普文周，楊松華

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某錳礦礦體規(guī)模達大型，礦體呈似層狀產出。在設計過程中，為了對礦床有更深的認識，提高設計質量，提高設計效率，故采用了3Dmine地質軟件，采用網格估值的方法圈連了礦體，建立了塊體模型對該礦床錳礦體的資源量進行了估算。

1 地質概況

礦區(qū)地處云貴高原貴州東北邊緣武陵山脈主峰梵凈山東北部山麓處，屬中低山地形，構造侵蝕地貌，切割較深，起伏較大，山脈多呈北北東向展布。礦區(qū)大地構造位置一級分區(qū)屬Ⅳ羌塘-揚子-華南板塊，二級分區(qū)屬Ⅳ-4揚子陸塊，三級分區(qū)屬Ⅳ-4-2江南復合造山帶，四級分區(qū)屬Ⅳ-4-2-3黔南坳陷區(qū)，五級分區(qū)屬Ⅳ-4-2-3(2)銅仁復式褶皺變形區(qū)。

礦區(qū)地層主要有：青白口系下江時期紅子溪組、清水江組，南華系富祿組兩界河段、大塘坡組、南沱組，震旦系陡山沱組、跨震旦系和寒武系紐芬蘭統(tǒng)老堡組，寒武系九門沖組、變馬沖組、杷榔組、清虛洞組、高臺組、石冷水組、婁山關組以及第四系等。

共11個鉆孔控制了連續(xù)成片的礦體。工程控制距離近南北長約1 360 m，近東西寬約1 155 m，平面上大致呈不等長的五邊形，礦體隱伏埋藏于地表以下約1 300 m左右，錳礦石自然類型基本確定為原生碳酸錳礦石。展布連續(xù)性好，連續(xù)展布面積大于1.0 km2，礦體規(guī)模達大型。礦體呈似層狀產出于大塘坡組一段黑色炭質泥巖中，有分枝復合，但是分枝復合少，間有夾石，夾石巖性與礦體巖性相近。礦體厚度變化小，平均厚度為5.05 m。礦體呈單斜產出，產狀穩(wěn)定，與圍巖基本一致，傾向約75°，傾角較緩，一般為10°～15°，未被較大斷層分割，局部可能存在小斷層切割礦體，但對礦體的穩(wěn)定程度無明顯影響。構造復雜程度簡單，未見明顯褶皺，礦化連續(xù)，品位分布均勻，總體為北東方向，向北西以及南東均有逐漸降低的趨勢。

2 三維地質建模

2.1 地質數(shù)據(jù)庫建立

(1)原始地質數(shù)據(jù)的錄入要求及格式

某錳礦探礦工程主要為鉆孔，建立數(shù)據(jù)庫前需對各鉆孔數(shù)據(jù)進行收集整理，并用Microsoft Excel表格錄入數(shù)據(jù)，根據(jù)錄入格式的要求及礦床的化驗研究工作需建立3個Excel表格，分別為測斜表、定位表及化驗分析表。其中化驗分析表為非強制性表格，而測斜表及定位表為3DMine軟件的強制性表格，必須按3DMine軟件的標準進行錄入，測斜表、定位表是用于定位鉆孔在三維上的空間軌跡，化驗分析表的相關數(shù)據(jù)根據(jù)空間軌跡在軌跡線上對應的取樣位置顯示。

(2)地質數(shù)據(jù)文本文件的生成

對上一步鉆孔數(shù)據(jù)收集整理后，還需對數(shù)據(jù)在Excel上錄入及錄入后的檢查，最后分別形成測斜表(強制性表格)、定位表(強制性表格)及化驗分析表3個文件。

測斜表、定位表及化驗分析表錄入并檢查無誤后，即可在3DMine軟件中建立地質數(shù)據(jù)庫。主要建立步驟如下(依據(jù)3DMine軟件菜單欄)：①鉆孔→鉆孔數(shù)據(jù)庫→新建數(shù)據(jù)庫；②添加表；③導入Excel。

