基于3Dmine軟件都龍礦區(qū)地質(zhì)建模中塊體尺寸的選擇研究

楊 濤，段敬陶，張登敏

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 研究的意義

都龍礦區(qū)自2012年引入3Dmine軟件，并對礦區(qū)進(jìn)行3Dmine地質(zhì)建模。建模過程中，為了使各種尺寸、形態(tài)的地質(zhì)實體模型內(nèi)部充填的小塊體模型能夠較為精準(zhǔn)的表現(xiàn)出礦體的基本信息，讓礦體的品位、礦量更趨于真實值，因此同一實體內(nèi)所包含的小塊體越多，小塊體尺寸則越小，所表現(xiàn)的信息則越真實。當(dāng)然塊體尺寸的選擇也不是小塊體越小越精細(xì)就越好用，此刻還需考慮計算機(jī)的儲存運算能力，當(dāng)小塊體數(shù)量越多時，塊體模型的占用內(nèi)存也會增大，塊體內(nèi)存超過一定范圍，則會造成計算機(jī)運行3Dmine時出現(xiàn)報量、賦值及保存等卡頓死機(jī)現(xiàn)象。因此針對都龍礦區(qū)礦體特征及生產(chǎn)需求，研究選擇適合的塊體尺寸，對礦山數(shù)字化生產(chǎn)建設(shè)意義深遠(yuǎn)。

2 塊體模型的概念

3Dmine地質(zhì)模型包括實體模型及塊體模型，3Dmine塊體模型可以說是3Dmine地質(zhì)模型的信息儲備中心，它是由無數(shù)個小塊體組成的大塊體。當(dāng)前礦業(yè)軟件中引入塊體模型概念是在空間上，在一定的范圍內(nèi)，確定一定尺寸的空間塊體，相對應(yīng)的塊體都有一個質(zhì)心點，這樣，在質(zhì)心點上可以存儲所有屬性；同時，引進(jìn)次級模塊的概念，則是保證礦體邊緣的塊體盡可能地與礦體界線（曲面）相一致，從而得到準(zhǔn)確的報告值。與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合，是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對品位分布進(jìn)行估值，是塊體模型的重要特點之一。由于品位分布是在資源中受地質(zhì)因素控制而明顯存在的，從而形成一定約束條件下的品位模型。 在資源儲量估算中，利用塊體模型可以準(zhǔn)確地進(jìn)行資源量和品級報告。

圖1 塊體模型及質(zhì)心點三維展示圖

3 礦區(qū)礦體特征

都龍礦區(qū)礦床屬于接觸膠帶變質(zhì)礦床，其中矽卡巖體是礦體的主要賦存巖體。礦體形態(tài)復(fù)雜、礦化不均勻、礦種變化是都龍礦區(qū)礦體的主要三大特征。其中礦體總體向南延伸，向西傾斜，傾角總體約40°，礦體規(guī)模不等，走向長一般為幾十米到200余米，最大長度達(dá)3600m；厚度一般為數(shù)米至十余米，最大厚度73m，水平寬度幾十米至300余米。同一礦體內(nèi)，鋅錫銅含量差異甚大，有的地段形成富厚工業(yè)礦體，有的地段則品位較低，故礦種變化也較大，同一礦體內(nèi)在不同地段礦種可能也會發(fā)生較大變化；礦體與大理巖、片巖及矽卡巖等圍巖互層，沿走向和傾斜均有膨脹收縮、分枝復(fù)合等現(xiàn)象，其形態(tài)有似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?、囊狀、條帶狀，局部呈脈狀；礦體與礦體之間整體呈疊瓦狀展布。

