和睦山鐵礦三維地質建模及資源儲量估算對比

王 輝 王 章 余 劍 駱 溶 陳克峰

（1.安徽馬鋼礦業資源集團有限公司；2.安徽馬鋼礦業資源集團姑山礦業有限公司）

礦山地質工作是礦業開發工作的基礎，傳統地質工作將三維的地質信息進行二維投影，地質工作成果均為二維平面圖形展示，存在三維空間信息表達能力不足，難以直觀揭示地質體的結構關系、地質數據的動態更新困難等缺點，在很大程度上阻礙著礦山的開發利用［1］。近年來，隨著計算機技術廣泛而深入地用于采礦業，三維地質建模技術作為礦山設計轉型的重要環節，在礦產資源勘查開發利用、資源儲量管理、數字礦山建設等方面得到了廣泛應用［2-5］。和睦山鐵礦經數十年開采，采礦權范圍內儲量已瀕臨耗盡，深部探礦權范圍內尚有資源量未開發利用。為進一步研究礦體地下賦存特征、估算資源量，本次研究系統整理了和睦山鐵礦歷年形成的地質資料，基于國產三維地質軟件3DMine 平臺，建立鉆孔數據庫，構建礦體三維實體模型，并以此為基礎進行品位推估及資源量估算，為后期探轉采整合開發提供可靠依據。

1 礦山地質概況

礦區出露地層由老至新依次為早中三疊統周沖村組、中三疊統黃馬青組下段及第四系全新統蕪湖組。區內的巖漿侵入活動強烈，產出的次火山巖主要為和睦山閃長巖體、后期的閃長玢巖及輝綠巖脈。其中，和睦山閃長巖體與區內鐵礦成礦關系密切。和睦山鐵礦體呈似層狀、透鏡狀產于周沖村組與閃長巖接觸帶及附近的內外帶中。鐵礦床成因類型為寧蕪玢巖鐵礦“鳳凰山式”。以Fe-1 為主礦體，資源量占比76.27%，礦體形態不規則，總體呈似層狀，走向312°，走向長1 640 m；水平寬150～800 m；傾向42°，傾角0°～45°，傾向延深200～1 000 m。賦存標高+58～-785 m，埋深0～801 m。礦體平均厚度21.33 m，厚度變化系數76%；平均品位TFe37.99%，TFe品位變化系數25%。夾石分布較為分散，但總體對應于礦體厚度較大處。

2 三維地質建模

2.1 鉆孔數據庫建立

地質勘查資料是了解礦床信息的最直接的手段，地質數據一般通過地形測量及水文地質測量、鉆探工程、物探測井、采樣化驗等方法獲取。和睦山鐵礦從礦床普查、詳查、勘探到礦山生產各個階段積累了大量的地質信息，為此，對和睦山鐵礦相關地質資料進行了搜集與整理。其中，鉆孔數據是礦產資源評估和開采設計的基礎，也是創建礦山地質數據庫必不可少的地質資料［6］。鉆孔數據庫用于存儲、管理各類探礦工程及相關分析測試數據，一般由鉆孔定位表、測斜表、化驗表構成鉆孔數據庫基本結構，其中鉆孔定位表包括工程號、開孔坐標、最大孔深、軌跡類型等信息；測斜表記錄工程深度、方位角、傾角等測斜信息；化驗表包括工程號、采樣起始深度、采樣終止深度、樣品編號、樣品長度、樣心長度、采取率以及TFe、mFe等化驗元素品位，其字段參數見圖1。

不同的三維地質建模工具有不同的數據庫格式要求［7-8］。本次工作基于3DMine 軟件要求，鉆孔數據庫格式采用.mdb 格式。本次研究共利用鉆孔（含探槽）148 個，測斜數據299 條，基本分析樣品3 373 件。探槽數據無原始測量記錄，是根據圖面位置，測算端點坐標、平均導線傾角及投影樣品長度。利用的原始樣品質量均符合相應階段地質報告的要求，經過自查和3DMine 程序邏輯性檢查（圖2），確定各項原始數據真實、可靠。建立鉆孔數據庫可以很方便地進行查詢、字段數學運算、樣品數值統計分析，而經品位數據組合的樣品點數據是塊體模型內所有單元塊估值的依據［9］。

2.2 礦體圈定原則

為確保礦體圈定的完整性，本次礦體圈定是在傳統單工程礦體厚度、平均品位加強表的基礎上進行圈定，依據確定好的礦體頂底板界線，繪入3Dmine軟件中。礦體圈連時，先連接地質界線，再根據地質特征按直線連接，工程圈連的礦體厚度均小于工程控制礦體的實際厚度。礦體圈定從單工程開始，從高于邊界品位的樣品圈起。按照單工程→剖面→三維礦體的順序，依次圈連。

