李修杰

中國寰球工程公司華北規(guī)劃設(shè)計院，河北涿州 072754

我國化學(xué)礦山的資源儲量計算和品位估值常用方法主要是地質(zhì)塊段法等，比如磷礦，我國磷礦多數(shù)為沉積型磷礦，一般情況下品位波動和變化不大，變化系數(shù)較低，應(yīng)用塊段法進(jìn)行資源儲量計算、品位賦值及后續(xù)設(shè)計，大部分情況下依然能夠很好地滿足要求，但在礦山設(shè)計過程中涉及一些多礦層或者復(fù)雜計算以及設(shè)計修改、變更時，計算工作相對就比較重復(fù)、繁瑣，特別是露天開采境界圈定及臺階中段儲量計算，遇到設(shè)計更改時很多時候要重新計算，非常耗時，在這種情況下，可以用3DMINE快速建模并進(jìn)行資源儲量計算，降低計算難度和時間。

1 軟件應(yīng)用背景【1】

在我國，剖面法、地質(zhì)塊段法等傳統(tǒng)幾何計算方法在磷礦等品位變化系數(shù)較低的沉積型礦山中一直是作為主要的儲量計算和品位估值方法，該類方法相對而言原理及計算過程較為簡單。國際上常用的資源儲量品位估算方法有克里格法、協(xié)同克里格法等變異函數(shù)方法體系，屬于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的范疇，相比國內(nèi)常用的塊段法而言考慮了樣本的空間變異、最大礦化方向發(fā)展連續(xù)性和趨勢等，有其優(yōu)越性，但應(yīng)用該類方法進(jìn)行儲量計算、品位估值的過程較為復(fù)雜，為保證克里格品位估值精度并獲得可信度較高的估值結(jié)果，對地質(zhì)勘探程度特別是對參與計算的樣本數(shù)量及網(wǎng)度要求較高，而需要地質(zhì)工程師進(jìn)行趨勢分析等各種統(tǒng)計學(xué)優(yōu)化判定。這兩種方法體系各有其優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過實踐對比，對于沉積型化學(xué)礦山，當(dāng)同一自然類型礦體的礦樣樣本品位變化系數(shù)小于 1時，塊段法和克里格法的估值結(jié)果差異并不大，因此塊段法等傳統(tǒng)的資源儲量計算方法在相對較為穩(wěn)定的化學(xué)礦山中仍能夠較好的應(yīng)用。

國外進(jìn)行礦山開發(fā)，一般從勘查階段就進(jìn)行計算機(jī)建模，最終提交的主要成果也是一個集成化的計算機(jī)三維地質(zhì)模型，包括地表DTM模型、探礦數(shù)據(jù)庫、以及塊體模型等，所有后續(xù)的設(shè)計均以此為基礎(chǔ)展開。我國化工礦山提交的詳查或者勘探報告成果主要是由文字、表格、地形圖、儲量估算平面圖件及剖面圖等組成，設(shè)計單位設(shè)計時需以經(jīng)審批的詳查或者勘探報告為依據(jù)，并用報告中相應(yīng)的地質(zhì)塊段法等方法進(jìn)行設(shè)計可采儲量的計算。

在實際設(shè)計中，常因為設(shè)計更改或者方案比較而重復(fù)修改可采資源儲量計算過程和結(jié)果，而且有時礦體層數(shù)較多，修改工作量非常大。

3DMINE軟件中有一些便捷的功能可結(jié)合傳統(tǒng)的塊段法等儲量計算方法，在不需建立建模礦樣數(shù)據(jù)庫的情況下快速建模，即將詳查或者勘探成果中已經(jīng)計算好的資源儲量塊段整體三維化，從而在設(shè)計修改或者復(fù)雜計算如露天坑臺階礦巖量計算時發(fā)揮便捷快速的作用。其主要思想就是將已有地質(zhì)勘查成果快速三維數(shù)字模型化，從而在設(shè)計中利用計算機(jī)進(jìn)行反復(fù)修改和計算。

