耿詠梅， 陳麗娟， 王小高， 馮雪珍

（1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點實驗室，鄭州 450052）

隨著三維可視化技術(shù)的發(fā)展，其在礦產(chǎn)資源開發(fā)中的一個重要應(yīng)用就是建立礦區(qū)地質(zhì)三維模型，這也是數(shù)字化礦山的首要任務(wù)和基礎(chǔ)，常見的三維地質(zhì)建模多是以三維地質(zhì)軟件為媒介來實現(xiàn)的，可以說三維地質(zhì)建模的發(fā)展過程就是三維地質(zhì)軟件的發(fā)展過程. 實際工作中，三維礦業(yè)軟件的作用主要是通過空間地質(zhì)信息的建立、三維地質(zhì)模型的表述以及品位分布的應(yīng)用，實現(xiàn)礦山技術(shù)工作的計算機化和流程化［1-4］. 國際三維礦業(yè)軟件起步于20世紀(jì)70年代，西方采礦大國相繼推出了用于地質(zhì)資料處理、礦床建模、采礦設(shè)計、測繪圖形處理等方面的商業(yè)礦業(yè)軟件，如：Surpac、Micromine、Datamine、Mintec、Lynx等. 國內(nèi)在三維領(lǐng)域的發(fā)展也勢頭迅猛，許多學(xué)者在此方面也進(jìn)行了深入的研究，涌現(xiàn)出了許多優(yōu)秀的研究成果，也開發(fā)了一些三維可視化礦業(yè)建模軟件. 2006年北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司開發(fā)研制出3DMine礦業(yè)工程軟件、2008年長沙迪邁信息科技有限公司開始推廣應(yīng)用DMine軟件［5-7］. 3DMine礦業(yè)軟件的開發(fā)研制也形成了自己的特定功能，該軟件是在完善國外同類軟件的開發(fā)思路和功能模塊的基礎(chǔ)之上研發(fā)，并結(jié)合國內(nèi)地勘單位技術(shù)人員的工作需要，為國內(nèi)用戶量身打造的本土化的三維礦業(yè)軟件，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)［8-10］. 本文利用3DMine軟件建立河南省龍王廟金礦區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫及三維地質(zhì)模型，并對主要礦體K1-Ⅰ號礦體的主礦產(chǎn)Au進(jìn)行資源儲量估算.

1 礦區(qū)概況及礦體特征

龍王廟金礦區(qū)位于熊耳山隆起西段，龍脖—花山背斜軸部次級構(gòu)造草溝傾伏背斜的東翼近軸部，成礦區(qū)帶屬熊耳山西段洛寧南部銀鉛金礦集中區(qū). 區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古宇太華群、元古宇熊耳群及第四系. 礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北東向含礦蝕變斷裂帶最發(fā)育，不同方向、不同規(guī)模的其他斷裂也較發(fā)育. 北東向斷裂為礦區(qū)內(nèi)的含礦構(gòu)造破碎帶，規(guī)模最大且發(fā)育最好. 總體走向48°～53°，傾向北西，傾角30°～35°；該組斷裂具有多次后期復(fù)活現(xiàn)象，為礦液的循環(huán)和儲存創(chuàng)造了良好條件. 南北向斷裂組為規(guī)模不大的剪切裂隙，一般厚幾厘米到幾十厘米，個別地段呈密集出現(xiàn)和有礦化蝕變現(xiàn)象；該組構(gòu)造線被東西向、北北東向斷裂切穿. 北西向斷裂組規(guī)模不大，個別地段有礦化蝕變現(xiàn)象，多受北北東向斷裂構(gòu)造的限制，并與北北東向斷裂構(gòu)造組成菱形格子形式. 礦區(qū)內(nèi)節(jié)理構(gòu)造發(fā)育，且多組節(jié)理相互切穿、交錯，但與成礦無關(guān)系，也無破壞現(xiàn)象.

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，出露的巖漿巖有：花崗斑巖、輝綠巖、輝長巖等，呈巖株狀、脈狀或巖墻狀產(chǎn)出.

