基于AUTOCAD的三维矿体模型构建及资源储量估算——以武钢金山店铁矿余华寺矿床为例

张平，刘孟合

（1.湖北省地质局第五地质大队，湖北黄石435000；2.湖北省地质局第一地质大队，湖北大冶435100）

1 引言

矿体埋藏于地下，其复杂性和采样数据稀疏性，导致地质工作者需对不连续和缺失的地质信息进行想象，构建出相对精确、完整的地质体[1,2]。与传统二维地质数据相比，三维建模可形象、准确地再现地质体的空间展布，进一步挖掘隐藏信息，更加全面、准确地对地质体进行表达。

2 工程概况

金山店铁矿是长江中下游成矿带西段鄂东集区的典型矽卡岩型铁矿。包含张福山和余华寺2 个矿床，矿体位于金山店杂岩体与围岩接触带。张福山矿位于岩体南缘中段，余华寺矿床位于岩体北缘西段。目前，余华寺矿的矿产资源已经枯竭，矿体信息丰富，是三维矿体建模的良好案例。本研究以AUTOCAD 软件为平台，利用余华寺矿床勘探线平面图，建立余华寺矿床-298～-322m 中段三维矿体模型。

3 AUTOCAD2014 软件建模简介

当前，国内外三维建模软件较多，如国外的Minesight、Datamine、Surpac 等，国内研发的 3DMine 软件等，都可实现三维矿体可视化。但因版权费用高昂，让一些小型矿山企业望而却步。大部分矿山仍愿意采用AUTOCAD 平面绘图功能开展地质工作。随着AUTOCAD 三维建模功能的升级，使用AUTOCAD 来进行三维建模，不失为一条高性价比方案。

4 技术路线

AUTOCAD 的三维建模主要包括三维立体建模（线框模型）、三维曲面建模（网格模型）、三维实体建模（实体模型）。本研究使用实体模型。实体建模可直接构建几何实体，或借助平面闭合线，通过拉伸、旋转、扫略、放样命令创建实体。技术路线如下：（1）资料准备：勘探线剖面图和地质平面图进行分图层整理；（2）图元定位：将点线归位至正确坐标；（3）三维矿体建模：创建三维实体；（4）矿体分割：（5）以矿体品级界线建立分割曲面，将矿体分割成不同品级，得到储量结果。

5 三维矿体模型的建立

5.1 熟练应用UCS

AUTOCAD 为用户提供了默认的世界坐标系（WCS），坐标原点和坐标轴不会改变。AUTOCAD 还提供了可变的用户坐标系（UCS），用户可通过“UCS”命令对坐标系进行定义、保存、恢复、移动和旋转等操作，创建需要的坐标系统。

5.2 资料准备

收集矿床平剖面图，并复制粘贴到一个dwg 图件中。但因图件较多，全整合到一起CPU 和显卡难以运行。对于一般计算机，需分解矿体分别建模。余华寺矿体不大，使用i5 处理器就能够运行流畅，故本次建模未做分割。

整合平剖面图前，需进行图层整理。要对点线按图层区分。为便于区分，平面图图层名前加上标高，剖面图图层名前加上勘探线号。以7 号勘探线为例，将剖面图划分为7 线图框、7 线地质界线、7 线钻孔 3 个图层；以-312m 水平为例，将平面图划分为-312 坐标网及勘探线、-312 地质样、-312 矿体界线3 个图层。

5.3 整合平剖面图

地质平面图带有坐标网，点、线都正确放置在XOY 坐标系内，而Z 值为0。将平面图粘贴到整合dwg 图件后，使用“移动”命令将平面图点、线元素沿Z 轴平移到其正确Z 值上。

整合平剖面图之前，需自定义坐标系。通过“UCS”命令，将UCS 坐标系的原点放置到平面图勘探线的起始端，并将自定义坐标系X 轴与勘探线重合。Y 轴竖直向上，Z 轴要垂直指向计算机屏幕以外，这样才不至于放反。再用带基点复制命令，将剖面图粘贴至整合dwg 图件中。由于AUTOCAD 的所有操作只能在XOY 平面内进行，将整合dwg 里的勘探线剖面设定为XOY 平面，才能将各个剖面图粘贴到正确的位置。

5.4 三维矿体建模

5.4.1 矿体建立

新建名为“-312～-322m 矿体”的图层，设置为当前图层，并将-312m 和-322m 平面图所有矿体界线、所有剖面图内-312～-322m 间的矿体界线包含到当前图层。使所有矿体界线闭合，并且不出现中断。

建模步骤如图1 所示。先将矿体界线隔离（使用“隔离”命令），再选择“放样”（“LOFT”）命令，将平面图矿体界线为横截面，剖面图矿体界线为导向轮廓，按照提示逐步进行操作，最终得到矿体实体或者包络面。若得到的是包络面，可先用“长方体”命令创建一个包围包络面的长方体，再用“剖切”（“SLICE”）命令，以包络面来切割长方体，也能最终得到矿体。需注意平剖面图上的矿体界线要严格搭接。

5.4.2 品级界面建立

矿体品级不同，密度也不同，需将矿体分割成不同品级，才可进行储量估算。余华寺矿体分为 5 个品级：Fe1、Fe2、Fe3、Fe4、Fe5。在平剖面图内，品级界线将矿体切分成不同品级单元。

5.4.3 矿体分割

使用“剖切”命令，以品级界面为切面（曲面），按照命令行提示完成矿体品级的分割。

5.4.4 储量估算

使用“工具”菜单下的“查询”命令，得到矿体体积。根据各品级矿体密度，即可得到各品级矿体储量。

图1 矿体建模步骤

6 结语

三维矿体建模过程复杂，本研究将AUTOCAD 建模核心技术进行了介绍，但建模小技巧还需读者不断积累。总体来说，使用AUTOCAD 进行三维矿体建模是可行的。