云南羊拉銅礦三維地質建模及儲量計算

孫 瀟，陳建國，2，房曉龍，馬秋石

(1．中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074;2．中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室，湖北 武漢 430074)

云南羊拉銅礦三維地質建模及儲量計算

孫 瀟1，陳建國1，2，房曉龍1，馬秋石1

(1．中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074;2．中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室，湖北 武漢 430074)

以云南羊拉銅礦的斷層、地層、巖體、礦體為研究對象，在分析研究建模技術方案的基礎上，依據收集到的鉆孔柱狀圖、勘探線剖面圖、中段地質圖和地形地質圖，結合野外踏勘與認識，利用Micromine軟件建立了研究區的地形、地層、斷層以及礦體的三維實體模型，直觀展示了區內地表、斷層、地層、巖體以及礦體的空間展布以及相互的空間位置關系。運用克里格法對里農礦段的銅礦體進行品位估值，獲得了礦體的儲量。

三維地質建模;資源量計算;Micromine軟件;羊拉銅礦;云南德欽

0 引言

三維地質建模這一概念是由加拿大Houlding提出的。目前，隨著其理論逐漸成熟和完善以及計算機硬件軟件的快速發展，它已經成為研究礦床的又一新途徑。一些礦業軟件公司推出了各自的產品，國外較成熟的軟件有：Micromine、Surpac、Datamine、Vulcan 等(孫豁然等，2007;朱超等，2010)．國內對該方面的研究起步較晚，但也取得了一定的成果，如中地數碼集團推出的基于MapGIS平臺的資源量估算與礦體三維建模系統、中國地質大學(武漢)開發的GeoView軟件、中國地質科學院開發的探礦者軟件Minexplorer、北京東澳達科技有限公司自主研發的3DMine礦業工程軟件等。

羊拉銅礦近些年產量不斷增長，為確保后續資源，加強羊拉地區找礦研究，快速找到資源儲備區尤為重要。為使羊拉銅礦節約成本，充分利用資源，對已有資料進行再次開發利用，運用新技術成為一條擴大找礦成果的重要途徑。基于國內外三維地質建模的研究，筆者運用Micromine軟件對羊拉銅礦構建了礦山三維實體模型和屬性數據庫，將礦山的空間數據實現數字化存儲和表達，并對已知礦體進行了資源量估算，為礦山的進一步開采提供參考。

1 研究區概況

云南德欽羊拉銅礦地處滇、川、藏3省交界，雪域青藏高原南緣，橫斷山脈北段，屬高山深切割地區，地形為向東傾斜的單向坡，坡度范圍為25°～50°，局部地區達70°，高差約2 300多 m。

羊拉礦區地處金沙江接合帶中，區內主要出露泥盆系(D)、下石炭統貝吾組(C1b)、上三疊統(T3)、第三系(E)和第四系(Q)地層。主要含礦地層為泥盆系中—上統里農組一段(D2+3l1)，其次為泥盆系下統江邊組三段(D1j3)、二段(D1j2)。該區的礦體產出于(斑)巖體及其外接觸帶的矽卡巖，角巖化變質碎屑巖中。含礦巖性主要為透輝矽卡巖、石榴石矽卡巖，角巖化變質石英砂巖、花崗閃長巖次之。

本區域內的斷層較為發育，規模最大的F4斷層斜穿礦區中部，呈北東向展布。除F4外還有近北東向的F6、F8、F10斷層及層間破碎帶。

里農礦段共圈出層狀、似層狀及透鏡狀的礦體12 個，其中工業礦體有 KT2(上)、KT2(下)、KT2-7、KT3、KT4、KT4-1、KT5 7個，礦體總體走向近南北，向西緩傾，一般傾角180°～35°，主要產出于里農巖體西側的外接觸帶中。路農礦段KT5-1礦體產于上部矽卡巖礦化層之上部，賦存于地層D2+3l1與D2+3l2之層間破碎帶。KT1礦體產于下部矽卡巖礦化層的頂部，加仁巖體東側內外接觸帶。KT4礦體賦存于D2+3l1與D1j3之層間破碎帶，往北被F4斷裂錯失(曾禮傳，2010;胡光龍等，2008)(圖1)。

