基于Vulcan的西岭金矿床三维地质模型构建及资源量估算

张琪，陈晓燕，崔美慧，尹剑飞

(山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东 莱州 261400)

0 引言

西岭金矿是胶东地区近年来发现的特大型金矿，深部有着较大的找矿潜力。随着计算机技术的发展，三维软件在地质工作中得到了广泛的应用。Vulcan软件得到全球矿业公司的普遍认可，在国内引进后，取得了较好的应用效果。本文以西岭金矿床为例，利用Vulcan软件建立了矿区的多个实体模型，并进行了资源量估算。

1 区域地质概况

2 三维地质模型的构建

2.1 Vulcan软件介绍

Vulcan是来自澳洲Maptek公司研发的一款矿山三维地质建模软件。该软件为用户提供了绘图实用程序、实体模型、块模型、数据分析、资源储量计算等功能，能够用于三维地质建模、采矿设计、排产等各个环节。

2.2 地质数据库的建立

地质数据库是三维建模的基础，涉及大量地质资料的搜集。本次研究搜集到的地质资料包括：勘探线剖面图(20条)，钻孔编录资料(132个)。地质资料中的钻孔位置、取样信息、分析数据、岩性等所有信息都可以快速以csv表格的形式导入到Vulcan中，完成地质数据库的建立。

在数据库建立完成后可以使用Vulcan数据校验工具对新建立的数据库进行检验，快速实现钻孔编录数据的逻辑性错误的检查和修正。同时Vulcan提供地表模型和孔口坐标的对比校验，通过生成错误报告可以快速完成数据的检验和修正。

2.3 三维地质模型

本次利用Vulcan软件分别建立了矿区的钻孔模型、岩体模型、断层模型、蚀变带模型、矿体模型5个模型。

2.3.1 钻孔模型

地质数据库建成后，Vulcan可以直观地以不同图例显示在三维空间中，特别是可以利用Vulcan的比例尺圆盘图例显示不同品位的钻孔数据，可以很直观地对矿体在空间产状分布进行查看和分析(图1)，并且可以标注钻孔信息，比如钻孔号、样品品位等。还可以创建剖面视图，在任何剖面上显示和观察钻孔。

图1 矿区钻孔模型

2.3.2 岩体模型

矿区内地层较简单，本次创建了矿区分布最广并与金成矿关系较为密切的序列岩体模型：新太古代五台-阜平期马连庄序列和栖霞序列(原划为胶东岩群)、中生代燕山早期玲珑序列及中生代燕山晚期的郭家岭序列[2](图2)。

1—海域；2—第四系；3—郭家岭序列；4—玲珑序列；5—栖霞序列；6—马连庄序列图2 矿区岩体模型

2.3.3 断层模型

区内为三山岛断裂带的北东段，倾向SE，总体呈舒缓波状，以灰白—灰黑色断层泥为标志的主裂面连续发育，厚0.05～0.5m。

根据每个沿勘探线切割的剖面先进行断层线的连接。综合所有剖面的解译线后，利用Vulcan建模工具中的三角实体功能建立起断层模型。为了能够更准确地反映实际断裂构造，还需对模型进行调整。主要是根据现有的断层走向、倾向、倾角、延伸长度、落差等地质资料查看相邻剖面间是否有较大跳跃或是不合理的连接存在，在参考地质报告的断裂形态描述后，进行多次反复修改，最终得到矿区的断层模型，如图3所示。

图3 矿区断层模型

2.3.4 蚀变带模型

研究区矿化体都蕴藏在蚀变带内，而蚀变带主要受控于断裂带，因此蚀变带的发育空间、形态和产状都与相应的断裂带保持基本一致。蚀变带发育于中生代燕山早期玲珑序列崔召单元与新太古代五台-阜平期马连庄序列栾家寨单元接触带内的二长花岗岩内[3]。建立矿区成矿蚀变带模型有助于清楚掌握蚀变带的规模、形态、延伸展布情况以及和矿体之间的相对空间位置[4]。借此可以推断出蚀变带对于金矿体的控制作用。

