李修杰

中國(guó)寰球工程公司華北規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北涿州 072754

我國(guó)化學(xué)礦山的資源儲(chǔ)量計(jì)算和品位估值常用方法主要是地質(zhì)塊段法等，比如磷礦，我國(guó)磷礦多數(shù)為沉積型磷礦，一般情況下品位波動(dòng)和變化不大，變化系數(shù)較低，應(yīng)用塊段法進(jìn)行資源儲(chǔ)量計(jì)算、品位賦值及后續(xù)設(shè)計(jì)，大部分情況下依然能夠很好地滿(mǎn)足要求，但在礦山設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及一些多礦層或者復(fù)雜計(jì)算以及設(shè)計(jì)修改、變更時(shí)，計(jì)算工作相對(duì)就比較重復(fù)、繁瑣，特別是露天開(kāi)采境界圈定及臺(tái)階中段儲(chǔ)量計(jì)算，遇到設(shè)計(jì)更改時(shí)很多時(shí)候要重新計(jì)算，非常耗時(shí)，在這種情況下，可以用3DMINE快速建模并進(jìn)行資源儲(chǔ)量計(jì)算，降低計(jì)算難度和時(shí)間。

1 軟件應(yīng)用背景【1】

在我國(guó)，剖面法、地質(zhì)塊段法等傳統(tǒng)幾何計(jì)算方法在磷礦等品位變化系數(shù)較低的沉積型礦山中一直是作為主要的儲(chǔ)量計(jì)算和品位估值方法，該類(lèi)方法相對(duì)而言原理及計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)單。國(guó)際上常用的資源儲(chǔ)量品位估算方法有克里格法、協(xié)同克里格法等變異函數(shù)方法體系，屬于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的范疇，相比國(guó)內(nèi)常用的塊段法而言考慮了樣本的空間變異、最大礦化方向發(fā)展連續(xù)性和趨勢(shì)等，有其優(yōu)越性，但應(yīng)用該類(lèi)方法進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算、品位估值的過(guò)程較為復(fù)雜，為保證克里格品位估值精度并獲得可信度較高的估值結(jié)果，對(duì)地質(zhì)勘探程度特別是對(duì)參與計(jì)算的樣本數(shù)量及網(wǎng)度要求較高，而需要地質(zhì)工程師進(jìn)行趨勢(shì)分析等各種統(tǒng)計(jì)學(xué)優(yōu)化判定。這兩種方法體系各有其優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐對(duì)比，對(duì)于沉積型化學(xué)礦山，當(dāng)同一自然類(lèi)型礦體的礦樣樣本品位變化系數(shù)小于 1時(shí)，塊段法和克里格法的估值結(jié)果差異并不大，因此塊段法等傳統(tǒng)的資源儲(chǔ)量計(jì)算方法在相對(duì)較為穩(wěn)定的化學(xué)礦山中仍能夠較好的應(yīng)用。

國(guó)外進(jìn)行礦山開(kāi)發(fā)，一般從勘查階段就進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，最終提交的主要成果也是一個(gè)集成化的計(jì)算機(jī)三維地質(zhì)模型，包括地表DTM模型、探礦數(shù)據(jù)庫(kù)、以及塊體模型等，所有后續(xù)的設(shè)計(jì)均以此為基礎(chǔ)展開(kāi)。我國(guó)化工礦山提交的詳查或者勘探報(bào)告成果主要是由文字、表格、地形圖、儲(chǔ)量估算平面圖件及剖面圖等組成，設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)時(shí)需以經(jīng)審批的詳查或者勘探報(bào)告為依據(jù)，并用報(bào)告中相應(yīng)的地質(zhì)塊段法等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量的計(jì)算。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常因?yàn)樵O(shè)計(jì)更改或者方案比較而重復(fù)修改可采資源儲(chǔ)量計(jì)算過(guò)程和結(jié)果，而且有時(shí)礦體層數(shù)較多，修改工作量非常大。

3DMINE軟件中有一些便捷的功能可結(jié)合傳統(tǒng)的塊段法等儲(chǔ)量計(jì)算方法，在不需建立建模礦樣數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下快速建模，即將詳查或者勘探成果中已經(jīng)計(jì)算好的資源儲(chǔ)量塊段整體三維化，從而在設(shè)計(jì)修改或者復(fù)雜計(jì)算如露天坑臺(tái)階礦巖量計(jì)算時(shí)發(fā)揮便捷快速的作用。其主要思想就是將已有地質(zhì)勘查成果快速三維數(shù)字模型化，從而在設(shè)計(jì)中利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行反復(fù)修改和計(jì)算。

