基于3DMine软件建立层状矿体模型的研究及应用

普文周，杨松华

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某锰矿矿体规模达大型，矿体呈似层状产出。在设计过程中，为了对矿床有更深的认识，提高设计质量，提高设计效率，故采用了3Dmine地质软件，采用网格估值的方法圈连了矿体，建立了块体模型对该矿床锰矿体的资源量进行了估算。

1 地质概况

矿区地处云贵高原贵州东北边缘武陵山脉主峰梵净山东北部山麓处，属中低山地形，构造侵蚀地貌，切割较深，起伏较大，山脉多呈北北东向展布。矿区大地构造位置一级分区属Ⅳ羌塘-扬子-华南板块，二级分区属Ⅳ-4扬子陆块，三级分区属Ⅳ-4-2江南复合造山带，四级分区属Ⅳ-4-2-3黔南坳陷区，五级分区属Ⅳ-4-2-3(2)铜仁复式褶皱变形区。

矿区地层主要有：青白口系下江时期红子溪组、清水江组，南华系富禄组两界河段、大塘坡组、南沱组，震旦系陡山沱组、跨震旦系和寒武系纽芬兰统老堡组，寒武系九门冲组、变马冲组、杷榔组、清虚洞组、高台组、石冷水组、娄山关组以及第四系等。

共11个钻孔控制了连续成片的矿体。工程控制距离近南北长约1 360 m，近东西宽约1 155 m，平面上大致呈不等长的五边形，矿体隐伏埋藏于地表以下约1 300 m左右，锰矿石自然类型基本确定为原生碳酸锰矿石。展布连续性好，连续展布面积大于1.0 km2，矿体规模达大型。矿体呈似层状产出于大塘坡组一段黑色炭质泥岩中，有分枝复合，但是分枝复合少，间有夹石，夹石岩性与矿体岩性相近。矿体厚度变化小，平均厚度为5.05 m。矿体呈单斜产出，产状稳定，与围岩基本一致，倾向约75°，倾角较缓，一般为10°～15°，未被较大断层分割，局部可能存在小断层切割矿体，但对矿体的稳定程度无明显影响。构造复杂程度简单，未见明显褶皱，矿化连续，品位分布均匀，总体为北东方向，向北西以及南东均有逐渐降低的趋势。

2 三维地质建模

2.1 地质数据库建立

(1)原始地质数据的录入要求及格式

某锰矿探矿工程主要为钻孔，建立数据库前需对各钻孔数据进行收集整理，并用Microsoft Excel表格录入数据，根据录入格式的要求及矿床的化验研究工作需建立3个Excel表格，分别为测斜表、定位表及化验分析表。其中化验分析表为非强制性表格，而测斜表及定位表为3DMine软件的强制性表格，必须按3DMine软件的标准进行录入，测斜表、定位表是用于定位钻孔在三维上的空间轨迹，化验分析表的相关数据根据空间轨迹在轨迹线上对应的取样位置显示。

(2)地质数据文本文件的生成

对上一步钻孔数据收集整理后，还需对数据在Excel上录入及录入后的检查，最后分别形成测斜表(强制性表格)、定位表(强制性表格)及化验分析表3个文件。

测斜表、定位表及化验分析表录入并检查无误后，即可在3DMine软件中建立地质数据库。主要建立步骤如下(依据3DMine软件菜单栏)：①钻孔→钻孔数据库→新建数据库；②添加表；③导入Excel。

(3)建立数据库及导入数据文件

3DMine有许多数据接口，可以导入各种数据格式，该次地质数据库导入数据为Excel电子表格。将上述录好的3个Excel文件导入3DMine后，每个表格通过表格数据中的“工程号”建立联系，然后在3DMine软件中形成最终的数据库。

建立数据库与数据文件的导入顺序为：新建数据库→添加表格→导入Excel数据→显示钻孔→显示风格设置。

(4)地质数据的验证

对数据库中的数据进行验证的主要目的是为了检查数据的正确性，由于钻孔数据较多，录入过程中难免会出现错误，所以需对数据进行校核及修改，进而使数据库中的数据在三维空间中能真实反应，为矿山设计及今后开采提供依据，这也是建立地质数据库的初衷。验证及修改的方法为：①对录入数据的验证；②根据剖面图对数据库进行验证；③根据平面图对数据库进行验证；④部分数据的特殊处理。

某锰矿地质数据库共录入钻孔数据18个。地质数据库探矿工程平面相对位置关系见图1，探矿工程轨迹的三维空间关系见图2。

图1 地质数据库探矿工程平面相对位置关系图Fig.1 Plane locations of prospection in the geological database

图2 探矿工程轨迹的三维空间关系图Fig.2 3D prospection trajectories

2.2 三维地质实体模型建模

在建立三维地质模型中，以建立实体模型为核心，通过实体模型的建立，可以从三维空间上对矿体的形态及分布规律进行展示及研究。

地质实体模型分为表面模型及实体模型。表面模型是一个表面实体，是一个不封闭的面，如断层、地层、地表等均属于表面模型，某锰矿本次表面模型的建立仅为地表模型。实体模型是一个封闭的实体，如岩石、岩体、或者矿石等均属于实体模型。