圖2 都龍礦區(qū)礦體形態(tài)剖面圖（左）及三維模型圖（右）

4 塊體尺寸選擇對比實驗

在創(chuàng)建塊體模型時需要明確的幾個概念：①塊體空間范圍：盡可能建立的塊體模型能夠包含所有礦體以及采掘的巖石范圍，以便可以計算出礦巖量，而不僅僅是礦體范圍。②塊體尺寸：通常情況下，塊體尺寸的大小取決于礦體的類型、規(guī)模和采掘方式，例如，脈狀金礦或銅礦與層狀鐵礦的塊體尺寸是不同的，并且露天開采與地下開采方式的不同，定義的塊體尺寸也是不同的。③次級模塊：每個一定體積的長方體疊加構(gòu)成了塊體模型，然而，在礦體邊緣（曲面），需要對邊緣塊體進(jìn)行分割成更次一級的子塊，以期使得礦體邊緣的塊體更接近于礦體，從而保證了計算的誤差在許可范圍之內(nèi)。次級模塊的分割是幾何級數(shù)進(jìn)行，也不能太小。④估值方法：通常根據(jù)礦床類型和樣品數(shù)量來選擇不同的估值方法。對于詳查或勘探級別的礦山而言，數(shù)據(jù)量往往不多，一般采用距離冪次反比或最近距離法，對于詳細(xì)勘探和生產(chǎn)礦山來講，樣品量比較大，可以選用克里格法，但需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后才能使用。⑤約束條件：塊體模型的部分空間是塊的組成部分，每一個都和一個記錄相聯(lián)，這個記錄是以空間為參照的，每個點的信息可以通過空間點來修改而并不僅僅是取決于其精確測量，空間參照就是一些額外的操作，空間操作的方式是在某個實體的內(nèi)（外)、表面的上部或下部空間、可以按照塊體本身屬性的大小等邏輯操作。這樣便于計算出任意空間范圍的礦量和品位。

4.1 空塊體模型占用內(nèi)存對比試驗

我們要對礦區(qū)的礦體模型建立礦體模型，首先要先建立未賦屬性的塊體模型，而塊體型的整體尺寸（空間范圍）是依據(jù)礦山開采范圍確定的固定值（如圖3），時我們需要對比的則是不同小塊體尺寸下整個塊體模型的屬性情況。

圖3 都龍礦區(qū)礦體三維塊體模型范圍形態(tài)圖

結(jié)合礦山礦體特征，這里我們選擇塊體尺寸16*16*10m（次 級 塊 體8*8*5m）8*8*5m（次 級 尺 寸4*4.2.5m）、4*4*2.5m（次級尺寸2*2.1.25m）及2*2*1.25m（次級尺寸1*1*0.63m）、1*1*0.63m（次級塊體0.5*0.5*0.31m）及0.5*0.5*0.31m（次級塊體0.25*0.25*0.15m）的6個空屬性塊體進(jìn)行內(nèi)存對比，通過對比數(shù)據(jù)（如表1），發(fā)現(xiàn)相同空間范圍內(nèi)未添加塊體屬性前的不同尺寸塊體模型，在占用內(nèi)存隨著塊體尺寸的的縮小而增大，當(dāng)塊體尺寸縮小至1*1*0.63m后，塊體占用內(nèi)存發(fā)生了一定縮小且為恒定值。

表1 不同空值塊體尺寸內(nèi)存大小對比表

4.2 賦值體模型占用內(nèi)存對比試驗

從表中的數(shù)據(jù)我們也可以看出數(shù)據(jù)四、五、六，雖然塊體尺寸較?。芙叹珳?zhǔn)表現(xiàn)出礦體信息），但相比數(shù)據(jù)一、二、三，內(nèi)存大小增大倍數(shù)6~10倍，若再加入塊體賦值屬性，占用內(nèi)存大小將會變得非常巨大。而數(shù)據(jù)一中的次級尺寸為8*8*5m，其尺寸相比礦區(qū)最低礦石可采厚度1m也相差較大，因此數(shù)據(jù)一中的尺寸也不適合都龍礦區(qū)建模。數(shù)據(jù)二優(yōu)勢在于初始內(nèi)存較小，數(shù)據(jù)三初始內(nèi)存比數(shù)據(jù)二大0.73倍，優(yōu)勢在于其最小塊體尺寸（次級尺寸）較小，能相對精準(zhǔn)表達(dá)礦體信息。因此數(shù)據(jù)二、三中的尺寸則成了本次建模的兩個最優(yōu)選擇尺寸，到底哪個最優(yōu)，則需通過增加塊體賦值屬性進(jìn)行下一步對比，這里為了減少賦值的時間，我們縮小塊體空間范圍，但保證不同塊體尺寸下塊體空間范圍一致進(jìn)行對比，如表2。

