沈 陽(yáng)，張作倫，高幫飛，吳昱誠(chéng)

(1.中鐵資源地質(zhì)勘查有限公司，北京 100039; 2.中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京 100039)

所謂地質(zhì)體三維可視化建模，就是運(yùn)用現(xiàn)代空間信息理論來(lái)研究地質(zhì)體及其環(huán)境的信息處理、數(shù)據(jù)組織、空間建模與數(shù)字表達(dá)，并運(yùn)用科學(xué)可視化技術(shù)來(lái)對(duì)地質(zhì)體及其環(huán)境信息進(jìn)行真三維再現(xiàn)和可視化交互的科學(xué)與技術(shù)[1]。隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷進(jìn)步，三維建模與資源量計(jì)算交叉領(lǐng)域的研究愈加成熟，這一過(guò)程中涌現(xiàn)出了大量?jī)?yōu)秀的三維建模地質(zhì)軟件，比較有代表性的有澳大利亞SURPAC公司的SURPAC軟件、Micromine公司開(kāi)發(fā)的Micromine軟件、MAPTEK公司開(kāi)發(fā)的VULCAN軟件，加拿大LYNX GEOSYSTEM公司開(kāi)發(fā)的LYNX與MicroLYNX+軟件、Gemcom公司的Gemcom軟件，以及英國(guó)MICL公司的DataMine & Guide軟件等[2]。研究區(qū)的三維礦體建模及資源量估算是在Micromine軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。

Micromine軟件是由總部位于澳大利亞的Micromine公司開(kāi)發(fā)的，該軟件已于2003年通過(guò)國(guó)土資源部權(quán)威認(rèn)證，采用該軟件評(píng)估資源具有評(píng)估機(jī)構(gòu)認(rèn)可的資質(zhì)。另外，它還具有簡(jiǎn)單易用、功能齊全、數(shù)據(jù)兼容性好、可視性強(qiáng)等特點(diǎn)[3-4]。本文以某鉛鋅礦床為例，基于Micromine軟件平臺(tái)，結(jié)合研究區(qū)相關(guān)地質(zhì)資料，進(jìn)行三維礦體模型建設(shè)，并運(yùn)用距離反比法對(duì)研究區(qū)礦體進(jìn)行空塊模型的劃分、空間插值，最后在以上基礎(chǔ)上進(jìn)行資源量估算，出示研究區(qū)資源量報(bào)告。

1 礦體特征及參數(shù)確定

研究區(qū)礦體受構(gòu)造裂隙控制，總體呈NE向展布，產(chǎn)狀北傾，主要以不規(guī)則脈狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦石中金屬礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，非金屬礦物主要為石英。區(qū)內(nèi)鉆孔均布設(shè)在已知礦體走向、傾向延長(zhǎng)方向，鉆孔開(kāi)孔方位SE向。

本次資源量估算所用工業(yè)指標(biāo)參考一般鉛鋅礦床坑采標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)參數(shù)如下：①礦石邊界品位：Pb 0.5%，Zn 1%；②最低工業(yè)品位：Pb 1%，Zn 2%；③最小可采厚度：2m；④夾石剔除厚度：4m；⑤比重缺省為2.8g/cm3。

根據(jù)《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0214—2002)，5個(gè)地質(zhì)因素類(lèi)型系數(shù)之和為1.9，本礦床勘查類(lèi)型可確定為第Ⅱ勘查類(lèi)型，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)工作程度和勘查工程間距，本次資源量估算以40m×40m網(wǎng)度探求331資源量，80m×80m網(wǎng)度探求332資源量，以160m×160m網(wǎng)度探求333資源量。

區(qū)內(nèi)礦體的圈定依照如下原則：①有限外推：當(dāng)一剖面有工業(yè)礦體，相鄰剖面沒(méi)有工業(yè)礦體時(shí)，推至兩剖面工程間距1/2楔形尖滅；②無(wú)限外推：礦體邊部的工程外推工程間距1/2尖滅，或者工程間距1/4板狀外推[5]。

2 三維建模及資源量估算

本文結(jié)合研究區(qū)平面上位于01～07勘探線之間的鉆孔資料，運(yùn)用Micromine軟件進(jìn)行三維建模，并在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用距離反比法對(duì)礦體資源量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)采用封閉多面體法對(duì)其計(jì)算的可靠程度進(jìn)行檢驗(yàn)，具體計(jì)算流程見(jiàn)圖1。

