Surpac軟件在紅土鎳礦建模的應(yīng)用

位哲，高智令

(瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司， 北京 100028)

“數(shù)字礦山”是現(xiàn)代化礦山的發(fā)展趨勢(shì)和必然。Surpac憑借出眾的3D圖形功能、良好的圖形用戶界面、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用[1]。采礦工程的作業(yè)對(duì)象是天然賦存的礦物和巖石，其作業(yè)環(huán)境也與礦床生成的地質(zhì)和地理?xiàng)l件密切相關(guān)。Ramu紅土鎳礦（如圖1所示）與世界同類(lèi)礦山相比，具有地質(zhì)條件復(fù)雜、礦體厚度薄、產(chǎn)狀變化大、礦體形態(tài)不規(guī)則、礦石地質(zhì)品位突變的特點(diǎn)。該礦通過(guò)多年的實(shí)踐，對(duì)如何準(zhǔn)確描述其埋藏特點(diǎn)、空間位置、內(nèi)在性質(zhì)及其變化規(guī)律，便于礦山設(shè)計(jì)工作充分有效地利用這些礦床信息進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)[2]。

圖1 Ramu礦體層位

1 三維地質(zhì)模型的建立

1.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

建立Ramu紅土鎳礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，將礦山地質(zhì)資料進(jìn)行歸類(lèi)整理和存儲(chǔ)。通過(guò)Surpac軟件圖形顯示功能，在三維空間顯示地質(zhì)數(shù)據(jù)[3]，如圖2所示，方便地質(zhì)人員合理、符合實(shí)際的解譯、圈定礦體界線，如圖3所示。

1.2 實(shí)體模型

圖2 鉆孔三維顯示（局部）

針對(duì)Ramu紅土鎳礦復(fù)雜的地質(zhì)情況，在地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上組合各地質(zhì)鉆孔，完成礦體邊界確定，剖面礦體界線圈定的工作，最后根據(jù)各剖面構(gòu)建三維礦體模型。早期依據(jù)模型計(jì)算的儲(chǔ)量數(shù)據(jù)與實(shí)際采出礦量相比誤差較大，在±25%之間浮動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)組織造成了極大的困擾。隨著不斷的開(kāi)采，對(duì)礦體的賦存形態(tài)逐漸加深理解，再不斷反饋到模型中進(jìn)行比對(duì)和修正，目前的準(zhǔn)確率可以達(dá)到很好的水平。在建模過(guò)程中使用的關(guān)鍵技術(shù)和技巧[3-6]如表1、圖4、圖5所示。

圖3 礦體解譯示例

1.3 塊體模型

塊模型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是通過(guò)插值把地質(zhì)體或礦體劃分為一系列小的長(zhǎng)方體單元，如圖6所示，這些插值具有空間特性（既可作空間參照物，又具有空間關(guān)系）。針對(duì)Ramu紅土鎳礦這樣的復(fù)雜礦床、薄層狀或緩傾斜的礦體，通過(guò)劃分父塊、子塊[4]，以保證實(shí)體模型（圖7）邊界的精確度，為之后的開(kāi)采設(shè)計(jì)、配礦優(yōu)化、二次圈礦等工作提供依據(jù)。Ramu紅土鎳礦勘查基本工程間距為100 m×100 m，組合樣長(zhǎng)為1 m，確定礦塊尺寸為25 m×25 m×1 m(北×東×高)，最小塊尺寸為12.5 m×12.5 m×0.5 m。

表1 實(shí)體創(chuàng)建方法歸納

圖4 復(fù)雜礦體建模技術(shù)（圖中編號(hào)與表1一致）

圖5 礦體尖滅方式

圖6 塊體模型示意

圖7 礦體實(shí)體模型

2 儲(chǔ)量估算與誤差分析

2.1 儲(chǔ)量估算方法

Ramu紅土鎳礦成礦規(guī)模較大，礦化比較穩(wěn)定，勘查資料完善，工程數(shù)和取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)比較充足。礦床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，礦體分布范圍廣，形態(tài)起伏變化大，連續(xù)性較好邊界處又支離破碎。其空間分布具有多層狀、層位厚度變化劇烈、品位變動(dòng)大等特點(diǎn)。礦體沿丘陵分布賦存，山谷礦體相對(duì)較厚，多大于15 m，局部可達(dá)25 m，礦層最厚達(dá)到40 m以上。