通過勘察研究，礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)6條含金礦化帶，其形成均受到北東向斷裂帶的影響. K1礦（化）帶位于礦區(qū)中部的二道溝—西三道溝一帶，地表沒有露頭，為構(gòu)造蝕變帶，礦化帶厚度大、延伸遠(yuǎn)，礦化較好，蝕變多期多階段發(fā)育，其中硅化、鉀長石化強度高、規(guī)模大，分布廣. K2礦（化）帶位于礦區(qū)中部的二道溝—西三道溝一帶，地表斷續(xù)出露長度約750 m，該脈為石英脈，主要由灰白色、灰黑色石英脈構(gòu)成，金屬礦物少見，見硅化、鉀長石化等蝕變現(xiàn)象. K3礦（化）帶位于東三道溝上部，為構(gòu)造蝕變帶，中間為石英脈，圍巖發(fā)育硅化、鉀長石化、方鉛礦化等蝕變，局部可見黃銅礦、孔雀石化等. K4、K5礦化帶為勘探K1礦化帶過程中發(fā)現(xiàn)的規(guī)模較小的礦化帶，地表無露頭.

K1礦（化）帶圈定出K1-Ⅰ、K1-Ⅱ、K1-Ⅲ3個礦體，K1-Ⅰ號礦體為主礦體，K1-Ⅱ、K1-Ⅲ號礦體為單工程所揭露的礦體，規(guī)模較小. 礦體產(chǎn)出于K1構(gòu)造蝕變帶中，受構(gòu)造帶的控制，產(chǎn)狀和K1構(gòu)造蝕變帶產(chǎn)狀一致，金礦石為方鉛礦化、黃鐵礦化、硅化構(gòu)造蝕變巖，和其他礦（化）帶不同，其明顯的特征為石英呈明顯的黃褐色，并發(fā)育強烈的鉀長石化圍巖蝕變，其中石英呈煙灰色時礦石品位較高. K1-Ⅰ礦體，工程控制長約850 m，寬70～400 m，厚平均2.46 m，主礦產(chǎn)為金，平均品位4.63×10-6，同體共、伴生鉛、銀，共生銀平均品位50.46×10-6，鉛1.02%，伴生銀平均品位24.2×10-6，鉛0.21%. K1-Ⅰ分別探獲金、銀、鉛礦7 732.44 kg、43 954.05 kg、15 562.79 t（修正后的數(shù)據(jù)）［11］.

2 鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立

3DMine軟件充分發(fā)揮了開放式數(shù)據(jù)庫技術(shù)的優(yōu)勢，通過Access、SQL Server、Oracle等常用數(shù)據(jù)庫來存儲和操作地質(zhì)信息，直接導(dǎo)入的源文件可以是Excel、Text文本和數(shù)據(jù)庫格式.

龍王廟金礦區(qū)共施工鉆孔39個，總進(jìn)尺10 905.98 m，坑道2個，進(jìn)尺1026 m，老硐清編530 m，探槽230 m3，基本分析1027 件，這些鉆孔、坑道編錄、采樣分析以及工程測量等資料成為鉆孔數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源. 在Excel 表格中按格式整理、分類錄入以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成定位表、測斜表、化驗表和巖性表，其中定位表和測斜表體現(xiàn)了鉆孔的空間形態(tài)變化，化驗表反映了鉆孔樣品中Au元素品位的變化，巖性表記錄了鉆孔樣品各段巖性的變化. 在3DMine 建立數(shù)據(jù)庫菜單下，逐一添加以上4個表格，通過復(fù)制、粘貼導(dǎo)入數(shù)據(jù)，形成礦區(qū)完整鉆孔數(shù)據(jù)庫.

通過調(diào)用鉆孔數(shù)據(jù)庫，可在3DMine軟件中模擬生成空間三維鉆孔（見圖1）.