2 3DMINE軟件快速建模

2.1 利用地質(zhì)勘探剖面創(chuàng)建礦體實體模型

一般在進(jìn)行礦體三維建模時，都要首先根據(jù)鉆探或者坑探、探槽等成果建立探礦成果數(shù)據(jù)庫，生成勘探成果可視化界面（鉆孔、探槽等），在數(shù)據(jù)庫分析的基礎(chǔ)上，圈定礦體創(chuàng)建礦體實體模型，并利用數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行礦體品位估值。建立數(shù)據(jù)庫需要較長的時間和足夠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而3DMINE可利用已有剖面直接進(jìn)行礦體實體建?！，F(xiàn)以某露天礦為例進(jìn)行說明：

（1）首先整理資料，將原始地質(zhì)剖面建立CAD文件，對文件中的圖層和線形進(jìn)行整理，目標(biāo)礦體單獨(dú)分一個圖層并將線條連接無間斷。

（2）將整理好的剖面導(dǎo)入 3DMINE，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能將其空間數(shù)字化。即可得到如圖 1所示的空間剖面群。

圖1 將地質(zhì)勘探剖面導(dǎo)入3DMINEFig.1 Prospecting line profile maps are sent into 3DMINE

（3）在空間化的剖面群中提取目標(biāo)礦體線串文件，單獨(dú)保存，該文件中的閉合線即為每個剖面上圈定的礦體，如圖2所示。

圖2 從每個剖面中提取的礦體文件Fig.2 Extractive and save digital ore body string files from profile maps

（4）利用從剖面中提取的礦體線串文件快速建立礦體實體模型并保存。如圖3所示。

圖3 利用提取的空間線文件建立的礦體實體模型Fig.3 Use those string files to create a 3D ore body solid model

2.2 利用實體模型創(chuàng)建礦體塊體模型并進(jìn)行賦值計算

塊體模型是一個含載了礦體各元素地質(zhì)品位、體重、分布特征等信息的空間集合體，其原理就是將前述空間礦體實體模型劃分成很多的小塊，然后利用計算法則對小塊體進(jìn)行品位賦值計算，國際上一般利用鉆探數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行組合整理，再應(yīng)用克里格等方法對塊體模型進(jìn)行空間賦值，其過程比較復(fù)雜，工程量大。而3DMINE可以利用已有勘探報告儲量計算成果，對塊體模型進(jìn)行人工賦值，即把勘探報告中已經(jīng)計算好的各資源儲量計算塊段的計算結(jié)果直接賦予三維模型中相應(yīng)部分。

圖4 塊體模型Fig.4 Create a block model

（1）創(chuàng)建礦體的塊體模型并輸入塊體模型的屬性值。先在“塊體”命令中選擇創(chuàng)建塊體模型，該塊體模型的范圍應(yīng)能包含整個礦體實體模型，塊體模型內(nèi)小塊分割大小根據(jù)礦體的厚度、分布形態(tài)來決定，一般情況下盡可能使塊體邊界充滿在實體模型內(nèi)，提高計算精度，塊體模型如圖 4所示。塊體模型建好后，給礦體模型創(chuàng)建屬性。所謂屬性是指塊體模型需要被賦值的內(nèi)容，一般是礦體的品位。塊體屬性的建立仍在“塊體”菜單中，點(diǎn)擊“屬性”出現(xiàn)列表顯示，點(diǎn)擊列表中的“新建”即可建立塊體屬性，塊體屬性命令見圖5。

圖5 創(chuàng)建塊體模型屬性Fig.5 Set up attributes of the block model

（2）對塊體模型約束保存并進(jìn)行快速賦值。首先利用實體模型對上述塊體進(jìn)行約束顯示，即只顯示實體內(nèi)部的塊體，可在界面左側(cè)層瀏覽器中“塊體模型”單擊右鍵，選擇“添加約束顯示”，彈出的對話框如圖6，約束類型選擇“實體”，然后在“文件”中選擇之前創(chuàng)建好的礦體實體模型作為“添加約束”，即可獲得約束后的礦體塊體模型并保存，如圖7所示。

圖6 塊體約束條件對話框Fig.6 Dialog box of the constraints

圖7 添加實體模型約束顯示礦體塊體模型Fig.7 Add ore body solid model as a constraint file to display ore body block model