根據(jù)Ramu紅土礦的地質(zhì)條件和勘探情況，分別采用平行地質(zhì)剖面法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)法進(jìn)行資源儲(chǔ)量估算，主要分析一下體積和品位這2個(gè)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程，并進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1.1 品位估值

（1）平行地質(zhì)剖面法計(jì)算。設(shè)剖面圈定的礦體范圍內(nèi)有n個(gè)樣品組成，樣品的品位和樣長(zhǎng)分別用Pi、Li表示，則剖面品位采用樣長(zhǎng)加權(quán)求得[7]，即：

塊段平均品位：

（2）地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算如下。Ramu紅土鎳礦鉆孔組合樣品的基本地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。有用元素品位的變異系數(shù)小于1.5，參考西方國(guó)家和國(guó)內(nèi)常用的處理方法，采用距離冪次反比法對(duì)塊體模型進(jìn)行品位空間插值。搜索體采用橢球體（參數(shù)見(jiàn)表3），同時(shí)為了減小來(lái)自高密度取樣區(qū)內(nèi)的插值偏差，需要分散簇狀樣品，限制搜索橢球體每個(gè)象限的最小與最大樣品點(diǎn)數(shù)，使搜索橢球體估值能夠無(wú)偏性地進(jìn)行。插值過(guò)程運(yùn)行3次，逐次增加搜索橢球體搜索半徑，第1次搜索半徑為120 m，第2次搜索半徑為240 m，第3次搜索半徑為360 m，每運(yùn)行一次均對(duì)塊模型進(jìn)行檢驗(yàn)，直至模型中每個(gè)塊都被估值。

2.1.2 礦體體積

平行地質(zhì)剖面法是將礦體空間形態(tài)分割成多個(gè)較簡(jiǎn)單的幾何形態(tài)，將礦石組分均一化，估算礦體的體積[7]。

設(shè)間距為L(zhǎng)的2個(gè)相鄰剖面中的較大的塊段面積為S1，較小者為S2，面積相對(duì)差：

則礦體體積V根據(jù)K（以40%為界）的大小，分別采用梯形和截錐公式，對(duì)于礦體尖滅部分按照尖滅方式的不同，可采用楔形或錐形尖滅公式計(jì)算體積。

表2 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

表3 估算搜索橢球體參數(shù)

基于 Surpac軟件的體積計(jì)算，一是實(shí)體的體積，可以通過(guò)報(bào)告封閉實(shí)體的內(nèi)部體積。二是塊體的體積，通過(guò)統(tǒng)計(jì)約束范圍內(nèi)的單元塊數(shù)量計(jì)算，即：

式中，n1、n2為在礦體邊界約束下父塊、子塊的數(shù)目；v1、v2為單個(gè)父塊、子塊的體積。

礦石體重按含礦層分別取紅色褐鐵礦層(O)1.13 g/cm3；黃色褐鐵礦層(L)0.97 g/cm3；殘積層(S)0.84 g/cm3；上含礫殘積層(R1) 0.92 g/cm3，下含礫殘積層(R2)1.61 g/cm3。

2種資源儲(chǔ)量估算方法所得出的結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 資源儲(chǔ)量結(jié)果對(duì)比

2.1.3 局部校驗(yàn)

將距離冪次反比法插值結(jié)果與用原始工程樣品數(shù)據(jù)在三維空間和剖面上進(jìn)行礦體邊界、礦塊品位和資源編碼的比較（見(jiàn)圖8）。二者的吻合度較好，估值效果準(zhǔn)確可信。

