坦桑尼亚纳钦圭阿石墨矿三维矿体建模及资源量估算对比*

2021-10-23杜菊民景永波陈春生

现代矿业 2021年9期

杜菊民景永波陈诚陈春生，2 孙晨周傲

（1.江苏省地质工程有限公司；2.江苏省地质矿产调查研究所）

近年来，随着技术的发展，三维地质建模在成矿预测、矿产勘查、资源量估算、数字矿山建设等方面得到了广泛应用［1-4］。近年来，坦桑尼亚境内发现了一系列大型、超大型晶质石墨矿［5-6］，纳钦圭阿石墨矿即为其中之一。依据现行一般工业指标，采用传统的垂直断面法对该石墨矿进行资源量估算，地质工作成果均为平面图形展示。本次研究基于地形测量、地质填图、工程点测量、槽探及钻探数据，建立了矿区的三维地质模型和块体模型，并对不同方法估算的资源量进行了对比分析，以期更好地研究矿体空间形态特征、估算资源量，为后期开发利用提供基础。

1 矿床地质概况

矿区内地层主要有斜长角闪片麻岩岩组和黑云斜长片麻岩岩组。矿区分为南北2个矿段，共发育工业矿体17条。南矿段矿体露头发育，主矿体赋存于含石墨黑云斜长片麻岩中。北矿段覆盖3~15 m厚的第四系，主矿体赋存于石墨片岩中。矿体与围岩呈渐变关系，呈层状产出。全矿区估算推断的石墨矿石量为4 080.33万t，石墨矿物量为165.10万t，平均品位为4.05%。南矿段石墨矿物量为112.28万t，平均品位为4.15%；北矿段石墨矿物量为52.81万t，平均品位为3.84%。

2 三维地质建模

传统地质工作将三维的地质信息进行二维投影，制作各类平面图件，满足一般地质工作要求，但存在三维空间信息表达能力不足，难以实现数据的动态更新等缺点。矿区三维地质模型的建立和模拟，可以对矿体的空间分布有更直观的认识，更准确地估算资源量，为后期矿山勘查、开采设计、资源量动态管理、矿山数据化建设等方面工作提供基础［7-8］。

本次建模过程基于国产三维地质软件3DMine平台，基本流程是先建立矿区的地表DTM模型、地层地表模型，准确掌握矿区地层走向特征；再建立钻孔数据库，手工或自动圈定矿体轮廓线；通过轮廓线连接或外推三角网，构建矿体三维实体模型；通过钻孔数据库，生成组合样品点；最后建立矿体块体模型，创建搜索椭球体，通过距离幂次反比法对块体进行赋值，进行资源量估算。

2.1 地表DTM模型

数字地面模型简称DTM模型，由一系列点或线联接成不封闭的三角面，形象模拟了矿区的地形特征，也可以用来模拟断层等构造，是后期建模的基础之一。利用矿区地形测量数据，如等高线数据，通过工具菜单中的属性数学计算，将高程数据赋给等值线属性Z值，利用表面菜单中的生成DTM表面功能，即可生成矿区的地表DTM模型（图1）。

2.2 地层表面模型

地层表面模型可以直观显示各套地层在地表的展布。平面的地质界线或者地质区文件导入软件，通过表面菜单中的闭合线裁剪DTM功能，或者DTM分离表面功能，即可生成地层表面模型（图2）。

2.3 地质数据库建立

地质数据库用于存储、管理各类探矿工程及相关分析测试数据，不同的三维地质建模平台有不同的格式要求［9-10］。本次工作基于3DMine软件要求，整理了定位表、测斜表、岩性表和分析表，导入地质属性数据库。探槽可以作为特殊形式的钻孔录入。定位表包括工程的孔口位置、深度、类型等信息；测斜表记录工程的测斜信息；岩性表记录沿工程的岩性变化，分析表记录样品分析测试结果。本次研究共整理13个钻孔及探槽、1 025件化学分析样品数据。通过个性化显示，展示沿孔迹线的岩性、品位等信息，有助于矿体形态的理解，圈定矿体或矿化域轮廓（图3）。