矿区蚀变岩分带明显，沿倾向呈带状展布，由上盘至下盘依次为：绢英岩化花岗岩带、断层泥、黄铁绢英岩化碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带、绢英岩化花岗岩带。蚀变带模型建立主要依据钻孔的蚀变信息，参照勘探线剖面图，圈定蚀变带边界线，然后连接成实体。矿区成矿蚀变带三维模型如图4所示。

1—黄铁绢英岩化碎裂岩；2—黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；3—绢英岩化花岗岩图4 矿区蚀变带模型

2.3.5 矿体模型

矿区内主要矿体走向和倾向受三山岛断裂带控制，产状较稳定，连续性好。本次共圈定5个主要矿体，各矿体在空间的分布关系为：走向上平行排列，倾向上为上下盘关系。

矿区实体模型的构建主要是按照勘探线剖面进行地质解译，圈定地质体范围，然后根据走向连接地质体[5-9]。矿体圈定是根据钻孔化验数据中的品位数据，以矿产工业指标为依据，参照地质规律将矿体用边界线圈定出来。最后利用Vulcan建模工具中的三角实体工具，完成矿体实体模型的构建。用同样的方法在剖面上圈出夹石解译线，并创建夹石实体模型，最后用多个模型布尔运算的方法将夹石从矿体中去除，得到矿体的实体模型，如图5所示。

1—Ⅰ号矿体；2—Ⅱ号矿体；3—Ⅲ号矿体；4— Ⅳ号矿体；5—Ⅴ号矿体图5 矿体实体模型

3 资源量估算

3.1 创建块体模型

为了精确估算每个矿体的平均品位，需要把矿体及钻孔分布的空间范围划分成无数个大小相同的长方体块，来进行品位估值，每个块都有代表其空间位置的三维坐标，即创建矿体的矿块模型。块尺寸的确定需要综合考虑矿体的形态、复杂程度和工程控制的网度。本区的基本工程勘探网度为160m×160m，矿体的形态复杂程度为简单，确定矿块尺寸为80m×80m×60m，并采用4×2×1次分块方法，以保证实体模型边界的精确度[10]。同时以地质建模的岩性实体和矿体实体分别做约束，对其内部每个小长方体块赋以矿权范围、矿体编号、Au品位、资源量类别等属性值，可实现由定性找矿到定量找矿的突破[11-14]。

3.2 品位估值

品位估值就是利用地质统计学的方法对块体的品位进行赋值。Vulcan里针对块体模型品位估值提供的方法有距离幂次反比法、普通克里格法、指示克里格法、多重指示克里格法等多种资源/储量估算方法，能满足我国资源/储量估算有关规范的要求，其中最常用的是距离幂次反比法、普通克吕格法。

距离幂次反比法是利用已知邻近值的距离指数幂次成反比的关系来推算网格点的值[15]。距离幂次反比法虽考虑了距离对权系数的影响，但没有考虑矿化的方向。普通克吕格法既考虑了距离，也考虑了样品的形状、大小及相互位置关系对权系数的影响。克吕格法即为地质统计学，是以区域化变量理论为基础，以变异函数为工具，研究在空间分布上既有随机性又有相关性的现象[16]。区域化变量是一种在空间上具有数值的函数，它在空间的每一个点取一个确定的数值(如矿石的品位)，当由一个点移到下一个点时，函数值是变化的。可以利用变异函数来表示区域变化量。不同的区域化变量有着不同的连续性，这种连续性是通过相邻样品之间的变异函数来表示的[17-19]。Vulcan数据分析工具里的变异函数功能可以拟合出与样品组合数据相关的变异函数。

