林 強(qiáng)，范大明，于彥春

（1.天水金泉礦業(yè)有限公司西安分公司，西安 710065；2.長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212）

在傳統(tǒng)地質(zhì)現(xiàn)象表達(dá)中，通常是以二維平面圖和剖面圖來表示地質(zhì)勘探的成果，這種方式往往存在著地質(zhì)信息不充分、缺乏直觀感。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維地質(zhì)建模技術(shù)越來越受到地學(xué)界的重視，并成為地質(zhì)可視化技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)。

DIMINE軟件采用當(dāng)今世界上先進(jìn)的三維可視化技術(shù)，以數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、三維表面建模技術(shù)、三維實(shí)體建模技術(shù)、國際上通用的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、數(shù)字采礦設(shè)計(jì)方法、網(wǎng)絡(luò)解算與優(yōu)化技術(shù)、工程制圖技術(shù)為基礎(chǔ)，全面實(shí)現(xiàn)了從礦床地質(zhì)建模、儲量計(jì)算、測量數(shù)據(jù)的快速成圖、地下礦開采系統(tǒng)與開采單體設(shè)計(jì)、回采爆破設(shè)計(jì)、露天礦開采設(shè)計(jì)、礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算與優(yōu)化到各種工程圖表的快速生成等工作的可視化、數(shù)字化與智能化。本文運(yùn)用DIMINE軟件建立了460金礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、地表DTM、礦體實(shí)體、品位塊段模型等三維模型，并運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法——距離冪次反比法計(jì)算礦床儲量。DIMINE軟件建立的三維地質(zhì)模型能夠準(zhǔn)確、直觀的詮釋礦體的空間形態(tài)和資源的分布情況。

1 礦床地質(zhì)特征及參數(shù)確定

甘肅460金礦礦區(qū)出露地層主要為下石炭統(tǒng)白山組中亞組第二層（C1bs22）：為一套海相中酸性變質(zhì)火山巖及碎屑沉積巖建造，主要巖性為綠泥絹云石英片巖（Lsch），局部夾安山巖（α）和少量的含鐵石英巖（碧玉巖）小扁豆體，沿走向120°方向展布，向北東陡傾，傾角約80°。

出露巖體主要為花崗閃長巖體（γδ2－3c4）、斑狀黑云斜長花崗巖體（γо2－3c4）侵入于下石炭統(tǒng)白山組上亞組地層中。該花崗閃長巖體是主要控礦巖體。

含金石英礦脈主要賦存于花崗閃長巖體的斷裂、節(jié)理裂隙中。礦體受構(gòu)造控制明顯，空間分布上受巖體和斷裂聯(lián)合控制。礦體分段富集現(xiàn)象較為明顯，礦體脈壁光滑，界限清晰。根據(jù)石英脈（礦體）走向可分成：⑴北東東70°～85°組；⑵北東20°～40°組；⑶北西320°～340°組；⑷南北向組。其中含礦性較好的為北東東70°～80°組和北西320°～340°組。

礦區(qū)含金石英脈較多（460條），但具規(guī)模的含金石英脈目前共圈出150條，大部分含金石英脈體的全部或局部地段富集而成可供利用的工業(yè)礦體。

本次資源估算所用工業(yè)指標(biāo)參數(shù)如下：①礦體邊界品位：1×10－6；②最低工業(yè)品位：2×10－6；③最低可采厚度：0.8m；④夾石剔除厚度2.0m；⑤米·克／噸值：1.60；⑥礦石密度2.62t／m3。

礦區(qū)礦體的圈定依照如下原則：①有限外推：當(dāng)?shù)V與非礦工程之間按工程間距的1／2平推圈定礦體邊界；②無限外推：一般情況下按333網(wǎng)度（160m×160m）的1／4平推圈定礦體邊界。

2 三維地質(zhì)建模及資源量估算

本次估算結(jié)合礦區(qū)內(nèi)勘探線剖面圖及鉆孔資料，基于DIMINE軟件進(jìn)行三維地質(zhì)建模，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用距離冪次反比法對礦床資源量進(jìn)行計(jì)算，具體操作及應(yīng)用流程見圖1。

