Vulcan软件在三维地质建模中的应用——以胶东某金矿为例

张 琪，许延波，丁 妍，崔美慧，陈晓燕

(山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东 莱州 261400)

随着时代的进步和科技的不断发展，三维地质建模软件在国内外矿床的资源储量估算和矿山设计等领域已经得到了越来越广泛的应用[1]。与传统的人工计算矿体资源量和二维资源量估算软件相比，三维建模软件具有可视化性强、空间立体感强、操作简便、效率高、准确性强等诸多优点[2]。

1 概述

Vulcan是澳大利亚Maptek公司开发的一款高级三维建模软件。该软件能够用于三维地质建模、采矿设计、优化、排产直至复垦规划各个环节。其主要功能包括数据导入与钻孔数据库创建、地质解析与地质建模、块体建模与品位估值、模型的应用与更新。

本文以胶东某金矿为例，介绍利用Vulcan软件进行三维地质建模的方法和步骤。利用 Vulcan软件进行三维地质建模的主要过程如下：创建数据库、矿体解译、创建实体模型、创建块体模型、品位估值、资源/储量报告(见图1)。

图1 地质建模流程图Fig.1 Flow chart of geological modeling

2 数据库的创建

地质数据库是三维地质建模的基础和前提，要保证数据的完整性和可靠性。大量充分的勘查工程数据能够更加精确地揭示矿体的空间展布特征[3]。

2.1 数据的搜集和整理

首先将矿区的地质资料进行搜集和整理。本次只利用了钻探工程数据。将钻探工程数据整理为四个csv文件格式的表格：Collar(孔口表)，Survey(测斜表)，Geology(岩性表)，Assay(样品表)。它们通过hole_id(钻孔号)关联在一起(见表1)。

表1 钻孔数据库结构Table 1 Drilling database structure

2.2 创建地质数据库

首先要创建一个数据库设计文件，设计类型是Drilling(钻孔)，然后以这个设计文件为模板将整理好的4个csv表格导入Vulcan软件，数据导入后需要进行验证。Vulcan软件自带数据验证功能，检测后可直接在数据库中修改，直至数据通过验证。共导入钻孔数据142个，完成Collar表(218 223.10 m/142孔)、Survey表(3 961条)、Geology表(2 177条)、Assay表(32 194条)。

2.3 钻孔的三维显示

数据库通过验证后，Vulcan软件就可以将所有钻孔三维显示出来，我们可以根据实际工作需要对钻孔的孔口颜色、钻孔显示风格及钻孔标注进行设置。钻孔轨迹颜色我们根据样品金品位值也就是Assay表中的Au设置图例来显示钻孔轨迹，这样有利于矿体的解译。还可以根据实际需要在钻孔轨迹线的左侧和右侧标注品位值、样品号、岩性等。该矿区钻孔的三维显示见图2。

图2 钻孔三维显示图Fig.2 3D display of drilling paths

3 矿体实体模型的创建

实体模型是用来描述矿体的三维形态[4]，是后面创建块体模型、品位估值的基础。

3.1 剖面矿体解译

剖面矿体解译线是创建矿体实体模型的关键。钻孔三维显示后，切换到剖面视图下，按照工业指标，根据主要控、赋矿规律及矿体产出的地质特征，进行矿体边界的圈连，绘制多边形，形成闭合的线(图3)。各个矿体的解译线分别放在相应的图层里。

图3 矿体解译线Fig.3 Ore bodies’ interpretation line

3.2 创建矿体实体模型

在Vulcan里创建实体主要有三种方法：1)使用数据线直接连接相邻矿体解译线创建实体模型；2)如果相邻矿体解译线形态变化较大，可在这两条线之间创建渐变辅助线再创建实体；3)使用单个多边形创建单个端面，最后把所有端面合并形成实体模型。建好的实体模型要进行有效性验证，验证不通过可以手动修复或者软件自动修复，直至验证通过。本次矿体实体模型(图4)的创建采用了多种方法配合，并通过了有效性验证。所建的矿体实体模型充分显示了矿体的空间展布特征。

图4 矿体实体模型Fig.4 Ore bodies’solid models

4 块体模型的建立及品位估值

块体模型就是把矿体分布的空间范围划分为小的长方体块(简称矿块)以进行品位插值，使每一个矿块都有各自的属性信息。

4.1 特高品位确定与处理

将数据库中的所有样品信息进行直接组合，用Vulcan软件的数据分析功能对样长和品位进行基本统计分析，获取全部样长的平均值，通过品位频率直方图，得到样品的分布情况。根据国际惯例，将频率为97.5%处对应的品位值作为对应矿体的特高品位下限值，即大于此品位值则用此值代替。97.5%频率的选择依据来自国外很多项目的实际工作经验。

4.2 样品组合

为便于品位估值，要对样品数据进行固定样长组合。根据样长的基本统计分析结果(图5)，选取样品数最多的样长为固定样长组合的样长，这里我们选1 m为固定样长。

图5 样长分布直方图Fig.5 Histogram of sample length distribution

4.3 创建块体模型

Vulcan软件中块体模型的特点是，使用大尺寸的母块以减小块体模型尺寸，使用次级块体增加块体在边界处的准确度，使用三角实体模型定义区域，还可自动进行块体优化。

根据勘探线距、开采段高及矿体形态的复杂程度确定块体尺寸的大小，通常应使勘探线距、开采段高为块体大小的整数倍。本区勘探线距160 m，矿体的形态复杂程度为中等，产状较缓，选择母块尺寸为80 m×80 m×50 m(北×东×高)，次级块尺寸为5 m×2 m×1 m。

每个块体赋以矿权范围、矿体编号、Au品位、岩性、密度、估值次数资源量类别等变量。

4.4 品位估值

品位估值的过程是依据钻孔组合样来对块体进行差值的一个过程，Vulcan软件提供了多种估值方法，常用的方法是距离幂次反比法、普通克里格法[5]。

本次工作分别用了这两种方法对矿区的7个主要矿体进行了估值，对每个矿体内的块体进行了2～4次的估值，每次估值都要调整搜索椭球体的方向和搜索距离，样品数量等，以实现对所有块体的估值。

品位估值后可根据估值结果对块体进行着色，可以更直观地看出矿体内品位分布特点。还可以在剖面和中段上查看矿体品位的高低。

5 资源量报告

品位估值后，Vulcan软件就可以报告矿体的资源量。报告有很多分类选项，可以根据实际工作需要，选择报告不同的变量，例如你可以分矿体，按资源量级别、按估值方法、按边界品位、分中段分别进行资源量报告，相对比传统的资源量计算方法更加的方便和高效。

6 结论

本文从地勘单位工作实际出发，运用Vulcan三维软件完成了地质钻孔数据库、矿体实体模型、块体模型的创建，并进行了品位估值和资源量报告，取得了很好的展示效果。能够直观地展示矿体的三维空间形态和品位分布规律，为矿区深部找矿工作提供重要依据。Vulcan三维软件功能强大，在三维地质建模的应用中方便、高效、可行。