3DMine软件在仁里矿区铌钽矿体三维地质模型中的运用

柳清琦，黄小强

（湖南省地质灾害调查监测所，湖南 长沙 410100）

三维地质建模（3D geosciences modeling），就是在三维环境下，运用计算机技术将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一门新技术。本质上是充分综合利用地质勘探、地球物理、地球化探、遥感等地质资料，以专家对区域地质的认知为指导，利用GIS、图形图像和科学计算可视化等现代信息技术，在三维地质空间内建立和表达地质体的空间形态、内部物理化学性质等要素的一种地质信息模型，是对传统二维地质图的发展和替代。三维模型能够完整准确地表达各种地质现象，是三维预测的基础所在[1]。

随着信息技术的发展，一批基于三维可视技术和地质统计学的大型矿业软件已研发成功并得以推广。本次研究利用3DMine三维可视化软件建立了仁里矿区钽铌多金属矿体和地层的三维实体模型和块体模型，并进行矿体空间变化结构分析，结合三维建模结果和铌钽矿体空间变化结构，总结矿体空间分布规律[2]，为矿区找矿预测提供依据。

1 研究区地质背景

仁里铌钽矿床位于幕阜山岩体西南缘内外接触带附近（图1）[3]，处于湖南省平江县北东方向30 km处，矿区面积33.15 km2，区内出露地层主要为新元古界冷家溪群云母片岩，出露岩浆岩主要为燕山期幕阜山复式岩体的西南缘部分，以黑云母二长花岗岩为主，矿区构造主要以NE向（或NNE向）构造为主，复合改造NW向及近EW向构造，NE向（或NNE向）和NW向（或近EW向）构造呈现立交桥式的构造格局，控制了花岗岩和伟晶岩的分布[4]。

图1 仁里矿区地质简图[3]Fig.1 Geological map of Renli mining area[3]

矿区勘查工作自2012年7月启动，完成槽探 11 963.5 m3、钻孔 9 220.37 m。五氧化二钽资源量达到了超大型矿床规模。目前矿区只控制了14条主要矿脉，勘查程度较低，找矿潜力仍然很大。仁里矿床受大型层状构造及燕山期岩浆岩联合控制，探明的钽资源量在全国花岗伟晶岩型钽矿中居首，是我国已报道所有钽铌矿床中品位最高的钽矿床[5]。矿床综合利用价值高，具有品位富，厚度大，易选冶，富含长石、云母、石英等非金属矿产，无尾矿，绿色环保等特点，综合利用价值高，其潜在经济价值超过1 500亿元[6]。湖南省平江县仁里发现超大型铌钽多金属矿项目成果被中国地质学会评为2017年度全国十大地质找矿成果。

2 三维地质建模

3DMine矿业软件是由北京三地曼矿业软件科技有限公司开发，拥有自主知识产权的软件系统。3DMine矿业软件采用国际上先进的三维引擎技术，是全中文操作的国产化矿业软件系统。

3DMine集成了三维可视化、编辑工具、数据库技术、地质建模、测量数据、储量估算、采矿设计、境界优化、炮孔设计、进度计划、打印制图等应用模块，它广泛应用于地质、测量、采矿和生产管理等方面，为矿山资源管理、资源开采效率管理和生产数据管理提供技术支持服务[7]。

2.1 地质数据库建设与样品统计

2.1.1 钻孔数据收集与处理

本次平江县仁里矿区数据库建库共收集到22个钻孔、50个槽探数据，这些数据大都以原始数据的形式存在，包括孔口坐标、测斜、岩性、样品分析结果等信息，信息内容可以满足地质数据建库的要求。

数据录入在Excel中的好处：（1）可对原始数据进行汇总，方便检查；（2）3DMine地质钻孔数据库可以直接接收Excel的文件；（3）便于数据编号的自动生成。

2.1.2 地质数据库的创建

将数据整理完成后，在软件3DMine中，接如下流程进行数据录入：钻孔→钻孔数据库→新建数据库并保存→弹出数据库管理→导入Excel把检验出的错误一一改正，再将改正错误后的文件导入，就创建出了钻孔数据库。

通过对仁里矿区钻孔、探槽数据的清理，并按照3DMine中钻孔数据库的建设要求，将原始探矿工程数据分成定位表、测斜表、岩性表和化验表，然后将数据导入3DMine钻孔数据库，经过反复检查修正，最终建立仁里矿区三维钻孔模型（图2）。

图2 仁里矿区三维钻孔模型Fig.2 3D drilling model of Renli mining area

2.2 仁里矿区三维地质建模

缺少地形模型的三维矿山模型是不完整的。三维地质结构模型建设的前提是能够准确、齐全地反映地质事实的地质信息。本次研究三维地质结构模型建设需要确定二维地质平面要素、地形要素、钻孔要素等作为三维地质建模基准要素（表1），对这些基准要素进行整理分析、格式转换和三维定位，在空间实现基准要素的集成定位和表达，这是绘制和检验平行剖面的基础[8]。

表1 仁里矿区三维地质建模基准要素表Table 1 Datum elements of 3D geological modeling in Renli mining area

2.2.1 仁里矿区三维地层建模

区内出露地层简单，主要为新元古界冷家溪群坪原组（Pt2p1）云母片岩，在矿区中、南部广泛出露，呈薄层状。在生成地表形态的DTM模型之前，常用的方法有等值线赋高程、直接单线赋高程和最近点赋高程[9]。为了减少工作强度，原始底图采用仁里矿区已有1:1万地形图，经过MapGIS 6.7软件将地层及等高线等相关数据进行处理，并导入3DMine中，利用“线赋高程”进行等高线赋值，生成地表形态的DTM模型（图3）。

