基于Micromine軟件的三維可視化基礎應用與資源量估算

張 偉，黃美成，岳鵬軍

（1.北京睿思礦科科技有限公司，北京 100080；2.且末縣邦泰礦業投資有限公司，新疆 巴音郭楞 841900；3.中色地科藍天礦產（北京）有限公司，北京 100020）

在礦床研究和礦產資源量估算過程中，往往由于多期次的成礦作用和復雜多樣的控礦因素，造成成礦部位地質構造比較復雜，礦體形態也不規則，使原始數據的解譯工作變得十分困難，對礦床形態的理解也不能進行直觀的展示和分析。

針對上述問題，國際上多個礦業大國在20世紀中葉，開始著手編制了一系列的三維礦業軟件，如Surpac、Datamine、Micromine等大型專用三維礦業軟件，它們分別具有不同的優缺點，其中Micromine軟件在完成數據采集和處理、三維建模、儲量估算等方面具快速和易操作性，因此其對地勘單位來說具有很強的實用性[1]。利用三維可視化，可以對礦床地質特征、礦體空間分布特征進行直觀分析，同時實現相關數據的一體化管理，對提高礦產資源勘查過程中所需的分析判斷能力和找礦預測都有很大幫助。

1 Micromine三維數據導入及顯示

資源量估算的基礎數據主要來源于鉆孔、探槽等原始數據；將數據整合在一起，實現一體化管理便是數據庫的主要作用。關于鉆孔數據，Micromine所使用的是自研的關系型數據庫（dhdb.格式），該數據庫僅作為定位表、測斜表、樣品分析表、巖性表等鉆孔數據的橋梁，本身并不具備儲存數據的功能，所以要求數據源是與之匹配的文件格式（DAT.格式）。這里我們可以借助Micromine的數據導入功能將EXCEL、CSV等常用數據格式轉化為所需的DAT格式，亦可從其他數據庫中導入[2]。

建立鉆孔數據庫前，需通過校驗來檢驗鉆孔數據，通常原始數據會由于記錄、存放等各種原因造成數據的錯誤或缺失，鉆孔校驗功能可以很好的驗證鉆孔數據的合理性與準確性。

關于鉆孔數據的三維顯示，主要可分為顯示鉆孔軌跡、值、巖性三部分，這三部分基本滿足后續我們對礦體進行解譯和估算的需求。靈活使用三者的顯示設置，在實現鉆孔個性化顯示的同時，也可以達到不同的地質目的，如顯示鉆孔軌跡中的鉆穿點功能，為繪制各類投影圖、切面圖提供了一個簡單、快捷的方式，此功能在探礦各個階段均可節省大量的時間。同時在Micromine 2022版中，還有多種其他設置可以使鉆孔顯示的內容變得更加豐富、全面。

2 地質解譯與線框構建

通過鉆孔的個性化顯示，結合剖面控制文件可以實現多個簡潔、直觀的礦體連接界面。剖面控制文件是通過勘探線或手工切割剖面來創建的、用于儲存一系列相應空間位置的文件，其作用就是使計算機顯示特定位置和范圍內的相關數據。

在地質解譯、礦體圈連過程中，我們可以使用比例點功能與復制/移動線功能，準確的繪制1/2、1/3、2/3等滿足地質勘查規范的輔助線和礦體界限并進行礦體外推。

構建線框，首先需確定所要構建線框的類型，如礦體、圍巖、DTM表面等；在建立工程文件夾時，Micromine針對三角片，自動創建有多個tridb.格式的三角片數據庫，用于分類管理線框模型，同時該類數據庫具有存儲數據的功能。關于線框的分支復合，Micromine采用的方法是，通過對構建線框所用到的礦體界線進行編輯來實現的，將需分支、合并的礦體界線用分離即分割線功能將其分割為兩條或多條多段線，分別表示礦體分支或復合的位置，以達到針對不同分支分別構建線框的目的[3]。在確定礦體延伸方位、傾角、距離等參數后，亦可采用對工程控制邊界處的礦體界線進行復制/移動線功能的操作，繪制礦體外推界線從而構建外推線框。

