降低的趨勢。

2 三維地質(zhì)建模

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立

(1)原始地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入要求及格式

某錳礦探礦工程主要為鉆孔，建立數(shù)據(jù)庫前需對各鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并用Microsoft Excel表格錄入數(shù)據(jù)，根據(jù)錄入格式的要求及礦床的化驗研究工作需建立3個Excel表格，分別為測斜表、定位表及化驗分析表。其中化驗分析表為非強(qiáng)制性表格，而測斜表及定位表為3DMine軟件的強(qiáng)制性表格，必須按3DMine軟件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行錄入，測斜表、定位表是用于定位鉆孔在三維上的空間軌跡，化驗分析表的相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)空間軌跡在軌跡線上對應(yīng)的取樣位置顯示。

(2)地質(zhì)數(shù)據(jù)文本文件的生成

對上一步鉆孔數(shù)據(jù)收集整理后，還需對數(shù)據(jù)在Excel上錄入及錄入后的檢查，最后分別形成測斜表(強(qiáng)制性表格)、定位表(強(qiáng)制性表格)及化驗分析表3個文件。

測斜表、定位表及化驗分析表錄入并檢查無誤后，即可在3DMine軟件中建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。主要建立步驟如下(依據(jù)3DMine軟件菜單欄)：①鉆孔→鉆孔數(shù)據(jù)庫→新建數(shù)據(jù)庫；②添加表；③導(dǎo)入Excel。

(3)建立數(shù)據(jù)庫及導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件

3DMine有許多數(shù)據(jù)接口，可以導(dǎo)入各種數(shù)據(jù)格式，該次地質(zhì)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入數(shù)據(jù)為Excel電子表格。將上述錄好的3個Excel文件導(dǎo)入3DMine后，每個表格通過表格數(shù)據(jù)中的“工程號”建立聯(lián)系，然后在3DMine軟件中形成最終的數(shù)據(jù)庫。

建立數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件的導(dǎo)入順序為：新建數(shù)據(jù)庫→添加表格→導(dǎo)入Excel數(shù)據(jù)→顯示鉆孔→顯示風(fēng)格設(shè)置。

(4)地質(zhì)數(shù)據(jù)的驗證

對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證的主要目的是為了檢查數(shù)據(jù)的正確性，由于鉆孔數(shù)據(jù)較多，錄入過程中難免會出現(xiàn)錯誤，所以需對數(shù)據(jù)進(jìn)行校核及修改，進(jìn)而使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在三維空間中能真實反應(yīng)，為礦山設(shè)計及今后開采提供依據(jù)，這也是建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的初衷。驗證及修改的方法為：①對錄入數(shù)據(jù)的驗證；②根據(jù)剖面圖對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行驗證；③根據(jù)平面圖對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行驗證；④部分?jǐn)?shù)據(jù)的特殊處理。

某錳礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫共錄入鉆孔數(shù)據(jù)18個。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫探礦工程平面相對位置關(guān)系見圖1，探礦工程軌跡的三維空間關(guān)系見圖2。

圖1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫探礦工程平面相對位置關(guān)系圖Fig.1 Plane locations of prospection in the geological database

圖2 探礦工程軌跡的三維空間關(guān)系圖Fig.2 3D prospection trajectories

2.2 三維地質(zhì)實體模型建模

在建立三維地質(zhì)模型中，以建立實體模型為核心，通過實體模型的建立，可以從三維空間上對礦體的形態(tài)及分布規(guī)律進(jìn)行展示及研究。

地質(zhì)實體模型分為表面模型及實體模型。表面模型是一個表面實體，是一個不封閉的面，如斷層、地層、地表等均屬于表面模型，某錳礦本次表面模型的建立僅為地表模型。實體模型是一個封閉的實體，如巖石、巖體、或者礦石等均屬于實體模型。

2.2.1 地表模型

地表模型的建立是至關(guān)重要的，它是一個完整的三維模型必不可少的組成部分，它的建立可以使我們從宏觀上對整個礦區(qū)的地形情況及周邊的地形情況有著直觀的認(rèn)識。而且，在設(shè)計過程中，地表模型的建立對井口位置、排土場及選廠的位置選擇都具有指導(dǎo)性作用。地表模型還可以作為約束條件，對圈礦時誤將礦體伸出地表的部分用地表模型作為約束將其裁掉，地表模型建立的準(zhǔn)確性還將影響礦體露頭位置的準(zhǔn)確定位及品位估值、資源儲量估算、露天境界優(yōu)化和工程量計算的精度。因此，為了達(dá)到以上要求，地形范圍必須覆蓋整個工程范圍，同時地表模型必須滿足精度要求。

