基于Surpac的黑牛洞铜矿体三维模型构建与储量估算

严利伟，唐高林，余祥龙，杨光源，梁 鲸

基于Surpac的黑牛洞铜矿体三维模型构建与储量估算

严利伟1,2，唐高林1，余祥龙2，杨光源2，梁 鲸2

（1.四川里伍铜业股份有限公司，成都 610091；2.四川金伯利地质勘查有限公司，成都 610091)

江浪穹隆位于扬子地块西缘，以发育“里伍式”富铜矿而著称。黑牛洞铜矿位于江浪穹隆南西翼，为一中型铜锌矿床。文章介绍了黑牛洞铜矿的地质特征和矿体分布特征，基于矿区补充勘查和生产探矿的钻孔数据建立了地质数据库，利用中段平面建立了两个主矿体的矿体模型。在建立块体模型后，采用距离幂次反比法进行品位赋值。分别应用地质块段法和块体模型进行了矿体的资源储量估算，并将两者结果进行比较分析。利用块体模型显示铜矿化的空间分布，为下一步的找矿工作提供了线索。

地质数据库；矿体模型；资源量估算；Surpac；品位-吨位曲线；黑牛洞铜矿

江浪穹隆位于扬子地块西缘，以发育“里伍式”富铜矿而著称（代堰锫等，2016；毛艺等，2020）。黑牛洞铜矿位于江浪穹隆南西翼，为一中型铜锌矿床，与同在穹隆中的里伍铜矿、中咀铜矿等中小型铜矿共同构成里伍矿田。国内外众多大型矿山均建立了矿体的三维模型，并采用建模软件进行储量计算（阮诗坤，2017；坚润堂等，2015；王亚飞等，2016）。但此类工作在里伍矿田内的铜矿床开展较少，且仅限于采矿方面的辅助性应用。目前黑牛洞铜矿的补充勘查工作和生产探矿工作尚在推进，矿体形态、规模和储量一直处于动态变化当中，因此有必要建立矿体的三维地质模型，分析矿体的矿化分布规律并对储量进行及时更新。

图1 川西大地构造单元及穹隆分布图

（据骆耀南，1990编《四川省西部大地构造分区略图》修编）

1.穹隆；2.半隐伏穹隆；3.逆冲推覆断裂；4.古裂谷边界断裂；5.走滑断层；6.飞来峰；7.花岗岩体；8.三叠纪岛弧钙碱性火山岩；YZB-扬子地台；KD-康滇地轴；FT-前陆逆冲推覆带；MC-主逆冲推覆带；SG-甘孜造山带；YA-义敦岛弧带；AM-若尔盖地块；穹隆：1.摩天岭；2.桥子顶；3.雪隆包；4.雅斯德；5.公差；6.格宗；7.踏卡；8.江浪；9.长枪；10.恰斯；11.三垭；12.田湾；13.瓦厂；14.唐央

Surpac软件是由达索系统公司开发的大型矿山工程软件，已广泛应用于矿山地质勘探、测量、采矿设计等领域。作为一套完整而全面的软件系统，它极大地改进了从测量工程师、采矿工程师、地质工程师在生产管理过程中的信息技术交流。本研究借助Surpac软件建立了黑牛洞铜矿主矿体的三维地质模型，利用距离幂反比法对品位进行估值，再次基础上分析矿化分布规律，预测找矿前景，以期对后续勘探工作的开展和矿山开发提供帮助。

