雷顯權(quán)，莫曉東

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，　湖南 長沙　410011)

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基于DIMINE軟件的巖溶堆積型鋁土礦建模方法

雷顯權(quán)，莫曉東

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙410011)

摘要：介紹了利用DIMINE軟件構(gòu)建巖溶堆積型鋁土礦數(shù)字化模型的方法。數(shù)字化模型主要包括地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、礦體實體模型和礦體塊段模型三部分。首先收集探礦工程資料，整理導(dǎo)入軟件形成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫解譯礦層頂、底板，結(jié)合地形地質(zhì)圖上的礦體邊界，采用頂?shù)装彘]合法構(gòu)建礦體三維實體模型，并采用距離冪次反比法對塊段模型進(jìn)行屬性賦值，估算模型資源儲量，由此實現(xiàn)地質(zhì)資源數(shù)字化。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化礦山；DIMINE軟件；巖溶堆積型鋁土礦；地質(zhì)建模

巖溶堆積型鋁土礦是原生沉積型鋁土礦經(jīng)巖溶風(fēng)化形成的次生鋁土礦床，主要賦存于巖溶洼地的第四系下更新統(tǒng)地層中，具有礦床規(guī)模大、礦石質(zhì)量優(yōu)等特點[1]。該類型礦床主要分布于桂西北地區(qū)，近年在河南澠池、魯山等地也有發(fā)現(xiàn)[2]。由于礦體分布面廣、規(guī)模差別大、平面形態(tài)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行資源管理和制定礦山規(guī)劃難度大。近年來，數(shù)字化礦山技術(shù)發(fā)展迅速，為礦山實現(xiàn)信息化、自動化、智能化管理提供了可能[3-4]。DIMINE軟件具有操作便利的特點[5]。因此，本文采用DIMINE軟件創(chuàng)建礦體模型，以實體模型為約束，以地質(zhì)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)對塊段模型進(jìn)行估值和資源儲量估算，由此實現(xiàn)地質(zhì)資源數(shù)字化，建模流程見圖1。

圖1　建模流程

1地質(zhì)數(shù)據(jù)庫

巖溶堆積型鋁土礦的探礦手段主要為淺井工程。系統(tǒng)收集地質(zhì)探礦報告等資料，按照DIMINE軟件對數(shù)據(jù)庫文件的格式要求，將原始工程數(shù)據(jù)整理為3個電子表格：孔口表、測斜表和樣品表(巖性表可以空缺)。孔口表包含探礦工程的地表位置和深度等信息，測斜表包含探礦工程在不同深度上的偏斜測量結(jié)果，樣品表包含探礦工程的采樣信息和分析化驗結(jié)果。每個表格有特定的字段，每個字段有具體的類型、含義和要求。對各表的格式和內(nèi)容詳細(xì)說明如下。

(1) 孔口表字段說明(見表1)：“工程編號”為淺井編號，字符串型；“X坐標(biāo)”為淺井東坐標(biāo)，雙精度型，m；“Y坐標(biāo)”為淺井北坐標(biāo)，雙精度型，m；“Z坐標(biāo)”為井口高程，雙精度型，m；“井深”為淺井深度，雙精度型，m；“礦體號”為礦體編號，字符串型；“勘探線號”為勘探線編號，字符串型；“采場號”為采場編號，字符串型；“礦頂標(biāo)高”為礦體頂板標(biāo)高，雙精度型，m；“礦底標(biāo)高”為礦體底板標(biāo)高，雙精度型，m。

表1　孔口表格式

(2) 測斜表字段說明(見表2)：“工程編號”為淺井編號；“測斜深度”為測斜位置深度，雙精度型，m；“方位角”為測得方位角，雙精度型，(°)；“傾角”為測得傾角，雙精度型，(°)。

表2　測斜表格式

(3) 樣品表字段說明(見表3)：“工程編號”字段為淺井編號；“自”為采樣起始位置深度，雙精度型，m；“至”為采樣結(jié)束位置深度，雙精度型，m；“Al2O3”字段為Al2O3品位，雙精度型，%；“SiO2”為SiO2品位，雙精度型，%；“Fe2O3”為Fe2O3品位，雙精度型，%；“S”為硫品位，雙精度型，%；“A/S”為鋁硅比，雙精度型；“A/F”為鋁鐵比，雙精度型；“密度”為原礦體重，雙精度型，t/m3；“含礦率”為凈礦含礦率，雙精度型，kg/m3；“巖性”為樣品巖性，字符串型。

