3DMine软件在云南富宁县郎六铜镍矿区三维建模及资源量估算

李 卿，郑国龙，秦正雄，王礼兵

(云南省有色地质局三〇六队，云南 昆明 650217)

随着地质勘查领域数字化转型，数字化矿山的建设已从传统的以平面图和剖面图为主的二维地质信息的模拟与表达逐步向三维地质建模及可视化表达方向发展。可以实现矿山属性数据和模型数据的三维展示，能够很好地展现各种地质特征及地质体在三维空间真实形态及相互关系，快速直观地展示矿体空间形态，挖掘隐含的地质信息，进行矿体的模拟分析及资源量估算。笔者通过对3DMine软件在矿产生产勘探过程中的运用，以富宁郎六铜镍矿为例，对矿区进行三维地质建模，从构建三维矿体模型及资源量估算(距离幂次反比法)进行分析。

1 矿区地质概况

郎六铜镍矿区行政区为云南省富宁县板仑乡。大地构造地处华南褶皱系，滇东南褶皱带，文山-富宁断褶束之东部，董保-那桑圩断裂与富宁断裂之间。出露地层主要有二叠系下统栖霞+茅口组、上统吴家坪组及第四系，岩性以碳酸盐岩、砂页岩等碎屑岩沉积建造组合为主。构造以断裂为主，主要有北西-南东向和北东-南西向二组，控制了基性-超基性岩分布(图1)。矿区矿体分为岩浆熔离浸染状矿体与贯入型脉状矿体两种，前者受岩相控制，后者受构造控制。Ⅱ-1主矿体为本次主要估算对象，其累计查明工业矿石量占总量的86%，26个钻孔工程控制，受断层的控制，含矿围岩为含橄辉长苏长岩，其中以碎裂岩化橄榄辉长苏长岩，辉长苏长岩为主(图2)。矿体呈脉状产出，北东走向，倾向南东，倾角40°～65°，平均倾角55°，矿体走向>935m，倾斜延深>520m，矿体厚度1.01m～14.48m，平均厚度5.90m，矿体中Ni平均品位0.30ω%，Cu平均品位0.20ω%，品位变化系数31%[1]。

2 三维地质建模

三维地质建模的概念最早由加拿大学者Simon W Houlding于1993年提出，其主要是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一门技术。现已广泛应用于矿产勘探、采矿设计、地理信息系统等多个领域，常见的三维地质建模多是以三维地质软件为媒介来实现的。随着数字化建设的发展，三维地质方面的软件也不断涌现，如3Dmine、Surpac、Micromine、Dimine 等，通过三维地质建模有效提高地质行业的三维可视化表达及其运用。3Dmine软件因数据兼容性好、资源量估算模块得到行业认可等优势，应用于地质行业，该软件在完成矿山地测、生产数据库建立的前提下，即可进行三维地质建模及资源量估算等相关工作。

图1 矿区地质简图(底图据云南省有色地质局306队，2020修改)

图2 地质剖面示意图(底图据云南省有色地质局306队，2020修改)

2.1 基础数据库构建

基础数据资料主要包括工程数据资料和地形地质资料两部分，通过3Dmine软件将数据资料和二维地形地质资料转化为三维模式，供后期的应用与分析。

2.1.1 工程数据资料

主要为探矿工程编录资料、测斜资料、化验测试分析数据等，能够准确反映工程的空间位置、轨迹、深度以及控矿分析数据，包括定位表、测斜表、化验表及岩性表，四张表通过工程号建立联系，地质数据以文本或Excel表形式导入Microsoft Access数据库中，将数字形式的勘探资料用三维图形的形态来管理和利用[2]。

(1)定位表(强制性表)：定位表存储了钻孔的工程编号及开孔坐标，钻孔的最大深度和钻孔的轨迹类型。如：

工程号开孔坐标 E开孔坐标 N开孔坐标 R最大深度(m)轨迹类型ZK001568260.132602755.9451006.26306.95直/曲

(2)测斜表(强制性表)：测斜表储存钻孔的测斜信息，被用来计算钻孔的空间位置，基本字段包括：工程号、深度、方位角和倾角。如：

工程号深度(m)方位角(°)倾角(°)ZK001306.95210-90

(3)化验表(非强制性表)：化验表是根据编录信息需要进行记录的表，前三个字段系统默认，后面字段可以自行定义，根据用户需求增加的表。前三个字体系统默认，后面字段自行添加，用于存放元素的化验品位及相关信息。如：

