張琪，陳曉燕，崔美慧，尹劍飛

(山東黃金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 萊州 261400)

0 引言

西嶺金礦是膠東地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的特大型金礦，深部有著較大的找礦潛力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維軟件在地質(zhì)工作中得到了廣泛的應(yīng)用。Vulcan軟件得到全球礦業(yè)公司的普遍認(rèn)可，在國內(nèi)引進(jìn)后，取得了較好的應(yīng)用效果。本文以西嶺金礦床為例，利用Vulcan軟件建立了礦區(qū)的多個(gè)實(shí)體模型，并進(jìn)行了資源量估算。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

2 三維地質(zhì)模型的構(gòu)建

2.1 Vulcan軟件介紹

Vulcan是來自澳洲Maptek公司研發(fā)的一款礦山三維地質(zhì)建模軟件。該軟件為用戶提供了繪圖實(shí)用程序、實(shí)體模型、塊模型、數(shù)據(jù)分析、資源儲量計(jì)算等功能，能夠用于三維地質(zhì)建模、采礦設(shè)計(jì)、排產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是三維建模的基礎(chǔ)，涉及大量地質(zhì)資料的搜集。本次研究搜集到的地質(zhì)資料包括：勘探線剖面圖(20條)，鉆孔編錄資料(132個(gè))。地質(zhì)資料中的鉆孔位置、取樣信息、分析數(shù)據(jù)、巖性等所有信息都可以快速以csv表格的形式導(dǎo)入到Vulcan中，完成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立。

在數(shù)據(jù)庫建立完成后可以使用Vulcan數(shù)據(jù)校驗(yàn)工具對新建立的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢驗(yàn)，快速實(shí)現(xiàn)鉆孔編錄數(shù)據(jù)的邏輯性錯(cuò)誤的檢查和修正。同時(shí)Vulcan提供地表模型和孔口坐標(biāo)的對比校驗(yàn)，通過生成錯(cuò)誤報(bào)告可以快速完成數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和修正。

2.3 三維地質(zhì)模型

本次利用Vulcan軟件分別建立了礦區(qū)的鉆孔模型、巖體模型、斷層模型、蝕變帶模型、礦體模型5個(gè)模型。

2.3.1 鉆孔模型

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建成后，Vulcan可以直觀地以不同圖例顯示在三維空間中，特別是可以利用Vulcan的比例尺圓盤圖例顯示不同品位的鉆孔數(shù)據(jù)，可以很直觀地對礦體在空間產(chǎn)狀分布進(jìn)行查看和分析(圖1)，并且可以標(biāo)注鉆孔信息，比如鉆孔號、樣品品位等。還可以創(chuàng)建剖面視圖，在任何剖面上顯示和觀察鉆孔。

圖1 礦區(qū)鉆孔模型

2.3.2 巖體模型

礦區(qū)內(nèi)地層較簡單，本次創(chuàng)建了礦區(qū)分布最廣并與金成礦關(guān)系較為密切的序列巖體模型：新太古代五臺-阜平期馬連莊序列和棲霞序列(原劃為膠東巖群)、中生代燕山早期玲瓏序列及中生代燕山晚期的郭家?guī)X序列[2](圖2)。

1—海域；2—第四系；3—郭家?guī)X序列；4—玲瓏序列；5—棲霞序列；6—馬連莊序列圖2 礦區(qū)巖體模型

2.3.3 斷層模型

區(qū)內(nèi)為三山島斷裂帶的北東段，傾向SE，總體呈舒緩波狀，以灰白—灰黑色斷層泥為標(biāo)志的主裂面連續(xù)發(fā)育，厚0.05～0.5m。

根據(jù)每個(gè)沿勘探線切割的剖面先進(jìn)行斷層線的連接。綜合所有剖面的解譯線后，利用Vulcan建模工具中的三角實(shí)體功能建立起斷層模型。為了能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際斷裂構(gòu)造，還需對模型進(jìn)行調(diào)整。主要是根據(jù)現(xiàn)有的斷層走向、傾向、傾角、延伸長度、落差等地質(zhì)資料查看相鄰剖面間是否有較大跳躍或是不合理的連接存在，在參考地質(zhì)報(bào)告的斷裂形態(tài)描述后，進(jìn)行多次反復(fù)修改，最終得到礦區(qū)的斷層模型，如圖3所示。

圖3 礦區(qū)斷層模型

2.3.4 蝕變帶模型

研究區(qū)礦化體都蘊(yùn)藏在蝕變帶內(nèi)，而蝕變帶主要受控于斷裂帶，因此蝕變帶的發(fā)育空間、形態(tài)和產(chǎn)狀都與相應(yīng)的斷裂帶保持基本一致。蝕變帶發(fā)育于中生代燕山早期玲瓏序列崔召單元與新太古代五臺-阜平期馬連莊序列欒家寨單元接觸帶內(nèi)的二長花崗巖內(nèi)[3]。建立礦區(qū)成礦蝕變帶模型有助于清楚掌握蝕變帶的規(guī)模、形態(tài)、延伸展布情況以及和礦體之間的相對空間位置[4]。借此可以推斷出蝕變帶對于金礦體的控制作用。

