DIMINE软件在通天玉石矿资源量预测中的应用研究

杨晓弘

(湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410015)

近年来，随着地质统计学、计算机图形学和信息技术的发展，在科学计算可视化的基础上，采矿这一传统行业正逐渐向综合集成化、数字化、可视化的方向发展[1-4]。矿床三维可视化建模已成为矿山数字化的一个重要方面，并成为当前地学信息技术领域最富有活力的研究方向之一。通过数字矿山建模来研究空间关系、分布规律以及进行工程设计等工作已逐步取代传统手工方式[5-7]。三维地质体模型不仅准确、直观的诠释了地质体空间形态，并且为采矿工作者进行辅助工程设计提供了可靠依据[8-9]。将最新的数字矿山建模技术应用到近年来新发现的珍贵玉石矿资源的调查中去，建立玉石矿床的三维地质模型，不仅能够实现资源储量的估算和动态管理，还能指导矿床开采优化设计，从而最大程度地将玉石矿开采回收，提高资源的价值，有效保护并合理利用稀缺的玉石资源，为国内同类玉石矿山三维数字建模工作提供借鉴。

1 矿区地质概况

通天玉是近年来在湖南省境内新发现的一种优质石英质玉石，该玉是由燕山期岩浆岩与灰岩接触变质而成，该玉质地细腻、天然透光、晶莹剔透、色泽丰富，分布在通天山、西山、三十六湾和香花岭等200平方公里的区域内，具有巨大的潜在市场经济价值。通天玉矿矿区位于南岭加里东—印支褶皱带的次级构造单元江华—临武东西向加里东褶皱隆起带与耒阳—宜章南北向印支褶皱带的交汇复合部位。矿区内地质构造复杂，岩浆活动强烈，出露的地层有寒武系为一套长石石英砂岩夹板岩、泥盆系主要为碎屑岩和碳酸盐岩、石炭系主要为滨海沼泽相碎屑岩、次为碳酸盐岩、二叠系主要为含煤碎屑岩、浅海碳酸盐岩及硅质岩、三叠系为浅海碳酸盐岩类岩石、白垩系为紫红色陆相碎屑岩及第四系。东山地区内加里东期褶皱为穹窿构造，核部主要由寒武系组成，走向北东；印支期褶皱为上古生界组成的复背斜、复向斜，轴向一般为南北向北东方向偏转；燕山期褶皱为白垩系组成的宽缓陆相红盆，轴向为北北东向，南北向断裂纵贯全区，以断裂带宽、断距大为特色；东山地区内岩浆岩以燕山早期中酸性小侵入体为主，具有浅侵入、浅剥蚀的特点。

区内共发现2条玉石矿脉，主脉I-1为北东向，矿脉平均厚度35 cm，长度约2 km，倾向南东，倾角约70°，矿脉主要为脉状，矿石质量较好，主要为微晶-隐晶质，颜色以白色为主，次脉I-2为北西向，平均脉宽20 cm长度约400 m，倾向北东，倾角约为65°，矿脉为脉状、细脉状。区内I-1号脉是玉石质量最好的一条矿脉，具有一定的规模，矿区共完成1∶10000地质简测28.9 km2，采坑清理16个，剥土工程1个，加上浅井工程以及钻探等，完整地揭露了玉石矿脉的赋存状况[10]。

2 三维地质建模

2.1 DIMINE三维矿业软件

DIMINE三维矿业软件是由中南大学数字矿山研究中心开发出的一套基于数字矿山整体解决方案的矿山数字化软件系统。它实现了从矿床地质建模、储量计算、测量数据的快速成图、地下矿开采系统设计与开采单体设计、回采爆破设计、露天矿开采设计等工作的可视化、数字化与智能化。与其他同类软件相比，该系统采用平台+插件模式进行开发，为用户的二次功能开发提供强大、灵活、便捷的技术支持平台。同时优化不同类型的数据处理过程，大大提高了系统的交互性和界面的简洁性，是国内矿山数字建模领域最先进的系统平台，本次研究采用该软件进行三维地质建模。