3 樣品數據處理

數據處理，根據已構建的線框，對鉆孔樣品等數據進行圈定，同時對樣品數據文件進行更新、修改。其主要目的是確定哪些樣品在礦體內且要參與估值，同時對異常數據進行處理。

關于如何在三維空間內挑選出，處于礦體線框內的所有樣品，我們可以通過生成井中坐標功能，將所有鉆孔樣品線段壓縮為點，同時確定其三維坐標XYZ值；根據樣品點坐標，便能在空間上圈定哪些樣品在礦體線框內，并通過線框賦值給點的方式，在數據文件中反應出相應的樣品，通過增加過濾條件將滿足賦值要求的點提取出來[4]。針對這些樣品點，我們可以快速得到礦體的平均品位及與品位相關的數據，如標準差、方差等，并進行初步分析；同時能獲得更為關鍵的、可以反映礦體品位均勻程度的變化系數或西舍爾系數，從而判斷是否存在特高品位需要處理。

特高品位處理，國內多采用6-8倍替換法，即使用礦體的平均品位替換超過平均品位6-8倍的樣品品位；國際上一般采用97.7%（或97.5%）分位數法，即采用礦體內所有樣品品位的97.7%（或97.5%）分位數品位，替換超過該品位的樣品品位，同時可輔以QQ圖進行補充描述。

組合樣品，地質統計學一般要求樣品等長組合。在數據處理的過程中，原則上要保持大多數樣品不變，這里可以采用統計直方圖的形式，定量的確定組合樣品的較合理的組合長度。地質統計學之所以有這樣要求，一部分原因是在進行克里格法估值或者距離冪次反比法估值時，都是針對樣品點進行的，從而需要相同的長度來消除長度對樣品點品位的影響，以得到更合理、準確的估值。

4 建立塊體模型及距離冪次反比法估值

建立塊體模型的目的在于將礦體分割成多個小塊體，分別計算各個小塊體的資源量，通過累計的方式計算整個礦體的資源量。

在建立空塊模型時，空塊的體積便是各個小塊體的固有屬性，計算它的資源量還需其體重及各個小塊體的平均品位，體重一般由化驗室給出或者是計算得出的品位與體重的函數，而其平均品位就需要用到克里格法或距離冪次反比法進行估值。這里主要以距離冪次反比法為例。

距離冪次反比法的原理，簡單來說，就是在搜索范圍內，距離“待估塊體”越近的樣品點，其品位對“待估塊體”品位的影響就越大，所占權重也越大；冪次是控制所占權重大小的一個指數，當冪次取的過大時，就意味著距離“待估塊體”最近的樣品點，對其估值具有決定性的作用，較遠的樣品點對估值影響微乎其微，所以一般在對貴金屬或者品位變化較大的礦體進行估值時，我們一般采用3次冪，其他一些礦種多采用2次冪，同時也可以根據實際情況進行論證，來確定具體的冪指數；反比指得是一種常用的計算方式，這里就是指將距離取冪次后的倒數，作為權系數進行加權平均。距離冪次反比法與克里格法在估值過程中，最主要的區別在于是否考慮礦體的各向異性和是否進行變異函數的計算，而當礦體品位的均勻程度達到較均勻以上，即礦體內所有樣品點品位的變異系數小于等于1.5時，可采用距離冪次反比法估值，且二者估值結果的差異通常不大，所以在國內，較為簡便的距離冪次反比法更受大家青睞。

在建立空塊模型時，小塊體的大小一般可以根據礦體規模的大小及工程間距的大小確定，可取工程間距的1/4、1/3、1/2，亦可根據實際情況、采礦工藝等因素選定；同時有兩種空塊模型可以建立，一種為次分塊模型（圖1），一種為塊系數模型（圖2）。兩種模型的區別在于礦體邊界處，空塊是否需要繼續分割為更小的塊體：次分塊可以設置繼續分割為多少小塊體，一般設置為2＊2＊2；而塊系數是保持礦體邊界處，空塊大小不變，以礦體占據空塊體積的比例，確定礦體邊界處空塊內礦體的大小，同時自動生成塊系數字段。

