三維地質(zhì)數(shù)據(jù)模型在某低品位釩鈦磁鐵礦地質(zhì)勘探中應用

馬東林 王文虎

(1.新疆葉爾羌礦業(yè)有限公司，新疆 烏魯木齊 830022；2.新疆八鋼礦業(yè)資源有限公司,新疆 烏魯木齊 830022)

0 引言

新疆某大型低品位復雜釩鈦磁鐵礦，經(jīng)歷多次地質(zhì)勘查，查明礦體產(chǎn)于超基性巖體，全巖礦化，礦床平均品位達不到現(xiàn)行鐵礦最低工業(yè)品位25%的工業(yè)指標，地質(zhì)勘探報告無法通過。根據(jù)規(guī)范，要進行工業(yè)指標論證工作。工業(yè)指標選取、儲量試圈試算，要從全鐵、磁性鐵以及伴生元素折合成當量等多套指標的多種組合進行，若以傳統(tǒng)的方法，需編制十幾套地質(zhì)報告工作量，時間需要半年到一年。

本次工業(yè)指標論證和勘探報告的編寫過程中，采用地質(zhì)數(shù)據(jù)三維建模，以低品位礦化域概念進行圈定，依托地質(zhì)統(tǒng)計學原理采用距離冪次反比法和Surpac軟件強大計算力，對在礦化域內(nèi)按照不同的品位區(qū)間進行工業(yè)指標選取和論證，確定最佳工業(yè)指標，完成工業(yè)指標論證和地質(zhì)勘探報告通過評審，時間縮短到2月完成。

該方法對類似的復雜礦床礦起到了很好的示范作用，為后續(xù)勘探開發(fā)提供了好的經(jīng)驗借鑒。評審專家認為在地質(zhì)勘探領(lǐng)域采用三維建模軟件，結(jié)合Surpac軟件等具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，特別是在本次勘探報告的編寫過程中起到了重要作用。

智慧化作為未來礦山建設的方向，從礦床勘探伊始將地質(zhì)數(shù)據(jù)，礦山地質(zhì)模型數(shù)字化，為礦山今后的采礦設計、采選生產(chǎn)管理的智能化奠定基礎(chǔ)，對實現(xiàn)真正的智慧礦山是一項創(chuàng)新。

1 地質(zhì)工程指標體系的選取和工業(yè)

指標的確定

Geovia Surpac 軟件在進入中國的十幾年里，產(chǎn)品和服務都實現(xiàn)了本地化，得到了廣大中國用戶的支持和認可，該款軟件通過國土資源部組織的專家評審，符合中國國情，滿足中國礦業(yè)的技術(shù)要求和規(guī)范。本次資源量估算采用 Surpac2021版本進行。

1.1 工業(yè)指標確定的方法

本次工業(yè)指標論證和地質(zhì)勘探報告以最新的地質(zhì)勘探規(guī)范為依據(jù)，依托Surpac軟件的強大計算能力，采用礦化域概念(TFe11%～19%)對礦區(qū)內(nèi)的鐵礦石資源量進行總體計算，然后通過設定不同的品位區(qū)間對礦區(qū)內(nèi)的礦石量進行不斷的計算驗證，從經(jīng)濟及資源利用最大化的角度論證出最優(yōu)的礦床平均品位，從而計算出滿足礦床全鐵品位達到最佳工業(yè)指標的最大礦石量。

根據(jù)礦區(qū)的鐵礦資源分布情況，對礦區(qū)不同品位-樣品數(shù)量統(tǒng)計表明，在總樣品數(shù)量17 672件中，樣品數(shù)量在1 500件以上的全部集中在12%～18%品位之間。勘查單位據(jù)此采用Surpic軟件，采用距離冪次反比法圈定出不同品位時的資源量，在圈定出不同品位-資源量的基礎(chǔ)上，從礦體規(guī)模、完整性、品位選擇出工業(yè)指標論證建議方案。以TFe品位11%作為礦化域下限(見圖1)，建立礦體的實體模型，擇優(yōu)選擇了3套邊際品位指標15%、16%、16.7%，提供給論證單位。

圖1 TFe11%礦化域?qū)嶓w模型

論證單位依據(jù)地質(zhì)勘探成果、選礦試驗報告、礦床內(nèi)外部開采條件等，采用地質(zhì)方案法，結(jié)合目前市場價格與未來走勢，綜合考慮產(chǎn)業(yè)政策、資源利用和環(huán)境保護要求，礦床(體)完整性，資源開發(fā)經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益等，從礦山建設需要出發(fā)，評價勘查工作滿足程度，對不同方案進行綜合比較，擇優(yōu)選擇最佳工業(yè)指標方案。

1.2 礦體試圈試算

按照 DZ/T0200-2020《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 鐵、錳、鉻》的相關(guān)要求，采用礦塊指標體系，以邊際品位為主，應用地質(zhì)統(tǒng)計學原理，采用距離冪次反比法進行礦體的試圈試算。

