河南省龍王廟金礦區(qū)三維地質(zhì)模型構(gòu)建及儲(chǔ)量計(jì)算研究

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)中的一個(gè)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(jiàn)的三維地質(zhì)建模多是以三維地質(zhì)軟件為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以說(shuō)三維地質(zhì)建模的發(fā)展過(guò)程就是三維地質(zhì)軟件的發(fā)展過(guò)程. 實(shí)際工作中，三維礦業(yè)軟件的作用主要是通過(guò)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(shí)現(xiàn)礦山技術(shù)工作的計(jì)算機(jī)化和流程化［1-4］. 國(guó)際三維礦業(yè)軟件起步于20世紀(jì)70年代，西方采礦大國(guó)相繼推出了用于地質(zhì)資料處理、礦床建模、采礦設(shè)計(jì)、測(cè)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(guó)內(nèi)在三維領(lǐng)域的發(fā)展也勢(shì)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(kāi)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(kāi)發(fā)研制出3DMine礦業(yè)工程軟件、2008年長(zhǎng)沙迪邁信息科技有限公司開(kāi)始推廣應(yīng)用DMine軟件［5-7］. 3DMine礦業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)研制也形成了自己的特定功能，該軟件是在完善國(guó)外同類(lèi)軟件的開(kāi)發(fā)思路和功能模塊的基礎(chǔ)之上研發(fā)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)地勘單位技術(shù)人員的工作需要，為國(guó)內(nèi)用戶(hù)量身打造的本土化的三維礦業(yè)軟件，具有完全自主知識(shí)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(kù)及三維地質(zhì)模型，并對(duì)主要礦體K1-Ⅰ號(hào)礦體的主礦產(chǎn)Au進(jìn)行資源儲(chǔ)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(jí)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(chǔ)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(gè)別地段呈密集出現(xiàn)和有礦化蝕變現(xiàn)象；該組構(gòu)造線(xiàn)被東西向、北北東向斷裂切穿. 北西向斷裂組規(guī)模不大，個(gè)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(cuò)，但與成礦無(wú)關(guān)系，也無(wú)破壞現(xiàn)象.

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，出露的巖漿巖有：花崗斑巖、輝綠巖、輝長(zhǎng)巖等，呈巖株?duì)睢⒚}狀或巖墻狀產(chǎn)出.

通過(guò)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(méi)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(zhǎng)石化強(qiáng)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(zhǎng)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(jiàn)，見(jiàn)硅化、鉀長(zhǎng)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(zhǎng)石化、方鉛礦化等蝕變，局部可見(jiàn)黃銅礦、孔雀石化等. K4、K5礦化帶為勘探K1礦化帶過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的規(guī)模較小的礦化帶，地表無(wú)露頭.

K1礦（化）帶圈定出K1-Ⅰ、K1-Ⅱ、K1-Ⅲ3個(gè)礦體，K1-Ⅰ號(hào)礦體為主礦體，K1-Ⅱ、K1-Ⅲ號(hào)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(qiáng)烈的鉀長(zhǎng)石化圍巖蝕變，其中石英呈煙灰色時(shí)礦石品位較高. K1-Ⅰ礦體，工程控制長(zhǎng)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(kù)的建立

3DMine軟件充分發(fā)揮了開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)Access、SQL Server、Oracle等常用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)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(kù)格式.

龍王廟金礦區(qū)共施工鉆孔39個(gè)，總進(jìn)尺10 905.98 m，坑道2個(gè)，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(cè)量等資料成為鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源. 在Excel 表格中按格式整理、分類(lèi)錄入以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成定位表、測(cè)斜表、化驗(yàn)表和巖性表，其中定位表和測(cè)斜表體現(xiàn)了鉆孔的空間形態(tài)變化，化驗(yàn)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(kù)菜單下，逐一添加以上4個(gè)表格，通過(guò)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(kù).

通過(guò)調(diào)用鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，可在3DMine軟件中模擬生成空間三維鉆孔（見(jiàn)圖1）.

