基于3Dmine软件都龙矿区地质建模中块体尺寸的选择研究

杨 涛，段敬陶，张登敏

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663700）

1 研究的意义

都龙矿区自2012年引入3Dmine软件，并对矿区进行3Dmine地质建模。建模过程中，为了使各种尺寸、形态的地质实体模型内部充填的小块体模型能够较为精准的表现出矿体的基本信息，让矿体的品位、矿量更趋于真实值，因此同一实体内所包含的小块体越多，小块体尺寸则越小，所表现的信息则越真实。当然块体尺寸的选择也不是小块体越小越精细就越好用，此刻还需考虑计算机的储存运算能力，当小块体数量越多时，块体模型的占用内存也会增大，块体内存超过一定范围，则会造成计算机运行3Dmine时出现报量、赋值及保存等卡顿死机现象。因此针对都龙矿区矿体特征及生产需求，研究选择适合的块体尺寸，对矿山数字化生产建设意义深远。

2 块体模型的概念

3Dmine地质模型包括实体模型及块体模型，3Dmine块体模型可以说是3Dmine地质模型的信息储备中心，它是由无数个小块体组成的大块体。当前矿业软件中引入块体模型概念是在空间上，在一定的范围内，确定一定尺寸的空间块体，相对应的块体都有一个质心点，这样，在质心点上可以存储所有属性；同时，引进次级模块的概念，则是保证矿体边缘的块体尽可能地与矿体界线（曲面）相一致，从而得到准确的报告值。与地质统计学相结合，是应用数学方法对品位分布进行估值，是块体模型的重要特点之一。由于品位分布是在资源中受地质因素控制而明显存在的，从而形成一定约束条件下的品位模型。 在资源储量估算中，利用块体模型可以准确地进行资源量和品级报告。

图1 块体模型及质心点三维展示图

3 矿区矿体特征

都龙矿区矿床属于接触胶带变质矿床，其中矽卡岩体是矿体的主要赋存岩体。矿体形态复杂、矿化不均匀、矿种变化是都龙矿区矿体的主要三大特征。其中矿体总体向南延伸，向西倾斜，倾角总体约40°，矿体规模不等，走向长一般为几十米到200余米，最大长度达3600m；厚度一般为数米至十余米，最大厚度73m，水平宽度几十米至300余米。同一矿体内，锌锡铜含量差异甚大，有的地段形成富厚工业矿体，有的地段则品位较低，故矿种变化也较大，同一矿体内在不同地段矿种可能也会发生较大变化；矿体与大理岩、片岩及矽卡岩等围岩互层，沿走向和倾斜均有膨胀收缩、分枝复合等现象，其形态有似层状、透镜状、扁豆状、囊状、条带状，局部呈脉状；矿体与矿体之间整体呈叠瓦状展布。

图2 都龙矿区矿体形态剖面图（左）及三维模型图（右）

4 块体尺寸选择对比实验

在创建块体模型时需要明确的几个概念：①块体空间范围：尽可能建立的块体模型能够包含所有矿体以及采掘的岩石范围，以便可以计算出矿岩量，而不仅仅是矿体范围。②块体尺寸：通常情况下，块体尺寸的大小取决于矿体的类型、规模和采掘方式，例如，脉状金矿或铜矿与层状铁矿的块体尺寸是不同的，并且露天开采与地下开采方式的不同，定义的块体尺寸也是不同的。③次级模块：每个一定体积的长方体叠加构成了块体模型，然而，在矿体边缘（曲面），需要对边缘块体进行分割成更次一级的子块，以期使得矿体边缘的块体更接近于矿体，从而保证了计算的误差在许可范围之内。次级模块的分割是几何级数进行，也不能太小。④估值方法：通常根据矿床类型和样品数量来选择不同的估值方法。对于详查或勘探级别的矿山而言，数据量往往不多，一般采用距离幂次反比或最近距离法，对于详细勘探和生产矿山来讲，样品量比较大，可以选用克里格法，但需要对数据进行分析后才能使用。⑤约束条件：块体模型的部分空间是块的组成部分，每一个都和一个记录相联，这个记录是以空间为参照的，每个点的信息可以通过空间点来修改而并不仅仅是取决于其精确测量，空间参照就是一些额外的操作，空间操作的方式是在某个实体的内（外)、表面的上部或下部空间、可以按照块体本身属性的大小等逻辑操作。这样便于计算出任意空间范围的矿量和品位。