2 3DMINE軟件快速建模

2.1 利用地質(zhì)勘探剖面創(chuàng)建礦體實(shí)體模型

一般在進(jìn)行礦體三維建模時(shí)，都要首先根據(jù)鉆探或者坑探、探槽等成果建立探礦成果數(shù)據(jù)庫(kù)，生成勘探成果可視化界面（鉆孔、探槽等），在數(shù)據(jù)庫(kù)分析的基礎(chǔ)上，圈定礦體創(chuàng)建礦體實(shí)體模型，并利用數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行礦體品位估值。建立數(shù)據(jù)庫(kù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間和足夠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。而3DMINE可利用已有剖面直接進(jìn)行礦體實(shí)體建?！，F(xiàn)以某露天礦為例進(jìn)行說(shuō)明：

（1）首先整理資料，將原始地質(zhì)剖面建立CAD文件，對(duì)文件中的圖層和線(xiàn)形進(jìn)行整理，目標(biāo)礦體單獨(dú)分一個(gè)圖層并將線(xiàn)條連接無(wú)間斷。

（2）將整理好的剖面導(dǎo)入 3DMINE，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能將其空間數(shù)字化。即可得到如圖 1所示的空間剖面群。

圖1 將地質(zhì)勘探剖面導(dǎo)入3DMINEFig.1 Prospecting line profile maps are sent into 3DMINE

（3）在空間化的剖面群中提取目標(biāo)礦體線(xiàn)串文件，單獨(dú)保存，該文件中的閉合線(xiàn)即為每個(gè)剖面上圈定的礦體，如圖2所示。

圖2 從每個(gè)剖面中提取的礦體文件Fig.2 Extractive and save digital ore body string files from profile maps

（4）利用從剖面中提取的礦體線(xiàn)串文件快速建立礦體實(shí)體模型并保存。如圖3所示。

圖3 利用提取的空間線(xiàn)文件建立的礦體實(shí)體模型Fig.3 Use those string files to create a 3D ore body solid model

2.2 利用實(shí)體模型創(chuàng)建礦體塊體模型并進(jìn)行賦值計(jì)算

塊體模型是一個(gè)含載了礦體各元素地質(zhì)品位、體重、分布特征等信息的空間集合體，其原理就是將前述空間礦體實(shí)體模型劃分成很多的小塊，然后利用計(jì)算法則對(duì)小塊體進(jìn)行品位賦值計(jì)算，國(guó)際上一般利用鉆探數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行組合整理，再應(yīng)用克里格等方法對(duì)塊體模型進(jìn)行空間賦值，其過(guò)程比較復(fù)雜，工程量大。而3DMINE可以利用已有勘探報(bào)告儲(chǔ)量計(jì)算成果，對(duì)塊體模型進(jìn)行人工賦值，即把勘探報(bào)告中已經(jīng)計(jì)算好的各資源儲(chǔ)量計(jì)算塊段的計(jì)算結(jié)果直接賦予三維模型中相應(yīng)部分。

圖4 塊體模型Fig.4 Create a block model

（1）創(chuàng)建礦體的塊體模型并輸入塊體模型的屬性值。先在“塊體”命令中選擇創(chuàng)建塊體模型，該塊體模型的范圍應(yīng)能包含整個(gè)礦體實(shí)體模型，塊體模型內(nèi)小塊分割大小根據(jù)礦體的厚度、分布形態(tài)來(lái)決定，一般情況下盡可能使塊體邊界充滿(mǎn)在實(shí)體模型內(nèi)，提高計(jì)算精度，塊體模型如圖 4所示。塊體模型建好后，給礦體模型創(chuàng)建屬性。所謂屬性是指塊體模型需要被賦值的內(nèi)容，一般是礦體的品位。塊體屬性的建立仍在“塊體”菜單中，點(diǎn)擊“屬性”出現(xiàn)列表顯示，點(diǎn)擊列表中的“新建”即可建立塊體屬性，塊體屬性命令見(jiàn)圖5。

圖5 創(chuàng)建塊體模型屬性Fig.5 Set up attributes of the block model

（2）對(duì)塊體模型約束保存并進(jìn)行快速賦值。首先利用實(shí)體模型對(duì)上述塊體進(jìn)行約束顯示，即只顯示實(shí)體內(nèi)部的塊體，可在界面左側(cè)層瀏覽器中“塊體模型”單擊右鍵，選擇“添加約束顯示”，彈出的對(duì)話(huà)框如圖6，約束類(lèi)型選擇“實(shí)體”，然后在“文件”中選擇之前創(chuàng)建好的礦體實(shí)體模型作為“添加約束”，即可獲得約束后的礦體塊體模型并保存，如圖7所示。

圖6 塊體約束條件對(duì)話(huà)框Fig.6 Dialog box of the constraints

圖7 添加實(shí)體模型約束顯示礦體塊體模型Fig.7 Add ore body solid model as a constraint file to display ore body block model