2.2.1 單工程礦體的圈定

根據鉆孔化學分析和磁性鐵分析結果，計算樣品的磁性鐵占有率來劃分礦石工業類型，按照工業指標要求，礦體按不同工業類型、不同品級加以圈定。

（1）工業礦體邊界圈定。凡達到礦石邊界品位的樣品，其加權平均品位高于最低工業品位者，其邊界的頂底界的樣品界線作為該工程礦體邊界。若平均品位達不到工業品位的最低要求時，則將其部分低于工業品位而高于邊界品位的樣品作低品位礦石單獨圈出。

（2）不同工業類型礦石的合并原則：①考慮到開采條件，在弱磁性鐵礦石中夾有小于4 m 的磁鐵礦石（一般為2 個單樣）或赤鐵礦石中夾有少量弱磁性鐵礦石，不單獨圈出；②磁鐵礦石中，特別在其邊界夾有小于2 m 或1 個單樣的弱磁性鐵礦石，小于2 m 者在不影響礦層磁性鐵占有率低于85%的情況下圈進磁鐵礦石中；③礦體中各種后期巖脈，不論其厚度是否達到2 m，均在圖上圈出。

2.2.2 剖面上礦體的圈定

根據控礦的地質因素和工程見礦情況，凡同一礦體進行連接。

（1）相鄰兩工程均見到相同礦體及相同礦石類型的工業礦體，則根據單工程圈定邊界，以直線連接圈定。如果剖面上相鄰兩工程均見到若干個鐵礦體，視其空間位置、礦體產狀、性質、地質特征，在詳細對比的基礎上，按各礦體的不同礦石類型和品級按上述原則分別連接圈定，并將礦體編號。

（2）相鄰兩工程的同礦體中無對應的不同礦石類型或不同品級礦石，則以對角線互相尖滅連接。

（3）若相鄰兩工程，其一工程見工業礦體，另一工程的礦體厚度低于可采厚度，以低于可采厚度的礦體底板作為尖滅點。

2.2.3 礦體內外推原則

礦體走向內外推原則與傾向內外推原則一致。

（1）當見礦工程與相鄰工程控制礦體的實際勘查工程間距大于推斷資源量的勘查工程間距或見礦工程外無工程控制時，礦體厚度≥10 m 者按推斷資源量的勘查工程間距1/2（100 m）尖推推斷資源量；礦體厚度＜10 m 者按推斷資源量的勘查工程間距1/4尖推推斷資源量。

（2）當見礦工程與相鄰工程控制礦體的實際勘查工程間距介于推斷資源量勘查工程間距和控制資源量勘查工程間距之間時，若相鄰工程未見礦，礦體厚度≥10 m 者按實際勘查工程間距1/2 尖推推斷資源量；礦體視厚＜10 m 者按推斷資源量的勘查工程間距1/4尖推推斷資源量。

（3）當見礦工程與相鄰工程控制礦體的實際勘查工程間距不大于控制資源量勘查工程間距之間時，若相鄰工程未見礦，則按實際勘查工程間距的1/2尖推相應類別資源量。

（4）邊緣見礦工程外的外推范圍按推斷資源量的勘查工程間距1/2尖推推斷資源量。

3 礦體實體模型的建立

礦體模型的構建不僅能直觀顯示礦體三維空間形態及各地質體之間的相互關系，還可為后續塊體模型建立、品位賦值提供精確的約束條件［10］。本次礦體圈定是在MAPGIS67 傳統圖件的基礎上進行，采用垂直勘探線剖面法對已確定的各類型鐵礦礦體界線點進行合并圈定（不分礦石類型、品級），生成礦體的三維實體模型。本次建立的實體模型為地表模型、礦體模型（圖3），對礦體空間形態進行了充分對比研究，和睦山鐵礦共分110 個礦體，其中主礦體1個，礦體編號為Fe-1，次要礦體8 個。其中，主礦體Fe-1形態不規則，總體呈似層狀。

4 資源儲量估算

和睦山鐵礦Fe-1（主礦體）呈似層狀產出、走向北西、傾向北東，礦體傾角由45°逐漸變為0°。勘查工程位于一系列平行分布的勘探剖面中。根據《固體礦產資源量估算規程第3 部分地質統計學法》（DZ/T 0338.3—2020），本次資源儲量估算以3Dmine企業版三維估算軟件為基礎，采用距離冪次反比法進行估算。其基本原理就是將礦體在三維空間內按照一定的尺寸劃分為一系列的單元塊，單元塊的品位由已知的樣品根據距離的遠近給定不同權數進行推估，并在此基礎上運用塊體空間邏輯約束方法，進行資源儲量估算。

4.1 樣品統計分析

本次建立塊模型，鐵礦總量7 329.66 萬t，Fe-1為5 589.99 萬t，占比76.27%，因此，本次僅分析Fe-1樣品基本統計分析結果。基于建立的地質數據庫，通過對利用鉆孔數據庫的基本分析樣品進行合并、組合，通過實體工具保留實體內（外）點功能，僅保留Fe-1 內部、夾石外部的樣品點，組合樣鉆孔缺失樣按零值處理，組合方式為原樣提取，其中，TFe 算術平均品位37.99%，品位變化系數25%。通過對控制Fe-1的1 380 件基本分析樣品長度進行統計，樣長基本符合正態分布，主要集中在1～3 m。樣長算術均值、幾何均值均在2 m 左右。因此，確定本次組合樣品長度為2 m，組合方式為等距離組合，樣品最小長度為1 m，并寫入鉆孔數據庫，在資源儲量估算時調用。樣品品位屬性字段依次包含TFe、mFe、mFe/TFe、S、Gy 5個雙精度字段。

