位哲，高智令

(瑞木镍钴管理（中冶）有限公司， 北京 100028)

“数字矿山”是现代化矿山的发展趋势和必然。Surpac凭借出众的3D图形功能、良好的图形用户界面、实用性强等特点而被广泛应用[1]。采矿工程的作业对象是天然赋存的矿物和岩石，其作业环境也与矿床生成的地质和地理条件密切相关。Ramu红土镍矿（如图1所示）与世界同类矿山相比，具有地质条件复杂、矿体厚度薄、产状变化大、矿体形态不规则、矿石地质品位突变的特点。该矿通过多年的实践，对如何准确描述其埋藏特点、空间位置、内在性质及其变化规律，便于矿山设计工作充分有效地利用这些矿床信息进行优化设计，积累了一些经验[2]。

图1 Ramu矿体层位

1 三维地质模型的建立

1.1 地质数据库

建立Ramu红土镍矿地质数据库，将矿山地质资料进行归类整理和存储。通过Surpac软件图形显示功能，在三维空间显示地质数据[3]，如图2所示，方便地质人员合理、符合实际的解译、圈定矿体界线，如图3所示。

1.2 实体模型

图2 钻孔三维显示（局部）

针对Ramu红土镍矿复杂的地质情况，在地质数据库的基础上组合各地质钻孔，完成矿体边界确定，剖面矿体界线圈定的工作，最后根据各剖面构建三维矿体模型。早期依据模型计算的储量数据与实际采出矿量相比误差较大，在±25%之间浮动，对生产组织造成了极大的困扰。随着不断的开采，对矿体的赋存形态逐渐加深理解，再不断反馈到模型中进行比对和修正，目前的准确率可以达到很好的水平。在建模过程中使用的关键技术和技巧[3-6]如表1、图4、图5所示。

图3 矿体解译示例

1.3 块体模型

块模型存储数据是通过插值把地质体或矿体划分为一系列小的长方体单元，如图6所示，这些插值具有空间特性（既可作空间参照物，又具有空间关系）。针对Ramu红土镍矿这样的复杂矿床、薄层状或缓倾斜的矿体，通过划分父块、子块[4]，以保证实体模型（图7）边界的精确度，为之后的开采设计、配矿优化、二次圈矿等工作提供依据。Ramu红土镍矿勘查基本工程间距为100 m×100 m，组合样长为1 m，确定矿块尺寸为25 m×25 m×1 m(北×东×高)，最小块尺寸为12.5 m×12.5 m×0.5 m。

表1 实体创建方法归纳

图4 复杂矿体建模技术（图中编号与表1一致）

图5 矿体尖灭方式

图6 块体模型示意

图7 矿体实体模型

2 储量估算与误差分析

2.1 储量估算方法

Ramu红土镍矿成矿规模较大，矿化比较稳定，勘查资料完善，工程数和取样点数据比较充足。矿床结构复杂，矿体分布范围广，形态起伏变化大，连续性较好边界处又支离破碎。其空间分布具有多层状、层位厚度变化剧烈、品位变动大等特点。矿体沿丘陵分布赋存，山谷矿体相对较厚，多大于15 m，局部可达25 m，矿层最厚达到40 m以上。

根据Ramu红土矿的地质条件和勘探情况，分别采用平行地质剖面法和地质统计学法进行资源储量估算，主要分析一下体积和品位这2个参数的计算过程，并进行对比分析。

2.1.1 品位估值

（1）平行地质剖面法计算。设剖面圈定的矿体范围内有n个样品组成，样品的品位和样长分别用Pi、Li表示，则剖面品位采用样长加权求得[7]，即：

块段平均品位：

（2）地质统计学计算如下。Ramu红土镍矿钻孔组合样品的基本地质统计分析结果见表2。有用元素品位的变异系数小于1.5，参考西方国家和国内常用的处理方法，采用距离幂次反比法对块体模型进行品位空间插值。搜索体采用椭球体（参数见表3），同时为了减小来自高密度取样区内的插值偏差，需要分散簇状样品，限制搜索椭球体每个象限的最小与最大样品点数，使搜索椭球体估值能够无偏性地进行。插值过程运行3次，逐次增加搜索椭球体搜索半径，第1次搜索半径为120 m，第2次搜索半径为240 m，第3次搜索半径为360 m，每运行一次均对块模型进行检验，直至模型中每个块都被估值。