圖1 龍王廟金礦區(qū)地表模型及鉆孔數(shù)據(jù)庫Fig.1 Surface model and borehole database of Longwangmiao gold mining area

3 三維模型的構(gòu)建

3.1 礦體實體模型構(gòu)建

礦體實體建模通常有三種方法：①利用礦體邊界線大概確定礦體范圍；②利用勘探線剖面圖構(gòu)建；③基于鉆孔數(shù)據(jù)構(gòu)建. 通常要根據(jù)建模的目的來選擇合適的建模方法［11］. 在解決礦體形態(tài)復(fù)雜、形狀不規(guī)則的問題上，3DMine軟件提供了控制線、分區(qū)線等輔助線來幫助存在分支、復(fù)合現(xiàn)象的礦體模型構(gòu)建，從而使建立的模型更加精細(xì)，更加接近真實情況［12］. 礦體連接完成后，進(jìn)行實體驗證，對出現(xiàn)自相交、重復(fù)、無效邊等錯誤進(jìn)行修正.

3.1.1 鉆孔控制部分實體模型 洛寧縣龍王廟金礦勘探工作圈定K1-Ⅰ、K1-Ⅱ、K1-Ⅲ及K6-Ⅳ共4個礦體，其中，K1-Ⅰ礦體為主礦體，K1-Ⅱ、K1-Ⅲ、K6-Ⅳ礦體為單工程所揭露的礦體，規(guī)模較小. K1-Ⅰ礦體分布于03～08線之間，由探礦工程PD1303、PD1340和37個鉆孔控制，控制礦體長度約850 m，寬70～400 m，呈中間窄兩端寬的葫蘆狀，形態(tài)不規(guī)則，平面總體展布方向為南北向，平面投影面積約為0.22 km2. 礦體埋深45～400 m，賦存標(biāo)高為780～1380 m. 單工程厚度為0.42～8.93 m，平均厚度2.46 m. 本次工作采用基于勘探線剖面圖的線框模型構(gòu)建方法，提取各剖面的礦體界線，對礦體界線進(jìn)行三角網(wǎng)建模. 具體方法是：礦區(qū)原有鉆孔橫剖面圖導(dǎo)入3DMine軟件，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與平面圖對應(yīng)，校正橫剖面圖到正確的位置，提取出礦體及夾石界線，對照縱剖面圖，根據(jù)礦體賦存規(guī)律、產(chǎn)狀，利用軟件中的“實體—連接三角網(wǎng)”功能，將相鄰剖面的礦體界線逐一連接成體，形成K1-Ⅰ號礦體鉆孔控制部分實體模型（見圖2）.3.1.2 坑道控制部分實體模型 K1-Ⅰ號礦體實施了兩個坑道工程，坑道采樣處理方法：勘查工作中，坑道樣為鉛直取樣，在數(shù)據(jù)處理過程中，將每個采樣點假設(shè)成鉆孔. 根據(jù)坑口坐標(biāo)及編錄資料，推算出每個采樣點的三維坐標(biāo)，假設(shè)為鉆孔開孔坐標(biāo)，方位設(shè)為0，傾角設(shè)為90°（假設(shè)為直孔），各化驗數(shù)據(jù)來源于報告附表中的“坑道采樣分析表”. 根據(jù)勘探線方位、礦體產(chǎn)狀定位出礦體外推位置，利用“多段線”功能，連接礦體上下界線成閉合線，然后逐一根據(jù)坑道見礦點位置畫出坑道所有礦體線，最后利用“連接三角網(wǎng)”將所有礦體線連接成實體，形成K1-Ⅰ號礦體坑道控制部分實體模型（見圖3、圖4）.

3.2 塊體模型構(gòu)建

塊體模型，又稱品位模型，是礦床品位推估和儲量計算的關(guān)鍵，其本質(zhì)就是品位信息與三維塊體相結(jié)合的綜合數(shù)據(jù)庫，是一個空間三維三角網(wǎng)連接而成的包絡(luò)體，比如礦體、巷道、采場等，是3DMine軟件三維模型的基礎(chǔ)［12-14］. 因此塊體模型是礦床品位推估及儲量計算的關(guān)鍵.

