3DMine三維成礦模型建立與成礦預測研究

◇四川省地質礦產勘查開發局化探隊 徐 波 岳李軍 陶池彬

通過將礦山已有資料，包括紙質和MapGIS二維資料在3DMine礦業軟件中的數字化，建立礦山數據庫，利用數據庫建立礦體三維地質模型、品位模型，估算礦體資源儲量，并對礦體做進一步預測。工作中使用3DMine建立模型，配合礦床預測信息量法尋找找礦標志，預測礦體可能出現的有利地段，再在3DMine軟件中將預測礦體模擬出來，以供下一步工作需要。3DMine軟件對礦體的模型建立和品位模型建立都直觀的反映了礦體形態和品位分布，而資源儲量估算與傳統方法不同有較大差異，但估算結果相差不到10%；通過信息量法在礦區周邊一定范圍內基本確定了北西側和南東側，以及礦體構造復雜、轉折處是找礦的有利地段。

三維軟件的起步大概在20世紀70年代，當時主要以國際上的應用為主，我國還處于停滯階段，僅為某些功能的簡單單獨應用—測量、圖形、可視化、地質數據統計等，沒有相對完整的礦山管理系統，使得礦區發展困難重重[1-2]。而隨著礦業的發展和計算機技術的發展，三維化技術的應用越來越廣泛，同時也標志著一個國家采礦工業的現代化水平[2]。

三維軟件主要是為建立數字礦山服務，圍繞如何提高礦山勘探效率、生產效率和管理效率、提高礦山開采的技術水平，三維建模不僅僅是滿足成圖，更重要的是通過模型的建立和模擬，能對礦體的空間分布有更加清晰的認識，實現勘查成果的最大化[2-6]。

通過DPIS信息量法對區域內找礦標志進行篩選，并確定各單元找礦信息量，預測礦體位置[7-11]，并利用3DMine軟件模擬。

本文通過對平武銀廠金礦已有資料的分析，建立了礦體的初步模型和下一步要進行勘查工作的礦體，并對已有礦體模型估算了資源量。

1 地質背景

礦區位于青藏高原東緣向四川盆地西北部邊緣過渡地帶，礦體位于三疊系中統雜谷腦組下段（T2z1）底部，與波茨溝組（T1b）的接觸破碎帶上，受層間破碎帶控制，與斷層關系密切；近地表礦段層序正常，可見較明顯的碎裂巖化、硅化、炭化，方解石與石英共生脈節理、裂隙發育；地下深處則發生倒轉，礦體伏于波茨溝組（T1b）之下。

由于礦區構造復雜，礦體形態多變，在礦體中部發生轉折，東側礦體走向長約715 m，賦存標高+2616～+1849 m，傾向延深大于750 m，礦體總體傾向0°，傾角淺部50°～65°，深部60°～85°，平均厚度6.92 m，平均品位4.85 ppm；西側礦體走向長約650 m，賦存標高+2702～+1823 m，傾向延深大于853 m，礦體總體傾向35°，傾角淺部30°～50°，深部50°～85°， 庫平均厚度5.78 m，平均品位4.75 ppm。

2 礦體模型建立與應用

2.1 建模流程

具體的建模方案可概括為“平面+剖面”，即利用收集到的地質圖、地質剖面圖和探槽、鉆孔、坑探等編錄數據，形成基礎地質資料，并編入數據庫，再依托3DMine礦業軟件三維建模技術構建礦體三維模型[3-6]，見圖1。

圖1 建模流程圖

（1）資料準備。資料收集包括已有資料和現有資料的收集和整理，并對能夠數字化的資料進行數字化，包括鉆孔編錄、探槽編錄、巷道編錄等，對于用MapGIS軟件所做的資料，轉換為明碼格式，以便導入3DMine時擁有更好的兼容性。

導入3DMine的剖面圖采用交換Y-Z坐標，平移坐標的方式，使二維狀態的剖面轉換為三維狀態的剖面，以便后期礦體、構造的建模。

（2）數據庫建立。地質數據庫是一種有效的數據管理工具，能對數據進行方便的檢索和管理，利用3DMine創建數據，首先需要根據地質資料分別建立定位表、測斜表、巖性表和化驗分析表。其中定位表和測斜表決定了鉆孔在三維空間中的位置和軌跡，而巖性表和化驗分析表則用于后期建模和資源儲量估算。

對于很多礦山，地質工作是一個持續性、日積月累的過程，但隨著勘查時間和數據的增加，對于一些十幾年或者幾十年的老礦山，可能造成以往資料的遺失，這樣將不能對礦體有全面的認識[2]，因此，早日收集整理資料，并建立數據庫是很有必要的。

（3）地表DTM模型建立。表面模型用來描述地形，同時可以疊加衛星圖片使地表模型更加形象，地表模型可以利用已有MapGIS平面圖對等高線賦高程值后建模，建模前需要將MapGIS圖件轉為1:1000比例尺的地形圖。建立完畢的模型見圖2。

圖2 地表模型

（4）礦體模型建立。礦體模型則采用實體模型建立，將三維化的剖面上表示礦體的封閉形態用三角網相互連接形成礦體模型；其區別在于DTM模型只是一個面模型，而實體模型是體模型，可以用于體積計算、品位估算、資源儲量估算。建立完畢的模型見圖3，其中白色區域為采空區，紅色區域代表探明資源量，黃色區域代表控制資源量，綠色區域代表推斷資源量。

