基于网格法的矿床地质模型构建及其应用研究

王小平

(新疆西拓矿业有限公司，新疆 哈密 839000)

1 前言

在矿业工程领域，矿床的三维空间几何形态、元素品位属性空间分布情况是矿山投资决策、开采设计、方案优化、品位控制和生产计划编制等的先决条件[1～2]。传统的地质图和剖面图由于维数的限制，缺少一维的信息，造成对矿床状况的误判。随着计算机软硬件技术的发展和各种三维仿真软件的开发，以及地质学研究的深入和矿山技术的日趋成熟，越来越多的地质建模软件应用于矿业工程领域[3～6]，如原澳大利亚的SURPAC软件、英国的DATAMINE软件、长沙迪迈科技的DIMINE软件、北京三地曼的3Dmine软件等。三维可视化地质模型是对地质资料的集成和二次开发，具有准确、直观、动态、生动的特点，弥补了传统二维图形的不足。

为了给新疆黄土坡铜锌矿的矿山设计与矿山开采提供可靠的依据，在收集矿山地质、测量、采矿等相关资料基础上，利用DIMINE软件的网格建模法建立矿床三维模型。

2 建模方法的选择

近些年，国内外均在三维地质建模领域开展了大量研究工作, 提出了多种三维地质建模方法[7～9]。从建模使用的数据源来看，可分为基于剖面的建模方法、基于探矿工程数据的建模方法等。目前矿山地质建模主要采用剖面法，但该方法存在只单一的选取剖面或平面进行地质体模型构建的问题，这就造成了模型构建完成后原剖面图与原平面图之间的交界处的建模结果与解译结果由于缺少控制而存在较大差异，使得模型无法精准地反映地质体的真实赋存情况；而网格法则同时利用平面和剖面地质体轮廓线来构建地质体模型，通过综合平、剖面数据约束来描述地质体形态，确保在平、剖面需要控制的交界处的建模结果与解译结果完全一致，从而可较为精确描述地质体空间形态，完善地质建模工作。

2.1 剖面法

剖面法是三维地质建模最常用的方法，首先建立剖面间轮廓线的对应关系，再用三角面片连接这些轮廓线，最后通过封闭两端剖面构建地质体线框模型或实体模型[10]，见图1。作为一种较常用的线框或实体模型建模方法，剖面法在实际中可通过指定特征点的对应关系、增加辅助剖面及确定合理的外推方式(平推、线尖灭或点尖灭)和外推距离等做法使建立的线框或实体模型更符合地质解译者的预期。

图1 剖面法地质建模流程示意图

这种方法在实际应用中有一定的局限性，主要在于此方法只选取了剖面或平面进行地质体模型的构建。而与之对应的平、剖面矿岩信息无法融入到地质体模型中，同时单一的使用剖面或平面进行建模，往往会因为由勘探线剖面制作生成平面图的过程中存在问题，导致在平、剖面之间需要控制的交界处建模结果与解译结果存在差异，因此建立的模型难以准确地反映地质体的真实赋存情况。

2.2 网格法

针对于剖面法建模的不足，网格法则有效利用平面和剖面地质体轮廓线来构建地质体模型，可同时通过平、剖面数据约束描述地质体形态。同时，网格法建模很好地弥补了剖面法在平、剖面需要控制的交界处的建模缺陷，确保在该位置的建模结果与解译结果完全一致，使得模型可精确描述地质体空间形态。

网格法建模的思路是：利用平剖面数据，基于“分而自治”思路，将复杂整体建模区域划为众多单个单元格分别建模，待每个单元格完成之后将所有模型拼接起来形成最终的建模区域内的整体模型[11]。网格法的建模分如下3个步骤。

(1) 平剖面对应关系处理。平剖面数据的一致性指的是平剖面在交叉位置处：①信息一致 ；②位置一致。但在实际中，由于人为或制图精度等原因造成图件往往存在一定偏差，很难保证一致性。为保证网风格法建模的准确、完整，需要在建模前对平剖面信息进行处理，确保建模一致。西拓矿体平剖面对应性见图2。

图2 西拓矿体平剖面对应图

(2)单元网格内地质模型构建。两个相邻的剖面或两个相邻的平面矿体轮廓线即可构建一个单元网格。单元网格的构建是地质体模型构建的核心，单元网格模型构建完后合并即为整体模型，如图3。

图3 单元网格建模

(3)模型检验。将矿体模型合并，并进行实体模型检验，最终构建成符合地质规律的矿体模型。

为充分利用平剖面地质信息，使建立的矿体模型更符合实际赋存情况，推荐采用网格法进行矿体模型构建。

3 工程实例

新疆黄土坡铜锌矿地处哈密城区西南260°方向约160km处，行政区划隶属哈密市五堡乡管辖，自2010年3月起开展开采方案设计及基建工作。

3.1 技术路线

通过导入地质平剖面图，然后对勘探线剖面图与分段平面图结合修改，确保平剖面图矿界的对应性；提取修改后的矿界，利用网格建模法建立矿体模型，见图4。

图4 建模技术路线

根据图件特点，在平剖面对应修改时260m标高(含)以上采用平面修改剖面，以下则采用剖面修改平面。

3.2 矿体模型构建

主要包括平剖面图导入，矿体轮廓线提取修改及模型构建。

(1)平剖面图导入。将矿山的分段平面图(范围为160～360m，共20张)，按对应高程导入到DIMINE软件，见图5。

图5 地质平面图三维化

将矿山的勘探线剖面图(范围为19 675～20 100线，共17张)，进路剖面图(共43张)，在DIMINE中完成剖面图三维数字化，见图6。

图6 剖面图三维化

(2)平剖面图修改。在平剖面图件导入后，对图件中的矿体轮廓线进行提取与校正。

由于分段平面图矿体界限是根据已经完成的采准工程揭露出的矿岩边界信息圈定的，而剖面图则是根据地质平面图与坑内钻揭露的矿岩信息修改的，项目实施中发现存在部分区域平剖面边界对应不上的问题，这样就需要对平面或剖面进行修改，便于后续矿体模型的建立。

在三维环境下，利用DIMINE软件进行平剖面间的矿岩轮廓线对应关系处理，包括平、剖面交叉位置矿岩界线提取；利用提取出的矿岩界线进行平、剖面的矿岩轮廓线修改和校正。

(3)模型构建。利用校正后平剖面图，采用“网格建模法”完成矿体模型的建立，所建模型如图7所示。

图7 矿体模型

4 结论

(1)对于剖面法建模与网格法建模方法的优缺点，剖面法存在只选取剖面或平面进行地质体模型构建的局限性，而网格法建模能有效地克服剖面法存在的局限性，精确描述地质体空间形态，完成地质建模工作。

(2)网格法建模是基于“分而自治”思路，将复杂整体建模区域划为单个单元格内的建模，待每个单元格完成之后将所有模型拼接起来形成最终的建模区域内的整体模型。

(3)将DIMINE软件的网格法建模应用于新疆黄土坡铜锌矿，结果表明，模型能准确地反映地质体的真实赋存情况。