1 矿床地质概况

黑牛洞铜矿区域构造上位于康滇地轴西侧，松潘甘孜造山带东南缘，北东向木里-锦屏弧形推覆构造带北西侧后缘的江浪穹隆内（图1）。矿床产出于穹隆核部的里伍岩群（Pt1）中（图2）（唐高林等，2016）。矿体主要受穹隆南西翼转折端沿面理形成的滑脱、虚脱构造控制（马国桃等，2010）。总体呈层状－似层状展布，走向北西－南东，倾向南西，均为露头藏身的隐伏矿体，规模较大，产状稳定，结构简单，品位较富。通过补充勘查和生产探矿工作，发现5个具工业意义的矿体，自下而上分别为Ⅲ1、I1、I2、I3、Ⅱ4。其中I1和I3矿体规模较大，也是近两年生产探矿工作的重点工作对象。其中I3矿体倾向长约900m，走向长约550m，控制高程3038～3570m。矿体走向300°～320°，倾向南西，倾角变化于30°～40°之间，总体浅部稍缓，矿体整体呈长方形或菱形。Ⅰ1矿体走向300°～330°，上部倾角30°左右，往下逐渐增加为40°左右。矿体走向长度最大400m，倾向最大长度650m，控制高程位于2895～3260m区间。矿体具有明显的向西侧伏的特征，侧伏角55°左右。I1矿体与I3、矿体呈雁行状排列。I1矿体位于I3矿体下方100余米，基本与I3矿体平行，局部与I3矿体叠置。

图2 里伍矿田铜矿床点分布图

1.西康群；2.二叠系乌拉溪组二段；3.二叠系乌拉溪组一段；4.新元古界江浪组；5.新元古界甲坝组；6.古元古界里伍群；7.中型铜锌矿；8.小型铜锌矿；9.断层

2 矿体三维地质模型的构建

2.1 地质数据库的建立

在Surpac软件中，各项地质数据以数据库的格式进行存储，技术人员可根据需要通过字段查询或调用相关数据。建立地质数据库后，可以在三维空间内显示钻孔的轨迹以及样品并读取样品坐标。也可以在二维平面内圈定矿体轮廓并连接生成矿体模型。本次建立的地质数据库包括孔口信息，弯曲度信息以及取样信息三项内容（表1），每项信息做成标准格式的表格文件导入Surpac软件之后综合地质数据库文件。在黑牛洞铜矿基建时发现通过地表钻探确定的矿体位置与矿体实际位置差别较大，推测是因为地表钻深度较大引入较大的测斜误差导致的。因此本次地质数据库的建立并没有使用地表钻数据，而是采用了补充勘查以及生产探矿的坑内钻数据。以一定的格式显示的坑内钻钻孔轨迹如图3所示。由于孔深和弯曲度较小，水平投影效果近似为直线。

图3 坑内钻钻孔轨迹水平投影

2.2 矿体模型的建立

传统的矿体模型的建立分为两个步骤，首先在勘探线剖面上根据品位圈定矿体范围，然后将不同勘探线上的矿体范围通过三角网连接（阮诗坤，2017；坚润堂等，2015；王亚飞等，2016）。然而这种方法并不适用于黑牛洞铜矿体的建模。补充勘查和生产探矿施工钻孔均为坑内钻，其中大部分为斜孔，钻孔轨迹水平投影多于勘探线斜交。在这种情况下，需要将钻孔实际见矿位置沿垂直勘探线方向进行投影来确定勘探线剖面上的矿体的位置。由于矿体局部倾向可能与勘探线方向不一致，这种投影会导致勘探线剖面上矿体位置的偏差，从而导致矿体形态的不准确，甚至影响到储量估算结果的精确性。此外，若直接在三维空间直接圈定矿体，则矿体轮廓线则是一条条空间曲线，容易导致三角网的建立错误频出，极端情况可导致矿体无法建立。