為滿足以上要求，本次建模利用地質(zhì)報告中的地形地質(zhì)圖對等高線進(jìn)行賦值后形成地形模型，見圖3。

圖3 某錳礦地表模型圖Fig.3 Surface model of a manganese mine

2.2.2 礦體實體模型

礦體實體模型的建立是三維地質(zhì)模型的核心工作，建立好礦體實體模型后，我們可以做很多工作，比如在任意方向上直接切割剖面，任意標(biāo)高上直接生成平面，進(jìn)行體積計算、觀察各礦體的賦存關(guān)系，在今后塊體模型建立后，還可以用礦體實體模型作為約束條件對礦體進(jìn)行賦值，可作為品位估值邊界、報量約束等。

某錳礦礦體實體模型的建立要求是如實反映礦體的空間形體、位置等，還要求其通過實體驗證，從而能作為今后塊體模型的約束條件。

具體建模過程如下：

(1)在確認(rèn)數(shù)據(jù)庫準(zhǔn)確無誤后，將各鉆孔信息(包括鉆孔軌跡，樣品信息)顯示在三維視圖中，建立一系列勘探線剖面。針對個別鉆孔偏離勘探線較遠(yuǎn)的情況，需單獨加密剖面進(jìn)行礦體解譯。

(2)從各個剖面鉆孔上根據(jù)圈礦指標(biāo)提取礦體的頂?shù)装妩c，并分別保存。

(3)根據(jù)提取的礦體的頂?shù)装妩c，利用網(wǎng)格估值的功能，對礦體頂?shù)装宓纳Ⅻc按照相應(yīng)的插值方法進(jìn)行估值內(nèi)差點，分別生成礦體頂?shù)装迕妗?/p>

(4)利用閉合線之間連接三角網(wǎng)的功能對礦體頂?shù)装迕孢吔邕M(jìn)行連接，并與之前礦體頂?shù)装迕婧喜⒊蔀橐粋€實體，此模型即為我們想要得到的礦體模型，見圖4、圖5。

圖4 某錳礦礦體實體模型圖Fig.4 Solid model of a manganese ore body

圖5 某錳礦地表及礦體模型圖Fig.5 Surface and orebody models of a manganese mine

2.3 塊體模型

塊體模型的建立是儲量估算的基礎(chǔ)，建立好塊體模型后，可通過自定義的約束對任意空間范圍內(nèi)的礦體資源量進(jìn)行報告、統(tǒng)計等，也可在任意方向上直接切割剖面，任意標(biāo)高上直接生成平面，對相關(guān)剖面、平面上品位的分布情況研究奠定了基礎(chǔ)。

某錳礦塊體模型建立順序順序為：新建塊體模型→輸入相關(guān)塊體尺寸信息，次級模塊大小→新建塊體屬性→塊體屬性賦值→品位估值→塊體報告。

(1)塊體尺寸選取

塊體尺寸不宜過大也不宜過小。某錳礦塊體尺寸的選取依據(jù)勘探線間距、礦體形態(tài)、采礦方法、開采段高等綜合考慮。

該次塊體模型建立尺寸最終確定為標(biāo)準(zhǔn)塊大小：X=10.000，Y=10.000，Z=2.000；次級塊體大小：X=2.500，Y=2.500，Z=0.500。

(2)塊體屬性設(shè)置

結(jié)合該礦床的具體情況，塊體模型屬性字段，見表1。

表1 塊體模型屬性字段表Tab.1 Properties and the block model

(3)屬性賦值

礦巖類型：將礦體實體模型內(nèi)部的塊賦值為礦體；體重：礦體的體重采用直接賦值；資源類別：根據(jù)詳查報告資源量估算圖的各類邊界進(jìn)行賦值。

(4)品位估值

樣品組合：對礦體工程樣品按照0.6 m樣長進(jìn)行組合；

估值方法：采用距離冪次反比法對主礦體進(jìn)行估值。

塊體模型詳見圖6。

圖6 某錳礦塊體模型圖Fig.6 Block model of a manganese mine

3 估算結(jié)果與地質(zhì)報告提交資源量對比

(1)對比結(jié)果

經(jīng)對比，3DMine模型報告礦石量比地質(zhì)報告多4.5 %，模型報告Mn品位比地質(zhì)報告低0.46 %。

(2)誤差分析

設(shè)計采礦方法采用綜采工藝及連采工藝，開采過程中夾石無法剔除。為貼合生產(chǎn)實際，提高設(shè)計精度，在建模過程中未將夾石剔除，故導(dǎo)致模型報告礦石量偏大，而品位相對偏低。

4 結(jié) 語

伴隨著科技的發(fā)展，地質(zhì)三維軟件在礦山勘察設(shè)計行業(yè)中的運用也越來越普遍，但是在利用三維軟件建立礦體實體時，不同產(chǎn)狀的礦體實體建模往往有不同的方法。散點數(shù)量不多時，生成的DTM面比較突兀，利用網(wǎng)格估值就可以對散點按照一定的插值方法進(jìn)行估值內(nèi)插點，利用這些點生成DTM表面模型就比較圓滑了。文中某錳礦以層狀產(chǎn)出，利用3DMine軟件中的網(wǎng)格估值功能建立實體模型，估值后資源量與地質(zhì)報告相比，誤差范圍極小，為后人在實體模型的建立中提供新的思路。