4.1 空块体模型占用内存对比试验

我们要对矿区的矿体模型建立矿体模型，首先要先建立未赋属性的块体模型，而块体型的整体尺寸（空间范围）是依据矿山开采范围确定的固定值（如图3），时我们需要对比的则是不同小块体尺寸下整个块体模型的属性情况。

图3 都龙矿区矿体三维块体模型范围形态图

结合矿山矿体特征，这里我们选择块体尺寸16*16*10m（次 级 块 体8*8*5m）8*8*5m（次 级 尺 寸4*4.2.5m）、4*4*2.5m（次级尺寸2*2.1.25m）及2*2*1.25m（次级尺寸1*1*0.63m）、1*1*0.63m（次级块体0.5*0.5*0.31m）及0.5*0.5*0.31m（次级块体0.25*0.25*0.15m）的6个空属性块体进行内存对比，通过对比数据（如表1），发现相同空间范围内未添加块体属性前的不同尺寸块体模型，在占用内存随着块体尺寸的的缩小而增大，当块体尺寸缩小至1*1*0.63m后，块体占用内存发生了一定缩小且为恒定值。

表1 不同空值块体尺寸内存大小对比表

4.2 赋值体模型占用内存对比试验

从表中的数据我们也可以看出数据四、五、六，虽然块体尺寸较小（能教精准表现出矿体信息），但相比数据一、二、三，内存大小增大倍数6~10倍，若再加入块体赋值属性，占用内存大小将会变得非常巨大。而数据一中的次级尺寸为8*8*5m，其尺寸相比矿区最低矿石可采厚度1m也相差较大，因此数据一中的尺寸也不适合都龙矿区建模。数据二优势在于初始内存较小，数据三初始内存比数据二大0.73倍，优势在于其最小块体尺寸（次级尺寸）较小，能相对精准表达矿体信息。因此数据二、三中的尺寸则成了本次建模的两个最优选择尺寸，到底哪个最优，则需通过增加块体赋值属性进行下一步对比，这里为了减少赋值的时间，我们缩小块体空间范围，但保证不同块体尺寸下块体空间范围一致进行对比，如表2。

表2 不同空值块体尺寸赋值后内存大小对比表

通过表2数据对比发现：对空块体建立属性后块体内存扩大3～5倍，但总体内存均不超过20MB，当对建立的属性进行矿体号、品位、经济类型及矿种赋值之后，8*8*5m块体内存扩大至131MB，4*4*2.5m块体内存扩大至646MB,由此可以看出8*8*5m块体尺寸在节约内存方面占很大优势，4*4*2.5m块体也仅扩大至646MB，相对计算机的处理能力，该内存也不算太大，因此还需对模型报量的精准度进行对比研究。

4.3 赋值体模型报量准确性对比试验

不同块体尺寸的块体按照常理来说，都应该是尺寸越小的块体模型越精准，但是具体能精准到什么程度，是否我们需要选择大尺寸块体保证计算机高速运行，还是选择小尺寸延长一部分计算机运行时间保证报量精准？这时我们则选择对都龙矿区具有代表性的一个薄小矿体模型进行体积报量对比试验（如图4），试验结果如下表3。

图4 都龙矿区X号矿体剖面形态及三维模型图

经过表3数据对比发现：8*8*5m尺寸级的块体模型报出的量与矿体实际体积相差较大，相对误差达到62%，而4*4.2.5m尺寸级的块体模型与实际矿体模型仅误差-4%。因此4*4*2.5尺寸级块体模型更能精准表现出薄小矿体的地质信息，针对大矿体则无需论证也能满足。

表3 不同尺寸级块体报量对比表

5 结论

矿山地质建模包含两大模块，一个是矿体实体建模，一个是块体建模。而矿体实体模型所涵盖的地质信息主要是矿体的形态特征、矿种、经济类型等基本信息，且无法利用软件进行系统报量，诸如矿石的品位、矿区的储量级别、境界范围围岩量（矿石量）则必须通过块体模型进行保量。块体模型在都龙矿区已经作为重要生产指导规划的技术文件，而将块体文件所涵盖的信息合理的精细化、准确化则是提高矿山生产技术的重要举措。

通过一定量的实验数据表明，都龙矿区选择块体尺寸4*4*2.5m（次级块体尺寸2*2*1.25m）的块体模型进行赋值建模具有较高性价比，既保证3Dmine块体文件在软件中能正常运行，又能保证块体文件所涵盖信息的准确性。本文通过此次对块体建模尺寸进行优化研究，也为公司数字化矿山建设提供一定的参考依据。