MICROMINE软件在山东蟠龙山石灰岩矿三维矿体建模及资源量估算中的应用

2020-12-29陈军元刘建龙

中国非金属矿工业导刊 2020年6期

付洋，陈军元，刘建龙

(1.中国建筑材料工业地质勘查中心，北京 100035；2.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东济南 250100)

以习近平同志为核心的党中央高度重视生态文明建设，提出“绿水青山就是金山银山”。2015年4月，中共中央、国务院发布《关于加快推进生态文明建设的意见》，明确提出“坚持绿水青山就是金山银山，深入持久地推进生态文明建设”。2018年10月，自然资源部发布DZ/T 0318-2018《水泥灰岩绿色矿山建设规范》，明确提出要建设数字化矿山，建立数字化资源储量模型与经济模型，进行矿产资源储量动态管理和经济评价，实现地质矿产资源储量利用的精准化管理[1]。采矿业向资源数字化、设备智能化、操作自动化的发展趋势，对资源地质工作提出了新的要求，在建材非金属矿山推广三维矿体建模技术具有重要意义[2-8]。本文以山东泰安蟠龙山石灰岩矿为例，探讨应用三维矿体建模方法进行资源储量估算的可靠性。

1 块段法资源量估算情况

1.1 矿体地质特征

蟠龙山石灰岩矿床为海相沉积型水泥用灰岩，矿体赋存于寒武纪张夏组地层内，岩性为结晶灰岩、鲕粒灰岩和豹皮灰岩。蟠龙山矿床共划分一个矿层，编号为KC01，矿层与地层产状一致，岩层总体走向22°，倾向292°，倾角3～8°，矿区为一单斜构造，矿区内发育4条断层，其中F1、F2两条断层对矿层完整性有一定的破坏作用。矿层最高标高351.20m，最低标高120m，相对高差231.20m。南北长1 777.74m，东西宽1 455.20m。矿层最大厚度163.38m，矿层最小厚度71.40m，矿层平均厚度132.82m，厚度变化系数为26.83%。矿石的结构主要类型为鲕状结构、泥晶结构、微晶结构等。矿石的构造主要有厚层状构造、豹皮状构造两种类型，组成矿石的矿物成分主要为方解石，其次为白云石、菱铁矿等，矿石质量体积2.68t/m3[9]。

1.2 矿层圈定的原则

根据一般工业指标，结合本矿区的实际情况，矿层及夹层的圈定原则和方法如下：用CaO、MgO、K2O+Na2O的基本分析结果进行单样圈矿，凡单样符合CaO≥48%、MgO≤3%且K2O+Na2O≤0.6%者圈入I级品品级层，凡单样符合CaO≥45%、MgO≤3.5%且K2O+Na2O≤0.8%者则圈入II级品品级层。

1.3 资源量类型确定

根据GB/T17766-1999《固体矿产资源/储量分类》，本项目通过概略经济研究，进行了相应的投资机会评价，所估算的资源量具有内蕴经济意义。根据DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》，以400m×400m间距控制的矿层，列为控制的资源量(332)。控制的资源量(332)沿走向或倾向外推矿层的资源量，均列为推断的资源量(333)。KC01共划分为9个块段，其中资源量(332)块段2个，资源量(333)块段7个。

1.4 资源量估算结果

全矿区共估算资源量(332+333)共计45 134.7万t(矿石平均品位CaO 50.67%、MgO 1.88%、K2O+Na2O 0.31%)，其中：(332)资源量为3 495.8万t，占总资源量的7.75%，矿石平均品位CaO 50.20%、MgO 1.94%、K2O+Na2O 0.36%；(333)资源量为41 638.9万t，占总资源量的92.25%，矿石平均品位CaO 50.66%、MgO 1.90%、K2O+Na2O 0.31%。

2 三维矿体建模

随着我国矿山企业现代化的发展，自20世纪90年代以来，国际矿业界知名度较高的矿业软件如澳大利亚的WHITTLES、MAPTEC公司的VULCAN，美国MINTEC公司的MINESIGHT，英国MICL公司的DATAMINE、法国达索公司的SURPAC纷纷在我国进行推广和应用，原国土资源部储量司也先后发文认定DATAMINE、MINESIGHT、MICROMINE、SURPAC、SD、3DMine、DIMINE等软件可以用于我国固体矿产资源储量的估算与评价，现阶段在我国矿山企业应用较多的矿业软件有MINESIGHT、DATAMINE、3DMINE、DIMINE、SURPAC、MICROMINE和VULCAN七款三维矿业软件[12-17]。本文采用MICROMINE软件对山东蟠龙山石灰岩矿进行三维矿体建模及资源量估算。