圖1 龍王廟金礦區(qū)地表模型及鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)體模型構(gòu)建

礦體實(shí)體建模通常有三種方法：①利用礦體邊界線(xiàn)大概確定礦體范圍；②利用勘探線(xiàn)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(lái)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(wèn)題上，3DMine軟件提供了控制線(xiàn)、分區(qū)線(xiàn)等輔助線(xiàn)來(lái)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(shí)情況［12］. 礦體連接完成后，進(jìn)行實(shí)體驗(yàn)證，對(duì)出現(xiàn)自相交、重復(fù)、無(wú)效邊等錯(cuò)誤進(jìn)行修正.

3.1.1 鉆孔控制部分實(shí)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(gè)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(xiàn)之間，由探礦工程PD1303、PD1340和37個(gè)鉆孔控制，控制礦體長(zhǎng)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?yàn)槟媳毕颍矫嫱队懊娣e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(xiàn)剖面圖的線(xiàn)框模型構(gòu)建方法，提取各剖面的礦體界線(xiàn)，對(duì)礦體界線(xiàn)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(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與平面圖對(duì)應(yīng)，校正橫剖面圖到正確的位置，提取出礦體及夾石界線(xiàn)，對(duì)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(shí)體—連接三角網(wǎng)”功能，將相鄰剖面的礦體界線(xiàn)逐一連接成體，形成K1-Ⅰ號(hào)礦體鉆孔控制部分實(shí)體模型（見(jiàn)圖2）.3.1.2 坑道控制部分實(shí)體模型 K1-Ⅰ號(hào)礦體實(shí)施了兩個(gè)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(guò)程中，將每個(gè)采樣點(diǎn)假設(shè)成鉆孔. 根據(jù)坑口坐標(biāo)及編錄資料，推算出每個(gè)采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)，假設(shè)為鉆孔開(kāi)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(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于報(bào)告附表中的“坑道采樣分析表”. 根據(jù)勘探線(xiàn)方位、礦體產(chǎn)狀定位出礦體外推位置，利用“多段線(xiàn)”功能，連接礦體上下界線(xiàn)成閉合線(xiàn)，然后逐一根據(jù)坑道見(jiàn)礦點(diǎn)位置畫(huà)出坑道所有礦體線(xiàn)，最后利用“連接三角網(wǎng)”將所有礦體線(xiàn)連接成實(shí)體，形成K1-Ⅰ號(hào)礦體坑道控制部分實(shí)體模型（見(jiàn)圖3、圖4）.

3.2 塊體模型構(gòu)建

塊體模型，又稱(chēng)品位模型，是礦床品位推估和儲(chǔ)量計(jì)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(kù)，是一個(gè)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(chǎng)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(chǔ)量計(jì)算的關(guān)鍵.

圖2 K1-Ⅰ號(hào)礦體鉆探控制部分的實(shí)體模型Fig.2 Solid model drilling control part of the K1-Ⅰorebody

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

圖4 K1-Ⅰ號(hào)礦體坑探控制部分的實(shí)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(lái)講，尺寸越小，對(duì)礦體邊界的擬合程度越精確，但如果過(guò)于小對(duì)資源儲(chǔ)量估值幫助不大，而且占用內(nèi)存太大，會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)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(gè)礦體（實(shí)體）體積之和進(jìn)行對(duì)比，以調(diào)整塊體尺寸至合適.

