基于夏甸金矿块体模型的三维可视化地质储量计算研究*

唐占信　何少博　周东良

(山东招金矿业股份有限公司夏甸金矿)



基于夏甸金矿块体模型的三维可视化地质储量计算研究*

唐占信何少博周东良

(山东招金矿业股份有限公司夏甸金矿)

矿山三维地质建模与可视化研究是实现“数字矿山”的重要基础。针对夏甸金矿-652～-740m的Ⅶ-1#深部矿体，运用三维软件创建矿体数字模型，探讨了钻孔地质数据库、矿山实体模型、品位块体模型的构建技术，阐述了该矿矿体储量信息估值方法，实现了矿体三维可视化，为同类矿山三维可视化数字矿床模型构建提供了思路。

三维软件地质数据库块体模型

随着科技与信息技术的发展，矿业正进入“数字化”时代[1]，开拓更广信息与数字疆土是必然趋势。所谓“三维数字矿床模型”，即是在计算机、地质与数理统计学[2-3]等技术与交叉学科理论基础之上，构建出三维直观视角平台，可形象表达资源分布与矿体形态特征。据此创建高效决策平台，能快捷实现储量统计、生产组织与过程虚拟仿真等，是矿山信息系统建设的首要环节[4]。

本文利用3DMine软件，对山东招金矿业股份有限公司夏甸金矿-652～-740m水平矿体进行了三维可视化建模工作，在此基础上，基于地质统计学理论进行矿体地质数据统计，对矿群矿石储量、品位分布进行估值计算，实现了矿体数字化。

1　钻孔地质数据库建立

统计地质钻孔数据，创建地质钻孔数据库，是建立空间3D矿床模型的必要工作，亦是实现资源储量、品位估值的前提，其实质即是展示在三维数字空间中的勘探数据模型。在该三维数字空间中，钻孔数据可形象直观表达，且可通过“图形”方式交互实现数据修正和管理。

利用夏甸金矿Ⅶ#深部矿体-652～-740m所有水平刻槽取样数据创建本次地质数据库。统计刻样数据信息结果见表1。

为了与三维软件有机交互，将钻孔地质信息进行整理，形式见表2。

为了实现数据与软件有机交互，需要在三维软件中建立“定位表”、“化验表”、“测斜表”、“岩性表”。区域岩性信息如岩性、品位、坐标等可通过上述表格快速确定。

表1　各分段取样信息

表2　钻孔地质信息

利用三维软件中“录入钻孔”功能，将整理好的刻槽取样钻孔数据输入三维软件中，即可完成钻孔地质数据库的建立，见图1。

图1　钻孔地质数据库展示效果

2　夏甸深部矿体模型建立

实体模型用三维数字视角窗口描述物体，呈现立体与真实效果。实体不仅仅描述物体的轮廓，还具备以下功能：①快速计算体积和表面积；②任意方位的切割剖面；③可定义边界约束，包括内约束与外约束；④体与体、体与面可进行交、并、差运算；⑤与地质数据库进行交互。据此，可应用计算机形象描述矿山地下结构元素，如矿体、采场、岩层等形态及其属性信息。其基本思路见图2。

图2　创建实体模型思路

根据夏甸金矿提供的各分段地质平面图，矿体三维实体模型见图3、图4。

图3　Ⅶ#深部矿体三维实体模型

通过夏甸金矿三维实体模型地建立，可以在真三维空间直观反映矿体产状、地表地形、中段工程以及地质构造，为后续稳定性分析及开采方针模拟研究提供依据，且通过块体模型交互应用来实现资源统计计算。

图4　夏甸金矿三维可视化模型整体效果

3　矿体资源信息估算

3.1样品组合与数据分析

原始勘探取样工作中，样品长度变化较大，给品位估值分析带来很大的困难，需要在块体模型的品位估值前进行样品组合计算，以保证样品的已知品位值参与品位估算时不再需要考虑样长对权值的影响。样品组合包括：根据地质带组合、圈矿指标组合、实体内提取化验样3个方式。本次夏甸金矿Ⅶ#矿体采用地质带组合方式，见图5。

图5　样品组合效果

完成样品组合后，可得到样品基本信息统计，效果见图6(a)所示，统计特征服从对数正太分布。取以10为底的对数，其正态分布效果见图6(b)所示。统计有效样品点数目为1 204个，其中样品品位最大值为37.43，最小值为0.10。

样品数据平均品位：

(1)

样品数据标准差：

(2)

样品数据变异系数：

(3)

3.2块体模型建立

应用钻孔空间位置参数建立的三维空间形体需要进行品位信息赋值，才能完成资源储量及品位的统计与分析。资源储量估算通常应用单元块来逐渐实现，三维软件中根据实际需要将矿体模型划定的单元块添加属性信息，即属性赋值。常用的赋值方法有：最近样品法、距离幂次方反比法和普通克里格法。3种方法本质区别在于选用的权值差异，应用实际表明，克里格法效果最优，且应用最为广泛。