(3)建立數(shù)據(jù)庫及導入數(shù)據(jù)文件

3DMine有許多數(shù)據(jù)接口，可以導入各種數(shù)據(jù)格式，該次地質數(shù)據(jù)庫導入數(shù)據(jù)為Excel電子表格。將上述錄好的3個Excel文件導入3DMine后，每個表格通過表格數(shù)據(jù)中的“工程號”建立聯(lián)系，然后在3DMine軟件中形成最終的數(shù)據(jù)庫。

建立數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件的導入順序為：新建數(shù)據(jù)庫→添加表格→導入Excel數(shù)據(jù)→顯示鉆孔→顯示風格設置。

(4)地質數(shù)據(jù)的驗證

對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行驗證的主要目的是為了檢查數(shù)據(jù)的正確性，由于鉆孔數(shù)據(jù)較多，錄入過程中難免會出現(xiàn)錯誤，所以需對數(shù)據(jù)進行校核及修改，進而使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在三維空間中能真實反應，為礦山設計及今后開采提供依據(jù)，這也是建立地質數(shù)據(jù)庫的初衷。驗證及修改的方法為：①對錄入數(shù)據(jù)的驗證；②根據(jù)剖面圖對數(shù)據(jù)庫進行驗證；③根據(jù)平面圖對數(shù)據(jù)庫進行驗證；④部分數(shù)據(jù)的特殊處理。

某錳礦地質數(shù)據(jù)庫共錄入鉆孔數(shù)據(jù)18個。地質數(shù)據(jù)庫探礦工程平面相對位置關系見圖1，探礦工程軌跡的三維空間關系見圖2。

圖1 地質數(shù)據(jù)庫探礦工程平面相對位置關系圖Fig.1 Plane locations of prospection in the geological database

圖2 探礦工程軌跡的三維空間關系圖Fig.2 3D prospection trajectories

2.2 三維地質實體模型建模

在建立三維地質模型中，以建立實體模型為核心，通過實體模型的建立，可以從三維空間上對礦體的形態(tài)及分布規(guī)律進行展示及研究。

地質實體模型分為表面模型及實體模型。表面模型是一個表面實體，是一個不封閉的面，如斷層、地層、地表等均屬于表面模型，某錳礦本次表面模型的建立僅為地表模型。實體模型是一個封閉的實體，如巖石、巖體、或者礦石等均屬于實體模型。

2.2.1 地表模型

地表模型的建立是至關重要的，它是一個完整的三維模型必不可少的組成部分，它的建立可以使我們從宏觀上對整個礦區(qū)的地形情況及周邊的地形情況有著直觀的認識。而且，在設計過程中，地表模型的建立對井口位置、排土場及選廠的位置選擇都具有指導性作用。地表模型還可以作為約束條件，對圈礦時誤將礦體伸出地表的部分用地表模型作為約束將其裁掉，地表模型建立的準確性還將影響礦體露頭位置的準確定位及品位估值、資源儲量估算、露天境界優(yōu)化和工程量計算的精度。因此，為了達到以上要求，地形范圍必須覆蓋整個工程范圍，同時地表模型必須滿足精度要求。

為滿足以上要求，本次建模利用地質報告中的地形地質圖對等高線進行賦值后形成地形模型，見圖3。

圖3 某錳礦地表模型圖Fig.3 Surface model of a manganese mine

2.2.2 礦體實體模型

礦體實體模型的建立是三維地質模型的核心工作，建立好礦體實體模型后，我們可以做很多工作，比如在任意方向上直接切割剖面，任意標高上直接生成平面，進行體積計算、觀察各礦體的賦存關系，在今后塊體模型建立后，還可以用礦體實體模型作為約束條件對礦體進行賦值，可作為品位估值邊界、報量約束等。