图3 仁里矿区地表模型效果图Fig.3 Effect drawing of surface model of Renli mining area

2.2.2 地质剖面拟合

根据仁里矿区三维地质模型建模精度要求，基于三维地质建模基准要素，利用CAD将原始地质剖面MapGIS剖面图转换成DXF文件，导入3DMine中，一方面，可以用来查验剖面是否与地形吻合；另一方面，原始地质剖面要素涵盖地层、构造和岩体信息，为建立三维地质结构模型奠定基础（图4）。

图4 仁里矿区剖面拟合效果图Fig.4 Profile fitting effect of Renli mining area

2.3 仁里矿区矿体三维地质建模

本次矿体三维地质建模主要以2-1、2-2和5-2号 3个主矿体为例。

对3条主矿体的原始资料收集进行及数据分析，梳理了仁里矿区地质结构模型的地层单元，根据建模所采用的地质图比例尺为1∶1万，确定了地质模型的精度级别为系统级。参考综合柱状图及17条实测地质剖面图，结合野外项目组成员的理解和修正，并按照3DMine软件的要求，通过提取分类赋值、连接三角网、实体建模、优化论证等过程，初步构建了仁里矿区矿体三维地质结构模型（图5）。这些模型均可以进行缩放、体积计算，为后续仁里矿区找矿预测工作奠定了坚实的基础。

图5 仁里矿区2-1、2-2和5-2号矿体模型Fig.5 Model of orebodies No.2-1, No.2-2 and No.5-2 in Renli mining area

2.4 仁里矿区三维块体模型建设

本次研究块体模型的建模范围是2-1、2-2和5-2号3条主矿体，建模流程基本一致，这里以5-2号矿体为例。

2.4.1 块体模型的确定

块体模型是成矿预测及成矿信息统计分析的基础，块体模型的基本思想是将矿体模型在三维空间内按照一定的尺寸划分为众多的单元块体，然后对填满整个矿体范围内的单元块根据已知的样品点进行赋值，开展品位预测，并在此基础上进行储量估算。

在3DMine中，可以根据矿体模型，自动生成块体模型（图6）。

图6 仁里矿区5-2号矿体块体模型Fig.6 Block model of No.5-2 ore body in Renli mining area

这里生成的块体只是覆盖了矿体，不具备任何属性，为开展下一步工作，还需对块体模型进行新建属性并赋值。

2.4.2 块体赋值

在3DMine中块体赋值的方法有多种，如单一赋值、部分百分比赋值、多边形赋值、距离幂次反比赋值和普通克里格赋值等，本次采用的是距离幂次反比赋值。

根据现有地质资料对矿体的揭露，特别是勘探线的分布，结合矿体的形态、走向、倾角和空间分布特征确定了建模的范围和基本参数。本次5-2号矿体共估算块体数229 919个，显示671 374 个面（图7）。

图7 仁里矿区5-2号矿体约束后赋值块体模型Fig.7 Block model of constrained assignment of No.5-2 orebody in Renli mining area

2.4.3 全局验证

在3DMine中为检查赋值是否合理，全局验证的方法有2种：

（1）通过单元素验证，必须具备勘探线、块体模型、参与赋值组合样品点；

（2）将矿体品位分别着色，运用创建→剖面→切割剖面→选择“切割块体”→打印品位并设置。

本次验证5-2号矿体，采取的是第2种方法。通过与实测地质剖面进行对比，品位信息基本一致，故本次赋值方法和结构合理且可信（图8）。

图8 仁里矿区16线5-2号矿体块体切割剖面图Fig.8 Block cutting section of No.5-2 orebody on line 16 in Renli mining area

在3DMine中，通过三维建模，估算2-1号矿体体积为 966 766 m3，2-2 号矿体体积为 3 147 940 m3，5-2 号矿体体积为 3 969 609 m3，与2017年提交的《湖南省平江县仁里矿区铌钽多金属矿普查阶段性成果报告》[10]中体积接近（阶段性成果报告2-1号矿体体积为894 705 m3，2-2 号矿体体积为 2 835 577 m3，5-2 号矿体体积为 3 799 831 m3）。

3 仁里矿区三维找矿预测

根据野外工作开展情况及三维证据权法，依据成矿要素模型，赋予仁里矿区块体模型中的每个体元相应的属性，利用专家证据权法，进行三维成矿预测，预计2-2号矿体在0 m标高处可新增矿体体积3 364 508 m3，5-2号矿体在-300 m标高处可新增矿体体积5 021 043 m3（图9）。铌钽矿矿石密度为2.55 t/m3，2号脉矿体Ta2O5平均品位为0.026%，Nb2O5平均品位为0.037%，则2-2号矿体可新增2 231 t的Ta2O5，Nb2O53 174 t。5号脉矿体Ta2O5平均品位为0.040%，Nb2O5平均品位为0.054%，则5-2号矿体可新增5 121 t的Ta2O5，6 914 t的Nb2O5。

图9 仁里矿区2-2和5-2号矿体三维预测Fig.9 3D prediction of No.2-2 and No.5-2 orebodies in Renli mining area

4 结论

（1）通过收集整理仁里矿区近年来勘查取得的地质、钻探等原始资料，在分析研究矿区铌钽矿体特点基础上，借助3DMine软件建立了矿区相应的三维实体模型，并建立了块体模型，进一部完善了稀有金属成矿模型，为区内矿体连接及找矿预测工作提供依据。

（2）根据建立的块体模型，结合有利地质信息，开展找矿预测，得到仁里矿区深部铌钽矿体的预测结果，预测结果显示仁里矿区深部仍有较大找矿潜力。