圖2 K1-Ⅰ號礦體鉆探控制部分的實體模型Fig.2 Solid model drilling control part of the K1-Ⅰorebody

圖3 K1-Ⅰ號礦體坑探工程控制部分的礦體界線Fig.3 Boundary of the K1-Ⅰorebody in the control part of pit exploration project

圖4 K1-Ⅰ號礦體坑探控制部分的實體模型Fig.4 Solid model of pit exploration control part of the K1-Ⅰorebody

3.2.1 塊體尺寸確定及屬性賦值 確定塊體模型尺寸很重要，一般來講，尺寸越小，對礦體邊界的擬合程度越精確，但如果過于小對資源儲量估值幫助不大，而且占用內(nèi)存太大，會造成系統(tǒng)運算緩慢. 因此塊體尺寸生成后，需要將塊體尺寸體積之和與整個礦體（實體）體積之和進(jìn)行對比，以調(diào)整塊體尺寸至合適.

礦區(qū)K1-Ⅰ號礦體勘查類型確定為Ⅱ類型，控制的工程間選取為80 m×80 m，坑道段高20～40 m，勘探線方位按321°方向布置，淺部坑道探求（331）資源量，深部按照80 m×80 m 間距布置鉆孔探求（332）資源量，160 m×160 m間距布置鉆孔探求（333）資源量. 根據(jù)礦區(qū)的具體情況，經(jīng)過綜合考慮，確定礦床塊體尺寸在X、Y、Z三個方向上采用10 m×10 m×0.6 m，礦體體積差為0.90%，對資源儲量影響不大. 塊體模型建立后新建塊體屬性：礦巖類型、勘探線號、儲量級別、塊段號、體重等，礦巖類型、儲量級別、塊段號應(yīng)選擇“字符”型，體重、Au應(yīng)選擇“浮點數(shù)”型.

3.2.2 特高品位處理 根據(jù)《固體礦產(chǎn)勘查工作規(guī)范》（GB/T 33444—2016），特高品位一般取礦體平均品位（包括特高品位在內(nèi)）的6～8倍. 當(dāng)?shù)V體的有用組分變化不均勻時采用上限值（8倍），有用組分變化均勻時采用下限值（6倍）. 處理時其影響范圍不宜過大，以用特高品位所在工程所影響塊段的平均品位或工程（當(dāng)單工程礦體厚度礦體厚度大時）平均品位代替為宜. 龍王廟金礦區(qū)K1-Ⅰ號礦體共有5個特高金品位，3DMine軟件采用的是“單工程平均法去特高品位”，處理的是單工程的特高品位，不能以塊段為單元來處理特高品位，也不能以單獨某些特定的樣品來處理特高品位. 為利于資源儲量數(shù)據(jù)對比，本次特高品位處理沿用地質(zhì)報告報告中的處理方法，特高品位處理情況見表1 .

表1 K1-Ⅰ號礦體特高品位處理情況表Tab.1 Extra-high grade treatment table of the K1-Ⅰorebody

3.2.3 組合樣品點 樣品組合是將空間不等長的樣品長度和品位量化到一些離散點上. 根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理，為確保得到參數(shù)的無偏估計量，所有的樣品數(shù)據(jù)應(yīng)落在相同的承載上，即同一類參數(shù)的地質(zhì)樣品段的長度應(yīng)該一致［13-17］. 龍王廟金礦屬構(gòu)造蝕變巖型礦床，礦體厚度較小，平均厚度為2.46 m，單樣見礦情況較多，因此采用“樣品組合到中間”進(jìn)行樣品組合，組合時圈礦品位指標(biāo)為Au≥1.0×10-6，特高品位采用處理后的樣品進(jìn)行組合. 組合后將礦體外部、未參與礦體圈連的樣品點剔除，然后將組合后的樣品點存儲備用.