某錳礦礦體實體模型的建立要求是如實反映礦體的空間形體、位置等，還要求其通過實體驗證，從而能作為今后塊體模型的約束條件。

具體建模過程如下：

(1)在確認數(shù)據(jù)庫準確無誤后，將各鉆孔信息(包括鉆孔軌跡，樣品信息)顯示在三維視圖中，建立一系列勘探線剖面。針對個別鉆孔偏離勘探線較遠的情況，需單獨加密剖面進行礦體解譯。

(2)從各個剖面鉆孔上根據(jù)圈礦指標提取礦體的頂?shù)装妩c，并分別保存。

(3)根據(jù)提取的礦體的頂?shù)装妩c，利用網格估值的功能，對礦體頂?shù)装宓纳Ⅻc按照相應的插值方法進行估值內差點，分別生成礦體頂?shù)装迕妗?/p>

(4)利用閉合線之間連接三角網的功能對礦體頂?shù)装迕孢吔邕M行連接，并與之前礦體頂?shù)装迕婧喜⒊蔀橐粋€實體，此模型即為我們想要得到的礦體模型，見圖4、圖5。

圖4 某錳礦礦體實體模型圖Fig.4 Solid model of a manganese ore body

圖5 某錳礦地表及礦體模型圖Fig.5 Surface and orebody models of a manganese mine

2.3 塊體模型

塊體模型的建立是儲量估算的基礎，建立好塊體模型后，可通過自定義的約束對任意空間范圍內的礦體資源量進行報告、統(tǒng)計等，也可在任意方向上直接切割剖面，任意標高上直接生成平面，對相關剖面、平面上品位的分布情況研究奠定了基礎。

某錳礦塊體模型建立順序順序為：新建塊體模型→輸入相關塊體尺寸信息，次級模塊大小→新建塊體屬性→塊體屬性賦值→品位估值→塊體報告。

(1)塊體尺寸選取

塊體尺寸不宜過大也不宜過小。某錳礦塊體尺寸的選取依據(jù)勘探線間距、礦體形態(tài)、采礦方法、開采段高等綜合考慮。

該次塊體模型建立尺寸最終確定為標準塊大?。篨=10.000，Y=10.000，Z=2.000；次級塊體大?。篨=2.500，Y=2.500，Z=0.500。

(2)塊體屬性設置

結合該礦床的具體情況，塊體模型屬性字段，見表1。

表1 塊體模型屬性字段表Tab.1 Properties and the block model

(3)屬性賦值

礦巖類型：將礦體實體模型內部的塊賦值為礦體；體重：礦體的體重采用直接賦值；資源類別：根據(jù)詳查報告資源量估算圖的各類邊界進行賦值。

(4)品位估值

樣品組合：對礦體工程樣品按照0.6 m樣長進行組合；

估值方法：采用距離冪次反比法對主礦體進行估值。

塊體模型詳見圖6。

圖6 某錳礦塊體模型圖Fig.6 Block model of a manganese mine

3 估算結果與地質報告提交資源量對比

(1)對比結果

經對比，3DMine模型報告礦石量比地質報告多4.5 %，模型報告Mn品位比地質報告低0.46 %。

(2)誤差分析

設計采礦方法采用綜采工藝及連采工藝，開采過程中夾石無法剔除。為貼合生產實際，提高設計精度，在建模過程中未將夾石剔除，故導致模型報告礦石量偏大，而品位相對偏低。

4 結 語

伴隨著科技的發(fā)展，地質三維軟件在礦山勘察設計行業(yè)中的運用也越來越普遍，但是在利用三維軟件建立礦體實體時，不同產狀的礦體實體建模往往有不同的方法。散點數(shù)量不多時，生成的DTM面比較突兀，利用網格估值就可以對散點按照一定的插值方法進行估值內插點，利用這些點生成DTM表面模型就比較圓滑了。文中某錳礦以層狀產出，利用3DMine軟件中的網格估值功能建立實體模型，估值后資源量與地質報告相比，誤差范圍極小，為后人在實體模型的建立中提供新的思路。