工程号从(m)至(m)样长(m)样号分析元素 1分析元素 2ZK0012162171H1NiCu

(4)岩性表(非强制性表)：岩性表是根据编录信息需要进行记录的表，前三个字段系统默认，后面字段可以自行定义，用于记录岩性描述等信息。如：

工程号从(m)至(m)岩性代码岩性名称岩性描述ZK00105Q粘土褐红色粘土

2.1.2 地形地质数据

矿区地形地质图、中段平面图、剖面图等基础图件资料，其坐标并不一定是其代表的实际坐标，在三维系统中不能反映图件的实际三维状态。因此，地形地质数据经过图件矢量化及数据采集分层等处理后，需要将这些图件数据由二维坐标转化为真三维坐标，利用转换后的相关图形数据进行三维建模，根据实际需要可在三维软件下补充提取、编辑数据。

2.2 地质模型建立

三维地质建模主要通过筛选抽取前期准备的二维数据，建立矿区钻孔数据库、地表模型、断层模型等，实现数据库和模型叠加显示。将矿区地形图中提取等高线及其相应的高程值，利用3DMine中的表面建模或网格插值工具创建矿区地表模型，并将矿区地表出露的地质信息(地层、构造等)、地理信息(居民地、河流、道路等)、工程信息(钻孔数据库等)叠加到三维模型中(图3)。

图3 地质模型示例图(底图据云南省有色地质局306队，2022修改)

2.3 矿体模型建立

矿体实体模型的建立是整个地质模型建立过程中最重要的部分，显示矿体在地下的三维赋存形态，还可以进行体积计算、任意方向切制矿体剖面、与探矿工程数据库的数据交互等。矿体实体模型是矿体块体模型的基础，可为矿体品位估值和矿体资源量统计奠定基础。建立一个矿体实体模型需具备丰富的地质矿床或成矿理论知识、娴熟的圈矿技巧，特别是在处理矿体分支和矿体断层方面。结合实际，矿体实体建模通常采用以下三种方法：

(1)根据矿区已有的勘探线地质剖面图中圈定的矿体范围生成矿体模型；

(2)根据各中段图中的矿体边界线确定矿体范围，并在3DMine中生成矿体模型；

(3)根据原始钻孔资料、生产地质探矿工程数据库，组合各地质钻孔，根据品位、岩性等层位信息建立地层或者矿层模型。

矿区根据地质结果，采取剖面提取矿体边界结合工程数据库，对矿体进行圈连(图4)。

图4 矿体三维模型示例图(底图据云南省有色地质局306队，2022修改)

图5 资源储量模型构建流程图Fig 5.Exampe Diagram of Orebody 3D Model

2.4 块体模型建立及估值

块体模型技术(Block Model)引入到矿山储量管理中是一种革新，在以往储量管理中，对矿体厚度和品位认识，多局限在块段层面；在块体模型技术中，三维空间被大小不同的方块所充填，相对应的块体都有一个质心点，在质心点上可以存储所有属性，且该属性代表了该矿体的内部特征。在资源量估算中，利用块体模型可以准确地进行资源量级别划分和矿量的报告[2]。

在矿体实体模型的基础上建立矿体的块体模型，在块体建模时，可以利用断层模型、采空区模型等实体或DTM对块体模型进行约束和控制[9]，并利用工程品位等组合样数。进行品位估值和资源量计算。图5。