圖1 次分塊模型

圖2 塊系數模型

確定搜索范圍，我們需要先建立一個搜索橢球體，其作用在于根據礦體的整體形態，確定對“待估塊體”進行估值時，所用樣品點的方位與比例，即建立一個規則的、按比例縮小的礦體。一個橢球的空間形態可由6個參數確定，通俗的講可以由橢球的長、寬、厚，及它們的指向確定。構建橢球體時，各個參數是比例關系，所以橢球可大可小，保持形態比例不變即可，但搜索范圍=給定的搜索半徑參數＊各個軸的比例系數，故而一般將主軸（即橢球長的方位或礦體走向）的比例系數設置為“1”，方便估值搜索范圍的確定。

根據搜索范圍，給空塊模型進行距離冪次反比法估值，通常估值不是一次性完成，我們需要根據資源量類型的劃定要求進行多次估值，一般由三次有效估值完成。

根據地質統計學規范，在資源量類別的劃分過程中，應根據搜索半徑、工程數、樣品數等因素對礦塊進行資源量分類，但由于規范中并沒有明確限定資源量類別的劃分參數，所以可采用經驗值來劃分。如在只考慮搜索半徑和工程個數的情況下采用：搜索范圍為小于1/2控制工程間距且參與估算的工程數大于等于3個孔時，可劃分為探明的資源量；搜索范圍為小于控制工程間距且參與估算的工程數大于等于2個孔時，可劃分為控制的資源量；搜索范圍為小于2倍控制工程間距且參與估算的工程數大于等于1個孔時，可劃分為推斷的資源量[5-9]。控制工程間距可根據實際情況放大到相應規范要求的1.25倍左右，亦可通過相關論證確定最終的資源量分類參數。但類似的資源量分類標準，易產生“孤島”現象，即不同資源量類型的礦體在空間上相互穿插或包含，這時可以通過多段線賦值、線框賦值的方式，根據工程控制程度和地質可靠程度進行人為干預，采用我國的資源量分類規范進行分類。

5 生成資源量報告

生成塊體模型報告為資源量估算流程中出成果的一步。在生成塊體模型報告時，需通過設置默認體重或增加體重字段的方式給各個礦塊賦予相應的體重值，結合各個礦塊的體積和先前通過克里格法或距離冪次反比法所得的各個礦塊的品位，就可以依據需求，設置不同元素、品位、高度、資源量類別等條件，生成不同的報告模式，實現對礦體資源量快速的、多樣的、全面的描述。這里我們需要注意的是，要根據不同的礦塊模型設置不同的參數，如塊系數模型需要及時的勾選上塊系數字段，否則會造成估算資源量遠大于實際資源量的情況。同時我們可以在線框菜單欄下找到生成品位-噸位報告功能，通過線框和線框內樣品點來直接估算礦體資源量，進行簡單的交叉驗證，通常兩者相差不大。

6 結語

地質工作中，一套理論的形成或者一次資源量的估算，都是經過長時間對數據的分析、更新、探索而得出的。傳統的工作方法效率較低，且更新、修改的過程重復性較強，需要大量的人力、物力及時間。因此，三維地質建模及其可視化、數據管理，成為了現代化礦業構件中不可或缺的一部分。多年來我國Micromine用戶用實踐證明，通過Micromine軟件進行的資源量估算所得出的結果與傳統幾何法所計算出的資源量，結果基本吻合，其相對差在1%～15%之間；同時經過大量專家的論證與評審，其功能、可靠性及報告通過率得到了保證。Micromine軟件作為大型的專業礦業軟件之一，對地勘單位在資源量估算、找礦研究等工作，可以提供一定的幫助。此外，對提升礦山的現代化建設和數字化管理也可以起到一定的作用。