某銀多金屬礦三維地質(zhì)建模及資源量估算

劉文凱，張雄天

(蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司, 甘肅 蘭州 730000)

0 引言

Micromine礦業(yè)軟件是一款大型三維礦業(yè)軟件，該軟件廣泛運用于礦山地質(zhì)勘探、資源量估算、礦山開采設(shè)計等。Micromine礦業(yè)軟件通過對礦體進(jìn)行三維地質(zhì)建模，實現(xiàn)了礦山數(shù)字化、可視化，對于礦山設(shè)計及促進(jìn)礦山數(shù)字化建設(shè)具有十分重要的意義。

本文利用Micromine軟件對某銀多金屬礦進(jìn)行三維地質(zhì)建模及其資源量估算。

1 地質(zhì)概況

某銀多金屬礦大地構(gòu)造位置屬于內(nèi)蒙古地槽褶皺系（Ⅱ）溫都爾廟-翁牛特旗加里東地槽褶皺帶。礦區(qū)內(nèi)出露地層有侏羅系上統(tǒng)滿克頭鄂博組（J3mk）、第四系全新統(tǒng)（Qh）。礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造以北東-南西向為主，構(gòu)造類型以斷裂構(gòu)造為主，褶皺微弱。礦體賦存于構(gòu)造裂隙中，與北西西向（310°～330°）節(jié)理裂隙密切相關(guān)。礦床屬于與中生代火山熱液有關(guān)的淺成低溫?zé)嵋旱V床。

礦床內(nèi)共圈定11條礦體，礦區(qū)規(guī)模最大的為I號礦體，其呈陡傾斜的大脈狀產(chǎn)于地表136 m以下，是礦區(qū)最主要的礦體。礦體東西長634 m，傾向延深673 m，賦存標(biāo)高1342～720 m，沿走向波折延伸，傾向上亦呈舒緩、波狀產(chǎn)出。礦體走向109°～165°，傾向南199°～255°，傾角為65°～89°，平均為77°。礦體厚度為0.1～11.26 m，平均厚度為2.52 m。I號礦體平均品位Ag 330.06 g/t、Cu 0.31%、Pb 7.07%、Zn 6.80%。

I號礦體按礦石類型可分為兩個礦層：中心為 大脈狀銀鉛鋅硫化物塊狀礦層，走向、傾向上連續(xù)性較好，產(chǎn)狀穩(wěn)定，有用組分含量較高，編號為I-1號礦體，礦石量占I號礦體的22.47%，金屬量占73.83%。緊鄰該富礦層頂、底板產(chǎn)出有厚度不等的浸染狀銀鉛鋅硫化物貧礦層，編號為I-2號礦體，是近礦圍巖具不同程度的礦化而形成。

礦石中主要有用元素為銀、鉛、鋅、銅。礦石結(jié)構(gòu)簡單，塊狀礦石主要為半自形—它形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，浸染狀礦石主要為它形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代侵蝕結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、稀疏浸染構(gòu)造、脈狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。

礦石自然類型均為原生礦石，礦石工業(yè)類型為含銅的銀鉛鋅硫化礦石。

2 鉆孔數(shù)據(jù)庫建立

鉆孔數(shù)據(jù)庫是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，主要由4個Excel電子表格組成，分別為孔口表、測斜表、化驗表、巖性表（前3個為必要文件）。此4個表格中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是依據(jù)地質(zhì)資料而創(chuàng)建，其中孔口表為定位文件、測斜表為軌跡文件、化驗表為基本化驗分析文件、巖性文件為不同區(qū)段的巖性信息。該銀多金屬礦共錄入孔口數(shù)據(jù)178個、測斜數(shù)據(jù)1173個、化驗分析數(shù)據(jù)4721個。

鉆孔數(shù)據(jù)庫建立后，將勘探工程的空間軌跡關(guān)聯(lián)起來，形成了鉆孔三維模型（見圖1），實現(xiàn)了圖形與屬性數(shù)據(jù)的可視化，為下一步礦體三維建模提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 鉆孔三維模型

3 實體模型的建立

3.1 礦體剖面解譯

將鉆孔數(shù)據(jù)庫進(jìn)行三維顯示后，需在每條勘探線上進(jìn)行礦體輪廓線解譯，即礦體的圈定。本礦礦體圈定原則與地質(zhì)報告確定的原則保持一致，所采用的工業(yè)指標(biāo)如下：

邊界品位：Ag≥40×10-6、Pb≥0.30%、Zn≥0.50%、Cu≥0.20%；

工業(yè)品位：Ag≥80×10-6、Pb≥0.70%、Zn≥1.00%、Cu≥0.40%；

最小可采厚度≥1 m；

夾石剔除厚度≥2 m；

礦體有限外推時尖推兩工程間距的1/2作為礦體邊界，無限外推時按相應(yīng)資源類別基本工程間距的1/2尖推確定礦體邊界，采用米·克噸值（或米·百分值）圈定且工程位于邊部時不再外推。

