基于AUTOCAD的三維礦體模型構建及資源儲量估算
——以武鋼金山店鐵礦余華寺礦床為例

2020-12-26 02:04:52張平劉孟合

工程建設與設計 2020年24期

張平，劉孟合

（1.湖北省地質局第五地質大隊，湖北黃石435000；2.湖北省地質局第一地質大隊，湖北大冶435100）

1 引言

礦體埋藏于地下，其復雜性和采樣數據稀疏性，導致地質工作者需對不連續和缺失的地質信息進行想象，構建出相對精確、完整的地質體[1,2]。與傳統二維地質數據相比，三維建?？尚蜗?、準確地再現地質體的空間展布，進一步挖掘隱藏信息，更加全面、準確地對地質體進行表達。

2 工程概況

金山店鐵礦是長江中下游成礦帶西段鄂東集區的典型矽卡巖型鐵礦。包含張福山和余華寺2 個礦床，礦體位于金山店雜巖體與圍巖接觸帶。張福山礦位于巖體南緣中段，余華寺礦床位于巖體北緣西段。目前，余華寺礦的礦產資源已經枯竭，礦體信息豐富，是三維礦體建模的良好案例。本研究以AUTOCAD 軟件為平臺，利用余華寺礦床勘探線平面圖，建立余華寺礦床-298～-322m 中段三維礦體模型。

3 AUTOCAD2014 軟件建模簡介

當前，國內外三維建模軟件較多，如國外的Minesight、Datamine、Surpac 等，國內研發的 3DMine 軟件等，都可實現三維礦體可視化。但因版權費用高昂，讓一些小型礦山企業望而卻步。大部分礦山仍愿意采用AUTOCAD 平面繪圖功能開展地質工作。隨著AUTOCAD 三維建模功能的升級，使用AUTOCAD 來進行三維建模，不失為一條高性價比方案。

4 技術路線

AUTOCAD 的三維建模主要包括三維立體建模（線框模型）、三維曲面建模（網格模型）、三維實體建模（實體模型）。本研究使用實體模型。實體建?？芍苯訕嫿◣缀螌嶓w，或借助平面閉合線，通過拉伸、旋轉、掃略、放樣命令創建實體。技術路線如下：（1）資料準備：勘探線剖面圖和地質平面圖進行分圖層整理；（2）圖元定位：將點線歸位至正確坐標；（3）三維礦體建模：創建三維實體；（4）礦體分割：（5）以礦體品級界線建立分割曲面，將礦體分割成不同品級，得到儲量結果。

5 三維礦體模型的建立

5.1 熟練應用UCS

AUTOCAD 為用戶提供了默認的世界坐標系（WCS），坐標原點和坐標軸不會改變。AUTOCAD 還提供了可變的用戶坐標系（UCS），用戶可通過“UCS”命令對坐標系進行定義、保存、恢復、移動和旋轉等操作，創建需要的坐標系統。

5.2 資料準備

收集礦床平剖面圖，并復制粘貼到一個dwg 圖件中。但因圖件較多，全整合到一起CPU 和顯卡難以運行。對于一般計算機，需分解礦體分別建模。余華寺礦體不大，使用i5 處理器就能夠運行流暢，故本次建模未做分割。

整合平剖面圖前，需進行圖層整理。要對點線按圖層區分。為便于區分，平面圖圖層名前加上標高，剖面圖圖層名前加上勘探線號。以7 號勘探線為例，將剖面圖劃分為7 線圖框、7 線地質界線、7 線鉆孔 3 個圖層；以-312m 水平為例，將平面圖劃分為-312 坐標網及勘探線、-312 地質樣、-312 礦體界線3 個圖層。

5.3 整合平剖面圖

地質平面圖帶有坐標網，點、線都正確放置在XOY 坐標系內，而Z 值為0。將平面圖粘貼到整合dwg 圖件后，使用“移動”命令將平面圖點、線元素沿Z 軸平移到其正確Z 值上。

整合平剖面圖之前，需自定義坐標系。通過“UCS”命令，將UCS 坐標系的原點放置到平面圖勘探線的起始端，并將自定義坐標系X 軸與勘探線重合。Y 軸豎直向上，Z 軸要垂直指向計算機屏幕以外，這樣才不至于放反。再用帶基點復制命令，將剖面圖粘貼至整合dwg 圖件中。由于AUTOCAD 的所有操作只能在XOY 平面內進行，將整合dwg 里的勘探線剖面設定為XOY 平面，才能將各個剖面圖粘貼到正確的位置。

5.4 三維礦體建模

5.4.1 礦體建立

新建名為“-312～-322m 礦體”的圖層，設置為當前圖層，并將-312m 和-322m 平面圖所有礦體界線、所有剖面圖內-312～-322m 間的礦體界線包含到當前圖層。使所有礦體界線閉合，并且不出現中斷。

建模步驟如圖1 所示。先將礦體界線隔離（使用“隔離”命令），再選擇“放樣”（“LOFT”）命令，將平面圖礦體界線為橫截面，剖面圖礦體界線為導向輪廓，按照提示逐步進行操作，最終得到礦體實體或者包絡面。若得到的是包絡面，可先用“長方體”命令創建一個包圍包絡面的長方體，再用“剖切”（“SLICE”）命令，以包絡面來切割長方體，也能最終得到礦體。需注意平剖面圖上的礦體界線要嚴格搭接。

5.4.2 品級界面建立

礦體品級不同，密度也不同，需將礦體分割成不同品級，才可進行儲量估算。余華寺礦體分為 5 個品級：Fe1、Fe2、Fe3、Fe4、Fe5。在平剖面圖內，品級界線將礦體切分成不同品級單元。

5.4.3 礦體分割

使用“剖切”命令，以品級界面為切面（曲面），按照命令行提示完成礦體品級的分割。

5.4.4 儲量估算

使用“工具”菜單下的“查詢”命令，得到礦體體積。根據各品級礦體密度，即可得到各品級礦體儲量。