云南羊拉铜矿三维地质建模及储量计算

孙 潇，陈建国，2，房晓龙，马秋石

(1．中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074;2．中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北 武汉 430074)

云南羊拉铜矿三维地质建模及储量计算

孙 潇1，陈建国1，2，房晓龙1，马秋石1

(1．中国地质大学(武汉)资源学院，湖北 武汉 430074;2．中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北 武汉 430074)

以云南羊拉铜矿的断层、地层、岩体、矿体为研究对象，在分析研究建模技术方案的基础上，依据收集到的钻孔柱状图、勘探线剖面图、中段地质图和地形地质图，结合野外踏勘与认识，利用Micromine软件建立了研究区的地形、地层、断层以及矿体的三维实体模型，直观展示了区内地表、断层、地层、岩体以及矿体的空间展布以及相互的空间位置关系。运用克里格法对里农矿段的铜矿体进行品位估值，获得了矿体的储量。

三维地质建模;资源量计算;Micromine软件;羊拉铜矿;云南德钦

0 引言

三维地质建模这一概念是由加拿大Houlding提出的。目前，随着其理论逐渐成熟和完善以及计算机硬件软件的快速发展，它已经成为研究矿床的又一新途径。一些矿业软件公司推出了各自的产品，国外较成熟的软件有：Micromine、Surpac、Datamine、Vulcan 等(孙豁然等，2007;朱超等，2010)．国内对该方面的研究起步较晚，但也取得了一定的成果，如中地数码集团推出的基于MapGIS平台的资源量估算与矿体三维建模系统、中国地质大学(武汉)开发的GeoView软件、中国地质科学院开发的探矿者软件Minexplorer、北京东澳达科技有限公司自主研发的3DMine矿业工程软件等。

羊拉铜矿近些年产量不断增长，为确保后续资源，加强羊拉地区找矿研究，快速找到资源储备区尤为重要。为使羊拉铜矿节约成本，充分利用资源，对已有资料进行再次开发利用，运用新技术成为一条扩大找矿成果的重要途径。基于国内外三维地质建模的研究，笔者运用Micromine软件对羊拉铜矿构建了矿山三维实体模型和属性数据库，将矿山的空间数据实现数字化存储和表达，并对已知矿体进行了资源量估算，为矿山的进一步开采提供参考。

1 研究区概况

云南德钦羊拉铜矿地处滇、川、藏3省交界，雪域青藏高原南缘，横断山脉北段，属高山深切割地区，地形为向东倾斜的单向坡，坡度范围为25°～50°，局部地区达70°，高差约2 300多 m。

羊拉矿区地处金沙江接合带中，区内主要出露泥盆系(D)、下石炭统贝吾组(C1b)、上三叠统(T3)、第三系(E)和第四系(Q)地层。主要含矿地层为泥盆系中—上统里农组一段(D2+3l1)，其次为泥盆系下统江边组三段(D1j3)、二段(D1j2)。该区的矿体产出于(斑)岩体及其外接触带的矽卡岩，角岩化变质碎屑岩中。含矿岩性主要为透辉矽卡岩、石榴石矽卡岩，角岩化变质石英砂岩、花岗闪长岩次之。

本区域内的断层较为发育，规模最大的F4断层斜穿矿区中部，呈北东向展布。除F4外还有近北东向的F6、F8、F10断层及层间破碎带。

里农矿段共圈出层状、似层状及透镜状的矿体12 个，其中工业矿体有 KT2(上)、KT2(下)、KT2-7、KT3、KT4、KT4-1、KT5 7个，矿体总体走向近南北，向西缓倾，一般倾角180°～35°，主要产出于里农岩体西侧的外接触带中。路农矿段KT5-1矿体产于上部矽卡岩矿化层之上部，赋存于地层D2+3l1与D2+3l2之层间破碎带。KT1矿体产于下部矽卡岩矿化层的顶部，加仁岩体东侧内外接触带。KT4矿体赋存于D2+3l1与D1j3之层间破碎带，往北被F4断裂错失(曾礼传，2010;胡光龙等，2008)(图1)。

图1 研究区地质简图

2 三维建模技术方案

三维地质建模涉及地表建模、勘探数据库、断层建模、地层建模、矿体建模等(图2)。地表模型是利用地表高程数据建立不规则三角网(TIN)形成面模型。勘探数据库是利用软件将整理好的井口信息表、测斜数据表、岩层数据表以及取样分析表相互关联建立的。断层模型是通过将数据中的断层线依次用不规则三角网连成的面模型。岩体和地层是通过将线连结成面，再运用面切割体的方法建立的。矿体模型的建立采用剖面圈矿，然后将各剖面上的矿体轮廓对应用线框连结起来的方法建立。综合地质模型的建模步骤是：先将收集到的数据分析、整理并建立数据库对其进行存储、管理及操作。然后，根据研究区的Xmin、Xmax、Ymax、Ymin、Zmin、Zmax构建立方体线框，用 DTM 切割该体建立三维空间研究区范围线框。在此基础上，对各地质体运用相应的方法建模，为使相邻地质体的模型能够达到无缝贴合，对各地质体建模应遵循从建立断层模型→建立岩体模型→建立地层模型→建立矿体模型这样一个顺序。

