三维地质数据模型在某低品位钒钛磁铁矿地质勘探中应用

马东林 王文虎

(1.新疆叶尔羌矿业有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022；2.新疆八钢矿业资源有限公司,新疆 乌鲁木齐 830022)

0 引言

新疆某大型低品位复杂钒钛磁铁矿，经历多次地质勘查，查明矿体产于超基性岩体，全岩矿化，矿床平均品位达不到现行铁矿最低工业品位25%的工业指标，地质勘探报告无法通过。根据规范，要进行工业指标论证工作。工业指标选取、储量试圈试算，要从全铁、磁性铁以及伴生元素折合成当量等多套指标的多种组合进行，若以传统的方法，需编制十几套地质报告工作量，时间需要半年到一年。

本次工业指标论证和勘探报告的编写过程中，采用地质数据三维建模，以低品位矿化域概念进行圈定，依托地质统计学原理采用距离幂次反比法和Surpac软件强大计算力，对在矿化域内按照不同的品位区间进行工业指标选取和论证，确定最佳工业指标，完成工业指标论证和地质勘探报告通过评审，时间缩短到2月完成。

该方法对类似的复杂矿床矿起到了很好的示范作用，为后续勘探开发提供了好的经验借鉴。评审专家认为在地质勘探领域采用三维建模软件，结合Surpac软件等具有明显的技术优势，特别是在本次勘探报告的编写过程中起到了重要作用。

智慧化作为未来矿山建设的方向，从矿床勘探伊始将地质数据，矿山地质模型数字化，为矿山今后的采矿设计、采选生产管理的智能化奠定基础，对实现真正的智慧矿山是一项创新。

1 地质工程指标体系的选取和工业

指标的确定

Geovia Surpac 软件在进入中国的十几年里，产品和服务都实现了本地化，得到了广大中国用户的支持和认可，该款软件通过国土资源部组织的专家评审，符合中国国情，满足中国矿业的技术要求和规范。本次资源量估算采用 Surpac2021版本进行。

1.1 工业指标确定的方法

本次工业指标论证和地质勘探报告以最新的地质勘探规范为依据，依托Surpac软件的强大计算能力，采用矿化域概念(TFe11%～19%)对矿区内的铁矿石资源量进行总体计算，然后通过设定不同的品位区间对矿区内的矿石量进行不断的计算验证，从经济及资源利用最大化的角度论证出最优的矿床平均品位，从而计算出满足矿床全铁品位达到最佳工业指标的最大矿石量。

根据矿区的铁矿资源分布情况，对矿区不同品位-样品数量统计表明，在总样品数量17 672件中，样品数量在1 500件以上的全部集中在12%～18%品位之间。勘查单位据此采用Surpic软件，采用距离幂次反比法圈定出不同品位时的资源量，在圈定出不同品位-资源量的基础上，从矿体规模、完整性、品位选择出工业指标论证建议方案。以TFe品位11%作为矿化域下限(见图1)，建立矿体的实体模型，择优选择了3套边际品位指标15%、16%、16.7%，提供给论证单位。

图1 TFe11%矿化域实体模型

论证单位依据地质勘探成果、选矿试验报告、矿床内外部开采条件等，采用地质方案法，结合目前市场价格与未来走势，综合考虑产业政策、资源利用和环境保护要求，矿床(体)完整性，资源开发经济、社会、环境效益等，从矿山建设需要出发，评价勘查工作满足程度，对不同方案进行综合比较，择优选择最佳工业指标方案。

1.2 矿体试圈试算

按照 DZ/T0200-2020《矿产地质勘查规范 铁、锰、铬》的相关要求，采用矿块指标体系，以边际品位为主，应用地质统计学原理，采用距离幂次反比法进行矿体的试圈试算。

2 地质统计学及三维数据模型在勘

探中的应用

本次工作以地质统计学中距离幂次反比法估算原理，采用矿块工程指标体系，按照矿床边际品位进行圈定和储量计算，用Surpac软件，按照地质三维数据模型并进行矿体圈定、资源估算。具体实践和主要做法如下。

