矿床三维与地质成图

三维可视化技术能够实现对大量复杂、多维工程数据的直观显示与表达，使人们更好地理解各种工程之间的关系及规律，从而优化工程设计以指导实践。近年来，随着数字矿山软件的迅速发展，以矿床模型为基础的地矿工程三维可视化技术获得了长足进步［1－3］。国内已有很多矿山采用各种矿业软件建立了矿床三维模型，如冬瓜山铜矿、焦家金矿、狮子山铜矿，实现了矿山资源的合理开发与利用，降低了找矿与采矿的成本，提高了企业的经济效益。Surpac软件自2004年进入我国，目前已有上百个用户，广泛应用于地质勘探、储量评估及开采设计等领域［4］。本文以凡口铅锌矿复杂矿床为例，综合运用三维可视化、地质统计学及计算机编程等理论与方法，开展了复杂矿床三维可视化建模与地质成图技术研究。

1钻孔数据库

建立钻孔数据库的建立是进行矿床建模、品位估值和储量动态管理的基础［5］。凡口矿原始地质数据管理软件为Geocad，钻孔数据主要存储在“*．gdf”和“*．cod”两个格式文件中，其中“*．gdf”为数据文件，记录钻孔的开口坐标、测斜信息、品位信息等，“*．cod”为格式文件，记录与“*．gdf”文件相对应的矿体编号、岩性编号等，通过研究这些钻孔数据的格式，通过以下步骤完成钻孔数据库的建立:①结合Surpac软件特点，建立4个数据文件，分别为“开口文件———Collar”、“测斜文件———Survey”、“样品文件———Sample”、“地质文件———Geology”，文件结构参考文献［6］，其中样品文件中的区域化变量为Pb、Zn和S;②采用VB开发“凡口矿钻孔转换程序”，该程序主要是将“*．gdf”和“*．cod”两个文件转换成上述建立的4个数据文件;③将转换后的数据文件导入到Surpac中，完成钻孔数据库的建立。创建的钻孔数据库可直观显示矿区不同钻孔上的开口位置、揭露的地层、构造、元素品位等信息，实现了钻孔数据的三维可视化，如图1和图2。

2矿床三维实体建模

2．1断层与地层模型断层与地层模型的构建方法相同，都是首先提取勘探线剖面图上的断层和地层边界线，再利用实体建模连线框功能实现三维模型的建立。从矿山提供的原始资料可以看出，矿区断层和地层较为复杂，主要的控矿断层有F3、F4、F16和F203，主要地层有D3ta，D3tb，D3tc，C2+3ht，C1，D2db，D3da。建立的断层模型和地层模型分别如图3和图4所示。

2．2工程实体模型巷道三维模型是根据各中段实测平面图，采用实测巷道帮线法实现，其他工程如井筒、斜坡道、斜井等根据工程设计中线及断面，采用中线断面法实现［7］。图5为－600m中段水平巷道三维模型。

2．3矿体模型矿体三维模型除了能准确反映矿体的三维空间形态和位置，同时也为块体模型估值计算提供必要的约束条件，是品位估值和储量计算的基础。本次凡口矿复杂矿体三维模型采用以矿山地质平面图、剖面图为主，钻孔数据为辅的方法构建，并根据生产探矿数据对矿体进行二次圈定，提高了矿体模型的准确性，结果如图6所示。需在组合样统计分析的基础上进行组合样的变异函数拟合［8－9］。结合组合样及矿体模型三维空间分布特征，分别沿矿体走向、倾向、垂直厚度3个方向对实验变异函数进行分析，然后采用球状理论变异函数模型对其进行空间拟合，获得变异函数拟合参数，结果见表1。

3品位块体模型估值

3．1原始样品组合原始钻孔数据样品长度一般不等，为得到参数的无偏估计量，根据地质统计学原理，所有钻孔样品长度必须相同，为此需对原始样品进行长度组合。通常组合样长度取所有原始样品的平均长度，通过原始样品统计分析得出原始样品平均长度为1m左右，即本次组合样长度取1m。采用长度加权法对钻孔样品进行组合，公式如下:m式中GC为组合样的参数值;Gi为第i个样品的参数值;Li为第i个样品的长度;LC为组合样的长度;m为样品数。通过样品组合分析可知，矿床各有用元素组合样品位整体服从对数正态分布，如图7所示。