图2 地质体三维建模流程图

3 羊拉三维地质模型建立

3．1 Micromine软件简介

Micromine软件是由澳大利亚Micromine矿业软件公司开发的一套专门处理勘探和采矿数据的商业三维矿业软件。它具有以下特点：(1)具有良好的用户操作界面和与其他相关软件的数据接口;(2)能够有效地管理、分析勘探资料及地质编录数据，并能将其进行三维可视化表达;(3)能高效便捷地在三维空间中圈定矿体，并提供多种方法进行资源量计算及动态管理分析。

3．2 勘探数据库的建立及钻孔的三维可视化

数据库的建立是地质体三维建模的基础，经过对收集的羊拉铜矿的勘探工程资料(包括钻孔柱状铜矿图和平硐素描图)进行汇总、分析，运用Micromine软件建立羊拉勘探数据库，该数据库中包括井口信息表、测斜数据表、岩层数据表以及取样分析表共4个表文件。在数据录入并更新该数据库后，通过Micromine的钻孔轨迹可视化功能将这录入的133个钻孔的空间形态展示在三维空间中，根据钻孔中不同岩性或不同品位值填充不同的颜色和花纹。

3．3 地表模型的建立

地表模型的建立有利于三维空间研究区范围的确定，并对近地表的地质体模型的建立进行空间范围限定。研究区1∶1万地形地质图和里农矿段(等高距40 m)、路农矿段1∶2 000地质地形图中的等高线数据(等高距10 m)为研究区DTM模型的建立提供了数据源。该区高程数据的特点是高精度数据仅覆盖局部区域，为使模型达到较好的模拟效果，将两种精度的数据相结合：(1)在MapGIS中将等高线数据从各地质地形图文件中提取出来导入到同一个Micromine的线文件中，将重叠区域中40 m间距的等高线删除;(2)用Micromine中DTM模块下的创建表面工具对等高线加密，使等高线的间距统一为10 m;(3)运用创建DTM表面工具依据加密后的等高线数据创建DTM表面。

3．4 断层模型的建立

断层的出现会使地质体之间的空间关系变得复杂，它对其他地质体模型的建立具有重要的参考作用，因而先于其他地质体建模。断层数据需要从包含有断层信息的地质地形图、区内构造纲要图、勘探线剖面图、中段平面图中提取。在将这些图件转换为DXF格式或MapGIS明码格式导入Micromine后，运用“测量→坐标系统变换→平面”工具，利用两个已知点对图件进行坐标系统变换，最后将各文件及钻孔数据中描述断层的数据提取出来，按断层编号分别存储。用线框将同一文件中的线两两连接构成面，再依据勘探地质报告中该断层的描述(包括断层的性质与规模、两盘的位移、走向及倾角)对所建立的断层面进行修编，图3中展示了区内已建成的断层模型。

3．5 岩体及地层模型的建立

岩体是一种“有根”的地质体，在勘探过程中，工程往往只揭露一定深度岩体的信息，对它的建模一般采用将钻孔数据和勘探线剖面图、中段平面图以及地形地质图中描述岩体上表面空间位置的线数据用不规则三角网(TIN)连成面，然后用该面切割研究区三维线框模型，所得面下的线框模型为岩体模型。由于岩体常会侵入地层中，因此，地层建模晚于岩体建模。地层模型的建立同样采用面切体的方法进行，用各地层的接触面依次“切割”研究区三维线框模型，得到各地层模型(图4)。

图3 断层模型图

图4 地质体模型图

3．6 矿体模型的建立

矿体模型(图5)以钻孔数据为支撑，同时参考现有勘探线剖面图、中段平面图等成果资料。矿体模型的建立需要经过以下几个关键环节：(1)需要根据钻孔中的样品分析数据，按照羊拉铜矿指定的矿体圈定原则以及对矿体空间分布特征的分析在三维空间中圈定各矿体在剖面上的轮廓线。(2)利用Micromine中“创建线框”工具将相邻的两个剖面上同一矿体的轮廓线依次连结。(3)相邻两个工程，一个见矿，另一个不见矿，矿体推至两工程间距1/2处尖灭。(4)建立近地表的矿体模型时需要用DTM进行矿体边界的限定，对于高出地表的部分需要通过布尔运算对矿体模型进行修正。当矿体出现分支闭合现象时，可以通过建立辅助轮廓线和连结线来帮助矿体线框的连结。当出现矿体被断层切割的情况时，需要借助布尔运算实现断层模型对矿体模型的切割，以确保二者之间具有正确的空间拓扑关系。建模过程中还可以通过建立“连结线”、抽稀或加密轮廓线上的点来避免交叉三角形的出现和线框模型失真或扭曲。