块体空间范围：尽可能建立的块体模型能够包含所有矿体以及采掘的岩石范围以便可以计算出矿岩量，而不仅仅是矿体范围。

块体尺寸：通常情况下，块体尺寸的大小取决于矿体的类型、规模和采掘方式。每个有一定体积的长方体叠加构成了块体模型，然而，在矿体边缘(曲面)，需要对边缘块体进行分割成更次一级的子块，以期使得矿体边缘的块体更接近于矿体，从而保证了计算的误差在许可范围之内，次级模块的分割是按几何级数进行，也不能太小(影响电脑运行速度)。本次估算矿体产状较陡，倾角40°～65°之间，平均倾角55°，矿体厚度1.01m～14.48m，平均厚度5.90m，为使矿体边缘的块体接近于矿体实体模型，经过模型分析，估算矿体选择基本块体尺寸(5m×5m×5m)，次级模块(1.25m×1.25m×1.25m)。

约束条件：块模型的部分空间是块的组成部分，每一个块都有一个记录信息，这个记录是以空间为参照的，每个点的信息可以通过空间点来修改而并不仅仅是取决于其精确测量，空间参照就是一些额外的操作，空间操作的方式是在某个实体的内(外)、表面的上部或下部空间、可以按照块体本身属性的大小等逻辑操作，可计算出任意空间范围的矿量和品位。

估值方法：通常根据矿床类型、样品数量、矿体稳定程度及变化系数等来选择不同的估值方法。对于普查或详查级别的矿山而言，若工程数据量不多，一般采用距离幂次反比法，对于详细勘探和生产矿山，工程数据量比较大，可以选用克里格法，但需要对数据进行分析后才能使用。本次选择矿区由于数据量较少、很难找到相应的变异函数的变化规律，选择距离幂次反比法进行估值，根据模型质心最近的样品点的值修改块体的值，以质心的距离反比得到有效范围内样品的权重。

椭球体参数：主轴搜索半径(根据基础工程间距搜索样品半径)，主轴(矿体走向轴)，次轴(矿体的延伸方向)，短轴(矿体的厚度方向)，主轴倾角(矿体侧伏角)，次轴倾角(矿体的倾角)，根据估值报告调整搜索参数对上一次未估上值块体进行再次估值，直到每个块都估上值，完成赋值后，将相关应用参数以文本报告形式显示并保存。本次根据Ⅱ-1矿体的产状、规模及控制程度，选择适合矿体的椭球体参数(主轴搜索半径=200m，主/次轴=2，主/短轴=5，主轴方位角=140°，主轴侧伏角=-10°，次轴倾角=30°)。

3 资源量估算

上述估值后的块体模型可以计算矿体的资源量并生成块体模型报告，根据需要报告的内容，从属性下拉列表中选择要报告的属性和统计方法，确定后即可生成块体模型报告Excel文件，本次选择矿区的主矿体进行估值报告(图6、表2)，经过本次估值结果与原报告(水平投影地质块段法)计算结果对比(表1)：体积误差+2.90%，矿石量误差+9.42%(矿石量误差主要由于低品位矿和工业矿的矿石体重值和体积不同)，金属量误差小于5%(Ni误差+0.13%，Cu误差+2.08%)；传统方法(水平投影地质块段法)估算主要受块段的平均厚度和品位等影响(块段体积=块段面积×块段平均厚度，矿石量=体积×体重值，金属量=矿石量×平均品位，估算结果受平均厚度和品位影响)，三维模型法计算体积主要受矿体空间形态(矿体实体模型)影响，与传统方法中整个块段选取相同的平均品位不同，采用距离幂次反比法估值，充填于矿体模型中的不同小块体具有不同的品位信息(受权重系数的影响)。

表1 估算结果对比表

图6 块体属性及模型报告示例图

表2 块体报告结果示例表

4 结 论

3DMine软件在完成矿山地测、生产数据库建立的前提下，通过三维建模、地质统计学、品位估算、资源量的计算、三维可视化等方面的工作，对数据库和模型叠加显示，可对矿体空间形态、资源量计算、动态储量报告、品位和不同属性的分布特点进行综合运用，能够快速计算出资源量估算结果，形象准确地展示矿山地理信息、矿体空间位置等，将其应用于矿山勘查、生产工作中，可提高对矿山实际生产工作的指导和三维可视化的表达与运用。