2.1 建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

Micromine軟件在進(jìn)行三維礦體建模時(shí)，需要提供鉆孔的編號(hào)、位置、測(cè)斜，鉆孔的孔深、分樣信息以及樣品分析結(jié)果等基本信息。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的井口文件、測(cè)斜文件、樣品分析文件中匯集了所有這些必要數(shù)據(jù)，相關(guān)文件均保存為*.DAT格式(表1)。本文收集錄入了區(qū)內(nèi)20個(gè)鉆孔相關(guān)原始數(shù)據(jù)，并在錄入后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了特高品位處理，具體為特高品位下限值是礦體平均品位的8倍，以單工程平均品位代之。

圖1 Micromine軟件三維建模及資源量估算流程圖

表1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)所用文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

2.2 地質(zhì)剖面解譯及線框的創(chuàng)建

在進(jìn)行地質(zhì)剖面解譯前，首先要先對(duì)樣品分析文件進(jìn)行品位組合，這一過(guò)程涉及的計(jì)算參數(shù)如下：品位域Pb+Zn，閥值1%，最小長(zhǎng)度2m，最后組合樣的最低品位1%，夾石最大連續(xù)長(zhǎng)度4m，品位乘以長(zhǎng)度最小值2。完成以上工作后，在勘探線剖面上根據(jù)礦體的產(chǎn)狀、控礦構(gòu)造特征和品位組合后的分析結(jié)果圈定礦體。圈定各條勘探線礦體邊界后，需創(chuàng)建線框?qū)⒉煌碧骄€間的礦體進(jìn)行實(shí)體連接，本次工作共切剖面7條，圈定大小礦體17個(gè)(圖2)。

圖2 研究區(qū)礦體模型立體示意圖(向西北看)

2.3 創(chuàng)建空塊模型

空塊模型的建立是為空間插值做準(zhǔn)備的，目的是達(dá)到精確估算整個(gè)礦體的平均品位?？諌K模型是將礦體劃分成無(wú)數(shù)個(gè)大小相同的塊，每個(gè)塊都有代表其空間位置的三維坐標(biāo)。根據(jù)礦體在空間的分布范圍，走向、傾向的變化及開(kāi)采段高等因素確定礦塊劃分規(guī)格，將礦體劃分為若干個(gè)立方體小塊[6]。

研究區(qū)礦體空塊模型的長(zhǎng)為628m、寬為524m、高為394m，根據(jù)礦化特征、礦體產(chǎn)狀確定了模型基本參數(shù)：?jiǎn)卧獕K大小為4 m (礦體走向)×4 m (礦體傾向)×2 m (礦體厚度)，模型行、列、層為157×131×197，共4051699個(gè)單元塊。在塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行子塊的劃分可以更好的模擬礦體邊界，子塊劃分方法包括：次分塊與塊因子兩種方法。本文采用的是次分塊方法，次分塊數(shù)目東、北、高程依次為5、5、5。

2.4 建立搜索橢球體

建立搜索橢球體是為了分散簇狀樣品，以減小來(lái)自高密度取樣區(qū)內(nèi)的插值偏差，防止聚集的數(shù)據(jù)可能對(duì)周?chē)鷧^(qū)域的估值造成難以預(yù)料的影響。由于區(qū)內(nèi)所圈定17個(gè)礦體的產(chǎn)狀都很相近，本次資源量估算僅定義1個(gè)搜索橢球體(圖3)，橢球體各參數(shù)的確定通過(guò)如下操作實(shí)現(xiàn)：使用測(cè)量工具沿礦體走向測(cè)量，可讀得礦體方位角及長(zhǎng)度；沿礦體走向切剖面，將線框顯示設(shè)置成二維切塊，使用測(cè)量工具橫向測(cè)量可得到礦體的傾伏角；沿礦體傾向切剖面，仍將線框顯示設(shè)置成二維切塊，使用測(cè)量工具豎向測(cè)量可得到礦體傾向、寬度以及傾角，橫向測(cè)量得到礦體垂直厚度。研究區(qū)確定的橢球體參數(shù)為：方位角81°，傾伏角-2°，方位角因子1，傾角35°，傾角因子0.4，厚度因子0.1。橢球搜索半徑取值原則是勘探線間距的1.25倍，軟件以搜索橢球體搜索次數(shù)和不同搜索半徑及所搜索到的工程數(shù)來(lái)判定資源量級(jí)別。本次計(jì)算需要進(jìn)行三次運(yùn)行來(lái)滿足空塊模型的插值，每運(yùn)行一次，橢球體半徑加倍，相應(yīng)的參與計(jì)算的工程數(shù)也跟著改變，但已被估值的塊不會(huì)改寫(xiě)，只有空塊才會(huì)在下一次的運(yùn)行中被估值充填。搜索橢球體搜索次數(shù)、尺寸、不同資源量級(jí)別所需參與估值的工程數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 搜索橢球體參數(shù)設(shè)置一覽表