鑒于I號主礦體分為兩個礦層：中心為大脈狀銀鉛鋅硫化物塊狀富礦層，外圍為浸染狀銀鉛鋅硫化物貧礦層，在礦體解譯時兩礦層分別進(jìn)行了解譯，避免了后續(xù)資源量估值時貧富礦層混合估值而產(chǎn)生偏差。

解譯后的礦體輪廓線見圖2。

3.2 模型建立

礦體模型是一個三維空間三角網(wǎng)連接而成的實體，礦體模型的建立實現(xiàn)了礦體的三維可視化。在建立礦體模型時，不同的礦體分別建立不同的線框模型，利用各剖面解譯完成的礦體輪廓線進(jìn)行連接，連接方法選擇等邊三角形法。其中I號主礦體分別建立了I-1號富礦層和I-2號貧礦層兩個線框。在I-1、I-2線框創(chuàng)建過程中，局部地段礦體邊界三角網(wǎng)產(chǎn)生交叉，此種情況在當(dāng)兩個線框相隔較近或成包含關(guān)系時常有發(fā)生，不過在Micromine中，兩個線框產(chǎn)生輕微交叉是允許的，并不影響后續(xù)的品位插值，可在礦塊模型線框賦值時，通過賦值的先后順序予以解決。但當(dāng)交叉發(fā)生在同一個線框中時是不允許的，必須將線框修正至零交叉、零無效邊后方可進(jìn)行后續(xù)操作。

圖2 礦體輪廓線

建立完成的礦體三維模型見圖3。

4 資源量估算

利用Micromine軟件進(jìn)行資源量估算的流程：生成井中坐標(biāo)→線框賦值→樣長組合（特高品位處理）→建立空塊模型→建立搜索橢球體→品位插值（資源類別劃分）→模型報告。

4.1 生成井中坐標(biāo)

生成井中坐標(biāo)的目的是將樣品文件中的品位 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至估值時所需要的三維數(shù)據(jù)，具體的實現(xiàn)過程是在樣品文件中添加了東坐標(biāo)、北坐標(biāo)、高程三個字段，三個字段的數(shù)值是由軟件根據(jù)孔口數(shù)據(jù)、測斜數(shù)據(jù)以及樣品文件中的從、至字段自動計算生成。

圖3 礦體三維模型

4.2 線框賦值

在估值的過程中，某一個線框的品位估值只能利用本線框內(nèi)的樣品數(shù)據(jù)來完成，因此，需要對已經(jīng)生成完井中坐標(biāo)的樣品文件進(jìn)行線框賦值，賦值的過程即對號入座的過程，每一個圈入礦體的樣品數(shù)據(jù)都會添加一個礦體名稱的屬性。該礦I號主礦體分為富礦層和貧礦層，當(dāng)線框賦值完畢后，富礦層內(nèi)的樣品只能對富礦體進(jìn)行估值，貧礦層內(nèi)的樣品只能對貧礦體進(jìn)行估值。

4.3 樣品組合

為了確保用于估值的品位按照相同的樣長進(jìn)行加權(quán)平均，保證估值過程不出現(xiàn)偏差，需要對已知采樣樣品進(jìn)行樣長組合。樣長組合是把已知采樣樣品的長度全部轉(zhuǎn)化成同一長度，目的在于避免由于樣品長度大使得其品位也高，在應(yīng)用樣品進(jìn)行空間插值的時候，使得該樣品分配的計算權(quán)值過大。

利用Micromine統(tǒng)計/直方圖功能分別對I-1號富礦體及其他礦體內(nèi)樣品的樣長進(jìn)行統(tǒng)計分析，其直方圖分別見圖4、圖5。

從圖4、圖5可以看出，I-1號富礦體內(nèi)樣長中值為0.6 m，均值為0.65 m，樣長組合時按照0.5 m進(jìn)行組合；其他礦體內(nèi)樣長中值為1.0 m，均值為0.95 m，樣長組合時按照1.0 m進(jìn)行組合。

4.4 建立空塊模型

為了估算整個礦體的平均品位，需將礦體劃分成若干大小相同的塊段模型。建立空塊模型的目的在于，通過模型中已知的采樣點品位，利用特定的數(shù)學(xué)方法對其進(jìn)行空間插值，直到每一個塊段都有品位。

圖4 I-1號礦體樣長統(tǒng)計直方圖

圖5 其他礦體樣長統(tǒng)計直方圖

創(chuàng)建空塊模型時，需要注意以下幾點：

（1）空塊模型的范圍要包括全部的礦體；

（2）空塊模型要選擇合適的尺寸；

（3）根據(jù)礦體產(chǎn)狀對空塊模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，以便塊更好地落在礦體內(nèi)；

（4）使用地表DTM模型、礦體線框模型等已知數(shù)據(jù)，對塊體模型進(jìn)行賦值，以區(qū)分塊體是否位于礦體內(nèi)、是否位于地表下；如有必要，也需要區(qū)分該塊體是氧化礦還是原生礦；

