基于AUTOCAD的矿体三维建模及资源量估算研究——以道真县岩坪铝土矿区为例

孙泽玉

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550002）

在传统的地质勘查工作中，各类基础工作通常基于二维平面图进行表达。随着计算机硬件性能的不断提升和各类制图软件对三维建模功能的逐渐完善，构建三维地质模型并利用其开展相关工作和研究也是可行之举。与传统的二维地质数据相比，三维建模可以形象、准确地再现地质体的空间构型，更加全面地对地质体进行表达[1]。本文旨在以常见的工程制图软件AUTOCAD 为基础，对道真县岩坪铝土矿区开展研究，构建有关矿体的空间三维模型，实现矿体结构空间化，并利用空间数据统计进行矿产资源储量估算，与传统储量估算中的几何法进行对比。

1 区域地质概况

本次研究的道真县岩坪铝土矿区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤岗NNE向构造变形区，属遵义断拱NE部的四级构造单元。区内褶皱发育，以隔槽式褶皱为特征。复向斜狭窄呈紧密槽状，宽约10km；复背斜宽阔呈舒缓箱状，宽30km左右。向斜轴部多保留有三叠系，背斜核部常由寒武系组成，奥陶系、志留系、二叠系沿褶皱翼部呈环状分布。复向斜中常见地层倒转现象，延伸较长的走向冲断层发育。SN向复背斜上常叠加NE或NNE向的褶皱[2-5]。

2 矿区地质特征

矿区及其附近出露地层有志留系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系。自下而上有中—下志留统韩家店群（S1-2Hj）：主要为灰、灰绿、黄绿、紫红等杂色薄层粘土岩、钙质页岩、钙质粉砂岩、泥质粉砂岩等；上石炭统黄龙组（C2hn）：主要为浅灰、灰白色微晶—细晶灰岩；中二叠统梁山组（P2l）：主要为炭质泥岩深灰—浅灰色薄层铝土岩、铝土质粘土岩、石英砂岩及铝土矿等；中二叠统栖霞组（P2q）：主要为浅灰至深灰色细晶—泥晶灰岩和炭质泥岩，底部炭质泥灰岩中常见半自型粒状黄铁矿；中二叠统茅口组（P2m）：主要为浅灰—深灰色细晶—泥晶灰岩和炭质泥岩；上二叠统吴家坪组（P3w）：主要为灰、深灰、灰黑色含硅质灰岩、泥页岩、粘土岩等；上二叠统长兴组（P3c）：主要为灰、深灰色含硅质泥晶灰岩等；下三叠统夜郎组（T1y）：浅灰色灰岩、泥灰岩及黄色、黄褐色、黄绿色泥岩、粉砂质泥岩、页岩等。

矿区位于大塘向斜南部转折端，向斜轴从矿区东部边界经过，矿区范围内轴长约9km，轴向NNE；矿区大部分范围位于向斜西翼，地层产状较缓。根据钻探工程资料，控制该矿区的褶皱构造为走向NNE向的大塘向斜，断裂构造主要呈NNE-NE向，断裂不甚发育且断面产状多较平缓，主要对矿区含矿岩系进行破坏，造成部分地段含矿岩系缺失或矿体横向上的不连续[6-11]（图1）。

图1 矿区地质图

3 矿体特征

本区矿体产于呈NE-SW向展布的大塘向斜西翼南部转折端，中二叠统梁山组（P2l）含铝岩系中上部，分布于矿区边部及中部，矿体呈层状、似层状产出，产状与地层产状基本一致，除Ⅱ号、Ⅳ号矿体呈港湾状形态稍不规则外，其余矿体总体形态简单完整。

本文以Ⅳ号矿体建立三维模型，并进行资源量估算。Ⅳ号矿体走向314°，走向长约2200m、控制的最大延伸406m，总体倾向南东，平均倾角约14°，赋矿标高680～1260m，矿体平均厚度1.07m，Al2O3平均品位59.26%，矿石类型以灰—深灰色致密状铝土矿为主，其次为土状及碎屑状，局部含豆鮞状。以往野外地质工作中，共按照不同矿石类型和品级采取了64件小体重样，体重测试结果在3.22～2.50t/m3之间，一般情况下，矿石品位越高体积质量就越低，主要体现在土状、半土状矿石的品位较高。由于矿体不能按矿石类型单独圈出，因此取平均体重值2.72t/m3进行储量估算。