一个矿体选择何种估值方法比较科学、合理，主要取决于矿体内样品品位的分布状态及变异系数。本次用了上述2种方法分别对5个主要矿体进行了估值，估值的搜索形状选择了椭球体，搜索方向的确定，在Vulcan中可以选择交互式的方法，在需要估值的块体中心确定一个原点，然后调整椭球体3个轴的方向，使各椭球体平面形态基本与其插值范围内的矿块形态吻合：长轴方位角与矿体走向的倾伏角度吻合，次轴倾伏角与矿体倾角一致。搜索距离，一般第一次估值主轴方向上是工程间距的1～1.2倍；次轴方向上是同一勘查线相邻工程间距的1～1.2倍；极小轴方向上是矿体的平均厚度；第二次估值是第一次的1.5倍，第三次估值是第二次的2倍。同时为了减小来自高密度取样区内的插值偏差，需要分散簇状样品，限制搜索椭球体每个象限的最小/最大样品点数，使其在搜索椭球估值时能够无偏性的进行。品位估值后，每个块体就有了相应的品位值，Vulcan可以将块体的品位分区间用不同的颜色进行更直观的显示，如图6所示。还可以在任意方向上创建剖面视图对矿体进行查看。

1—品位值<0；2—品位值>0<1；3—品位值>1<4；4—品位值>4<8；5—品位值>8图6 块体模型金品位分布图

Vulcan还可以对估值结果进行交叉验证。交叉验证是对估值后的块体模型和原始钻孔组合数据库以一定方向一定步距进行变量均值、方差的对比验证，是对估值结果优劣的最好检验，也是对不同估值方案优选的方法。以100m的步距在x轴分别对各矿体估值结果进行对比交叉验证，得到对比报告以查看估值结果准确性。

以Ⅰ-1号矿体为例，对比验证结果如下(图7)：图7为矿体Ⅰ-1的品位估值结果在X轴以100m步距进行验证的结果，其中横轴为X坐标，纵轴为验证区间段Au品位均值。DB_AU_CUT为钻孔数据库中处理完特高品位的样品品位值，BM_au_ivd_1为本次距离幂次反比估值结果。可以看到估值结果在空间分布和钻孔数据库真值非常接近，证明估值结果准确可信。

图7 品位估值结果交叉验证对比图

3.3 资源量估算结果

对块体模型进行品位估值后，Vulcan软件可以直接计算矿体的资源量。还可根据实际工作需求，选择报告不同的变量，例如可以分矿体、按资源量级别、按估值方法、按边界品位、分中段分别进行报告矿体品位、体积、矿石量等。用距离幂次反比法和普通克吕格法2种品位估值方法分别计算资源量，并与传统的地质块段法的计算结果进行对比，对比结果见表1。

表1 资源量估算结果对比

从表1中可以看出，用2种估算方法算出的平均品位、矿石量、金属量结果偏差率都不大，说明利用Vulcan对矿体的资源量估算结果是准确可靠的。另外普通克吕格法的估算结果相比距离幂次反比法的偏差较小，估算结果可靠程度更高。

4 结论

(1)本文在综合研究了西岭金矿区地质资料的基础上，利用Vulcan软件建立了西岭矿区的钻孔数据库，并建立了矿区的矿体、岩体、断层、蚀变带模型及块体模型。Vulcan软件的三维功能强大，能够更直观地显示矿区的地质真实情况，并可以便捷、精确地读取矿体的各个变量的值，更直观地显示矿体不同部位的品位趋势，为矿区进一步的勘查工作提供指导。

(2)Vulcan软件的矿体资源量估算功能强大。本次利用普通克吕格法和距离幂次反比法分别对西岭矿区5个主要矿体进行了品位估值和资源量估算，并与传统的地质块段法的计算结果进行了对比，对比结果显示估算结果是准确可靠的。普通克吕格法由于利用了变异函数对每一个组合样品的实际空间位置进行拟合，计算结果的偏差较小，估算结果可靠程度更高。