圖1 研究區地質簡圖

2 三維建模技術方案

三維地質建模涉及地表建模、勘探數據庫、斷層建模、地層建模、礦體建模等(圖2)。地表模型是利用地表高程數據建立不規則三角網(TIN)形成面模型。勘探數據庫是利用軟件將整理好的井口信息表、測斜數據表、巖層數據表以及取樣分析表相互關聯建立的。斷層模型是通過將數據中的斷層線依次用不規則三角網連成的面模型。巖體和地層是通過將線連結成面，再運用面切割體的方法建立的。礦體模型的建立采用剖面圈礦，然后將各剖面上的礦體輪廓對應用線框連結起來的方法建立。綜合地質模型的建模步驟是：先將收集到的數據分析、整理并建立數據庫對其進行存儲、管理及操作。然后，根據研究區的Xmin、Xmax、Ymax、Ymin、Zmin、Zmax構建立方體線框，用 DTM 切割該體建立三維空間研究區范圍線框。在此基礎上，對各地質體運用相應的方法建模，為使相鄰地質體的模型能夠達到無縫貼合，對各地質體建模應遵循從建立斷層模型→建立巖體模型→建立地層模型→建立礦體模型這樣一個順序。

圖2 地質體三維建模流程圖

3 羊拉三維地質模型建立

3．1 Micromine軟件簡介

Micromine軟件是由澳大利亞Micromine礦業軟件公司開發的一套專門處理勘探和采礦數據的商業三維礦業軟件。它具有以下特點：(1)具有良好的用戶操作界面和與其他相關軟件的數據接口;(2)能夠有效地管理、分析勘探資料及地質編錄數據，并能將其進行三維可視化表達;(3)能高效便捷地在三維空間中圈定礦體，并提供多種方法進行資源量計算及動態管理分析。

3．2 勘探數據庫的建立及鉆孔的三維可視化

數據庫的建立是地質體三維建模的基礎，經過對收集的羊拉銅礦的勘探工程資料(包括鉆孔柱狀銅礦圖和平硐素描圖)進行匯總、分析，運用Micromine軟件建立羊拉勘探數據庫，該數據庫中包括井口信息表、測斜數據表、巖層數據表以及取樣分析表共4個表文件。在數據錄入并更新該數據庫后，通過Micromine的鉆孔軌跡可視化功能將這錄入的133個鉆孔的空間形態展示在三維空間中，根據鉆孔中不同巖性或不同品位值填充不同的顏色和花紋。

3．3 地表模型的建立

地表模型的建立有利于三維空間研究區范圍的確定，并對近地表的地質體模型的建立進行空間范圍限定。研究區1∶1萬地形地質圖和里農礦段(等高距40 m)、路農礦段1∶2 000地質地形圖中的等高線數據(等高距10 m)為研究區DTM模型的建立提供了數據源。該區高程數據的特點是高精度數據僅覆蓋局部區域，為使模型達到較好的模擬效果，將兩種精度的數據相結合：(1)在MapGIS中將等高線數據從各地質地形圖文件中提取出來導入到同一個Micromine的線文件中，將重疊區域中40 m間距的等高線刪除;(2)用Micromine中DTM模塊下的創建表面工具對等高線加密，使等高線的間距統一為10 m;(3)運用創建DTM表面工具依據加密后的等高線數據創建DTM表面。