圖1 DIMINE軟件三維地質(zhì)建模及應(yīng)用流程圖

2.1 資料收集整理與地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

2.1.1 資料收集及數(shù)據(jù)整理

根據(jù)礦體建模的需求，結(jié)合礦區(qū)內(nèi)實(shí)際情況，本次主要收集以下資料：

（1）探礦工程相關(guān)的成果數(shù)據(jù)；（2）礦區(qū)地形地質(zhì)圖；（3）勘探線剖面圖；（4）勘查文字報(bào)告。

2.1.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

根據(jù)已有的測量成果及樣品分析表等相關(guān)數(shù)據(jù)，在Excel中建立對應(yīng)的孔口、測斜、樣品等文件，各類文件所包含的信息見表1。

上述三個(gè)Excel表格文件生成后，另存為制表符分割文件類型“.txt”或“.csv”格式，導(dǎo)入DIMINE后生成 “井口文件.dmt”、“測斜文件.dmt”、“樣品文件.dmt”三個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)庫文件并對其進(jìn)行檢驗(yàn)，并修改錯誤，最后合并生成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫文件。用上述方法創(chuàng)建的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫顯示情況如圖2、圖3所示。

2.1.3 樣品組合及組合樣統(tǒng)計(jì)分析

由于原始的地質(zhì)數(shù)據(jù)是地質(zhì)數(shù)據(jù)塊模型內(nèi)所有單元塊各種參數(shù)的依據(jù)，也是礦床儲量的依據(jù)，根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)對區(qū)域化變量均勻性的要求：同一類參數(shù)的地質(zhì)樣品段的長度應(yīng)該一致。因此，在原始地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立以后，必須進(jìn)行樣品的組合計(jì)算。在DIMINE軟件中特高品位的處理是在樣品組合的時(shí)候，通過設(shè)置一個(gè)品位閾值和替換值，大于閾值的品位用替換值代替來處理。在樣品組合計(jì)算完成后，一般要對組合樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。組合樣品統(tǒng)計(jì)分析的目的一方面是為了掌握礦床各元素的分布情況，和原始樣的分布情況對比，觀察組合前后元素分布情況是否發(fā)生變化，另一方面是指導(dǎo)后面品位推估時(shí)采用何種方法進(jìn)行變異函數(shù)計(jì)算與分析。460金礦的鉆孔組合采用樣長組合的方式進(jìn)行組合，特高品位值用下限值代替的方法進(jìn)行處理。原始樣和樣長組合后的品位統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4、圖5所示。

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

圖2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫空間顯示（平面圖）

圖3 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫空間顯示（前視圖）

2.2 地表DTM模型

地表DTM模型是DIMINE地質(zhì)實(shí)體建模技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。在收集的礦區(qū)地形地質(zhì)圖中提取等高線，再將CAD文件整理導(dǎo)入到DIMINE軟件中，生成三維地形等高線并創(chuàng)建DTM模型，即地表實(shí)體模型。通過建立好的地表實(shí)體模型，使我們對整個(gè)礦區(qū)的位置在宏觀上有個(gè)直觀而完整的認(rèn)識。圖6為460金礦區(qū)地表DTM模型。

圖4 原始樣品Au元素品位分布直方圖

圖5 組合樣品Au元素品位分布直方圖

圖6 地表DTM模型

2.3 礦體線框模型的構(gòu)建

為建模需要，圖紙由MAPGIS格式轉(zhuǎn)化成CAD格式，再將CAD文件導(dǎo)入DIMINE軟件中整理后形成連礦的閉合線圈。導(dǎo)入剖面圖時(shí)，首先在平面圖上找到對應(yīng)的坐標(biāo)，此坐標(biāo)即為導(dǎo)入平面的旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)，再填入剖面的方位角導(dǎo)入即可。利用線編輯模塊對導(dǎo)入的線進(jìn)行編輯，確保每條礦體輪廓線都閉合，然后對礦體輪廓線進(jìn)行連線框，生成礦體線框模型。礦體尖滅類型根據(jù)地質(zhì)報(bào)告的外推原則選擇。連完后對相交的礦體進(jìn)行布爾運(yùn)算，這樣所得結(jié)果更符合礦體的成礦規(guī)律。用此方法建成的區(qū)內(nèi)礦體線框模型，如圖7所示。

