唐占信　何少博　周東良

(山東招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦)

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基于夏甸金礦塊體模型的三維可視化地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算研究*

唐占信何少博周東良

(山東招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦)

礦山三維地質(zhì)建模與可視化研究是實(shí)現(xiàn)“數(shù)字礦山”的重要基礎(chǔ)。針對(duì)夏甸金礦-652～-740m的Ⅶ-1#深部礦體，運(yùn)用三維軟件創(chuàng)建礦體數(shù)字模型，探討了鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、礦山實(shí)體模型、品位塊體模型的構(gòu)建技術(shù)，闡述了該礦礦體儲(chǔ)量信息估值方法，實(shí)現(xiàn)了礦體三維可視化，為同類礦山三維可視化數(shù)字礦床模型構(gòu)建提供了思路。

三維軟件地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)塊體模型

隨著科技與信息技術(shù)的發(fā)展，礦業(yè)正進(jìn)入“數(shù)字化”時(shí)代[1]，開(kāi)拓更廣信息與數(shù)字疆土是必然趨勢(shì)。所謂“三維數(shù)字礦床模型”，即是在計(jì)算機(jī)、地質(zhì)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)[2-3]等技術(shù)與交叉學(xué)科理論基礎(chǔ)之上，構(gòu)建出三維直觀視角平臺(tái)，可形象表達(dá)資源分布與礦體形態(tài)特征。據(jù)此創(chuàng)建高效決策平臺(tái)，能快捷實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)組織與過(guò)程虛擬仿真等，是礦山信息系統(tǒng)建設(shè)的首要環(huán)節(jié)[4]。

本文利用3DMine軟件，對(duì)山東招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦-652～-740m水平礦體進(jìn)行了三維可視化建模工作，在此基礎(chǔ)上，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論進(jìn)行礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)礦群礦石儲(chǔ)量、品位分布進(jìn)行估值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了礦體數(shù)字化。

1　鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立

統(tǒng)計(jì)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)，創(chuàng)建地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，是建立空間3D礦床模型的必要工作，亦是實(shí)現(xiàn)資源儲(chǔ)量、品位估值的前提，其實(shí)質(zhì)即是展示在三維數(shù)字空間中的勘探數(shù)據(jù)模型。在該三維數(shù)字空間中，鉆孔數(shù)據(jù)可形象直觀表達(dá)，且可通過(guò)“圖形”方式交互實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)修正和管理。

利用夏甸金礦Ⅶ#深部礦體-652～-740m所有水平刻槽取樣數(shù)據(jù)創(chuàng)建本次地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。統(tǒng)計(jì)刻樣數(shù)據(jù)信息結(jié)果見(jiàn)表1。

為了與三維軟件有機(jī)交互，將鉆孔地質(zhì)信息進(jìn)行整理，形式見(jiàn)表2。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與軟件有機(jī)交互，需要在三維軟件中建立“定位表”、“化驗(yàn)表”、“測(cè)斜表”、“巖性表”。區(qū)域巖性信息如巖性、品位、坐標(biāo)等可通過(guò)上述表格快速確定。

表1　各分段取樣信息

表2　鉆孔地質(zhì)信息

利用三維軟件中“錄入鉆孔”功能，將整理好的刻槽取樣鉆孔數(shù)據(jù)輸入三維軟件中，即可完成鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，見(jiàn)圖1。

圖1　鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)展示效果

2　夏甸深部礦體模型建立

實(shí)體模型用三維數(shù)字視角窗口描述物體，呈現(xiàn)立體與真實(shí)效果。實(shí)體不僅僅描述物體的輪廓，還具備以下功能：①快速計(jì)算體積和表面積；②任意方位的切割剖面；③可定義邊界約束，包括內(nèi)約束與外約束；④體與體、體與面可進(jìn)行交、并、差運(yùn)算；⑤與地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。據(jù)此，可應(yīng)用計(jì)算機(jī)形象描述礦山地下結(jié)構(gòu)元素，如礦體、采場(chǎng)、巖層等形態(tài)及其屬性信息。其基本思路見(jiàn)圖2。

圖2　創(chuàng)建實(shí)體模型思路

根據(jù)夏甸金礦提供的各分段地質(zhì)平面圖，礦體三維實(shí)體模型見(jiàn)圖3、圖4。

圖3　Ⅶ#深部礦體三維實(shí)體模型

通過(guò)夏甸金礦三維實(shí)體模型地建立，可以在真三維空間直觀反映礦體產(chǎn)狀、地表地形、中段工程以及地質(zhì)構(gòu)造，為后續(xù)穩(wěn)定性分析及開(kāi)采方針模擬研究提供依據(jù)，且通過(guò)塊體模型交互應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