2 地質(zhì)統(tǒng)計學及三維數(shù)據(jù)模型在勘

探中的應用

本次工作以地質(zhì)統(tǒng)計學中距離冪次反比法估算原理，采用礦塊工程指標體系，按照礦床邊際品位進行圈定和儲量計算，用Surpac軟件，按照地質(zhì)三維數(shù)據(jù)模型并進行礦體圈定、資源估算。具體實踐和主要做法如下。

2.1 建立礦化域(礦體)模型

三維實體建模分為三步：

第一步：根據(jù)數(shù)據(jù)庫生成礦區(qū)鉆孔平面圖(見圖2)。

圖2 地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)

第二步：生成勘探線剖面圖(見圖3)。

圖3 勘探線剖面數(shù)據(jù)圖

采用的方法是沿著各勘探線，建立一系列剖面，然后在各剖面內(nèi)圈定礦體的邊界，繪制線串文件。進行地質(zhì)解譯，圈定礦體。在每個勘探線剖面上，用線連接繪制代表礦體邊界的線串，完成對地質(zhì)信息的解譯，在地質(zhì)解譯的過程中，礦體外推的原則采用1/4勘探間距，即25 m的距離進行平推。在剖面圖上圈定礦體邊界，依據(jù)的標準就是揭露這些地質(zhì)體的探礦工程的取樣結(jié)果及工業(yè)指標。

第三步：連接實體，生成礦體。通過各剖面的礦體的圈連，可以在空間上形成一系列的按照勘探線排列的線串文件，這些線串文件就形成了礦體的基本框架。 這一步工作的主要內(nèi)容就是把礦區(qū)內(nèi)相鄰剖面的線串依次用三角面連接起來，形成由系列三角面圍成的復雜曲面，形成礦體的實體模型如圖4所示。

圖4 勘探線剖面圖礦體實體模型

在完成實體建模后還需要對實體進行驗證工作，只有通過實體驗證，顯示實體為有效如圖，然后設定體為實心體，才能進行后續(xù)的礦塊模型建設，滿足進行資源量估算的需要。以礦區(qū)的1:2 000地形測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，生成礦區(qū)地表DTM模型。

礦區(qū)的三維地形數(shù)據(jù)與首采區(qū)境界模型進行合并后形成的1 000 m以上的礦區(qū)采坑示意(見圖5)。

圖5 礦區(qū)首采區(qū)境界模型(DTM)

2.2 樣品數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在完成了礦化域?qū)嶓w模型的建立以后，通過Surpac軟件的計算功能，可以生成一個由礦化域范圍內(nèi)樣品組成的線串文件(見圖6) 。

圖6 樣品組成的線串文件

為了實現(xiàn)地質(zhì)資源信息的數(shù)字化管理，建立地質(zhì)資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是最基礎(chǔ)的內(nèi)容。地質(zhì)資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫通過收集鉆孔、探槽、坑道、測量等數(shù)據(jù)信息，建立、存儲地質(zhì)資源信息數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，它能以最佳的方式、最少的數(shù)據(jù)冗余為多種應用服務，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫技術(shù)在地質(zhì)勘探和礦山工作中的實際應用，是礦山資源儲量估算和采礦設計的基礎(chǔ)。

本次資源儲量估算使用了來自礦區(qū)的77個鉆孔和55條探槽的全部樣品數(shù)據(jù)，樣品總數(shù)為12 668件，應用Surpac軟件進行礦體的圈定和資源儲量估算，至少需要4類基本數(shù)據(jù)：井口坐標文件、井口測斜文件、樣品分析文件和巖性文件。

2.3 樣品等長組合

地質(zhì)統(tǒng)計學要求參與估值計算的數(shù)據(jù)的支撐(指樣品的長度或體積)應該一致，組合樣的目的就是將空間不等長的樣長和品位量化到一些離散點上，即每段樣長的中點，只有在工程方向上產(chǎn)生均勻(即等距離)的離散點，才可用于資源量估算。在進行樣品組合時，組合長度由統(tǒng)計學的方法確定，根據(jù)組合長度組合品位采用樣長加權(quán)平均法。

首先用Surpac的數(shù)據(jù)庫功能，從樣品表中把所有樣品數(shù)據(jù)進行提取，形成由所有樣品組成的線文件，然后對線文件的樣長進行統(tǒng)計分析 。

2.4 塊體模型參數(shù)確定

塊體模型是礦床品位估計及儲量估算的基礎(chǔ)，建立塊體模型的基本思想是將礦體在三維空間內(nèi)按照一定的尺寸劃分為一定的單元塊，然后對整個礦體范圍內(nèi)的單元塊的品位根據(jù)已知的樣品進行估計，并在此基礎(chǔ)上進行儲量估算。

同時為了進行儲量估算和分類，需要對每個礦塊進行屬性的分類，本次礦塊為滿足驗證需要設定了礦塊屬性分類，通過礦塊摘要，還可以看出礦塊分布的空間范圍及礦塊數(shù)量等信息。本次礦塊建模共計生成礦塊為355 187塊。

2.5 變異函數(shù)模型參數(shù)的確定

地質(zhì)統(tǒng)計學以區(qū)域化變量為理論，以變異函數(shù)為工具研究隨機變量在空間的隨機性和相關(guān)性，在實施估值之前，必須對組合樣品進行變異函數(shù)結(jié)構(gòu)分析,并繪制曲線。