2.4 矿体轮廓线圈定

根据钻孔品位数据，结合地层、岩性、构造以及矿体产状等地质特征，首先在钻孔菜单下，通过手工或品位约束圈定符合一般工业指标要求的矿体截面，再在剖面模式下，依据实际的勘探线网度及外推准则，圈定剖面上的矿体、夹石的轮廓线（图4）。

2.5 实体模型创建

实体模型是一组封闭、中空的三角网，用来描述物体在三维空间中的轮廓，具有固定的体积。矿体的三维实体模型可以直观的展示矿体的空间分布形态，检验矿体圈定的合理性。通过实体工具，连接或外推各剖面上的矿体轮廓线，可生成矿体实体模型。纳钦圭阿石墨矿南矿段矿体三维实体模型见图5。

3 距离幂次反比法估算

纳钦圭阿石墨矿体呈层状产出，工程间距大，样品数量少，因此采用距离幂次反比法进行资源量估算，即按照距离越近权值越大的原则估计空间样品品位，再通过块体约束等方式进行资源量估算。

3.1 组合样品

样品组合是将空间上长度不等的样品量化到等长的离散点，以保证参数统计的无偏估计。基于建立好的地质数据库，先按原样长度提取样品数据，并进行基本统计，确定代表性样长、处理特高品位等。本研究按照2 m的样长进行样品组合，可以得到组合样品空间分布的线文件，在资源量估算时调用。

3.2 创建块体模型

块体模型又称为块模型或品位模型，即根据矿体的空间形态，按一定的块体尺寸将矿体实体模型的空间区域划分为一系列小块体，块体模型属性记录在块体质心点上，可以添加矿岩类型、矿种、品位、体积质量、资源类别等属性。块体尺寸的选定取决于矿体的类型、规模和采掘方式。本次研究设置块体尺寸为10 m×10 m×2 m，次级模块大小为5 m×5 m×1 m，块体尺寸越小，估算越精细，计算量越大（图6）。

3.3 估值参数设置

因为石墨矿品位变化系数小，因此距离幂次反比法进行估值时幂次选为2次。搜索椭球体参数设置中，主轴搜索半径一般设为剖面上最小工程间距的2~3倍，主轴方位角即矿体走向，主轴倾伏角指矿体倾伏角度；主轴/次轴比为矿体走向长度与倾向宽度之比，主轴/短轴比为矿体长度与厚度之比。本次研究采用的估值参数见表1。

搜索椭球体形态需与矿体形态一致，才能正确进行品位估值（图7）。第一次估值不一定能将全部块体估值，需调整参数进行多次估值，如成倍放大搜索半径、减少最少样品数等，直到矿体内部所有块体估值完成。

3.4 资源量报告

在块体估值完成后，可以方便地进行资源量管理、矿体品位区间分布展示。通过块体菜单的报告功能，采用不同的条件约束，可以生成多种需求的报告，如不同实体、闭合线台阶、吨位品位分布图等。以矿区南矿段I1主矿体为例，其不同中段资源量及品位见表2，矿体块体模型据品位着色效果见图8。

4 估算结果对比

对比研究距离幂次反比法、传统垂直断面法及基于三维模型的垂直断面法3种不同估算方法在矿体的体积、品位、资源量方面的差别。以I1主矿体为例，其结果见表3。矿石量方面，传统剖面法使用公式计算的体积为近似值，而三维软件计算的体积更为精确［11］，而距离幂次反比法与三维实体模型计算出的体积差异来源于边部块体的划分。品位估值方面，距离幂次反比法估算的平均品位与传统剖面法相对误差为-7.81%，这是由于传统剖面法用单工程、面积、体积加权平均而来的品位替代整个块段的品位，而没有考虑品位在空间距离上的变化。矿物量方面，距离幂次反比法与传统剖面法估算结果相对误差为-3.64%，显示了较好的一致性。