礦區(qū)蝕變巖分帶明顯，沿傾向呈帶狀展布，由上盤至下盤依次為：絹英巖化花崗巖帶、斷層泥、黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶、絹英巖化花崗巖帶。蝕變帶模型建立主要依據(jù)鉆孔的蝕變信息，參照勘探線剖面圖，圈定蝕變帶邊界線，然后連接成實(shí)體。礦區(qū)成礦蝕變帶三維模型如圖4所示。

1—黃鐵絹英巖化碎裂巖；2—黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖；3—絹英巖化花崗巖圖4 礦區(qū)蝕變帶模型

2.3.5 礦體模型

礦區(qū)內(nèi)主要礦體走向和傾向受三山島斷裂帶控制，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，連續(xù)性好。本次共圈定5個(gè)主要礦體，各礦體在空間的分布關(guān)系為：走向上平行排列，傾向上為上下盤關(guān)系。

礦區(qū)實(shí)體模型的構(gòu)建主要是按照勘探線剖面進(jìn)行地質(zhì)解譯，圈定地質(zhì)體范圍，然后根據(jù)走向連接地質(zhì)體[5-9]。礦體圈定是根據(jù)鉆孔化驗(yàn)數(shù)據(jù)中的品位數(shù)據(jù)，以礦產(chǎn)工業(yè)指標(biāo)為依據(jù)，參照地質(zhì)規(guī)律將礦體用邊界線圈定出來。最后利用Vulcan建模工具中的三角實(shí)體工具，完成礦體實(shí)體模型的構(gòu)建。用同樣的方法在剖面上圈出夾石解譯線，并創(chuàng)建夾石實(shí)體模型，最后用多個(gè)模型布爾運(yùn)算的方法將夾石從礦體中去除，得到礦體的實(shí)體模型，如圖5所示。

1—Ⅰ號礦體；2—Ⅱ號礦體；3—Ⅲ號礦體；4— Ⅳ號礦體；5—Ⅴ號礦體圖5 礦體實(shí)體模型

3 資源量估算

3.1 創(chuàng)建塊體模型

為了精確估算每個(gè)礦體的平均品位，需要把礦體及鉆孔分布的空間范圍劃分成無數(shù)個(gè)大小相同的長方體塊，來進(jìn)行品位估值，每個(gè)塊都有代表其空間位置的三維坐標(biāo)，即創(chuàng)建礦體的礦塊模型。塊尺寸的確定需要綜合考慮礦體的形態(tài)、復(fù)雜程度和工程控制的網(wǎng)度。本區(qū)的基本工程勘探網(wǎng)度為160m×160m，礦體的形態(tài)復(fù)雜程度為簡單，確定礦塊尺寸為80m×80m×60m，并采用4×2×1次分塊方法，以保證實(shí)體模型邊界的精確度[10]。同時(shí)以地質(zhì)建模的巖性實(shí)體和礦體實(shí)體分別做約束，對其內(nèi)部每個(gè)小長方體塊賦以礦權(quán)范圍、礦體編號、Au品位、資源量類別等屬性值，可實(shí)現(xiàn)由定性找礦到定量找礦的突破[11-14]。

3.2 品位估值

品位估值就是利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對塊體的品位進(jìn)行賦值。Vulcan里針對塊體模型品位估值提供的方法有距離冪次反比法、普通克里格法、指示克里格法、多重指示克里格法等多種資源/儲量估算方法，能滿足我國資源/儲量估算有關(guān)規(guī)范的要求，其中最常用的是距離冪次反比法、普通克呂格法。

距離冪次反比法是利用已知鄰近值的距離指數(shù)冪次成反比的關(guān)系來推算網(wǎng)格點(diǎn)的值[15]。距離冪次反比法雖考慮了距離對權(quán)系數(shù)的影響，但沒有考慮礦化的方向。普通克呂格法既考慮了距離，也考慮了樣品的形狀、大小及相互位置關(guān)系對權(quán)系數(shù)的影響?？藚胃穹礊榈刭|(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為工具，研究在空間分布上既有隨機(jī)性又有相關(guān)性的現(xiàn)象[16]。區(qū)域化變量是一種在空間上具有數(shù)值的函數(shù)，它在空間的每一個(gè)點(diǎn)取一個(gè)確定的數(shù)值(如礦石的品位)，當(dāng)由一個(gè)點(diǎn)移到下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，函數(shù)值是變化的?？梢岳米儺惡瘮?shù)來表示區(qū)域變化量。不同的區(qū)域化變量有著不同的連續(xù)性，這種連續(xù)性是通過相鄰樣品之間的變異函數(shù)來表示的[17-19]。Vulcan數(shù)據(jù)分析工具里的變異函數(shù)功能可以擬合出與樣品組合數(shù)據(jù)相關(guān)的變異函數(shù)。