圖4　夏甸金礦三維可視化模型整體效果

3　礦體資源信息估算

3.1樣品組合與數(shù)據(jù)分析

原始勘探取樣工作中，樣品長(zhǎng)度變化較大，給品位估值分析帶來(lái)很大的困難，需要在塊體模型的品位估值前進(jìn)行樣品組合計(jì)算，以保證樣品的已知品位值參與品位估算時(shí)不再需要考慮樣長(zhǎng)對(duì)權(quán)值的影響。樣品組合包括：根據(jù)地質(zhì)帶組合、圈礦指標(biāo)組合、實(shí)體內(nèi)提取化驗(yàn)樣3個(gè)方式。本次夏甸金礦Ⅶ#礦體采用地質(zhì)帶組合方式，見(jiàn)圖5。

圖5　樣品組合效果

完成樣品組合后，可得到樣品基本信息統(tǒng)計(jì)，效果見(jiàn)圖6(a)所示，統(tǒng)計(jì)特征服從對(duì)數(shù)正太分布。取以10為底的對(duì)數(shù)，其正態(tài)分布效果見(jiàn)圖6(b)所示。統(tǒng)計(jì)有效樣品點(diǎn)數(shù)目為1 204個(gè)，其中樣品品位最大值為37.43，最小值為0.10。

樣品數(shù)據(jù)平均品位：

(1)

樣品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差：

(2)

樣品數(shù)據(jù)變異系數(shù)：

(3)

3.2塊體模型建立

應(yīng)用鉆孔空間位置參數(shù)建立的三維空間形體需要進(jìn)行品位信息賦值，才能完成資源儲(chǔ)量及品位的統(tǒng)計(jì)與分析。資源儲(chǔ)量估算通常應(yīng)用單元塊來(lái)逐漸實(shí)現(xiàn)，三維軟件中根據(jù)實(shí)際需要將礦體模型劃定的單元塊添加屬性信息，即屬性賦值。常用的賦值方法有：最近樣品法、距離冪次方反比法和普通克里格法。3種方法本質(zhì)區(qū)別在于選用的權(quán)值差異，應(yīng)用實(shí)際表明，克里格法效果最優(yōu)，且應(yīng)用最為廣泛。

圖6　組合樣品信息

利用地質(zhì)建模方法構(gòu)建礦體塊段模型(圖7)，用普通克里格法對(duì)該礦Ⅶ#深部礦體進(jìn)行估值。

3.3估值過(guò)程

當(dāng)塊體模型建好后，根據(jù)Ⅶ#礦體估值需要，對(duì)塊體模型建立兩個(gè)屬性：礦石容重、金品位。構(gòu)建數(shù)據(jù)屬性錄入表后依次錄入屬性信息，過(guò)程如下：對(duì)礦石容重賦值時(shí)，因?yàn)槿葜嘏c巖性相關(guān)，夏甸金礦礦石巖性一致，故采用“單一賦值”，為減少計(jì)算量，采用實(shí)體模型進(jìn)行約束，即可完成賦值，如圖8。

圖7　夏甸金礦Ⅶ#深部礦體塊體模型

圖8　礦體容重賦值流程

礦石品位賦值有一定的難度，原因在于區(qū)域變化特征，變化規(guī)律由地質(zhì)構(gòu)造與礦化作用決定[5]，為較好地解決其中影響與偏差，選用普通克里格插值法來(lái)實(shí)現(xiàn)賦值。

在三維空間中，通常采用搜索橢球體來(lái)表達(dá)影響范圍內(nèi)的樣品搜索參數(shù)，即分布規(guī)律與特征。特征參數(shù)一般為傾伏角、走向、傾角、各向異性比率等[6]。根據(jù)前述工作，創(chuàng)建搜索橢球體并篩析各個(gè)塊影響較大的屬性值，以實(shí)現(xiàn)資源信息的插值評(píng)估，可得到樣品參數(shù)報(bào)告模型及各向異性(.par文件)，搜索橢球體如圖9。構(gòu)建搜索橢球體后即可通過(guò)普通克里格法進(jìn)行賦值，步驟如圖10所示。