表1 地质数据库数据表结构

图4 I1矿体、I3矿体模型

前人提出过一种利用顶底板等高线建立矿体模型的解决方案（严利伟和唐高林，2014），本次三维建模对该方法进行了改进，具体步骤如下：

1）在地质数据库界面读取钻孔单工程的顶板和底板三维坐标；

2）采用克里金法生成顶底板等高线，调整等高线线距至5m以内；

3）根据矿体边界外部的顶底板等高线进行白化处理，并为顶底板等高线赋高程值；

4）将顶底板文件导入三维建模软件，将具有相同高程值的顶板和底板曲线圈闭，并赋予不同的编号及颜色，每条圈闭曲线对应于该高程中段平面的矿体边界；

5）不同高程矿体边界之间建立三角网，封闭形成实体。

这种方案不依赖于勘探线剖面图，因而避免了因勘探线剖面中因投影产生的误差；适用于层状、似层状矿体三维模型的建立。通过该方法建立的I1矿体、I3矿体表面光滑，很好地展示了矿体空间形态和厚度变化情况（图4）。另外矿体顶底板与钻孔空间见矿位置吻合极好，矿体边界清晰准确，与平面图完全吻合，可以直接用于下一步的储量计算。

2.3 组合样品

在钻孔编录时，技术人员一般是根据目估品位和矿化类型来划分样品，在数据库中样品表示为长度不一的区间段。为了分析样品品位分布规律和进行下一步的块体插值，需要将空间不等长的样品区间量化到一些离散点上。属性除了三维坐标外，还包括该点最有可能的品位值。本研究采用根据勘探工程进行样品组合，一般采用长度加权法，按照等间距组合样品，在中间位置产生一个点，描述该点组合后的值。

3 块体模型与资源量估算

3.1 块体模型的建立

矿业软件中通行的概念是将块体模型与地质统计学相结合，是应用数学方法对品位分布进行建模，由于品位分布在资源中受地质因素的控制而明显存在，从而形成一定条件的品位模型。块体模型的精度取决于块体模型的结构和属性。块体模型的大小取决于矿体在三维空间的延伸范围情况，每个块体的大小根据矿体规模决定，一般块体越小，块体数量越多，计算工作量越大。但是随着计算机性能的提高，一般矿体的赋值通常在几秒内就可以完成，不存在运算量过大导致计算机过载的情况。

由于黑牛洞铜矿体属于薄-中层矿体，为了保证厚度方向能保证有几个块体，块体模型采用的块体大小为4m×4m×2m大小，次级块体为2m×2m×1m。矿块模型建好后，为矿块增加属性（比重、铜品位等）和背景值。矿块估值的方法有克里金法和距离幂次反比法（IDW）。其中的克里金法是利用变量相关性和变异性，对区域化变量线性最优、无偏内插估计的一种方法（冯超东等，2007）。其适用条件较为严格，一方面数据需要满足正态分布（邢红星等，1997），另一方面要求区域化变量存在空间相关性，可以拟合较好的变异函数。对组合样的Cu品位值进行统计后发现，随着品位升高，样品数目逐渐减少。说明Cu品位并不符合正态分布，无法求出较为理想的变异函数。在进行对数变换后虽然可以拟合出较为理想的变异函数，但是在克里金过程中会产生较大的标准差，从而导致反算的结果误差较大。克里金过程对变异性较强的矿体具有很强的平滑效应，有时并不能很好反映矿化的空间变化规律。因此本次估值拟采用距离幂次反比法。距离幂反比法是一种以搜索半径内的组合样与待估块体之间距离的幂次为权重的估值方法（李章林和张夏林，2007）。组合样距离待估块体的距离越长，其权重越小。幂次越大，距离较近的样品对待估矿块的影响越大。对于层状或似层状铜矿属性的估值一般采用距离平方反比法。

表2　块段法与距离平方反比法计算储量对比

本次品位赋值的搜索半径采用生产探矿基本网度60m的整数倍，分别为60m、120m以及240m。由于目前矿区的勘探程度较高，采用这三个网度便可完成所有矿块的赋值。搜索椭球体的方位根据矿体产状确定，主轴方位角230°，倾角35°；次轴方位角140°，倾角0°；短轴与主、次轴垂直，主轴：次轴：短轴为6∶5∶1。