3．4 斷層模型的建立

斷層的出現會使地質體之間的空間關系變得復雜，它對其他地質體模型的建立具有重要的參考作用，因而先于其他地質體建模。斷層數據需要從包含有斷層信息的地質地形圖、區內構造綱要圖、勘探線剖面圖、中段平面圖中提取。在將這些圖件轉換為DXF格式或MapGIS明碼格式導入Micromine后，運用“測量→坐標系統變換→平面”工具，利用兩個已知點對圖件進行坐標系統變換，最后將各文件及鉆孔數據中描述斷層的數據提取出來，按斷層編號分別存儲。用線框將同一文件中的線兩兩連接構成面，再依據勘探地質報告中該斷層的描述(包括斷層的性質與規模、兩盤的位移、走向及傾角)對所建立的斷層面進行修編，圖3中展示了區內已建成的斷層模型。

3．5 巖體及地層模型的建立

巖體是一種“有根”的地質體，在勘探過程中，工程往往只揭露一定深度巖體的信息，對它的建模一般采用將鉆孔數據和勘探線剖面圖、中段平面圖以及地形地質圖中描述巖體上表面空間位置的線數據用不規則三角網(TIN)連成面，然后用該面切割研究區三維線框模型，所得面下的線框模型為巖體模型。由于巖體常會侵入地層中，因此，地層建模晚于巖體建模。地層模型的建立同樣采用面切體的方法進行，用各地層的接觸面依次“切割”研究區三維線框模型，得到各地層模型(圖4)。

圖3 斷層模型圖

圖4 地質體模型圖

3．6 礦體模型的建立

礦體模型(圖5)以鉆孔數據為支撐，同時參考現有勘探線剖面圖、中段平面圖等成果資料。礦體模型的建立需要經過以下幾個關鍵環節：(1)需要根據鉆孔中的樣品分析數據，按照羊拉銅礦指定的礦體圈定原則以及對礦體空間分布特征的分析在三維空間中圈定各礦體在剖面上的輪廓線。(2)利用Micromine中“創建線框”工具將相鄰的兩個剖面上同一礦體的輪廓線依次連結。(3)相鄰兩個工程，一個見礦，另一個不見礦，礦體推至兩工程間距1/2處尖滅。(4)建立近地表的礦體模型時需要用DTM進行礦體邊界的限定，對于高出地表的部分需要通過布爾運算對礦體模型進行修正。當礦體出現分支閉合現象時，可以通過建立輔助輪廓線和連結線來幫助礦體線框的連結。當出現礦體被斷層切割的情況時，需要借助布爾運算實現斷層模型對礦體模型的切割，以確保二者之間具有正確的空間拓撲關系。建模過程中還可以通過建立“連結線”、抽稀或加密輪廓線上的點來避免交叉三角形的出現和線框模型失真或扭曲。

圖5 里農礦段礦體模型圖

4 羊拉里農礦段銅礦體資源量估算

4．1 礦體空塊模型的建立

對于實體的屬性信息線框模型無法完整地表達，這就需要建立塊體模型。綜合考慮研究區地質復雜程度、礦體連續程度、礦體開采方式、勘探工程間距以及計算機硬件條件，確定了本次研究中塊體模型體元的尺寸：北×東×高=6 m×10 m×2 m。

4．2 數據預處理

數據的預處理包括數據轉換、特高值處理以及組合樣長。運用克里格插值的前提是樣本數據服從正態分布，經分析，原始數據的自然對數服從正態分布，故對數據進行自然對數變換。在估值過程中，特高值對估值結果影響明顯，為此，筆者采用頻率曲線法界定特高品位，將曲線拐點處的品位值取為特高值的下限，對那些獨立出現的高值用該下限值替代。資源量估算前需要對樣長進行組合，組合時應最少拆分原始樣長，故而選取原始樣長的眾數1．5 m作為組合樣長，并依據經驗將0．5 m作為最小組合樣長。

4．3 變差函數分析

克里格估值法是通過變差函數對區域變量進行結構分析和樣品品位估值的(沈步明等，1994)。計算礦體的走向、傾向以及礦體的厚度方向上的實驗變差函數，并進行實驗變差函數與理論模型的擬合。球型模型是資源量估值中最常用的模型，選擇球狀模型進行擬合，以確定各方向上變異函數的塊金值、基臺值和變程。根據表1中的各變差函數理論模型參數，得到各方向實驗變差函數和理論模型的擬合結果，如圖6、圖7、圖8所示。