圖8 勘探線原始工程樣品數(shù)據(jù)與礦體邊界、礦塊品位對(duì)比圖示例

2.2 儲(chǔ)量結(jié)果分析

從對(duì)比結(jié)果看，較傳統(tǒng)的地質(zhì)剖面法，運(yùn)用距離冪次反比法的估算結(jié)果偏低，距離冪次反比法運(yùn)算結(jié)果更接近于真實(shí)值。對(duì)這2種儲(chǔ)量估算方法進(jìn)行深入分析，得出了以下可能的原因。

（1）礦體尖滅處理。傳統(tǒng)的方法采用有限外推、無(wú)限外推和中點(diǎn)尖滅的方法，特別是中點(diǎn)尖滅，這樣以一概全，對(duì)于Ramu礦層這樣變化劇烈、局部區(qū)域礦體厚度較大、礦體空間形態(tài)復(fù)雜的情況，就容易造成較大的誤差。而運(yùn)用Surpac軟件在礦體的建模過(guò)程則是根據(jù)礦體的整體賦存情況和剖面礦體厚度等因素靈活確定尖滅方式和距離，對(duì)礦體進(jìn)行尖滅處理。

（2）品位空間插值。垂直平行剖面法是將礦化復(fù)雜狀態(tài)變?yōu)樵谟绊懛秶鷥?nèi)的均勻化狀態(tài)，對(duì)于礦化均一的礦體是很有效的，若處理Ramu礦床這樣礦化復(fù)雜的礦床，容易使整個(gè)礦床的品位失真。而使用距離冪次反比法，是通過(guò)搜索橢球體將品位信息賦到每個(gè)單元塊中，它能最科學(xué)、最大限度地利用勘查工程所提供的一切信息，使所估算的礦石品位和礦石儲(chǔ)量精確得多。

（3）塊段體積計(jì)算。垂直平行剖面法是通過(guò)將把形狀復(fù)雜的礦體轉(zhuǎn)化成為與該體積大致相等的簡(jiǎn)單形體，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算體積，是一種近似處理，適用于形態(tài)簡(jiǎn)單的礦體，對(duì)于表面復(fù)雜的礦體，很容易引起體積的誤差，導(dǎo)致礦石量和金屬量的誤差。Surpac軟件在建模過(guò)程中可以通過(guò)多種方法和技巧（如表1）構(gòu)建最接近真實(shí)的礦體模型，在其約束下，采用塊體模型模擬復(fù)雜礦體，通過(guò)劃分次級(jí)塊，很大程度提高了礦體邊界的模擬精度。

（4）儲(chǔ)量估算精度及報(bào)告。傳統(tǒng)方法不能給出估計(jì)精度的概念，只能用不同方法的計(jì)算結(jié)果加以對(duì)比。利用Surpac軟件進(jìn)行儲(chǔ)量估算能分別估算報(bào)告礦床中所有最小開(kāi)采塊段的品位和儲(chǔ)量，在估算的同時(shí)還給出了估計(jì)精度，而且是無(wú)偏的，估計(jì)方差最小（最優(yōu)）估計(jì)，為儲(chǔ)量的評(píng)價(jià)和利用提供了依據(jù)。

3 結(jié)論

針對(duì)Ramu紅土鎳礦，這樣看似簡(jiǎn)單實(shí)則復(fù)雜礦床的建模工作，Surpac軟件能十分方便快速準(zhǔn)確地圈定不同類(lèi)型的礦體邊界，使得圈定的礦體更符合自然形態(tài)；以三維地質(zhì)模型為約束的塊體模型，能夠快速準(zhǔn)確的形成資源儲(chǔ)量報(bào)告，并能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量的分級(jí)動(dòng)態(tài)管理，較傳統(tǒng)的儲(chǔ)量估算方法，有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外，軟件所形成的鉆孔柱狀圖、各種平剖面圖紙、儲(chǔ)量分布圖等完全可以滿足礦床勘探、礦山設(shè)計(jì)和礦山開(kāi)采3個(gè)階段的需求。該軟件可以作為地質(zhì)和采礦工程技術(shù)人員的一種實(shí)用工具。