图6　组合样品信息

利用地质建模方法构建矿体块段模型(图7)，用普通克里格法对该矿Ⅶ#深部矿体进行估值。

3.3估值过程

当块体模型建好后，根据Ⅶ#矿体估值需要，对块体模型建立两个属性：矿石容重、金品位。构建数据属性录入表后依次录入属性信息，过程如下：对矿石容重赋值时，因为容重与岩性相关，夏甸金矿矿石岩性一致，故采用“单一赋值”，为减少计算量，采用实体模型进行约束，即可完成赋值，如图8。

图7　夏甸金矿Ⅶ#深部矿体块体模型

图8　矿体容重赋值流程

矿石品位赋值有一定的难度，原因在于区域变化特征，变化规律由地质构造与矿化作用决定[5]，为较好地解决其中影响与偏差，选用普通克里格插值法来实现赋值。

在三维空间中，通常采用搜索椭球体来表达影响范围内的样品搜索参数，即分布规律与特征。特征参数一般为倾伏角、走向、倾角、各向异性比率等[6]。根据前述工作，创建搜索椭球体并筛析各个块影响较大的属性值，以实现资源信息的插值评估，可得到样品参数报告模型及各向异性(.par文件)，搜索椭球体如图9。构建搜索椭球体后即可通过普通克里格法进行赋值，步骤如图10所示。

应用差异着色区分赋值结果，最终创建夏甸金矿品位块体模型[7-8]如图11。

图9　搜索椭球体图

3.4储量估算

应用三维软件内置处理模块可导出估值报告，夏甸金矿Ⅶ#深部矿体按分段统计，最终估算储量见表3。

与现场传统地质块段法估算结果对比，三维软件构建的矿体模型及地质统计因考虑了样品距离的相关性与连续性，估算结果精度与可信度较高，故在实际工程应用中亦是一种高效可行的估值方法。

图10　普通克里格法赋值示意

图11　品位块体模型展示效果

分段水平/m矿石体积/m3矿石重量/t金属量/kg-652～-66246200127050370.32-662～-672112980310695944.8-672～-6821255803453451023.97-682～-6921419603903901019.44-692～700142380391545971.3-700～-71087780241395583.92-710～-72090720249480596.62-720～-73085680235620600.01-730～-74079380218295575.75总计91266025098156686.13

4　结　论

基于三维矿业工程软件，完成了夏甸金矿Ⅶ#深矿群的三维实体建模与可视化研究，实现了矿山深部矿体品位信息、矿石储量的估算。主要结论如下：

(1)基于三维软件，可对钻孔数据进行组合分析，可得到样品数据平均品位、方差以及变异系数等基本信息统计。

(2)在三维软件三维矿体模型数字平台上，应用普通克里格估值方法，可快捷估算矿石资源信息，提高估算效率与估算精度。由于便于搜索疏漏，可在一定程度上规避开采风险与人为统计失误，具有较高的现场探索与应用前景。

[1]魏建现.数字矿山建设的探讨[J].现代矿业，2010(7):55-56.

[2]侯景儒,黄竞先.地质统计学在固体矿产资源/储量分类中的应用[J].地质与勘探,2001(6):61-66.

[3]沈步明，沈远超.金属矿山地质数据库与地质统计学[M].北京：科学出版社，1994.

[4]杨念哥.会东铅锌矿三维矿床模型开发与应用研究[D]．长沙：中南大学，2008.

[5]向中林,王妍,王润怀,等.基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究[J].地质与勘探,2009(1):75-81.

[6]向中林,白万备,王妍,等.基于Surpac的矿山三维地质建模及可视化过程研究[J].河南理工大学学报:自然科学版,2009(3):307-311.

[7]樊忠平,任涛,王瑞廷,等.基于Surpac软件的矿床模型构建及矿体资源量估算—以陕西山阳夏家店金钒矿床为例[J].地质与勘探,2010(5):977-984.

[8]GuyArchambault.StructuralgeochemistryofgoldmineralizationintheLinglong-Jiaojiadistrict,ShandongProvince,China[J].ChineseJournalofGeochemistry,2007(3):215-234.

Studyonthe3DVisualGeologicalReserveCalculationSystemBasedonBlockModelinXiadianGoldMine

TangZhanxinHeShaoboZhouDongliang

(XiadianGoldMine,ShangdongZhaojinMiningIndustryCo.Ltd.)

Thestudyofthe3Dgeologicalmodelandvisualizationofminesistheimportantfoundationtorealizethe"DigitalMine".Takingthedeepore-0bodylocatedfrom-652mto-740minXiadiangoldmineastheresearchexample,the3Dsoftwareissuedtoestablishmodeloftheore-body.Theestablishingtechniquesofgeologicaldatabase,minesolidmodelandgradeblockmodelarediscussedindetail,besidesthat,thereserveestimationoftheore-bodyisanalyzedtorealizethe3Dvisualizationoftheore-body.Theaboveresearchresultscanprovidesomereferencefortheestablishmentofthe3Dvisualizaitonore-bodymodelofthesimilarmines.

3Dsoftware,Geologicaldatabase,Blockmodel

2016-03-09)

唐占信(1966—)，男，硕士，高级工程师，265418 山东省招远市夏甸镇。