2.1 建立矿体实体模型

矿体地质数据库是矿体三维建模的基础，由4个基础文件组成，分别为钻孔孔口文件、测斜文件、化验文件、岩性文件数据，数据导入软件并通过校验后，建立蟠龙山KC01矿体地质数据库，该数据库共收集和使用钻孔数据2个，探槽数据7个，化验数据456个，地表DTM测点数据。

剖面矿体解译的客观性及准确性是进行资源模型估值的关键[18]。解译矿体的具体步骤为：在勘探线剖面上显示钻孔轨迹，按照圈矿工业指标进行品位组合，从而较准确的圈定出矿体解译线[19]。经勘探线剖面地质解译后，充分考虑F1、F2两条断层对矿层完整性的破坏作用，绘制矿体地质解译线及三维工程分布图(图1)，将勘探线剖面上矿体解译轮廓线连成实体，形成矿体三维实体模型，实体模型直观地体现了矿体的几何空间形态[20]。

2.2 创建矿块模型

根据矿体形态、规模、产状和空间分布特征，结合石灰岩矿山开发利用方案，确定创建矿块模型的空间范围和基本参数[21]。模型走向为北北东—南南西向，模型长1 720m、宽1 390m、高129m，用线框模型限定创建矿块模型，按照间距12m×12m×12m(各方向次分块2)，共划分113 962个矿块，总体积16 281.97万m3。矿体的三维实体模型无法便捷的读取出矿体内各种有利有害元素的品位分布特征，必须用矿体线框内的各元素测试分析结果，对线框限定创建的矿块模型进行元素品位赋值[20]。

图1 山东泰安蟠龙山矿区联合剖面解译示意图

2.3 矿块估值及资源量分级

MICROMINE三维软件提供了多种估值方法，主要包括距离反比加权法、普通克里格法、封闭多边形线框法等[22]。根据矿体内原始样品统计信息，结合样品原始数据的分布规律及工程对矿体的控制程度，可以选择不同的估值方法对同一矿体进行估值[23]。由于普通克里格法对勘查工程间距要求较高，本文采用封闭多边形线框法、距离反比加权法对矿块模型进行估值。封闭多边形线框法估算结果见表1。

表1 封闭多边形线框法资源量估算结果表

在利用距离反比加权法对矿块估值前，需建立搜索椭球体。椭球体中心位置为线框模型中心，初始半径按照基本勘探线间距400m确定，设置8个扇区，每个扇区最多6个点，最小3个点，方位角、倾伏(侧伏)角、倾角根据矿体形态和产状而定，方位角因子为1，倾角因子及厚度因子为矿体的倾向长及矿体厚度与矿体走向长度之比值[24]。创建好空块模型及搜索椭球体之后，依据椭球体不同的搜索半径，确定矿块模型品位估值时估算的次数、参与估值的工程数，确定其平均距离，用距离反比加权法对单元块进行品位插值，得到矿体的品位分布三维立体模型(图2)，并可以划分出其地质可靠程度。

为与块段法资源量估算结果相对应，经过反复摸索试验研究，本次估算(332)资源量要求基本工程间距(400m)的0.55倍距离内有2个勘查工程，估算(333)资源量要求推测的工程间距(800m)1.25倍距离内有1个工程(图3)。矿体矿块模型及品位模型建立后，就可以通过软件高效的计算出矿体不同级别、品级的资源量，自动生成矿体资源量结果表(表2)。

图2 山东泰安蟠龙山矿区矿体品位分布模型

图3 山东泰安蟠龙山矿区矿体不同级别资源分布图

表2 距离反比加权方法分类分级资源量估算结果

3 资源量估算结果对比

封闭多边形线框估算方法与块段法资源量估算结果相对比(表3)，总资源量相差174万t，误差0.39%，CaO误差0.22%，MgO误差0.06%，K2O+Na2O误差0.03%。

距离反比加权估算方法与传统块段法资源量估算结果相对比，总资源量相差1 499万t，误差3.43%，CaO误差0.41%，MgO误差0.01%，K2O+Na2O误差0.04%，(332)资源量相差263万t，误差7.53%，CaO误差0.16%，MgO误差0.02%，K2O+Na2O误差0.02%，(333)资源量相差1 236万t，误差2.97%，CaO误差0.41%，MgO误差0.01%，K2O+Na2O误差0.04%。