Surpac軟件只支持幾何異向性，在礦業(yè)軟件中要求3個方向的模型類型和數(shù)目、塊金值和基臺值一致，因此只給出變程最大、連續(xù)性最好的主軸的變異函數(shù)參數(shù)，用球狀模型擬合了主軸方向的變異函數(shù)。

2.6 確定估算冪次的確定

在實際應用中，冪值m在品位變化小的礦床取值較??；在品位變化大的礦床，m取值較大。在鐵等品位變化較小的礦床中，m一般取2；在貴重金屬(如黃金)礦床中，m的取值一般取3。本礦床為一個超貧磁鐵礦床，TFe的品位變化系數(shù)為16.48%，TiO2的品位變化系數(shù)為31.17%，且從各元素的相關(guān)性可以看出，TFe和TiO2表現(xiàn)出較高的正相關(guān)性，因此在進行礦塊賦值的時候冪值m均取2。

2.7 體重的確定

根據(jù)不同礦石類型采集的112件小體重樣測定成果，對TFe品位13%以上的101件樣品，采用線性回歸分析方法，計算出其線性回歸趨勢圖及其數(shù)據(jù)散點(見圖7)。

圖7 全鐵品位與礦石體重線性回歸趨勢圖

2.8 資源量估算

依據(jù)規(guī)范要求，按照不同的地質(zhì)可靠程度(包括研究程度和控制程度)，劃分礦產(chǎn)資源儲量類型，是礦產(chǎn)勘查的主要目的之一。不同的礦產(chǎn)資源儲量類型，在地質(zhì)可靠程度上有著嚴格的要求。

為了與地質(zhì)塊段法資源儲量類型進行比較，Surpac可以提取各勘探線見礦工程中心點位形成線串文件(見圖8)。

圖8 控礦工程中心點勾畫探明資源量級別線

然后以線串文件外廓點為基礎(chǔ)，勾畫出探明級別資源量的磁鐵礦輪廓界限，該輪廓線外圍的礦體則為推斷資源量，對礦塊模型進行賦值后可以查看不同儲量級別的礦塊分布情況，以此為基礎(chǔ)以對資源量進行分類報告。

在對礦塊各項屬性完成賦值以后就可以根據(jù)需要的屬性分類進行資源儲量報告，本次資源量報告按照標高范圍、礦量類型、資源量類別三級分類，對礦體的礦石量、TFe平均品位、mFe品位平均、TiO2平均品位、TiO2資源量屬性進行統(tǒng)計。利用Surpac的儲量報告功能可以生成關(guān)于礦石量和TFe品位的報告，可以根據(jù)采礦設計按照首采區(qū)的首采區(qū)和二期礦量等對礦石量進行區(qū)分(見圖9)。

圖9 首采區(qū)范圍內(nèi)可采礦量和掛幫礦量分布情況

3 應用成果的優(yōu)點和創(chuàng)新點

1)在本次勘探報告的資源量計算環(huán)節(jié)采用Surpac三維建模軟件對礦體進行空間建模，創(chuàng)新性的采用礦化域概念，通過將所有單樣品品位全鐵品位超過11%的勘探工程全部納入礦化域范圍內(nèi)，然后將整個礦化域范圍按照規(guī)格分成礦塊，采用距離冪次反比法對每個礦塊進行賦值，從而確定整個礦床的全鐵品位分布情況，然后利用Surpac的統(tǒng)計功能，根據(jù)不同的品位區(qū)間對資源量進行統(tǒng)計及直觀顯示不同品位的礦塊在空間內(nèi)的分布情況。

2)本次應用前后成果提交的對比(見圖10)：在采用傳統(tǒng)的地質(zhì)剖面進行成果提交時只能提交面狀的礦體范圍圖，無法直觀的看出礦體內(nèi)不同品位的分布情況；在采用Surpac進行礦體建模后，對礦體按照勘探線進行圖切剖面，可以從剖面圖上直觀的看到礦體內(nèi)不同品位的的分布情況，同時還可以從空間上看出不同品位的分布情況。

傳統(tǒng)地質(zhì)法圖切剖面 Surpac生成圖切剖面圖10 地質(zhì)剖面與三維數(shù)據(jù)成果對比圖

4 結(jié)語

1)利用地質(zhì)統(tǒng)計學原理， 采用礦塊工程指標體系和距離冪次反比法，用 Surpac計算機軟件，對復雜礦體、多元素共伴生礦體的工業(yè)指標選取、論證，提供了快速、準確、可靠的方法。

2)用地質(zhì)勘查三維數(shù)據(jù)成果，提交地質(zhì)勘探報告及評審，論證結(jié)果可以驗證，結(jié)果可靠，具有較好的示范作用和應用前景。

3)礦山地質(zhì)模型和數(shù)據(jù)完成計算機化，為今后礦山采礦設計、采選礦生產(chǎn)、計劃管理、經(jīng)營管理的智能化邁出扎實的一步，為建設智慧礦山奠定了堅實基礎(chǔ)。