2.1 建立矿化域(矿体)模型

三维实体建模分为三步：

第一步：根据数据库生成矿区钻孔平面图(见图2)。

图2 地质勘探数据

第二步：生成勘探线剖面图(见图3)。

图3 勘探线剖面数据图

采用的方法是沿着各勘探线，建立一系列剖面，然后在各剖面内圈定矿体的边界，绘制线串文件。进行地质解译，圈定矿体。在每个勘探线剖面上，用线连接绘制代表矿体边界的线串，完成对地质信息的解译，在地质解译的过程中，矿体外推的原则采用1/4勘探间距，即25 m的距离进行平推。在剖面图上圈定矿体边界，依据的标准就是揭露这些地质体的探矿工程的取样结果及工业指标。

第三步：连接实体，生成矿体。通过各剖面的矿体的圈连，可以在空间上形成一系列的按照勘探线排列的线串文件，这些线串文件就形成了矿体的基本框架。 这一步工作的主要内容就是把矿区内相邻剖面的线串依次用三角面连接起来，形成由系列三角面围成的复杂曲面，形成矿体的实体模型如图4所示。

图4 勘探线剖面图矿体实体模型

在完成实体建模后还需要对实体进行验证工作，只有通过实体验证，显示实体为有效如图，然后设定体为实心体，才能进行后续的矿块模型建设，满足进行资源量估算的需要。以矿区的1:2 000地形测量数据为基础，生成矿区地表DTM模型。

矿区的三维地形数据与首采区境界模型进行合并后形成的1 000 m以上的矿区采坑示意(见图5)。

图5 矿区首采区境界模型(DTM)

2.2 样品数据统计分析

在完成了矿化域实体模型的建立以后，通过Surpac软件的计算功能，可以生成一个由矿化域范围内样品组成的线串文件(见图6) 。

图6 样品组成的线串文件

为了实现地质资源信息的数字化管理，建立地质资源基础数据库是最基础的内容。地质资源基础数据库通过收集钻孔、探槽、坑道、测量等数据信息，建立、存储地质资源信息数据表。数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合，它能以最佳的方式、最少的数据冗余为多种应用服务，地质数据库是数据库技术在地质勘探和矿山工作中的实际应用，是矿山资源储量估算和采矿设计的基础。

本次资源储量估算使用了来自矿区的77个钻孔和55条探槽的全部样品数据，样品总数为12 668件，应用Surpac软件进行矿体的圈定和资源储量估算，至少需要4类基本数据：井口坐标文件、井口测斜文件、样品分析文件和岩性文件。

2.3 样品等长组合

地质统计学要求参与估值计算的数据的支撑(指样品的长度或体积)应该一致，组合样的目的就是将空间不等长的样长和品位量化到一些离散点上，即每段样长的中点，只有在工程方向上产生均匀(即等距离)的离散点，才可用于资源量估算。在进行样品组合时，组合长度由统计学的方法确定，根据组合长度组合品位采用样长加权平均法。

首先用Surpac的数据库功能，从样品表中把所有样品数据进行提取，形成由所有样品组成的线文件，然后对线文件的样长进行统计分析 。

2.4 块体模型参数确定

块体模型是矿床品位估计及储量估算的基础，建立块体模型的基本思想是将矿体在三维空间内按照一定的尺寸划分为一定的单元块，然后对整个矿体范围内的单元块的品位根据已知的样品进行估计，并在此基础上进行储量估算。

同时为了进行储量估算和分类，需要对每个矿块进行属性的分类，本次矿块为满足验证需要设定了矿块属性分类，通过矿块摘要，还可以看出矿块分布的空间范围及矿块数量等信息。本次矿块建模共计生成矿块为355 187块。

