和睦山铁矿三维地质建模及资源储量估算对比

王 辉 王 章 余 剑 骆 溶 陈克峰

（1.安徽马钢矿业资源集团有限公司；2.安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）

矿山地质工作是矿业开发工作的基础，传统地质工作将三维的地质信息进行二维投影，地质工作成果均为二维平面图形展示，存在三维空间信息表达能力不足，难以直观揭示地质体的结构关系、地质数据的动态更新困难等缺点，在很大程度上阻碍着矿山的开发利用［1］。近年来，随着计算机技术广泛而深入地用于采矿业，三维地质建模技术作为矿山设计转型的重要环节，在矿产资源勘查开发利用、资源储量管理、数字矿山建设等方面得到了广泛应用［2-5］。和睦山铁矿经数十年开采，采矿权范围内储量已濒临耗尽，深部探矿权范围内尚有资源量未开发利用。为进一步研究矿体地下赋存特征、估算资源量，本次研究系统整理了和睦山铁矿历年形成的地质资料，基于国产三维地质软件3DMine 平台，建立钻孔数据库，构建矿体三维实体模型，并以此为基础进行品位推估及资源量估算，为后期探转采整合开发提供可靠依据。

1 矿山地质概况

矿区出露地层由老至新依次为早中三叠统周冲村组、中三叠统黄马青组下段及第四系全新统芜湖组。区内的岩浆侵入活动强烈，产出的次火山岩主要为和睦山闪长岩体、后期的闪长玢岩及辉绿岩脉。其中，和睦山闪长岩体与区内铁矿成矿关系密切。和睦山铁矿体呈似层状、透镜状产于周冲村组与闪长岩接触带及附近的内外带中。铁矿床成因类型为宁芜玢岩铁矿“凤凰山式”。以Fe-1 为主矿体，资源量占比76.27%，矿体形态不规则，总体呈似层状，走向312°，走向长1 640 m；水平宽150～800 m；倾向42°，倾角0°～45°，倾向延深200～1 000 m。赋存标高+58～-785 m，埋深0～801 m。矿体平均厚度21.33 m，厚度变化系数76%；平均品位TFe37.99%，TFe品位变化系数25%。夹石分布较为分散，但总体对应于矿体厚度较大处。

2 三维地质建模

2.1 钻孔数据库建立

地质勘查资料是了解矿床信息的最直接的手段，地质数据一般通过地形测量及水文地质测量、钻探工程、物探测井、采样化验等方法获取。和睦山铁矿从矿床普查、详查、勘探到矿山生产各个阶段积累了大量的地质信息，为此，对和睦山铁矿相关地质资料进行了搜集与整理。其中，钻孔数据是矿产资源评估和开采设计的基础，也是创建矿山地质数据库必不可少的地质资料［6］。钻孔数据库用于存储、管理各类探矿工程及相关分析测试数据，一般由钻孔定位表、测斜表、化验表构成钻孔数据库基本结构，其中钻孔定位表包括工程号、开孔坐标、最大孔深、轨迹类型等信息；测斜表记录工程深度、方位角、倾角等测斜信息；化验表包括工程号、采样起始深度、采样终止深度、样品编号、样品长度、样心长度、采取率以及TFe、mFe等化验元素品位，其字段参数见图1。

不同的三维地质建模工具有不同的数据库格式要求［7-8］。本次工作基于3DMine 软件要求，钻孔数据库格式采用.mdb 格式。本次研究共利用钻孔（含探槽）148 个，测斜数据299 条，基本分析样品3 373 件。探槽数据无原始测量记录，是根据图面位置，测算端点坐标、平均导线倾角及投影样品长度。利用的原始样品质量均符合相应阶段地质报告的要求，经过自查和3DMine 程序逻辑性检查（图2），确定各项原始数据真实、可靠。建立钻孔数据库可以很方便地进行查询、字段数学运算、样品数值统计分析，而经品位数据组合的样品点数据是块体模型内所有单元块估值的依据［9］。

2.2 矿体圈定原则

为确保矿体圈定的完整性，本次矿体圈定是在传统单工程矿体厚度、平均品位加强表的基础上进行圈定，依据确定好的矿体顶底板界线，绘入3Dmine软件中。矿体圈连时，先连接地质界线，再根据地质特征按直线连接，工程圈连的矿体厚度均小于工程控制矿体的实际厚度。矿体圈定从单工程开始，从高于边界品位的样品圈起。按照单工程→剖面→三维矿体的顺序，依次圈连。