礦體塊體模型創(chuàng)建成功后，即可對當(dāng)前礦體塊體模型進(jìn)行賦值，在賦值前，先把原勘探報告儲量圖中用地質(zhì)塊段法計算的各個計算塊段邊界線提取出來，每一個塊段線都單獨(dú)做一個文件，即做成很多封閉的塊段閉合線文件，導(dǎo)入3DMINE軟件作為賦值約束文件，在進(jìn)行賦值時，同樣要用到“添加約束顯示”這個命令，彈出對話框如圖7所示，只不過約束條件選擇的是“閉合線”，即之前提取的塊段邊界線，然后點(diǎn)擊“文件”按鈕選擇剛才導(dǎo)入并保存的塊段邊界線閉合約束線。

上述步驟執(zhí)行完畢后，界面內(nèi)只顯示塊段閉合線約束范圍內(nèi)的礦體塊體，如圖8所示，即可對該塊體進(jìn)行整體賦值，選擇“塊體”菜單，選擇“賦值”→“單一賦值”命令，彈出對話框，在賦值對話框中選擇要復(fù)制的屬性，即品位選項，輸入地質(zhì)勘探報告中該塊段的平均品位值即可，注意對話框中一定要選定“對當(dāng)前顯示的塊賦值”，該選項即限定了賦值范圍即為該儲量計算塊段閉合約束線內(nèi)，賦值過程如圖9所示。

對某一個塊段閉合約束線賦值完畢后，在圖6所示界面左側(cè)層瀏覽器中“塊體模型”單擊右鍵，在出現(xiàn)列表中選擇取消所有約束顯示，但已賦值區(qū)域的賦值結(jié)果不會取消，重復(fù)上述賦值過程，對所有儲量計算塊段約束文件均進(jìn)行賦值，所有塊段賦值結(jié)束后，原地質(zhì)工作儲量計算成果即全部數(shù)字化。

圖8 單個塊段邊界線約束范圍內(nèi)的礦體塊體模型Fig.8 The block model restricted by a closed line constraint

圖9 塊段賦值過程Fig.9 Assign same value to the block model mentioned above

3 快速建模成果的便捷應(yīng)用

上述快速建模成果在實際應(yīng)用過程中有很多便捷之處，例如需要計算中段礦量和品位時，只需要給定一定的約束條件，即可得到所要結(jié)果，這可以通過“塊體”→“塊體報告”→“塊體報告”命令來實現(xiàn)，該命令彈出如下對話框(圖10)，在對話框中可設(shè)定品位及其計算法則、比重值以及分類報告，所謂分類報告即為一定的計算法則，例如分類屬性選擇 Z軸，分類范圍內(nèi)填入1000,1680,50，則代表了在1000～1680標(biāo)高范圍內(nèi)，以50m段高分段報告塊體模型的體積、重量（需給定比重值）、平均品位。

圖10 塊體計算及報告Fig.10 Calculation and report of the block model

此外，還可以應(yīng)用“報告當(dāng)前區(qū)域量結(jié)合塊體”、“添加約束顯示”命令的功能和各種約束條件，給出特定范圍和區(qū)域的資源儲量，比如給定露天坑以及地表約束文件報告露天坑各臺階的資源儲量。

4 結(jié)論

該建模方法是將傳統(tǒng)地質(zhì)工作成果和計算機(jī)應(yīng)用結(jié)合起來，應(yīng)用3DMINE快速建模，可以將地質(zhì)成果快速轉(zhuǎn)化成計算機(jī)數(shù)據(jù)模型，不需要事先建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，節(jié)約了大量時間，建立好的模型為設(shè)計資源儲量的計算基礎(chǔ)，無論設(shè)計中條件怎么變化，都可以通過一些約束條件和命令快速得出所需要的礦量和品位，在設(shè)計發(fā)生變更時其修改非常便捷。同時，在一些復(fù)雜計算，例如露天開采的臺階礦量計算，利用模型和一些約束條件很快能得出各個臺階的礦石、巖石總量，且避免了傳統(tǒng)計算方法需要大量中段平面輔助圖件以及邊幫三角體遺留礦體無法計算到的弊端，大大提高了設(shè)計工作的效率。

1 候景儒. 實用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1998