2.2 地表建模

地表模型是用来虚拟地形和地物，一般由若干地形线和散点组成，考虑到每个点的坐标值，将所有点连成若干相邻的三角面，然后形成一个三角网随着地面起伏变化的单层模型。表面模型只能描述面，在平面上不具有重叠功能，在同一个X，Y上只有一个Z值。本次建模的原始地质地形图数据如图1所示，通过运用DIMINE软件可以对等高线赋高程，如图2所示，最后利用图2中的等高线生成生地表模型如图3所示。

图1 矿区地质地形图等高线(处理前)

图2 矿区地质地形图等高线(处理后)

图3 矿区地表模型

2.3 钻孔数据库

钻孔数据库是三维建模系统中管理地质数据信息的数据库。钻孔数据信息主要包括孔口信息、测斜信息、样品信息、岩性信息，基于这些数据可以生成钻孔数据库。在上述数据中，孔口信息和测斜信息必须要有，这样才能形成钻孔空间数据库，样品信息和岩性信息可有可无。此外，孔口信息必须包含钻孔名称、X、Y、Z、钻孔深度等字段，测斜信息必须包含钻孔名称、方位角和倾角等字段。对于通天山，目前已有的地质数据仅为13个见矿点，基本包含了孔口信息和测斜信息，但钻孔深度未知，这里，根据其它勘探资料，钻孔深度统一设为500 m。

2.4 矿体建模

三维矿体模型是资源量估计工作的重要基础，通过矿体模型能较准确地掌握矿体的几何空间形态。近些年，国内外均在三维地质建模领域开展了大量研究工作, 提出了多种三维地质建模方法。本次建模是采用基于剖面的建模方法，即将相邻剖面的矿体解译轮廓线依次连接起来形成三维实体。

使用该方法需要知道剖面的解译线，根据已有的地质资料，每个钻孔都看做一个单独的剖面，然后根据矿脉的宽度来确定矿体解译线，通天山玉石矿有2条矿脉，最终的矿体解译线分别如图4、图5所示。

图4 I-1号矿脉轮廓线

图5 I-2号矿脉轮廓线

在模型端部使用平推的方式来外推，外推距离为沿走向方向100 m，生成的矿体模型如图6所示。

通过三维数字化模型能够帮助人们更直观地了解玉石矿脉的分布走向和倾角，以及在空间上的形态。对三维矿体模型的体积进行统计，本次通天玉矿区建模计算得到的矿体总体积为1188043.708 m3，根据实验，以矿石体重按2.7 t/m3计算，推测通天山I-1、I-2号矿脉共赋存有通天玉矿资源约320万t，经济价值潜力巨大。

图6 通天山玉石矿矿体模型

2.5 建模成果

对上述模型进行不同组合，就可以得到需要的模型视图，地表模型可以直观清楚地展现矿区地形地貌，矿体模型反映了矿体在三维空间中的赋存几何形态，决定着后续开采方法的选择，同时将矿体等其他地质体范围投影到地表模型上后可以清楚地表达矿体等地质体的空间位置及相互关系，从而加深人们对矿区的认识，为后续制定资源利用和高效开采的方案提供了三维数据基础。图7为地表模型和钻孔数据库组合得到的视图；图8为地表与玉石矿体模型组合得到的视图；图9为玉石矿脉在地表投影得到的视图。

图7 通天山地表与钻孔数据库

图8 通天山地表与玉石矿体

图9 通天山玉石矿脉地表投影

通过建立的模型能够帮助矿山企业和政府对资源进行高效、科学和绿色的管理。

3 结 论

DIMINE软件作为一套完整而且全面的数字矿山软件，在通天山玉石矿的三维数字建模工作中极大地提高了工作效率，能够高效地将矿山钻孔数据、地形数据、剖面信息等工程数据和矢量数据进行快速整合，帮助政府及矿山企业进行大量数据分析，远景资源量预测和矿山动态管理等。通过三维地质建模，推测通天山I-1、I-2号矿脉共赋存有通天玉矿资源约320万t。此外，建立的通天山地区玉石矿脉数据库可以帮助矿山企业不断补入后期工程数据信息，为矿山地质管理数据库更新提供了平台。通天玉矿山的三维地质建模工作可以为国内同类玉石矿山的数字化工作提供借鉴，具有一定的参考意义。