2.2.1 地表模型

地表模型的建立是至关重要的，它是一个完整的三维模型必不可少的组成部分，它的建立可以使我们从宏观上对整个矿区的地形情况及周边的地形情况有着直观的认识。而且，在设计过程中，地表模型的建立对井口位置、排土场及选厂的位置选择都具有指导性作用。地表模型还可以作为约束条件，对圈矿时误将矿体伸出地表的部分用地表模型作为约束将其裁掉，地表模型建立的准确性还将影响矿体露头位置的准确定位及品位估值、资源储量估算、露天境界优化和工程量计算的精度。因此，为了达到以上要求，地形范围必须覆盖整个工程范围，同时地表模型必须满足精度要求。

为满足以上要求，本次建模利用地质报告中的地形地质图对等高线进行赋值后形成地形模型，见图3。

图3 某锰矿地表模型图Fig.3 Surface model of a manganese mine

2.2.2 矿体实体模型

矿体实体模型的建立是三维地质模型的核心工作，建立好矿体实体模型后，我们可以做很多工作，比如在任意方向上直接切割剖面，任意标高上直接生成平面，进行体积计算、观察各矿体的赋存关系，在今后块体模型建立后，还可以用矿体实体模型作为约束条件对矿体进行赋值，可作为品位估值边界、报量约束等。

某锰矿矿体实体模型的建立要求是如实反映矿体的空间形体、位置等，还要求其通过实体验证，从而能作为今后块体模型的约束条件。

具体建模过程如下：

(1)在确认数据库准确无误后，将各钻孔信息(包括钻孔轨迹，样品信息)显示在三维视图中，建立一系列勘探线剖面。针对个别钻孔偏离勘探线较远的情况，需单独加密剖面进行矿体解译。

(2)从各个剖面钻孔上根据圈矿指标提取矿体的顶底板点，并分别保存。

(3)根据提取的矿体的顶底板点，利用网格估值的功能，对矿体顶底板的散点按照相应的插值方法进行估值内差点，分别生成矿体顶底板面。

(4)利用闭合线之间连接三角网的功能对矿体顶底板面边界进行连接，并与之前矿体顶底板面合并成为一个实体，此模型即为我们想要得到的矿体模型，见图4、图5。

图4 某锰矿矿体实体模型图Fig.4 Solid model of a manganese ore body

图5 某锰矿地表及矿体模型图Fig.5 Surface and orebody models of a manganese mine

2.3 块体模型

块体模型的建立是储量估算的基础，建立好块体模型后，可通过自定义的约束对任意空间范围内的矿体资源量进行报告、统计等，也可在任意方向上直接切割剖面，任意标高上直接生成平面，对相关剖面、平面上品位的分布情况研究奠定了基础。

某锰矿块体模型建立顺序顺序为：新建块体模型→输入相关块体尺寸信息，次级模块大小→新建块体属性→块体属性赋值→品位估值→块体报告。

(1)块体尺寸选取

块体尺寸不宜过大也不宜过小。某锰矿块体尺寸的选取依据勘探线间距、矿体形态、采矿方法、开采段高等综合考虑。

该次块体模型建立尺寸最终确定为标准块大小：X=10.000，Y=10.000，Z=2.000；次级块体大小：X=2.500，Y=2.500，Z=0.500。

(2)块体属性设置

结合该矿床的具体情况，块体模型属性字段，见表1。

表1 块体模型属性字段表Tab.1 Properties and the block model

(3)属性赋值

矿岩类型：将矿体实体模型内部的块赋值为矿体；体重：矿体的体重采用直接赋值；资源类别：根据详查报告资源量估算图的各类边界进行赋值。

(4)品位估值

样品组合：对矿体工程样品按照0.6 m样长进行组合；

估值方法：采用距离幂次反比法对主矿体进行估值。

块体模型详见图6。

图6 某锰矿块体模型图Fig.6 Block model of a manganese mine

3 估算结果与地质报告提交资源量对比

(1)对比结果

经对比，3DMine模型报告矿石量比地质报告多4.5 %，模型报告Mn品位比地质报告低0.46 %。

(2)误差分析

设计采矿方法采用综采工艺及连采工艺，开采过程中夹石无法剔除。为贴合生产实际，提高设计精度，在建模过程中未将夹石剔除，故导致模型报告矿石量偏大，而品位相对偏低。

4 结 语

伴随着科技的发展，地质三维软件在矿山勘察设计行业中的运用也越来越普遍，但是在利用三维软件建立矿体实体时，不同产状的矿体实体建模往往有不同的方法。散点数量不多时，生成的DTM面比较突兀，利用网格估值就可以对散点按照一定的插值方法进行估值内插点，利用这些点生成DTM表面模型就比较圆滑了。文中某锰矿以层状产出，利用3DMine软件中的网格估值功能建立实体模型，估值后资源量与地质报告相比，误差范围极小，为后人在实体模型的建立中提供新的思路。