應(yīng)用差異著色區(qū)分賦值結(jié)果，最終創(chuàng)建夏甸金礦品位塊體模型[7-8]如圖11。

圖9　搜索橢球體圖

3.4儲(chǔ)量估算

應(yīng)用三維軟件內(nèi)置處理模塊可導(dǎo)出估值報(bào)告，夏甸金礦Ⅶ#深部礦體按分段統(tǒng)計(jì)，最終估算儲(chǔ)量見(jiàn)表3。

與現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)地質(zhì)塊段法估算結(jié)果對(duì)比，三維軟件構(gòu)建的礦體模型及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)因考慮了樣品距離的相關(guān)性與連續(xù)性，估算結(jié)果精度與可信度較高，故在實(shí)際工程應(yīng)用中亦是一種高效可行的估值方法。

圖10　普通克里格法賦值示意

圖11　品位塊體模型展示效果

分段水平/m礦石體積/m3礦石重量/t金屬量/kg-652～-66246200127050370.32-662～-672112980310695944.8-672～-6821255803453451023.97-682～-6921419603903901019.44-692～700142380391545971.3-700～-71087780241395583.92-710～-72090720249480596.62-720～-73085680235620600.01-730～-74079380218295575.75總計(jì)91266025098156686.13

4　結(jié)　論

基于三維礦業(yè)工程軟件，完成了夏甸金礦Ⅶ#深礦群的三維實(shí)體建模與可視化研究，實(shí)現(xiàn)了礦山深部礦體品位信息、礦石儲(chǔ)量的估算。主要結(jié)論如下：

(1)基于三維軟件，可對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，可得到樣品數(shù)據(jù)平均品位、方差以及變異系數(shù)等基本信息統(tǒng)計(jì)。

(2)在三維軟件三維礦體模型數(shù)字平臺(tái)上，應(yīng)用普通克里格估值方法，可快捷估算礦石資源信息，提高估算效率與估算精度。由于便于搜索疏漏，可在一定程度上規(guī)避開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)與人為統(tǒng)計(jì)失誤，具有較高的現(xiàn)場(chǎng)探索與應(yīng)用前景。

[1]魏建現(xiàn).數(shù)字礦山建設(shè)的探討[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010(7):55-56.

[2]侯景儒,黃競(jìng)先.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在固體礦產(chǎn)資源/儲(chǔ)量分類中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探,2001(6):61-66.

[3]沈步明，沈遠(yuǎn)超.金屬礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1994.

[4]楊念哥.會(huì)東鉛鋅礦三維礦床模型開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2008.

[5]向中林,王妍,王潤(rùn)懷,等.基于鉆孔數(shù)據(jù)的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過(guò)程研究[J].地質(zhì)與勘探,2009(1):75-81.

[6]向中林,白萬(wàn)備,王妍,等.基于Surpac的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過(guò)程研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009(3):307-311.

[7]樊忠平,任濤,王瑞廷,等.基于Surpac軟件的礦床模型構(gòu)建及礦體資源量估算—以陜西山陽(yáng)夏家店金釩礦床為例[J].地質(zhì)與勘探,2010(5):977-984.

[8]GuyArchambault.StructuralgeochemistryofgoldmineralizationintheLinglong-Jiaojiadistrict,ShandongProvince,China[J].ChineseJournalofGeochemistry,2007(3):215-234.

Studyonthe3DVisualGeologicalReserveCalculationSystemBasedonBlockModelinXiadianGoldMine

TangZhanxinHeShaoboZhouDongliang

(XiadianGoldMine,ShangdongZhaojinMiningIndustryCo.Ltd.)

Thestudyofthe3Dgeologicalmodelandvisualizationofminesistheimportantfoundationtorealizethe"DigitalMine".Takingthedeepore-0bodylocatedfrom-652mto-740minXiadiangoldmineastheresearchexample,the3Dsoftwareissuedtoestablishmodeloftheore-body.Theestablishingtechniquesofgeologicaldatabase,minesolidmodelandgradeblockmodelarediscussedindetail,besidesthat,thereserveestimationoftheore-bodyisanalyzedtorealizethe3Dvisualizationoftheore-body.Theaboveresearchresultscanprovidesomereferencefortheestablishmentofthe3Dvisualizaitonore-bodymodelofthesimilarmines.

3Dsoftware,Geologicaldatabase,Blockmodel

2016-03-09)

唐占信(1966—)，男，碩士，高級(jí)工程師，265418 山東省招遠(yuǎn)市夏甸鎮(zhèn)。