圖3 搜索橢球體示意圖

2.5 空間插值

利用距離反比法對(duì)建立好的空塊模型進(jìn)行插值，使得劃分好的塊具有各自的品位數(shù)值，以進(jìn)行資源量估算和資源評(píng)價(jià)。這一過(guò)程中，根據(jù)計(jì)算窗口的要求輸入相應(yīng)參數(shù)，導(dǎo)入事先建立好的橢球體，運(yùn)行即可完成空間插值。需要強(qiáng)調(diào)的是，模型中距離冪次方反比法中冪倒數(shù)N的取值問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，品位變化小的礦床，N取值較??；在品位變化大的礦床，N取值較大。通常在鐵、銅、鋅等品位變化較小的礦床中，N一般取2[7]。所以，本文選取冪倒數(shù)N為2來(lái)進(jìn)行距離平方反比法空間插值。

實(shí)際操作中需要重復(fù)改變窗口中某幾個(gè)參數(shù)，來(lái)達(dá)到插值目的。為了避免這些重復(fù)的工作， Micromine軟件為操作者提供了宏功能，它能夠把一系列的任務(wù)錄制到一個(gè)腳本中并進(jìn)行回放。本次計(jì)算中宏文件的運(yùn)行流程如下：首先是點(diǎn)擊主菜單建模/三維礦塊估算/距離反比加權(quán)，在彈出的三維塊距離反比估算對(duì)話框中，將需要反復(fù)改變數(shù)值的參數(shù)：線框名稱(chēng)、礦體名稱(chēng)、橢球體半徑、最小計(jì)數(shù)、資源量級(jí)別，分別按照%1、%2、%3、%4、%5這樣的順序編號(hào)，然后保存窗體，新建宏，最后運(yùn)行宏即可完成空間插值。

2.6 資源量報(bào)告及可靠性驗(yàn)證

完成礦體空塊模型插值后，在礦塊模型報(bào)告對(duì)話框中，估值域中選擇Pb、Zn、Pb+Zn，設(shè)置邊界品位范圍段，點(diǎn)擊運(yùn)行，即生成資源量估算報(bào)告。本次計(jì)算按不同資源量級(jí)別報(bào)告礦體的資源量及品位，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

為了檢驗(yàn)距離反比法估算資源量的可靠程度，本文采用Micromine軟件的另一方法封閉多面體法對(duì)研究區(qū)資源量再次計(jì)算，得到品位噸位報(bào)告。對(duì)比兩者結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表4)，距離平方反比法計(jì)算的礦體體積、礦石量、單元素品位和金屬量與封閉多面體法得出的結(jié)果基本吻合，說(shuō)明研究區(qū)基于Micromine軟件平臺(tái)運(yùn)用距離反比法對(duì)礦體進(jìn)行資源量估算，方法可靠，相對(duì)誤差小，結(jié)果可靠。

表3 距離反比立方法資源量估算報(bào)告

表4 礦體資源量估算可靠性驗(yàn)證表

3 結(jié)語(yǔ)

1)Micromine軟件具有較強(qiáng)的三維顯示能力，能夠以礦體的地質(zhì)特征為依據(jù)，直觀地顯示礦體的展布特征及與夾石的相對(duì)關(guān)系。另外，通過(guò)鉆孔數(shù)據(jù)顯示，可以快捷、準(zhǔn)確地獲取各鉆孔的樣品分析數(shù)值，進(jìn)而反映礦體品位的變化趨勢(shì)，為下一步找礦工作提供一定的指導(dǎo)作用。

2)Micromine軟件在圈定礦體過(guò)程中表現(xiàn)的非常人性化，尤其在三維礦體建模完成后，通過(guò)三維立體模型的直觀展示，可以基于現(xiàn)有模型靈活地修改，最終使礦體三維模型更加接近礦體的真實(shí)情況。

3)Micromine 軟件提供了科學(xué)、精確的資源量估算方法，能夠在資源量報(bào)告中，分別顯示不同礦體、各品位范圍相應(yīng)級(jí)別的資源量計(jì)算結(jié)果。

4)使用Micromine軟件進(jìn)行資源量估算，可以實(shí)現(xiàn)礦權(quán)的快速評(píng)價(jià)。在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中，第一時(shí)間掌握礦權(quán)的關(guān)鍵信息，對(duì)于礦業(yè)公司的礦權(quán)交易至關(guān)重要，這使得它在礦業(yè)公司評(píng)價(jià)、收購(gòu)礦權(quán)中必將發(fā)揮重大作用，而同時(shí)礦業(yè)公司的礦權(quán)交易也得以更加高效的進(jìn)行。

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