2.2.1 单工程矿体的圈定

根据钻孔化学分析和磁性铁分析结果，计算样品的磁性铁占有率来划分矿石工业类型，按照工业指标要求，矿体按不同工业类型、不同品级加以圈定。

（1）工业矿体边界圈定。凡达到矿石边界品位的样品，其加权平均品位高于最低工业品位者，其边界的顶底界的样品界线作为该工程矿体边界。若平均品位达不到工业品位的最低要求时，则将其部分低于工业品位而高于边界品位的样品作低品位矿石单独圈出。

（2）不同工业类型矿石的合并原则：①考虑到开采条件，在弱磁性铁矿石中夹有小于4 m 的磁铁矿石（一般为2 个单样）或赤铁矿石中夹有少量弱磁性铁矿石，不单独圈出；②磁铁矿石中，特别在其边界夹有小于2 m 或1 个单样的弱磁性铁矿石，小于2 m 者在不影响矿层磁性铁占有率低于85%的情况下圈进磁铁矿石中；③矿体中各种后期岩脉，不论其厚度是否达到2 m，均在图上圈出。

2.2.2 剖面上矿体的圈定

根据控矿的地质因素和工程见矿情况，凡同一矿体进行连接。

（1）相邻两工程均见到相同矿体及相同矿石类型的工业矿体，则根据单工程圈定边界，以直线连接圈定。如果剖面上相邻两工程均见到若干个铁矿体，视其空间位置、矿体产状、性质、地质特征，在详细对比的基础上，按各矿体的不同矿石类型和品级按上述原则分别连接圈定，并将矿体编号。

（2）相邻两工程的同矿体中无对应的不同矿石类型或不同品级矿石，则以对角线互相尖灭连接。

（3）若相邻两工程，其一工程见工业矿体，另一工程的矿体厚度低于可采厚度，以低于可采厚度的矿体底板作为尖灭点。

2.2.3 矿体内外推原则

矿体走向内外推原则与倾向内外推原则一致。

（1）当见矿工程与相邻工程控制矿体的实际勘查工程间距大于推断资源量的勘查工程间距或见矿工程外无工程控制时，矿体厚度≥10 m 者按推断资源量的勘查工程间距1/2（100 m）尖推推断资源量；矿体厚度＜10 m 者按推断资源量的勘查工程间距1/4尖推推断资源量。

（2）当见矿工程与相邻工程控制矿体的实际勘查工程间距介于推断资源量勘查工程间距和控制资源量勘查工程间距之间时，若相邻工程未见矿，矿体厚度≥10 m 者按实际勘查工程间距1/2 尖推推断资源量；矿体视厚＜10 m 者按推断资源量的勘查工程间距1/4尖推推断资源量。

（3）当见矿工程与相邻工程控制矿体的实际勘查工程间距不大于控制资源量勘查工程间距之间时，若相邻工程未见矿，则按实际勘查工程间距的1/2尖推相应类别资源量。

（4）边缘见矿工程外的外推范围按推断资源量的勘查工程间距1/2尖推推断资源量。

3 矿体实体模型的建立

矿体模型的构建不仅能直观显示矿体三维空间形态及各地质体之间的相互关系，还可为后续块体模型建立、品位赋值提供精确的约束条件［10］。本次矿体圈定是在MAPGIS67 传统图件的基础上进行，采用垂直勘探线剖面法对已确定的各类型铁矿矿体界线点进行合并圈定（不分矿石类型、品级），生成矿体的三维实体模型。本次建立的实体模型为地表模型、矿体模型（图3），对矿体空间形态进行了充分对比研究，和睦山铁矿共分110 个矿体，其中主矿体1个，矿体编号为Fe-1，次要矿体8 个。其中，主矿体Fe-1形态不规则，总体呈似层状。

4 资源储量估算

和睦山铁矿Fe-1（主矿体）呈似层状产出、走向北西、倾向北东，矿体倾角由45°逐渐变为0°。勘查工程位于一系列平行分布的勘探剖面中。根据《固体矿产资源量估算规程第3 部分地质统计学法》（DZ/T 0338.3—2020），本次资源储量估算以3Dmine企业版三维估算软件为基础，采用距离幂次反比法进行估算。其基本原理就是将矿体在三维空间内按照一定的尺寸划分为一系列的单元块，单元块的品位由已知的样品根据距离的远近给定不同权数进行推估，并在此基础上运用块体空间逻辑约束方法，进行资源储量估算。

4.1 样品统计分析

本次建立块模型，铁矿总量7 329.66 万t，Fe-1为5 589.99 万t，占比76.27%，因此，本次仅分析Fe-1样品基本统计分析结果。基于建立的地质数据库，通过对利用钻孔数据库的基本分析样品进行合并、组合，通过实体工具保留实体内（外）点功能，仅保留Fe-1 内部、夹石外部的样品点，组合样钻孔缺失样按零值处理，组合方式为原样提取，其中，TFe 算术平均品位37.99%，品位变化系数25%。通过对控制Fe-1的1 380 件基本分析样品长度进行统计，样长基本符合正态分布，主要集中在1～3 m。样长算术均值、几何均值均在2 m 左右。因此，确定本次组合样品长度为2 m，组合方式为等距离组合，样品最小长度为1 m，并写入钻孔数据库，在资源储量估算时调用。样品品位属性字段依次包含TFe、mFe、mFe/TFe、S、Gy 5个双精度字段。

