基于Micromine软件的三维可视化基础应用与资源量估算

张 伟，黄美成，岳鹏军

（1.北京睿思矿科科技有限公司，北京 100080；2.且末县邦泰矿业投资有限公司，新疆 巴音郭楞 841900；3.中色地科蓝天矿产（北京）有限公司，北京 100020）

在矿床研究和矿产资源量估算过程中，往往由于多期次的成矿作用和复杂多样的控矿因素，造成成矿部位地质构造比较复杂，矿体形态也不规则，使原始数据的解译工作变得十分困难，对矿床形态的理解也不能进行直观的展示和分析。

针对上述问题，国际上多个矿业大国在20世纪中叶，开始着手编制了一系列的三维矿业软件，如Surpac、Datamine、Micromine等大型专用三维矿业软件，它们分别具有不同的优缺点，其中Micromine软件在完成数据采集和处理、三维建模、储量估算等方面具快速和易操作性，因此其对地勘单位来说具有很强的实用性[1]。利用三维可视化，可以对矿床地质特征、矿体空间分布特征进行直观分析，同时实现相关数据的一体化管理，对提高矿产资源勘查过程中所需的分析判断能力和找矿预测都有很大帮助。

1 Micromine三维数据导入及显示

资源量估算的基础数据主要来源于钻孔、探槽等原始数据；将数据整合在一起，实现一体化管理便是数据库的主要作用。关于钻孔数据，Micromine所使用的是自研的关系型数据库（dhdb.格式），该数据库仅作为定位表、测斜表、样品分析表、岩性表等钻孔数据的桥梁，本身并不具备储存数据的功能，所以要求数据源是与之匹配的文件格式（DAT.格式）。这里我们可以借助Micromine的数据导入功能将EXCEL、CSV等常用数据格式转化为所需的DAT格式，亦可从其他数据库中导入[2]。

建立钻孔数据库前，需通过校验来检验钻孔数据，通常原始数据会由于记录、存放等各种原因造成数据的错误或缺失，钻孔校验功能可以很好的验证钻孔数据的合理性与准确性。

关于钻孔数据的三维显示，主要可分为显示钻孔轨迹、值、岩性三部分，这三部分基本满足后续我们对矿体进行解译和估算的需求。灵活使用三者的显示设置，在实现钻孔个性化显示的同时，也可以达到不同的地质目的，如显示钻孔轨迹中的钻穿点功能，为绘制各类投影图、切面图提供了一个简单、快捷的方式，此功能在探矿各个阶段均可节省大量的时间。同时在Micromine 2022版中，还有多种其他设置可以使钻孔显示的内容变得更加丰富、全面。

2 地质解译与线框构建

通过钻孔的个性化显示，结合剖面控制文件可以实现多个简洁、直观的矿体连接界面。剖面控制文件是通过勘探线或手工切割剖面来创建的、用于储存一系列相应空间位置的文件，其作用就是使计算机显示特定位置和范围内的相关数据。

在地质解译、矿体圈连过程中，我们可以使用比例点功能与复制/移动线功能，准确的绘制1/2、1/3、2/3等满足地质勘查规范的辅助线和矿体界限并进行矿体外推。

构建线框，首先需确定所要构建线框的类型，如矿体、围岩、DTM表面等；在建立工程文件夹时，Micromine针对三角片，自动创建有多个tridb.格式的三角片数据库，用于分类管理线框模型，同时该类数据库具有存储数据的功能。关于线框的分支复合，Micromine采用的方法是，通过对构建线框所用到的矿体界线进行编辑来实现的，将需分支、合并的矿体界线用分离即分割线功能将其分割为两条或多条多段线，分别表示矿体分支或复合的位置，以达到针对不同分支分别构建线框的目的[3]。在确定矿体延伸方位、倾角、距离等参数后，亦可采用对工程控制边界处的矿体界线进行复制/移动线功能的操作，绘制矿体外推界线从而构建外推线框。

3 样品数据处理

数据处理，根据已构建的线框，对钻孔样品等数据进行圈定，同时对样品数据文件进行更新、修改。其主要目的是确定哪些样品在矿体内且要参与估值，同时对异常数据进行处理。

关于如何在三维空间内挑选出，处于矿体线框内的所有样品，我们可以通过生成井中坐标功能，将所有钻孔样品线段压缩为点，同时确定其三维坐标XYZ值；根据样品点坐标，便能在空间上圈定哪些样品在矿体线框内，并通过线框赋值给点的方式，在数据文件中反应出相应的样品，通过增加过滤条件将满足赋值要求的点提取出来[4]。针对这些样品点，我们可以快速得到矿体的平均品位及与品位相关的数据，如标准差、方差等，并进行初步分析；同时能获得更为关键的、可以反映矿体品位均匀程度的变化系数或西舍尔系数，从而判断是否存在特高品位需要处理。

特高品位处理，国内多采用6-8倍替换法，即使用矿体的平均品位替换超过平均品位6-8倍的样品品位；国际上一般采用97.7%（或97.5%）分位数法，即采用矿体内所有样品品位的97.7%（或97.5%）分位数品位，替换超过该品位的样品品位，同时可辅以QQ图进行补充描述。

组合样品，地质统计学一般要求样品等长组合。在数据处理的过程中，原则上要保持大多数样品不变，这里可以采用统计直方图的形式，定量的确定组合样品的较合理的组合长度。地质统计学之所以有这样要求，一部分原因是在进行克里格法估值或者距离幂次反比法估值时，都是针对样品点进行的，从而需要相同的长度来消除长度对样品点品位的影响，以得到更合理、准确的估值。