礦區(qū)K1-Ⅰ號(hào)礦體勘查類(lèi)型確定為Ⅱ類(lèi)型，控制的工程間選取為80 m×80 m，坑道段高20～40 m，勘探線(xiàn)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(guò)綜合考慮，確定礦床塊體尺寸在X、Y、Z三個(gè)方向上采用10 m×10 m×0.6 m，礦體體積差為0.90%，對(duì)資源儲(chǔ)量影響不大. 塊體模型建立后新建塊體屬性：礦巖類(lèi)型、勘探線(xiàn)號(hào)、儲(chǔ)量級(jí)別、塊段號(hào)、體重等，礦巖類(lèi)型、儲(chǔ)量級(jí)別、塊段號(hào)應(yīng)選擇“字符”型，體重、Au應(yīng)選擇“浮點(diǎn)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(shí)采用上限值（8倍），有用組分變化均勻時(shí)采用下限值（6倍）. 處理時(shí)其影響范圍不宜過(guò)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(shí)）平均品位代替為宜. 龍王廟金礦區(qū)K1-Ⅰ號(hào)礦體共有5個(gè)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(lái)處理特高品位，也不能以單獨(dú)某些特定的樣品來(lái)處理特高品位. 為利于資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)對(duì)比，本次特高品位處理沿用地質(zhì)報(bào)告報(bào)告中的處理方法，特高品位處理情況見(jiàn)表1 .

表1 K1-Ⅰ號(hào)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(diǎn) 樣品組合是將空間不等長(zhǎng)的樣品長(zhǎng)度和品位量化到一些離散點(diǎn)上. 根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，為確保得到參數(shù)的無(wú)偏估計(jì)量，所有的樣品數(shù)據(jù)應(yīng)落在相同的承載上，即同一類(lèi)參數(shù)的地質(zhì)樣品段的長(zhǎng)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(jiàn)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(shí)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(diǎn)剔除，然后將組合后的樣品點(diǎn)存儲(chǔ)備用.

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

品位插值后可以以不同的顏色來(lái)表現(xiàn)不同的品位變化及其分布，并且可以對(duì)每一個(gè)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(xún)、提取等操作.

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

4 儲(chǔ)量計(jì)算及對(duì)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(gè)塊體模型的Au金屬量計(jì)算公式［18］為：

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

運(yùn)用3DMine軟件對(duì)龍王廟金礦區(qū)K1-Ⅰ號(hào)礦體進(jìn)行資源儲(chǔ)量計(jì)算，共計(jì)算礦石量169.47萬(wàn)t，Au平均品位4.32×10-6，Au金屬量7 396.69 kg.

計(jì)算結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告提交的資源儲(chǔ)量對(duì)比見(jiàn)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(chǔ)量與傳統(tǒng)的塊段法估算的礦石量、資源儲(chǔ)量（地質(zhì)報(bào)告提交）對(duì)比相差控制在誤差范圍（+5%）內(nèi). 從對(duì)比結(jié)果來(lái)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(chǔ)量估算是可行且可靠的.

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

5 結(jié)論

一個(gè)礦床的勘查需要經(jīng)歷“預(yù)查—普查—詳查—勘探”的漫長(zhǎng)過(guò)程，時(shí)間跨度大. 三維軟件可利用數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，將各勘查階段所形成的地質(zhì)資料完整記錄下來(lái)并為后期查詢(xún)及重復(fù)利用提供可能. 三維軟件按照空間的真實(shí)坐標(biāo)進(jìn)行疊加和分布，對(duì)礦體的空間關(guān)系有更加全面的認(rèn)識(shí). 通過(guò)3DMine礦業(yè)軟件，以地質(zhì)信息、測(cè)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(guò)整理礦區(qū)的鉆探、坑探、槽探、勘探線(xiàn)、測(cè)量數(shù)據(jù)、測(cè)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(kù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)資料的數(shù)字化存儲(chǔ)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(shì)，從而分析礦體的空間展布規(guī)律；也可以對(duì)剖面解譯礦體界線(xiàn)進(jìn)行修正，通過(guò)特殊信息判斷新礦帶的可能；還可以隨著對(duì)礦體不同階段的揭露信息而改變礦體模型，即實(shí)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(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量快速計(jì)算，經(jīng)對(duì)比計(jì)算結(jié)果，誤差在控制范圍內(nèi)，說(shuō)明3DMine三維礦業(yè)軟件運(yùn)用距離冪次反比法估值優(yōu)勢(shì)明顯，資源儲(chǔ)量計(jì)算快速靈活，可大大提高工作效率.