3.2 资源储量报告

采用块体模型估算的I1矿体和I3矿体储量（表2）分别为79671.95t和112961.88t，跟块段法计算的储量相比，I1矿体增加了8%，I3矿体则减少了2.7%。总体上与块段法估算结果相差不大，可以与块段法结果相互印证，说明资源量的估算结果是比较可靠的。两个结果的差别与估算方法本身、选用的参数以及矿体的厚度、品位分布都有关系。与地质可靠程度相比，这种误差还是可以接受的。

图5 I1矿体Cu品位-吨位曲线

图6 I1矿体各中段储量变化

4 矿化分布规律及找矿预测

利用块体模型可以导出不同的品位或高程区间的储量，并且可以根据品位属性为块体模型着色，可以精确反映空间的矿化分布规律，为找矿预测提供线索。以I1矿体为例，通过块体模型导出各边界品位之上的储量与平均品位，并绘制I1矿体的品位-吨位曲线（图5）。从曲线可以看出，5%以上品位的储量仅为10265t，仅占I1总储量的12.9%。而1%以下品位仅为676t，仅占总储量的极小一部分。主要的储量都集中于1%～5%的品位区间，这一部分储量应作为重点的开采对象。从I1矿体各中段的储量（图6）来看，2950中段以上的各中段储量相差不大，但最下方2900中段的储量比其他中段高出50%以上。

I1矿体走向320°，具有明显的南西-北东向侧伏的特征，侧伏角55°左右。矿体的南、北边界已基本控制，而沿侧伏方向的南西和北东方向并未圈边。从块体模型（图7）可以看出，I1矿体的矿化沿侧伏方向往深部和浅部均具有富集的趋势。而储量较高的2900中段对应于南西部的矿化富集区域。因此今后的找矿工作应当重点在这两个方向上推进。

图7 I1矿体块体模型图

5 结论

1）传统的建模方法不适用于黑牛洞铜矿矿体模型的构建，利用底、顶板等高线可以建立较为精确的矿体模型，满足储量计算要求。

2）采用小块体的块体模型能够提升储量计算的精度，在采用距离平方反比法进行矿块估值时，应采用勘查网度的整数倍多次赋值。

3）利用软件自动计算的储量与块段法估算结果相差不大，表明该方法非常可靠。品位-吨位曲线中显示I1矿体储量主要集中在1%～5%的品位区间内，这一部分储量应作为以后的重要开采对象。

4）块体品位估值结果能够很好反映矿化分布规律。I1矿体矿化沿侧伏方向往深部和均有富集的趋势，今后的找矿工作应当重点在这两个方向上推进。

代堰锫，张惠华，朱玉娣，沈战武，李同柱，马东．2016．扬子陆块西缘江浪穹隆及“里伍式”富铜矿床研究进展与问题[J]．地球科学与环境学报，38(1)：66-78．

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Three-Dimensional Model Construction and Reserves Estimation of the Heiniudong Cu Orebodies Based On Surpac

YAN Li-wei1,2TANG Gao-lin1YU Xiang-long2YANG Guang-yuan2LIANG Jing2

(1-Sichuan Liwu Copper Mining Co., Ltd., Chengdu 610091; 2-Sichuan Jinboli Geological Exploration Co., Ltd., Chengdu 610091)

The Jianglang dome is located on the western margin of the Yangtze Block, and is well known for the occurrence of the “Liwu-type” Cu deposits. The Heiniudong Cu deposits as a medium-sized Cu-Zn deposit is situated in the southwestern wing of the Jianglang dome. This article deals with its geological features and orebody distribution. A geological database is constructed by means of the borehole data acquired in the supplementary and production exploration. Models of two major orebodies are established on the basis of geological data on different levels. Grade of ore blocks is calculated by IDW method. The reserve is calculated by block method and block model, respectively. The block model illustrates the spatial distribution of Cu mineralization which provides clues for further exploration.

geological database; orebody model; resource estimation; Surpac; grade-tonnage curve; Heiniudong Cu deposit

2020-06-12

严利伟（1987—），男，江苏南京人，硕士，职称，主要从事矿产勘查工作

P618.41

A

1006-0995（2021）02-0338-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.032