（5）次分塊方法：次分塊需要分的足夠小，以便能更好地模擬邊界（如礦體邊界），但是同時也需要考慮計算機(jī)的運算性能。

鑒于本礦床礦體厚度較薄，空塊模型大小確定為5 m×1 m×5 m，次分塊尺寸為2.5 m×0.25 m× 2.5 m，空塊模型經(jīng)次分后共包含459 865個單元塊。

4.5 建立搜索橢球體

搜索橢球包含與礦塊品位估值相關(guān)的樣品品位，不包括無關(guān)的（不需要的）品位。根據(jù)礦體的產(chǎn)狀設(shè)置搜索橢球體的參數(shù)，以便更快更準(zhǔn)地進(jìn)行插值。

在建立搜索橢球體時，先將搜索橢球體的顯示中心落在礦體中間，以便能更好地比對礦體形態(tài)；搜索橢球體第一回次的搜索半徑一般為勘探間距的1.2～1.5倍，本礦選擇1.2倍即60 m為初次搜索半徑；扇區(qū)選擇為8個，每個扇面的最多點數(shù)為6。

4.6 品位插值

根據(jù)創(chuàng)建的空塊模型，設(shè)置的搜索橢球體參數(shù)，即可對每個空塊進(jìn)行品位插值。品位插值的方法有多種，主要有距離冪次反比法、克里格法、多重指示克里格等，其中以距離冪次反比法應(yīng)用最為廣泛。由于各樣品距離待估點的距離不同，其品位對待估點的影響程度也不同。距離待估點越近的樣品，其品位對待估點的影響也就越大。因而在計算中，離待估點近的樣品的權(quán)值應(yīng)比離待估點遠(yuǎn)的樣品的權(quán)值大。距離冪次反比法就是基于這一思想產(chǎn)生的。

在估值過程中，采用1次估值往往不能將待估塊段全部完成估值，往往需要2次或3次才能完成。在估值完成的塊模型中不應(yīng)有缺失的品位值，在礦體內(nèi)部的塊應(yīng)該檢查是否全部都已插值。

在Micromine軟件中，資源類別的劃分與傳統(tǒng)塊段劃分方法有所不同。在軟件中，當(dāng)建立搜索橢球體估值參數(shù)時，可通過設(shè)置搜索半徑和參與估值的工程數(shù)對資源類別進(jìn)行劃分，但這往往與地質(zhì)報告中傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法統(tǒng)計出來的各類別資源量相差較大，且現(xiàn)階段來講，通過軟件劃分的資源類別還未能普遍運用于報告編制或礦山設(shè)計中。因此，為減少不同類別資源量的誤差，有必要圈定不同類別資源量的線框模型，資源類別線框模型可參考地質(zhì)報告進(jìn)行圈定。資源類別線框圈定完成后，通過線框賦值即可實現(xiàn)對每個單元塊資源類別賦值。

該銀多金屬礦品位插值完成后的塊體模型見圖6、圖7。從Ag品位分區(qū)間顯示可以看出，I-1號富礦體品位明顯比其他礦體要高。

進(jìn)行資源類別賦值后的塊體模型見圖8。從圖8可以看出，控制程度較高的地段集中于上部由坑道控制的1200 m、1100 m中段。

圖6 I-1號富礦體塊體模型

圖7 其他礦體塊體模型

圖8 賦值后的塊體模型

4.7 模型報告

依據(jù)插值模型即可進(jìn)行資源量報告。資源量報告時，可設(shè)置各類參數(shù)分類進(jìn)行報告，如分礦體、資源類別、礦石類型、不同中段標(biāo)高、動用/保有等，其報告過程非常便捷。

5 資源量報告及對比

本礦通過建立Micromine三維模型采用距離冪次反比法估算的資源量與地質(zhì)報告采用傳統(tǒng)的地質(zhì)塊段法估算的資源量結(jié)果進(jìn)行對比分析，見表1。

由表1可知，核實報告與模型計算的資源量在礦石量、品位、金屬量方面的相對誤差均在5%以內(nèi)，從不同資源類別的礦石量誤差來看，其差別也是非常小的，由此可見，模型估算的資源量結(jié)果是可靠的，可以作為下階段設(shè)計的依據(jù)。

表1 資源量對比

6 結(jié)論

（1）利用Micromine礦業(yè)軟件建立該礦三維地質(zhì)模型，采用距離冪次反比法進(jìn)行品位估值，通過與地質(zhì)報告資源量對比，其誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，說明模型估算的資源量是可靠的。

（2）礦床三維模型可全方位立體地展現(xiàn)礦體的三維空間形態(tài)及礦體品位分布特征，實現(xiàn)了礦山的可視化、數(shù)字化；通過估值完成的塊體模型，可快速地計算各種約束條件下礦體的資源量；通過礦體三維空間的顯示，可指導(dǎo)下階段設(shè)計中采礦系統(tǒng)及開拓工程的布置，可大大提高礦山設(shè)計工作效率。