4 构建矿体三维模型

4.1 方法选择

通过AUTOCAD建立三维地质模型的方法很多，有通过现有的勘探线剖面图或矿区平剖面图获取地质体截面，利用AUTOCAD“放样”命令进行建模的；也有通过原始钻孔数据精确绘制各个钻孔，进行手工建模的。为准确构建空间三维模型，本次采用原始钻孔数据进行手工建模。

4.2 资料准备

在构建矿体空间三维模型的基础上进行资源量估算，应当至少准备有关钻孔的孔口定位文件、钻孔测斜文件、岩性编录文件、样品成分分析文件及体重分析文件。

本次采用了19 个有关IV 号矿体钻探工程的上述资料，并额外利用资源量估算水平投影平面图进行几何法计算对比。所有资料均采用统一的大地坐标系。

4.3 手工建模

AUTOCAD 手工三维建模的基本方法为，通过三维多段线构建矿体的空间边界，将各空间边界拟合成包覆矿体的空间曲面后，生成三维实体。因此，本次建模的主要技术路线为：

（1）利用钻探工程的原始数据，建立基于真实坐标的空间多段线，见图2；

图2 三维钻探工程图

（2）通过连接各勘探线上钻探工程中参与资源量计算样品的顶底板坐标点，拟合成圈定矿体的三维多段线；

（3）使用“曲面修补”或“放样”命令将各勘探线上圈定矿体的三维多段线拟合成平滑曲面（如勘探线上参与资源量计算的仅有单个工程，则与相邻勘探线上参与资源量计算的两个或多个工程拟合成平滑三角曲面）；

（4）根据有限外推和无限外推原则，构建垂直于水平面的空间曲面，作为矿体外推的边界；

（5）将圈定矿体顶底板的曲面以“曲面延伸”命令延伸至与矿体外推的边界曲面相交，并将多余曲面用“曲面修剪”命令去除，形成封闭的曲面空间，见图3；

图3 封闭空间曲面图

（6）通过“曲面造型”命令构建矿体的三维实体；

（7）根据矿体块段的实际划分情况，构建垂直于水平面的空间曲面，用“曲面修剪”命令将矿体切割为各块段；

（8）对所构建的三维实体执行“干涉检查”命令，确保各个实体没有相交与自相交，并赋予各块段颜色和标注，见图4。

图4 三维实体图

5 资源量估算

根据已构建的Ⅳ号矿体空间三维模型，可使用AUTOCAD 中“测量体积”命令点选有关三维实体测量体积，并可通过有关钻探工程的样品成分分析文件和体重分析文件估算出该矿体的储量。同时，为验证三维模型法估算的可靠性，对Ⅳ号矿体中圈定332资源量的Ⅳ-1 和Ⅳ-2 矿体使用三角形法估算、对外推333资源量的Ⅳ-3矿体使用水平投影法估算，与三维模型法进行对比，对比结果见表1。

表1 资源量估算对比表

根据Ⅳ号矿体三维模型法与三角形法、水平投影法资源量估算的对比结果，金属量估算误差率均小于6%，Ⅳ号矿体金属量估算的总体误差率为3.6%＜5%，故认为本矿体三维建模储量估算结果可靠。

6 结论

基于本次矿体三维建模及资源量估算的结果，本文得出以下结论：①区别于传统的二维图件表达方式，通过空间三维模型表达找矿成果，可以更加直观地表达矿体形态、产状等空间信息，有利于技术人员分析找矿成果的空间分布情况，有助于对下一步找矿方向进行预测。②通过准确建立矿体的空间三维模型，可以利用计算机实时、准确地量算矿体有关数据，还可以实时切割、增加各个块段，更加方便灵活地对矿体进行分析。③能够准确高效地估算资源储量，免于繁杂的计算过程，提高工作效率与准确率。