3．2变异函数拟合为确定各个样品参数在空间上的相关性和结构性，

3．3交叉验证通过对理论变异函数拟合参数交叉验证检验参数是否可靠［6，10］，获得Pb、Zn和S元素的误差均值和标准误差均值接近0，两个标准差范围内误差所占比例均大于95%，交叉验证结果表明，所拟合的理论变异函数模型可靠，变异函数参数准确，可用于该矿床品位估值和储量计算。

3．4品位块体模型建立品位块体模型是将矿床区域在三维空间内按照设定的边界单元块尺寸和内部单元块尺寸进行划分，然后根据已知样品的品位对单元块的品位进行推估，并在此基础上进行储量计算［8，10－11］。建立的块体模型根据矿区范围内钻孔、矿体范围来确定，并综合考虑凡口矿现有采矿方法、勘探网度及元素变异函数特征等因素，其基本参数见表2。根据确定的块段模型基本参数，采用Surpac建立块段模型步骤如下:①创建空块段模型，输入模型范围;②确定模型单元块尺寸和最小单元尺寸;③确定模型方位;④创建块段模型属性，分别为Pb_Zn、Pb、Zn、S和比重，完成品位块段模型创建。

3．5品位块体模型赋值用于储量计算的块体模型必须对品位属性进行估值。品位估值是根据单元块搜索半径内的已知样品，对该单元块进行估值［12］。目前常用的估值方法有距离幂次反比法、普通克里格法和常量赋值法等。由于搜索椭球体各轴搜索半径的影响，估值时不可避免地在矿化区域以外推估出品位。因此，通常做法是采用矿体实体模型对块体模型进行约束，在约束后的矿体范围内进行估值，图8为约束后的矿体块体模型与实体模型复合显示。采用地质统计学中的一种线性无偏最优估计法———普通克里格法对单元块品位进行估值［13－14］。赋值后的块体模型，可以根据各元素品级、矿岩类型、中段等来计算矿石储量，也可查询各单元块的属性信息，为准确了解矿床品位分布规律和储量动态管理奠定基础。

4矿床储量统计分析根据已赋值的矿体品位块体模型，可实现矿床有价元素品位的统计分析。在统计矿床地质储量时，按照不同的边界品位和不同的中段进行统计分析。

4．1按照边界品位进行矿量统计矿山以Pb和Zn品位之和(简称Pb_Zn)作为边界品位，金属价格随着市场的波动，在成本一定的情况下，矿山采用的边界品位也随之发生变化，为此，按照不同的边界品位对矿量进行统计(见表3)，有助于指导矿山掌握不同边界品位情况下矿山储量。目前矿山采取的边界品位为1%，计算得到矿量为2468．81万吨。

4．2按照中段进行矿量统计按照中段选取Pb_Zn边界品位为1%进行矿量统计分析，分别统计了各中段矿床储量、各元素金属量及平均品位等，统计结果见表4。统计结果有助于矿山掌握不同中段矿量、金属量及平均品位分布情况，确定合理的开采顺序。

5地质剖面自动出图

为了满足矿山实际生产需要，依据所建立的钻孔数据库、矿体、地层、断层和巷道三维实体模型，在研究Surpac绘图方式基本原理及TCL语言的基础上，采用Surpac二次开发实现了地质剖面图的自动绘图，其中包含构造、岩性、钻孔、品位、矿体、巷道、坐标网格和标题栏等多种图元信息［8］。图9为凡口铅锌矿－600～－700m中段S8#穿脉地质剖面图。

6结语

1)采用VB开发了“凡口矿钻孔转换程序”，实现了凡口铅锌矿地质软件Geocad与矿业软件Surpac钻孔数据的无缝集成，建立了钻孔数据库，为矿山有效管理地质数据奠定了基础。2)创建的矿床三维实体模型及品位块体模型满足资源储量计算要求，选用普通克立格法能准确、快速计算矿山地质储量，根据不同的边界品位和中段生成的储量报告，为矿山进行储量动态管理提供依据。3)地质平剖面图的自动绘制将复杂的地质绘图过程简单化，成图结果与传统绘图相比，在绘图质量、方便程度等方面有众多突出优势。