4.2 塊體模型構建

塊體模型是礦體品位推估及資源儲量計算的基礎，通過單元塊賦值可以直觀顯示礦體內部有用組分分布的屬性特征及空間變化規律，進而評估礦體的資源儲量。確定合適塊體尺寸是塊體模型建立過程中一項關鍵工作，塊體尺寸設定過大，會導致礦體邊界處誤差變大，影響估算的準確性，通常情況下，單元塊尺寸由礦體類型、礦體規模、礦體空間形態、勘探網度和開采方式等因素確定，礦塊選取尺寸越小，估算越精確。塊體可以添加礦巖類型、礦種、品位、體積質量、資源量類別等屬性。

本次研究依據所有礦體的空間分布范圍，礦體分布范圍呈正方形網格，結合礦山開采的實際經驗，建立塊體參數如下：塊體起點：x=640 100.000，y=3 483 900.000，z=-840.000；塊 體 標 準 范 圍:x=3 072.000，y=3 072.000，z=1 024.000；塊體用戶范圍:x=1 908.000，y=1 608.000，z=900.000；標準塊大小:x=6.000，y=6.000，z=2.000；塊體旋轉：方位角=0°，側伏角=0°，傾角=0°；塊體數目共330 705個。塊體模型的屬性可以根據生產需要進行賦值，本次塊體屬性包含TFe、mFe、mFe/TFe、礦體編號、礦石類型、體重、資源量類別、采動情況8個。

4.3 估值參數配置

品位變化系數為25%，說明有用組分TFe 分布均勻，沒有明顯的結構各向異性，按一般經驗原則，距離冪次反比法進行品位估值時適用于低次冪，冪值取2。對于距離冪次方比法，依據礦體空間展布規律和形態特征確定搜索橢球體的半徑、方位角、傾角、傾伏角和長度比值等參數，其中，橢球體半徑是塊體模型估值參數配置的重要參數，在賦值時須選定合適的搜索半徑，保證全部塊體估上值。搜索橢球體參數設置中，第一次估值不一定能將全部塊體估值，下一步對沒估上值的礦塊需調整搜索半徑、最少樣品點等參數進行多次估值，直到所有塊體全部完成估值。本次研究TFe、mFe、mFe/TFe 品位估值按照Fe-1、其他鐵礦體進行二輪估值。

4.4 估算結果

對Fe-1～Fe-8 進行資源量類別賦值。按照巖性范圍圈定出對應礦體字段、執行合并/分離礦段、創建投影工程點，在投影工程點中按照實際工程間距圈定資源量類別界線。以實體邊界線圈定推斷資源量外邊界線；以≤60 m 的實際工程間距圈定探明資源量，以60～120 m 的實際工程間距圈定控制資源量。本次資源量估算對象主要為和睦山鐵礦主礦體Fe-1，其資源量3Dmine塊體報告表見表1。

4.5 估算結果對比驗證

模型算量的主要誤差來源為實體模型的建立，在幾何法公式算量中，礦體礦段的體積值具有唯一性；但不同的三角網連接方式可以構建不同的實體模型，其體積值不具有唯一性。因此，依據《固體礦產地質勘查報告編寫規范》附錄D 要求，對全局和局部分別進行驗證。Fe-1 礦石量占比76.27%，本次對Fe-1礦體進行全局驗證和局部驗證。

（1）算術平均法全局驗證。本次建模利用鉆孔基本都以垂向方向穿過鐵礦體，除礦體邊部鉆孔間距較稀外，其余分布較為均勻。鉆孔見礦視厚度算數平均值代表礦體平均視厚度，具有一定的代表性和合理性。其結果見表2。

（2）垂直斷面法局部驗證。以19 線以南采礦權內Fe-1 礦體為例，其結果見表3。結果顯示，本次資源量估算精度達到±5%以內要求，資源儲量估算結果可靠。

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5 結 語

根據和睦山鐵礦已有的礦區地形地質圖、中段地質平面圖、勘探線剖面圖、鉆探數據等地質資料，運用3DMine三維軟件，構建了該礦的地表模型、礦體實體模型及鉆孔數據庫，直觀、準確地展示了礦體的空間形態特征。在此基礎上建立了塊體模型，基于距離冪次反比法原理進行品位估值和資源量估算，并對估算結果進行全局和局部對比驗證，資源量估算精度達到±5%以內，表明模型估算資源量結果較為可靠。三維地質模型的建立，為后期礦山勘查、開采設計及數字化礦山建設等方面工作提供了高效、科學的應用基礎。