表2 不同空值塊體尺寸賦值后內(nèi)存大小對比表

通過表2數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：對空塊體建立屬性后塊體內(nèi)存擴(kuò)大3～5倍，但總體內(nèi)存均不超過20MB，當(dāng)對建立的屬性進(jìn)行礦體號、品位、經(jīng)濟(jì)類型及礦種賦值之后，8*8*5m塊體內(nèi)存擴(kuò)大至131MB，4*4*2.5m塊體內(nèi)存擴(kuò)大至646MB,由此可以看出8*8*5m塊體尺寸在節(jié)約內(nèi)存方面占很大優(yōu)勢，4*4*2.5m塊體也僅擴(kuò)大至646MB，相對計算機(jī)的處理能力，該內(nèi)存也不算太大，因此還需對模型報量的精準(zhǔn)度進(jìn)行對比研究。

4.3 賦值體模型報量準(zhǔn)確性對比試驗

不同塊體尺寸的塊體按照常理來說，都應(yīng)該是尺寸越小的塊體模型越精準(zhǔn)，但是具體能精準(zhǔn)到什么程度，是否我們需要選擇大尺寸塊體保證計算機(jī)高速運行，還是選擇小尺寸延長一部分計算機(jī)運行時間保證報量精準(zhǔn)？這時我們則選擇對都龍礦區(qū)具有代表性的一個薄小礦體模型進(jìn)行體積報量對比試驗（如圖4），試驗結(jié)果如下表3。

圖4 都龍礦區(qū)X號礦體剖面形態(tài)及三維模型圖

經(jīng)過表3數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：8*8*5m尺寸級的塊體模型報出的量與礦體實際體積相差較大，相對誤差達(dá)到62%，而4*4.2.5m尺寸級的塊體模型與實際礦體模型僅誤差-4%。因此4*4*2.5尺寸級塊體模型更能精準(zhǔn)表現(xiàn)出薄小礦體的地質(zhì)信息，針對大礦體則無需論證也能滿足。

表3 不同尺寸級塊體報量對比表

5 結(jié)論

礦山地質(zhì)建模包含兩大模塊，一個是礦體實體建模，一個是塊體建模。而礦體實體模型所涵蓋的地質(zhì)信息主要是礦體的形態(tài)特征、礦種、經(jīng)濟(jì)類型等基本信息，且無法利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)報量，諸如礦石的品位、礦區(qū)的儲量級別、境界范圍圍巖量（礦石量）則必須通過塊體模型進(jìn)行保量。塊體模型在都龍礦區(qū)已經(jīng)作為重要生產(chǎn)指導(dǎo)規(guī)劃的技術(shù)文件，而將塊體文件所涵蓋的信息合理的精細(xì)化、準(zhǔn)確化則是提高礦山生產(chǎn)技術(shù)的重要舉措。

通過一定量的實驗數(shù)據(jù)表明，都龍礦區(qū)選擇塊體尺寸4*4*2.5m（次級塊體尺寸2*2*1.25m）的塊體模型進(jìn)行賦值建模具有較高性價比，既保證3Dmine塊體文件在軟件中能正常運行，又能保證塊體文件所涵蓋信息的準(zhǔn)確性。本文通過此次對塊體建模尺寸進(jìn)行優(yōu)化研究，也為公司數(shù)字化礦山建設(shè)提供一定的參考依據(jù)。