圖7 礦體線框模型

2.4 品位塊段模型的構(gòu)建

礦體線框模型建立以后，只是解決了礦體的空間形態(tài)問題。品位塊段模型能準(zhǔn)確、完整的表達(dá)地質(zhì)體的質(zhì)量信息。在建立品位塊段模型時(shí)，首先根據(jù)礦體的范圍建立空的塊段模型，參數(shù)主要包括起點(diǎn)坐標(biāo)、延伸長度和基礎(chǔ)尺寸，這些參數(shù)的確定需要結(jié)合礦山礦區(qū)勘查網(wǎng)度、采礦方法和品位元素空間變異特征等因素進(jìn)行。

本次塊段模型內(nèi)部單位塊尺寸選擇為20×10×4m，邊界單元塊尺寸為5×2.5×1m，并建立比重、礦巖類型、Au等屬性字段。全礦段共劃分了182萬個(gè)大小不等的礦塊。

建完空塊段模型后，選用球狀變異函數(shù)模型，分別沿礦體走向、傾向、厚度3個(gè)主要方向?qū)u元素進(jìn)行變異函數(shù)分析，獲得理論變異函數(shù)的主要參數(shù)，采用交驗(yàn)證的方法來檢驗(yàn)變異函數(shù)曲線擬合的可靠性，最后采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中的距離冪次反比法對空塊段模型進(jìn)行估值，讓每個(gè)空單元塊都賦上各個(gè)元素的品位屬性和其它屬性，賦完所需要的屬性后可通過切平剖面觀看塊段模型內(nèi)部的品位分布，也可通過屬性配色查看邊界的品位分布，如圖8。

圖8 按品位著色的礦體塊段模型（等軸測視圖）

2.5 資源量估算

三維地質(zhì)模型內(nèi)儲量統(tǒng)計(jì)可以根據(jù)設(shè)置的高程和品位信息生成儲量報(bào)告，并根據(jù)估值的半徑不同進(jìn)行儲量分級。可以分別按品位、標(biāo)高、采場對460礦床的儲量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按品位對40條礦體儲量統(tǒng)計(jì)見表2，并和原地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行對比。實(shí)踐證明，采用DIMINE平臺的三維地質(zhì)模型品位和儲量計(jì)算較準(zhǔn)確，誤差控制在允許的范圍內(nèi)，結(jié)果較可靠。表3為用三維地質(zhì)模型計(jì)算的品位、儲量和原地質(zhì)報(bào)告的數(shù)據(jù)對比。

表2 460礦床儲量統(tǒng)計(jì)（按品位）

表3 礦體資源量估算對比表

3 結(jié) 論

（1）運(yùn)用DIMINE三維數(shù)字礦山軟件創(chuàng)建的460金礦三維地質(zhì)模型，彌補(bǔ)了礦區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)二維視圖的缺陷和不足，能將復(fù)雜的、抽象的地質(zhì)勘探成果用簡潔、直觀的三維可視化形式表現(xiàn)出來，有助于不同領(lǐng)域間方便、正確地進(jìn)行知識交流，展示了整個(gè)礦區(qū)的構(gòu)造和礦體的變化特征，為礦山高效合理利用礦產(chǎn)資源提供依據(jù)。

（2）估算的資源量與原報(bào)告結(jié)果進(jìn)行對比后，相對誤差較小，證明方法合理，結(jié)果可靠。

（3）460金礦三維地質(zhì)模型的建立為本礦山生產(chǎn)階段儲量計(jì)算、動態(tài)儲量管理、采礦設(shè)計(jì)、編制生產(chǎn)計(jì)劃等基礎(chǔ)應(yīng)用方面奠定了基礎(chǔ)。