一個(gè)礦體選擇何種估值方法比較科學(xué)、合理，主要取決于礦體內(nèi)樣品品位的分布狀態(tài)及變異系數(shù)。本次用了上述2種方法分別對5個(gè)主要礦體進(jìn)行了估值，估值的搜索形狀選擇了橢球體，搜索方向的確定，在Vulcan中可以選擇交互式的方法，在需要估值的塊體中心確定一個(gè)原點(diǎn)，然后調(diào)整橢球體3個(gè)軸的方向，使各橢球體平面形態(tài)基本與其插值范圍內(nèi)的礦塊形態(tài)吻合：長軸方位角與礦體走向的傾伏角度吻合，次軸傾伏角與礦體傾角一致。搜索距離，一般第一次估值主軸方向上是工程間距的1～1.2倍；次軸方向上是同一勘查線相鄰工程間距的1～1.2倍；極小軸方向上是礦體的平均厚度；第二次估值是第一次的1.5倍，第三次估值是第二次的2倍。同時(shí)為了減小來自高密度取樣區(qū)內(nèi)的插值偏差，需要分散簇狀樣品，限制搜索橢球體每個(gè)象限的最小/最大樣品點(diǎn)數(shù)，使其在搜索橢球估值時(shí)能夠無偏性的進(jìn)行。品位估值后，每個(gè)塊體就有了相應(yīng)的品位值，Vulcan可以將塊體的品位分區(qū)間用不同的顏色進(jìn)行更直觀的顯示，如圖6所示。還可以在任意方向上創(chuàng)建剖面視圖對礦體進(jìn)行查看。

1—品位值<0；2—品位值>0<1；3—品位值>1<4；4—品位值>4<8；5—品位值>8圖6 塊體模型金品位分布圖

Vulcan還可以對估值結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證。交叉驗(yàn)證是對估值后的塊體模型和原始鉆孔組合數(shù)據(jù)庫以一定方向一定步距進(jìn)行變量均值、方差的對比驗(yàn)證，是對估值結(jié)果優(yōu)劣的最好檢驗(yàn)，也是對不同估值方案優(yōu)選的方法。以100m的步距在x軸分別對各礦體估值結(jié)果進(jìn)行對比交叉驗(yàn)證，得到對比報(bào)告以查看估值結(jié)果準(zhǔn)確性。

以Ⅰ-1號礦體為例，對比驗(yàn)證結(jié)果如下(圖7)：圖7為礦體Ⅰ-1的品位估值結(jié)果在X軸以100m步距進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果，其中橫軸為X坐標(biāo)，縱軸為驗(yàn)證區(qū)間段Au品位均值。DB_AU_CUT為鉆孔數(shù)據(jù)庫中處理完特高品位的樣品品位值，BM_au_ivd_1為本次距離冪次反比估值結(jié)果?？梢钥吹焦乐到Y(jié)果在空間分布和鉆孔數(shù)據(jù)庫真值非常接近，證明估值結(jié)果準(zhǔn)確可信。

圖7 品位估值結(jié)果交叉驗(yàn)證對比圖

3.3 資源量估算結(jié)果

對塊體模型進(jìn)行品位估值后，Vulcan軟件可以直接計(jì)算礦體的資源量。還可根據(jù)實(shí)際工作需求，選擇報(bào)告不同的變量，例如可以分礦體、按資源量級別、按估值方法、按邊界品位、分中段分別進(jìn)行報(bào)告礦體品位、體積、礦石量等。用距離冪次反比法和普通克呂格法2種品位估值方法分別計(jì)算資源量，并與傳統(tǒng)的地質(zhì)塊段法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表1。

表1 資源量估算結(jié)果對比

從表1中可以看出，用2種估算方法算出的平均品位、礦石量、金屬量結(jié)果偏差率都不大，說明利用Vulcan對礦體的資源量估算結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。另外普通克呂格法的估算結(jié)果相比距離冪次反比法的偏差較小，估算結(jié)果可靠程度更高。

4 結(jié)論

(1)本文在綜合研究了西嶺金礦區(qū)地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，利用Vulcan軟件建立了西嶺礦區(qū)的鉆孔數(shù)據(jù)庫，并建立了礦區(qū)的礦體、巖體、斷層、蝕變帶模型及塊體模型。Vulcan軟件的三維功能強(qiáng)大，能夠更直觀地顯示礦區(qū)的地質(zhì)真實(shí)情況，并可以便捷、精確地讀取礦體的各個(gè)變量的值，更直觀地顯示礦體不同部位的品位趨勢，為礦區(qū)進(jìn)一步的勘查工作提供指導(dǎo)。

(2)Vulcan軟件的礦體資源量估算功能強(qiáng)大。本次利用普通克呂格法和距離冪次反比法分別對西嶺礦區(qū)5個(gè)主要礦體進(jìn)行了品位估值和資源量估算，并與傳統(tǒng)的地質(zhì)塊段法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，對比結(jié)果顯示估算結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。普通克呂格法由于利用了變異函數(shù)對每一個(gè)組合樣品的實(shí)際空間位置進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果的偏差較小，估算結(jié)果可靠程度更高。