2.5 变异函数模型参数的确定

地质统计学以区域化变量为理论，以变异函数为工具研究随机变量在空间的随机性和相关性，在实施估值之前，必须对组合样品进行变异函数结构分析,并绘制曲线。

Surpac软件只支持几何异向性，在矿业软件中要求3个方向的模型类型和数目、块金值和基台值一致，因此只给出变程最大、连续性最好的主轴的变异函数参数，用球状模型拟合了主轴方向的变异函数。

2.6 确定估算幂次的确定

在实际应用中，幂值m在品位变化小的矿床取值较小；在品位变化大的矿床，m取值较大。在铁等品位变化较小的矿床中，m一般取2；在贵重金属(如黄金)矿床中，m的取值一般取3。本矿床为一个超贫磁铁矿床，TFe的品位变化系数为16.48%，TiO2的品位变化系数为31.17%，且从各元素的相关性可以看出，TFe和TiO2表现出较高的正相关性，因此在进行矿块赋值的时候幂值m均取2。

2.7 体重的确定

根据不同矿石类型采集的112件小体重样测定成果，对TFe品位13%以上的101件样品，采用线性回归分析方法，计算出其线性回归趋势图及其数据散点(见图7)。

图7 全铁品位与矿石体重线性回归趋势图

2.8 资源量估算

依据规范要求，按照不同的地质可靠程度(包括研究程度和控制程度)，划分矿产资源储量类型，是矿产勘查的主要目的之一。不同的矿产资源储量类型，在地质可靠程度上有着严格的要求。

为了与地质块段法资源储量类型进行比较，Surpac可以提取各勘探线见矿工程中心点位形成线串文件(见图8)。

图8 控矿工程中心点勾画探明资源量级别线

然后以线串文件外廓点为基础，勾画出探明级别资源量的磁铁矿轮廓界限，该轮廓线外围的矿体则为推断资源量，对矿块模型进行赋值后可以查看不同储量级别的矿块分布情况，以此为基础以对资源量进行分类报告。

在对矿块各项属性完成赋值以后就可以根据需要的属性分类进行资源储量报告，本次资源量报告按照标高范围、矿量类型、资源量类别三级分类，对矿体的矿石量、TFe平均品位、mFe品位平均、TiO2平均品位、TiO2资源量属性进行统计。利用Surpac的储量报告功能可以生成关于矿石量和TFe品位的报告，可以根据采矿设计按照首采区的首采区和二期矿量等对矿石量进行区分(见图9)。

图9 首采区范围内可采矿量和挂帮矿量分布情况

3 应用成果的优点和创新点

1)在本次勘探报告的资源量计算环节采用Surpac三维建模软件对矿体进行空间建模，创新性的采用矿化域概念，通过将所有单样品品位全铁品位超过11%的勘探工程全部纳入矿化域范围内，然后将整个矿化域范围按照规格分成矿块，采用距离幂次反比法对每个矿块进行赋值，从而确定整个矿床的全铁品位分布情况，然后利用Surpac的统计功能，根据不同的品位区间对资源量进行统计及直观显示不同品位的矿块在空间内的分布情况。

2)本次应用前后成果提交的对比(见图10)：在采用传统的地质剖面进行成果提交时只能提交面状的矿体范围图，无法直观的看出矿体内不同品位的分布情况；在采用Surpac进行矿体建模后，对矿体按照勘探线进行图切剖面，可以从剖面图上直观的看到矿体内不同品位的的分布情况，同时还可以从空间上看出不同品位的分布情况。

传统地质法图切剖面 Surpac生成图切剖面图10 地质剖面与三维数据成果对比图

4 结语

1)利用地质统计学原理， 采用矿块工程指标体系和距离幂次反比法，用 Surpac计算机软件，对复杂矿体、多元素共伴生矿体的工业指标选取、论证，提供了快速、准确、可靠的方法。

2)用地质勘查三维数据成果，提交地质勘探报告及评审，论证结果可以验证，结果可靠，具有较好的示范作用和应用前景。

3)矿山地质模型和数据完成计算机化，为今后矿山采矿设计、采选矿生产、计划管理、经营管理的智能化迈出扎实的一步，为建设智慧矿山奠定了坚实基础。