4.2 块体模型构建

块体模型是矿体品位推估及资源储量计算的基础，通过单元块赋值可以直观显示矿体内部有用组分分布的属性特征及空间变化规律，进而评估矿体的资源储量。确定合适块体尺寸是块体模型建立过程中一项关键工作，块体尺寸设定过大，会导致矿体边界处误差变大，影响估算的准确性，通常情况下，单元块尺寸由矿体类型、矿体规模、矿体空间形态、勘探网度和开采方式等因素确定，矿块选取尺寸越小，估算越精确。块体可以添加矿岩类型、矿种、品位、体积质量、资源量类别等属性。

本次研究依据所有矿体的空间分布范围，矿体分布范围呈正方形网格，结合矿山开采的实际经验，建立块体参数如下：块体起点：x=640 100.000，y=3 483 900.000，z=-840.000；块 体 标 准 范 围:x=3 072.000，y=3 072.000，z=1 024.000；块体用户范围:x=1 908.000，y=1 608.000，z=900.000；标准块大小:x=6.000，y=6.000，z=2.000；块体旋转：方位角=0°，侧伏角=0°，倾角=0°；块体数目共330 705个。块体模型的属性可以根据生产需要进行赋值，本次块体属性包含TFe、mFe、mFe/TFe、矿体编号、矿石类型、体重、资源量类别、采动情况8个。

4.3 估值参数配置

品位变化系数为25%，说明有用组分TFe 分布均匀，没有明显的结构各向异性，按一般经验原则，距离幂次反比法进行品位估值时适用于低次幂，幂值取2。对于距离幂次方比法，依据矿体空间展布规律和形态特征确定搜索椭球体的半径、方位角、倾角、倾伏角和长度比值等参数，其中，椭球体半径是块体模型估值参数配置的重要参数，在赋值时须选定合适的搜索半径，保证全部块体估上值。搜索椭球体参数设置中，第一次估值不一定能将全部块体估值，下一步对没估上值的矿块需调整搜索半径、最少样品点等参数进行多次估值，直到所有块体全部完成估值。本次研究TFe、mFe、mFe/TFe 品位估值按照Fe-1、其他铁矿体进行二轮估值。

4.4 估算结果

对Fe-1～Fe-8 进行资源量类别赋值。按照岩性范围圈定出对应矿体字段、执行合并/分离矿段、创建投影工程点，在投影工程点中按照实际工程间距圈定资源量类别界线。以实体边界线圈定推断资源量外边界线；以≤60 m 的实际工程间距圈定探明资源量，以60～120 m 的实际工程间距圈定控制资源量。本次资源量估算对象主要为和睦山铁矿主矿体Fe-1，其资源量3Dmine块体报告表见表1。

4.5 估算结果对比验证

模型算量的主要误差来源为实体模型的建立，在几何法公式算量中，矿体矿段的体积值具有唯一性；但不同的三角网连接方式可以构建不同的实体模型，其体积值不具有唯一性。因此，依据《固体矿产地质勘查报告编写规范》附录D 要求，对全局和局部分别进行验证。Fe-1 矿石量占比76.27%，本次对Fe-1矿体进行全局验证和局部验证。

（1）算术平均法全局验证。本次建模利用钻孔基本都以垂向方向穿过铁矿体，除矿体边部钻孔间距较稀外，其余分布较为均匀。钻孔见矿视厚度算数平均值代表矿体平均视厚度，具有一定的代表性和合理性。其结果见表2。

（2）垂直断面法局部验证。以19 线以南采矿权内Fe-1 矿体为例，其结果见表3。结果显示，本次资源量估算精度达到±5%以内要求，资源储量估算结果可靠。

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5 结 语

根据和睦山铁矿已有的矿区地形地质图、中段地质平面图、勘探线剖面图、钻探数据等地质资料，运用3DMine三维软件，构建了该矿的地表模型、矿体实体模型及钻孔数据库，直观、准确地展示了矿体的空间形态特征。在此基础上建立了块体模型，基于距离幂次反比法原理进行品位估值和资源量估算，并对估算结果进行全局和局部对比验证，资源量估算精度达到±5%以内，表明模型估算资源量结果较为可靠。三维地质模型的建立，为后期矿山勘查、开采设计及数字化矿山建设等方面工作提供了高效、科学的应用基础。