將整理好且校驗無誤的孔口表、測斜表和樣品表導(dǎo)入DIMINE軟件生成“.dmd”格式數(shù)據(jù)庫，然后將“.dmd”格式數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為“.dmg”格式數(shù)據(jù)庫，即為所建立的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。由于3個表格共享“工程編號”字段，數(shù)據(jù)庫各表之間便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)對應(yīng)銜接。

表3　樣品表格式

2礦體實體模型

針對巖溶堆積型鋁土礦的特殊層狀礦體特征，采用頂、底板閉合法構(gòu)建礦體三維實體模型。具體步驟如下：

(1) 利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫分別創(chuàng)建見礦淺井的礦層頂板點和底板點；將地形地質(zhì)圖上的零點邊界線和灰?guī)r邊界線按規(guī)則連接，得到礦體邊界線；如果礦體存在天窗，還需提取地形地質(zhì)圖上的天窗邊界線。

(2) 利用實體建模模塊的區(qū)域DTM功能，選定礦體頂板點和礦體邊界線，以“距離冪”方式生成礦體頂板DTM面片。同理，選定礦體底板點和礦體邊界線生成礦體底板DTM面片。選定礦體頂板DTM面片，通過“提取開口線”命令生成礦體頂板邊界線，然后刪除礦體頂板DTM面片。同理，選定礦體底板DTM面片生成礦體底板邊界線，然后刪除礦體底板DTM面片。

(3) 利用線編輯模塊的定比例內(nèi)插線功能，選定礦體頂板邊界線和礦體底板邊界線，按0.5的比例生成一條多段線，即為新的礦體頂板邊界線，然后刪除之前的礦體頂板邊界線和礦體底板邊界線。利用線編輯模塊的移動復(fù)制功能，選定新的礦體頂板邊界線，按XYZ分量模式以Z=-0.01復(fù)制生成一條多段線，即為新的礦體底板邊界線。

(4) 利用實體建模模塊的區(qū)域DTM功能，選定礦體頂板點和新的礦體頂板邊界線，以“曲線求交”方式生成新的礦體頂板DTM面片。同理，選定礦體底板點和新的礦體底板邊界線，生成新的礦體底板DTM面片。

(5) 利用實體建模模塊的線框功能，選定新的礦體頂板邊界線和新的礦體底板邊界線，以“最小周長法”方式生成礦體邊界DTM面片。選定新的礦體頂板、底板和邊界DTM面片，通過“合并”命令生成礦體實體模型。

(6) 如果存在天窗，則利用實體建模模塊的裁剪功能，選定礦體實體模型和天窗邊界線，以“封閉裁剪”方式將天窗部分的實體裁剪并刪除，保留部分即為挖掉天窗之后的礦體實體模型。如有多個天窗，則照此重復(fù)操作。

(7) 仔細(xì)檢查礦體實體模型，如果存在不封閉處或不合理的三角面片連接方式，則需手動進(jìn)行調(diào)整，直到實體有效性檢測獲得通過。

上述步驟是構(gòu)建礦體實體模型的一般流程，所有礦體實體模型構(gòu)建方式基本相同，只是不同礦體的建模復(fù)雜程度可能存在差異。

3礦體塊段模型

將礦體實體模型導(dǎo)入DIMINE軟件視窗，利用地質(zhì)模塊的空塊功能，通過“從屏幕上自動獲取范圍”的方式來創(chuàng)建空塊段模型，起點坐標(biāo)和延伸長度可自動獲取，基礎(chǔ)塊尺寸設(shè)為X=20、Y=20、Z=1。

對塊段模型添加“礦巖類型”、“體重”、“Al2O3”、“SiO2”、“Fe2O3”、“密度”、“含礦率”等屬性字段，利用礦體實體模型過濾地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，將過濾后的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫以組合樣長為1進(jìn)行樣品組合，得到樣品組合文件。創(chuàng)建搜索橢球體，橢球長半軸、次半軸、短半軸分別設(shè)為25、25、5，橢球方位角、傾伏角、傾角都為0°。

采用距離冪次反比法對塊段模型進(jìn)行估值。塊段模型選擇上述空塊段模型文件；估值約束設(shè)為礦體實體模型內(nèi)部，調(diào)整內(nèi)部級數(shù)使單元塊尺寸為X=20、Y=20、Z=1，外部級數(shù)比內(nèi)部級數(shù)大1；樣品文件選擇上述樣品組合文件；橢球體參數(shù)選擇上述搜索橢球體，其它估值參數(shù)為缺省值；估值變量勾選“Al2O3”、“SiO2”、“Fe2O3”、“密度”、“含礦率”等字段。