圖3 礦體模型

2.2 模型應用

以往通過MapGIS的多張剖面圖進行礦體的連接，需要通過工作人員對礦區內地層及構造有比較熟悉的認知，才能在頭腦里建立礦體的模型，但三維模型建立后，礦體形態一目了然，還能發現深部控礦工程少的礦體存在不合理的情況，在初期就能適當修正，確保后續工程設計不會出現太大偏差。同時，在模型基礎上可建立品位模型和進行資源儲量估算。

品位模型是在礦體模型建立的基礎上進行的，原理是建立一個能包含整個礦體的塊體模型（圖4），塊體由很多區域將礦體分割，一般采用勘查網度的1/4到1/8確定塊體分割大小，對于礦體邊緣不規則的地方，采用次一級的大小分割礦體，即1/8到1/16。

圖4 包含整個礦體的塊體

在經過礦體的約束后，與礦體有交集的塊體被保留（圖5），然后采用地質統計方法建立搜索橢球體，搜索橢球體決定了各工程樣品對塊體的影響范圍，再利用克里格賦值法（或其他方法）對塊體賦值，其中橢球體的建立和克里格賦值需要進行多次嘗試，找出比較合理的橢球體和賦值參數，才能使得每個塊體都有合理的品位和體重數據。

圖5 與礦體有交集的塊體（局部）

在塊體經過賦值后，進一步制作礦體品位分布圖（圖6），能較直觀的反映高低品位的分布情況，推斷礦體成礦物質來源趨勢和富集部位，從圖中可見礦體中成礦物質來源有從右下向左上以及從左下向右上流動的趨勢，在礦體下部交匯，而此處為構造復雜地帶和礦體轉折地帶，品位也最高。

圖6 品位分布圖

在塊體有了品位和體重數據后，通過軟件可以直接估算礦體的資源儲量，該軟件估算的資源儲量與用傳統方法估算的資源儲量相比，差距不到10%。

3 成礦預測

有關地下隱伏礦體預測的方法很多，有通過經驗性預測和通過各種數學模型預測，主要的方法有：信息量計算法、特征分析、模糊數學、辨別分析等[7-8]，本文采用信息量計算法來對礦區進行礦體預測。

3.1 信息量法原理

該方法是一種非參數單變量統計分析方法，原理為將研究區分成大小相同的若干單元，然后對所選地質標志進行統計，研究各地質標志在單元中對找礦的指導作用[8-10]。

使用該方法主要有六個步驟：①劃分單元；②確定地質標志和劃分標志狀態；③計算找礦信息量；④確定有利找礦標志；⑤統計各單元的信息總和，然后選擇臨界值；⑥預測礦體。

3.2 劃分單元

將整個研究區劃分為形狀大小都相同的若干單元，其中包括含礦區和無礦區，有礦區作為控制區，無礦區作為預測區。由于礦區范圍不大，采用0.25 km×0.25 km作為單元劃分[11]，共計60個，其中含礦單元16個。

3.3 確定地質標志和劃分標志狀態

通過礦區以往地質資料確定了34個地質找礦標志作為統計分析的變量，見表1，各個變量將轉化為0和1兩種形態，若單元包含某種標志，則為1，否則為0。

表1 研究區所選地質標志

3.4 計算找礦信息量

對于標志A，其找礦信息量IAj→B為：

其中IAj→B為標志A指示有B礦的信息量，Nj為研究區內具有標志A的含礦單元數，N為所有含礦單元數，Sj為 研究區內具有標志A的單元數，S為研究區內單元數。若IAj→B為 正數，則說明標志A在含礦單元中出現的概率大于研究區內的概率，可以提供找礦信息，否則不提供找礦信息，計算結果見表2。

表2 信息量計算結果

3.5 確定有利找礦標志、選擇臨界值

經過計算得到各個標志提供的信息量，但不一定每個都是重要的信息，先按照信息量大小排序，再計算有用信息的臨界值ΔI+，選取有利標志[8]。

式中：K為給定有用信息量水平，一般取0.75；Ij為各正信息量，ΔI+為選取有利找礦標志界限，經計算為5.756，最終確定有利選礦標志見表3。

表3 選礦有利標志

3.6 統計各單元信息總和

在60個單元中分別計算每個單元中所有信息量的和，并根據結果做出等值線圖（圖7）。

圖7 信息量等值線圖

3.7 成礦預測

從等值線圖可見已探明礦體基本位于有礦已知區內，且構造復雜、礦體轉折處信息量值最高，因此也可知該礦是以構造控制為主的礦床；對于有找礦潛力的區域，特別是礦體西北以及南東，由于目前工程量少，對地下深處控制力度不夠，可加大探礦力度，而對于礦體構造復雜、轉折部位，可加深勘探深度，繼續向下探礦，找到礦體的可能性較大。

為了下一步工作能提供較直觀、準確的工程布置，用3Dmine對深部礦體進行了模擬（圖8），在該區域進行找礦工作，預計有較好的效果。

圖8 預測礦體（綠色部分）

4 結論

采用3DMine礦業軟件對礦區進行了數字化，并做了三維礦體模型建立，使得礦體具有直觀可視化效果，達到以往在二維模式下不能達到的目的。

建立礦山數據庫并對礦體進行了品位模型的建立和資源儲量的估算，雖然和傳統方法存在差異，但估算結果差距不足10%，既可作為最終的估算結果，也可作為對傳統估算方法準確度的校驗。

采用信息量法對礦區及周邊范圍進行了找礦預測，在區域內北西側和南東側，以及礦體構造復雜、礦體轉折處存在礦體的可能性較大。