表1 變差函數理論模型參數

圖6 走向方向的變差函數曲線

圖7 傾向方向的變差函數曲線

圖8 厚度向方向的變差函數曲線

4．4 搜索參數的設置

估算過程中，需要確定搜索參數，它對克里格估值結果有很重要的影響。通過劃分扇區限定每個扇區內最少、最多數據點來排除由勘探工程的分布不均勻導致的樣品簇集的影響(孫玉建，2008)。設定每個扇區最多有6個點參與估值，這6個點為與待估點距離最近的6個點，最少參與估值的點數為2，少于2個點則待估點不被估算。筆者設置的搜索半徑分別為50、100、160 m，搜索半徑為160 m時所有的待估塊段都被插值完畢。

4．5 資源量估算

運用普通克里格法對里農礦段礦體進行Cu品位估值，將品位邊界值分別設定為0．2%、0．3%、0.5%，礦石體積質量分數如表2所示，經計算，得出里農礦段的銅礦石總量為3 830．3萬t，Cu金屬總量為18.3萬t。

表2 礦石體積質量分數

用另外一種估算方法——距離冪次反比法再次對里農礦體進行估值和資源儲量計算，計算結果如表3所示。采用與克立格法相一致的搜索參數進行品位估值，將其所得結果與所采用普通克里格方法估算所得的資源量結果進行比較，以此來衡量運用克里格法所估算結果的可靠程度。對比結果表明，兩種計算結果的相對偏差僅為2．31%，證明其可靠程度較好。圖9為運用克里格法對Cu品位進行差值后里農礦段礦體Cu品位的分布圖。

表3 兩種方法資源量估算比較

圖9 里農礦段礦體Cu品位分布圖

5 結論

以云南羊拉銅礦里農礦段、路農礦段為研究對象，在分析研究建模技術方案的基礎上，依據所收集到的鉆孔的柱狀圖、勘探線剖面圖、中段地質圖和地形地質圖，結合野外踏勘與認識，利用Micromine軟件建立了研究區的地形、地層、斷層以及礦體的三維實體模型，直觀展示了區內地表、斷層、地層、巖體以及礦體的空間展布以及相互的空間位置關系，對分析各地質體之間的相互關系以及礦體的空間展布特征提供了幫助。并運用克里格法對里農礦段的銅礦體進行品位估值，獲得了礦體的儲量，對礦山今后的生產具有一定的指導意義。

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3D geological modeling and reserves estimation in Yangla Copper Deposit in Yunnan

SUN Xiao1，CHEN Jian-guo1，2，FANG Xiao-long1，MA Qiu-shi1

(1．Faculty of Earth Resources，China University of Geosciences(Wuhan)，Wuhan 430074，China;2．State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources of China University of Geosciences，Wuhan 430074，China)

Taking the fault，strata，rock mass and ore body in Yangla Copper Deposit as study targets，based on the analysis and study modeling technology plan，the available of borehole histogram，prospecting line profile，middle geological map and topographic geologic maps and in combination with field exploration and knowledge，the authors established a 3D solid model on landform，strata，fault and ore body in the study area by the use of Micromine software，directly exhibited the spatial distribution and mutual spatial locations for the surface，faults，strata，rock mass and ore body in the ore district．The authors estimated the grade of Linong ore section with Kriging method and acquired the reserve of the ore body．

3D geological modeling;Resource estimation;Micromine software;Yangla Copper Deposit;Deqin，Yunnan

TP319;P618．41

A

1674－3636(2012)03－0326－07

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．326

2012－05－20;編輯：蔣艷

云銅橫向合作項目(2010026410)資助成果

孫瀟(1988— )，女，碩士研究生，地質工程專業，E-mail：sunxiao-76116@163．com