4 建立块体模型及距离幂次反比法估值

建立块体模型的目的在于将矿体分割成多个小块体，分别计算各个小块体的资源量，通过累计的方式计算整个矿体的资源量。

在建立空块模型时，空块的体积便是各个小块体的固有属性，计算它的资源量还需其体重及各个小块体的平均品位，体重一般由化验室给出或者是计算得出的品位与体重的函数，而其平均品位就需要用到克里格法或距离幂次反比法进行估值。这里主要以距离幂次反比法为例。

距离幂次反比法的原理，简单来说，就是在搜索范围内，距离“待估块体”越近的样品点，其品位对“待估块体”品位的影响就越大，所占权重也越大；幂次是控制所占权重大小的一个指数，当幂次取的过大时，就意味着距离“待估块体”最近的样品点，对其估值具有决定性的作用，较远的样品点对估值影响微乎其微，所以一般在对贵金属或者品位变化较大的矿体进行估值时，我们一般采用3次幂，其他一些矿种多采用2次幂，同时也可以根据实际情况进行论证，来确定具体的幂指数；反比指得是一种常用的计算方式，这里就是指将距离取幂次后的倒数，作为权系数进行加权平均。距离幂次反比法与克里格法在估值过程中，最主要的区别在于是否考虑矿体的各向异性和是否进行变异函数的计算，而当矿体品位的均匀程度达到较均匀以上，即矿体内所有样品点品位的变异系数小于等于1.5时，可采用距离幂次反比法估值，且二者估值结果的差异通常不大，所以在国内，较为简便的距离幂次反比法更受大家青睐。

在建立空块模型时，小块体的大小一般可以根据矿体规模的大小及工程间距的大小确定，可取工程间距的1/4、1/3、1/2，亦可根据实际情况、采矿工艺等因素选定；同时有两种空块模型可以建立，一种为次分块模型（图1），一种为块系数模型（图2）。两种模型的区别在于矿体边界处，空块是否需要继续分割为更小的块体：次分块可以设置继续分割为多少小块体，一般设置为2＊2＊2；而块系数是保持矿体边界处，空块大小不变，以矿体占据空块体积的比例，确定矿体边界处空块内矿体的大小，同时自动生成块系数字段。

图1 次分块模型

图2 块系数模型

确定搜索范围，我们需要先建立一个搜索椭球体，其作用在于根据矿体的整体形态，确定对“待估块体”进行估值时，所用样品点的方位与比例，即建立一个规则的、按比例缩小的矿体。一个椭球的空间形态可由6个参数确定，通俗的讲可以由椭球的长、宽、厚，及它们的指向确定。构建椭球体时，各个参数是比例关系，所以椭球可大可小，保持形态比例不变即可，但搜索范围=给定的搜索半径参数＊各个轴的比例系数，故而一般将主轴（即椭球长的方位或矿体走向）的比例系数设置为“1”，方便估值搜索范围的确定。

根据搜索范围，给空块模型进行距离幂次反比法估值，通常估值不是一次性完成，我们需要根据资源量类型的划定要求进行多次估值，一般由三次有效估值完成。

根据地质统计学规范，在资源量类别的划分过程中，应根据搜索半径、工程数、样品数等因素对矿块进行资源量分类，但由于规范中并没有明确限定资源量类别的划分参数，所以可采用经验值来划分。如在只考虑搜索半径和工程个数的情况下采用：搜索范围为小于1/2控制工程间距且参与估算的工程数大于等于3个孔时，可划分为探明的资源量；搜索范围为小于控制工程间距且参与估算的工程数大于等于2个孔时，可划分为控制的资源量；搜索范围为小于2倍控制工程间距且参与估算的工程数大于等于1个孔时，可划分为推断的资源量[5-9]。控制工程间距可根据实际情况放大到相应规范要求的1.25倍左右，亦可通过相关论证确定最终的资源量分类参数。但类似的资源量分类标准，易产生“孤岛”现象，即不同资源量类型的矿体在空间上相互穿插或包含，这时可以通过多段线赋值、线框赋值的方式，根据工程控制程度和地质可靠程度进行人为干预，采用我国的资源量分类规范进行分类。

5 生成资源量报告

生成块体模型报告为资源量估算流程中出成果的一步。在生成块体模型报告时，需通过设置默认体重或增加体重字段的方式给各个矿块赋予相应的体重值，结合各个矿块的体积和先前通过克里格法或距离幂次反比法所得的各个矿块的品位，就可以依据需求，设置不同元素、品位、高度、资源量类别等条件，生成不同的报告模式，实现对矿体资源量快速的、多样的、全面的描述。这里我们需要注意的是，要根据不同的矿块模型设置不同的参数，如块系数模型需要及时的勾选上块系数字段，否则会造成估算资源量远大于实际资源量的情况。同时我们可以在线框菜单栏下找到生成品位-吨位报告功能，通过线框和线框内样品点来直接估算矿体资源量，进行简单的交叉验证，通常两者相差不大。

6 结语

地质工作中，一套理论的形成或者一次资源量的估算，都是经过长时间对数据的分析、更新、探索而得出的。传统的工作方法效率较低，且更新、修改的过程重复性较强，需要大量的人力、物力及时间。因此，三维地质建模及其可视化、数据管理，成为了现代化矿业构件中不可或缺的一部分。多年来我国Micromine用户用实践证明，通过Micromine软件进行的资源量估算所得出的结果与传统几何法所计算出的资源量，结果基本吻合，其相对差在1%～15%之间；同时经过大量专家的论证与评审，其功能、可靠性及报告通过率得到了保证。Micromine软件作为大型的专业矿业软件之一，对地勘单位在资源量估算、找矿研究等工作，可以提供一定的帮助。此外，对提升矿山的现代化建设和数字化管理也可以起到一定的作用。