图5 里农矿段矿体模型图

4 羊拉里农矿段铜矿体资源量估算

4．1 矿体空块模型的建立

对于实体的属性信息线框模型无法完整地表达，这就需要建立块体模型。综合考虑研究区地质复杂程度、矿体连续程度、矿体开采方式、勘探工程间距以及计算机硬件条件，确定了本次研究中块体模型体元的尺寸：北×东×高=6 m×10 m×2 m。

4．2 数据预处理

数据的预处理包括数据转换、特高值处理以及组合样长。运用克里格插值的前提是样本数据服从正态分布，经分析，原始数据的自然对数服从正态分布，故对数据进行自然对数变换。在估值过程中，特高值对估值结果影响明显，为此，笔者采用频率曲线法界定特高品位，将曲线拐点处的品位值取为特高值的下限，对那些独立出现的高值用该下限值替代。资源量估算前需要对样长进行组合，组合时应最少拆分原始样长，故而选取原始样长的众数1．5 m作为组合样长，并依据经验将0．5 m作为最小组合样长。

4．3 变差函数分析

克里格估值法是通过变差函数对区域变量进行结构分析和样品品位估值的(沈步明等，1994)。计算矿体的走向、倾向以及矿体的厚度方向上的实验变差函数，并进行实验变差函数与理论模型的拟合。球型模型是资源量估值中最常用的模型，选择球状模型进行拟合，以确定各方向上变异函数的块金值、基台值和变程。根据表1中的各变差函数理论模型参数，得到各方向实验变差函数和理论模型的拟合结果，如图6、图7、图8所示。

表1 变差函数理论模型参数

图6 走向方向的变差函数曲线

图7 倾向方向的变差函数曲线

图8 厚度向方向的变差函数曲线

4．4 搜索参数的设置

估算过程中，需要确定搜索参数，它对克里格估值结果有很重要的影响。通过划分扇区限定每个扇区内最少、最多数据点来排除由勘探工程的分布不均匀导致的样品簇集的影响(孙玉建，2008)。设定每个扇区最多有6个点参与估值，这6个点为与待估点距离最近的6个点，最少参与估值的点数为2，少于2个点则待估点不被估算。笔者设置的搜索半径分别为50、100、160 m，搜索半径为160 m时所有的待估块段都被插值完毕。

4．5 资源量估算

运用普通克里格法对里农矿段矿体进行Cu品位估值，将品位边界值分别设定为0．2%、0．3%、0.5%，矿石体积质量分数如表2所示，经计算，得出里农矿段的铜矿石总量为3 830．3万t，Cu金属总量为18.3万t。

表2 矿石体积质量分数

用另外一种估算方法——距离幂次反比法再次对里农矿体进行估值和资源储量计算，计算结果如表3所示。采用与克立格法相一致的搜索参数进行品位估值，将其所得结果与所采用普通克里格方法估算所得的资源量结果进行比较，以此来衡量运用克里格法所估算结果的可靠程度。对比结果表明，两种计算结果的相对偏差仅为2．31%，证明其可靠程度较好。图9为运用克里格法对Cu品位进行差值后里农矿段矿体Cu品位的分布图。

表3 两种方法资源量估算比较

图9 里农矿段矿体Cu品位分布图

5 结论

以云南羊拉铜矿里农矿段、路农矿段为研究对象，在分析研究建模技术方案的基础上，依据所收集到的钻孔的柱状图、勘探线剖面图、中段地质图和地形地质图，结合野外踏勘与认识，利用Micromine软件建立了研究区的地形、地层、断层以及矿体的三维实体模型，直观展示了区内地表、断层、地层、岩体以及矿体的空间展布以及相互的空间位置关系，对分析各地质体之间的相互关系以及矿体的空间展布特征提供了帮助。并运用克里格法对里农矿段的铜矿体进行品位估值，获得了矿体的储量，对矿山今后的生产具有一定的指导意义。

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3D geological modeling and reserves estimation in Yangla Copper Deposit in Yunnan

SUN Xiao1，CHEN Jian-guo1，2，FANG Xiao-long1，MA Qiu-shi1

(1．Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China;2．State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources of China University of Geosciences，Wuhan 430074，China)

Taking the fault，strata，rock mass and ore body in Yangla Copper Deposit as study targets，based on the analysis and study modeling technology plan，the available of borehole histogram，prospecting line profile，middle geological map and topographic geologic maps and in combination with field exploration and knowledge，the authors established a 3D solid model on landform，strata，fault and ore body in the study area by the use of Micromine software，directly exhibited the spatial distribution and mutual spatial locations for the surface，faults，strata，rock mass and ore body in the ore district．The authors estimated the grade of Linong ore section with Kriging method and acquired the reserve of the ore body．

3D geological modeling;Resource estimation;Micromine software;Yangla Copper Deposit;Deqin，Yunnan

TP319;P618．41

A

1674－3636(2012)03－0326－07

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．326

2012－05－20;编辑：蒋艳

云铜横向合作项目(2010026410)资助成果

孙潇(1988— )，女，硕士研究生，地质工程专业，E-mail：sunxiao-76116@163．com