礦體塊體模型創(chuàng)建成功后，即可對(duì)當(dāng)前礦體塊體模型進(jìn)行賦值，在賦值前，先把原勘探報(bào)告儲(chǔ)量圖中用地質(zhì)塊段法計(jì)算的各個(gè)計(jì)算塊段邊界線(xiàn)提取出來(lái)，每一個(gè)塊段線(xiàn)都單獨(dú)做一個(gè)文件，即做成很多封閉的塊段閉合線(xiàn)文件，導(dǎo)入3DMINE軟件作為賦值約束文件，在進(jìn)行賦值時(shí)，同樣要用到“添加約束顯示”這個(gè)命令，彈出對(duì)話(huà)框如圖7所示，只不過(guò)約束條件選擇的是“閉合線(xiàn)”，即之前提取的塊段邊界線(xiàn)，然后點(diǎn)擊“文件”按鈕選擇剛才導(dǎo)入并保存的塊段邊界線(xiàn)閉合約束線(xiàn)。

上述步驟執(zhí)行完畢后，界面內(nèi)只顯示塊段閉合線(xiàn)約束范圍內(nèi)的礦體塊體，如圖8所示，即可對(duì)該塊體進(jìn)行整體賦值，選擇“塊體”菜單，選擇“賦值”→“單一賦值”命令，彈出對(duì)話(huà)框，在賦值對(duì)話(huà)框中選擇要復(fù)制的屬性，即品位選項(xiàng)，輸入地質(zhì)勘探報(bào)告中該塊段的平均品位值即可，注意對(duì)話(huà)框中一定要選定“對(duì)當(dāng)前顯示的塊賦值”，該選項(xiàng)即限定了賦值范圍即為該儲(chǔ)量計(jì)算塊段閉合約束線(xiàn)內(nèi)，賦值過(guò)程如圖9所示。

對(duì)某一個(gè)塊段閉合約束線(xiàn)賦值完畢后，在圖6所示界面左側(cè)層瀏覽器中“塊體模型”單擊右鍵，在出現(xiàn)列表中選擇取消所有約束顯示，但已賦值區(qū)域的賦值結(jié)果不會(huì)取消，重復(fù)上述賦值過(guò)程，對(duì)所有儲(chǔ)量計(jì)算塊段約束文件均進(jìn)行賦值，所有塊段賦值結(jié)束后，原地質(zhì)工作儲(chǔ)量計(jì)算成果即全部數(shù)字化。

圖8 單個(gè)塊段邊界線(xiàn)約束范圍內(nèi)的礦體塊體模型Fig.8 The block model restricted by a closed line constraint

圖9 塊段賦值過(guò)程Fig.9 Assign same value to the block model mentioned above

3 快速建模成果的便捷應(yīng)用

上述快速建模成果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有很多便捷之處，例如需要計(jì)算中段礦量和品位時(shí)，只需要給定一定的約束條件，即可得到所要結(jié)果，這可以通過(guò)“塊體”→“塊體報(bào)告”→“塊體報(bào)告”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，該命令彈出如下對(duì)話(huà)框(圖10)，在對(duì)話(huà)框中可設(shè)定品位及其計(jì)算法則、比重值以及分類(lèi)報(bào)告，所謂分類(lèi)報(bào)告即為一定的計(jì)算法則，例如分類(lèi)屬性選擇 Z軸，分類(lèi)范圍內(nèi)填入1000,1680,50，則代表了在1000～1680標(biāo)高范圍內(nèi)，以50m段高分段報(bào)告塊體模型的體積、重量（需給定比重值）、平均品位。

圖10 塊體計(jì)算及報(bào)告Fig.10 Calculation and report of the block model

此外，還可以應(yīng)用“報(bào)告當(dāng)前區(qū)域量結(jié)合塊體”、“添加約束顯示”命令的功能和各種約束條件，給出特定范圍和區(qū)域的資源儲(chǔ)量，比如給定露天坑以及地表約束文件報(bào)告露天坑各臺(tái)階的資源儲(chǔ)量。

4 結(jié)論

該建模方法是將傳統(tǒng)地質(zhì)工作成果和計(jì)算機(jī)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用3DMINE快速建模，可以將地質(zhì)成果快速轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，不需要事先建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，節(jié)約了大量時(shí)間，建立好的模型為設(shè)計(jì)資源儲(chǔ)量的計(jì)算基礎(chǔ)，無(wú)論設(shè)計(jì)中條件怎么變化，都可以通過(guò)一些約束條件和命令快速得出所需要的礦量和品位，在設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)其修改非常便捷。同時(shí)，在一些復(fù)雜計(jì)算，例如露天開(kāi)采的臺(tái)階礦量計(jì)算，利用模型和一些約束條件很快能得出各個(gè)臺(tái)階的礦石、巖石總量，且避免了傳統(tǒng)計(jì)算方法需要大量中段平面輔助圖件以及邊幫三角體遺留礦體無(wú)法計(jì)算到的弊端，大大提高了設(shè)計(jì)工作的效率。

1 候景儒. 實(shí)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1998