3.2.4 塊體模型估值 本次工作選用對金屬礦塊體模型常用的估值方法即距離冪次反比法對塊體模型品位插值. 經(jīng)多次試驗搜索橢球體參數(shù)，全部成功估值計79 371 個塊體，估值參數(shù)設(shè)置見表2.

品位插值后可以以不同的顏色來表現(xiàn)不同的品位變化及其分布，并且可以對每一個塊體單元的空間位置、品位、礦石量、金屬量等信息進(jìn)行查詢、提取等操作.

表2 品位估值參數(shù)表Tab.2 The parameters of grade evaluation

4 儲量計算及對比

根據(jù)塊體模型中塊體單元的大小很容易得到其體積，又由礦石體重可得到塊體單元的礦石量，利用插值后的Au品位，可以求得Au的金屬量.

任意一個塊體模型的Au金屬量計算公式［18］為：

式中：QAu為礦體金屬量；Vi為第i個塊體單元體積；Ci為第i個塊體單元Au平均品位；ρ 為礦石體重.

運用3DMine軟件對龍王廟金礦區(qū)K1-Ⅰ號礦體進(jìn)行資源儲量計算，共計算礦石量169.47萬t，Au平均品位4.32×10-6，Au金屬量7 396.69 kg.

計算結(jié)果與地質(zhì)報告提交的資源儲量對比見表3. 可知，在3DMine軟件中使用距離冪次反比法估算的Au 礦石量和資源儲量與傳統(tǒng)的塊段法估算的礦石量、資源儲量（地質(zhì)報告提交）對比相差控制在誤差范圍（+5%）內(nèi). 從對比結(jié)果來看，利用3DMine礦業(yè)軟件估算資源量和傳統(tǒng)塊段法估算資源量，結(jié)果變化很小，因此可認(rèn)為采用3DMine軟件構(gòu)建礦區(qū)三維地質(zhì)模型并進(jìn)行資源儲量估算是可行且可靠的.

表3 龍王廟金礦區(qū)K1-Ⅰ號礦體資源儲量估算結(jié)果對比表Tab.3 The resource reserves estimation comparison result of K1-Ⅰorebody in Longwangmiao gold mining area

5 結(jié)論

一個礦床的勘查需要經(jīng)歷“預(yù)查—普查—詳查—勘探”的漫長過程，時間跨度大. 三維軟件可利用數(shù)據(jù)庫的方式，將各勘查階段所形成的地質(zhì)資料完整記錄下來并為后期查詢及重復(fù)利用提供可能. 三維軟件按照空間的真實坐標(biāo)進(jìn)行疊加和分布，對礦體的空間關(guān)系有更加全面的認(rèn)識. 通過3DMine礦業(yè)軟件，以地質(zhì)信息、測試分析數(shù)據(jù)為構(gòu)建礦體模型的源數(shù)據(jù)，建立了礦區(qū)三維礦體模型，應(yīng)用效果明顯.

1）通過整理礦區(qū)的鉆探、坑探、槽探、勘探線、測量數(shù)據(jù)、測試分析數(shù)據(jù)等資料，建立龍王廟金礦區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了傳統(tǒng)資料的數(shù)字化存儲和數(shù)據(jù)的一體化管理.

2）基于3DMine礦業(yè)軟件，建立礦區(qū)三維礦體模型，不僅可以從空間直觀得到礦體的規(guī)模和變化趨勢，從而分析礦體的空間展布規(guī)律；也可以對剖面解譯礦體界線進(jìn)行修正，通過特殊信息判斷新礦帶的可能；還可以隨著對礦體不同階段的揭露信息而改變礦體模型，即實現(xiàn)礦體的不斷更新.

3）基于礦體模型選取距離冪次反比法建立了塊體模型，實現(xiàn)了礦產(chǎn)資源儲量快速計算，經(jīng)對比計算結(jié)果，誤差在控制范圍內(nèi)，說明3DMine三維礦業(yè)軟件運用距離冪次反比法估值優(yōu)勢明顯，資源儲量計算快速靈活，可大大提高工作效率.