2.1.2 矿体体积

平行地质剖面法是将矿体空间形态分割成多个较简单的几何形态，将矿石组分均一化，估算矿体的体积[7]。

设间距为L的2个相邻剖面中的较大的块段面积为S1，较小者为S2，面积相对差：

则矿体体积V根据K（以40%为界）的大小，分别采用梯形和截锥公式，对于矿体尖灭部分按照尖灭方式的不同，可采用楔形或锥形尖灭公式计算体积。

表2 统计分析结果

表3 估算搜索椭球体参数

基于 Surpac软件的体积计算，一是实体的体积，可以通过报告封闭实体的内部体积。二是块体的体积，通过统计约束范围内的单元块数量计算，即：

式中，n1、n2为在矿体边界约束下父块、子块的数目；v1、v2为单个父块、子块的体积。

矿石体重按含矿层分别取红色褐铁矿层(O)1.13 g/cm3；黄色褐铁矿层(L)0.97 g/cm3；残积层(S)0.84 g/cm3；上含砾残积层(R1) 0.92 g/cm3，下含砾残积层(R2)1.61 g/cm3。

2种资源储量估算方法所得出的结果见表4。

表4 资源储量结果对比

2.1.3 局部校验

将距离幂次反比法插值结果与用原始工程样品数据在三维空间和剖面上进行矿体边界、矿块品位和资源编码的比较（见图8）。二者的吻合度较好，估值效果准确可信。

图8 勘探线原始工程样品数据与矿体边界、矿块品位对比图示例

2.2 储量结果分析

从对比结果看，较传统的地质剖面法，运用距离幂次反比法的估算结果偏低，距离幂次反比法运算结果更接近于真实值。对这2种储量估算方法进行深入分析，得出了以下可能的原因。

（1）矿体尖灭处理。传统的方法采用有限外推、无限外推和中点尖灭的方法，特别是中点尖灭，这样以一概全，对于Ramu矿层这样变化剧烈、局部区域矿体厚度较大、矿体空间形态复杂的情况，就容易造成较大的误差。而运用Surpac软件在矿体的建模过程则是根据矿体的整体赋存情况和剖面矿体厚度等因素灵活确定尖灭方式和距离，对矿体进行尖灭处理。

（2）品位空间插值。垂直平行剖面法是将矿化复杂状态变为在影响范围内的均匀化状态，对于矿化均一的矿体是很有效的，若处理Ramu矿床这样矿化复杂的矿床，容易使整个矿床的品位失真。而使用距离幂次反比法，是通过搜索椭球体将品位信息赋到每个单元块中，它能最科学、最大限度地利用勘查工程所提供的一切信息，使所估算的矿石品位和矿石储量精确得多。

（3）块段体积计算。垂直平行剖面法是通过将把形状复杂的矿体转化成为与该体积大致相等的简单形体，用经验公式计算体积，是一种近似处理，适用于形态简单的矿体，对于表面复杂的矿体，很容易引起体积的误差，导致矿石量和金属量的误差。Surpac软件在建模过程中可以通过多种方法和技巧（如表1）构建最接近真实的矿体模型，在其约束下，采用块体模型模拟复杂矿体，通过划分次级块，很大程度提高了矿体边界的模拟精度。

（4）储量估算精度及报告。传统方法不能给出估计精度的概念，只能用不同方法的计算结果加以对比。利用Surpac软件进行储量估算能分别估算报告矿床中所有最小开采块段的品位和储量，在估算的同时还给出了估计精度，而且是无偏的，估计方差最小（最优）估计，为储量的评价和利用提供了依据。

3 结论

针对Ramu红土镍矿，这样看似简单实则复杂矿床的建模工作，Surpac软件能十分方便快速准确地圈定不同类型的矿体边界，使得圈定的矿体更符合自然形态；以三维地质模型为约束的块体模型，能够快速准确的形成资源储量报告，并能实现储量的分级动态管理，较传统的储量估算方法，有着不可比拟的优势。另外，软件所形成的钻孔柱状图、各种平剖面图纸、储量分布图等完全可以满足矿床勘探、矿山设计和矿山开采3个阶段的需求。该软件可以作为地质和采矿工程技术人员的一种实用工具。