參數(shù)設(shè)置完畢，以單方案估值方式進(jìn)行估值。第一次估值結(jié)束，如果存在未估值塊，則需將搜索半徑擴(kuò)大一倍進(jìn)行第二次估值，以此類推，直至未估值塊數(shù)為0。每次重新估值時，需將原來的值覆蓋。估值完成后，可利用DIMINE軟件將塊段模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出電子表格文件，以便進(jìn)行檢核和二次調(diào)用。

4資源儲量估算

利用地質(zhì)模塊的儲量計算功能進(jìn)行資源儲量估算。選擇需要估算儲量的礦體實體模型，輸入相應(yīng)的已完成估值的塊段模型，內(nèi)部級數(shù)和邊界級數(shù)設(shè)為與塊段估值時一致，其它參數(shù)分別設(shè)為：體重字段為“密度”，主統(tǒng)計字段為“Al2O3”，其它統(tǒng)計字段為“SiO2”、“Fe2O3”、“含礦率”。估算完成后可得到資源儲量統(tǒng)計表，表內(nèi)有詳細(xì)的礦體體積、體重、礦石量、品位、含礦率等數(shù)據(jù)。此外，還可通過設(shè)置高程區(qū)間、品位區(qū)間或其它分類字段來對資源儲量進(jìn)行分類統(tǒng)計。

仔細(xì)檢核資源儲量統(tǒng)計表內(nèi)的各項數(shù)據(jù)，如有錯誤或不合理之處，則需重新進(jìn)行資源儲量估算或塊段模型賦值，直至結(jié)果合理無誤。將通過模型估算得到的相關(guān)參數(shù)與地質(zhì)報告進(jìn)行對比，若偏差較大，則需仔細(xì)查找原因并作出調(diào)整，直到滿足規(guī)范要求。

5數(shù)據(jù)和模型更新

模型建好之后，如果有新增探礦工程，則需更新地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、礦體實體模型和礦體塊段模型。將新的探礦工程資料整理成與原數(shù)據(jù)庫表格格式一致的孔口表、測斜表和樣品表，通過地質(zhì)模塊的數(shù)據(jù)庫更新功能將整理好的表格導(dǎo)入原地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，便可得到新的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。更新礦體實體模型有2條途徑：如果新增工程比較少，可通過對原實體模型進(jìn)行局部調(diào)整以得到新的實體模型；如果新增工程很多，對原實體模型進(jìn)行局部調(diào)整的工作難度大，則需按照與原實體模型相同的建模流程來重新構(gòu)建新的實體模型。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和礦體實體模型更新之后，需對礦體塊段模型進(jìn)行重新賦值，賦值方法與原塊段模型賦值相同，只是在設(shè)置樣品文件和模型約束時，要選擇已更新的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的樣品組合文件和礦體實體模型。

6小結(jié)

介紹了利用DIMINE軟件構(gòu)建巖溶堆積型鋁土礦數(shù)字化模型的建模方法和一般流程。建模流程雖然簡便，但實際操作過程比較繁瑣，特別是在構(gòu)建實體模型過程中總會出現(xiàn)一些意想不到的問題，需要不斷查找原因和進(jìn)行調(diào)整。整理地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時要非常仔細(xì)，由于數(shù)據(jù)量非常大，很容易混淆或輸入錯誤，要對數(shù)據(jù)表格進(jìn)行仔細(xì)校核。在對塊段模型進(jìn)行賦值時，要特別注意估值參數(shù)和約束條件不能設(shè)置和選擇錯誤?？傊瑤r溶堆積型鋁土礦地質(zhì)建模是一項簡單而又繁瑣的工作，建模過程中必須非常用心，才能快速、高效、準(zhǔn)確地將大量模型構(gòu)建完成。

參考文獻(xiàn)：

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[3]潘冬.我國礦山數(shù)字化建設(shè)的探討[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006(S1):36-39.

[4]吳德政.數(shù)字化礦山現(xiàn)狀及發(fā)展展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014,42(9):17-21.

[5]蔣京名,王李管.DIMINE礦業(yè)軟件推動我國數(shù)字化礦山發(fā)展[J].中國礦業(yè),2009,18(10):90-92.(收稿日期：2015-11-12)

作者簡介：雷顯權(quán)(1985-)，男，工程師，從事地質(zhì)勘查工作，Email:xqlei_11@csu.edu.cn。