耿咏梅， 陈丽娟， 王小高， 冯雪珍

（1.河南省有色金属地质勘查总院，郑州 450052；2.河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室，郑州 450052）

随着三维可视化技术的发展，其在矿产资源开发中的一个重要应用就是建立矿区地质三维模型，这也是数字化矿山的首要任务和基础，常见的三维地质建模多是以三维地质软件为媒介来实现的，可以说三维地质建模的发展过程就是三维地质软件的发展过程. 实际工作中，三维矿业软件的作用主要是通过空间地质信息的建立、三维地质模型的表述以及品位分布的应用，实现矿山技术工作的计算机化和流程化［1-4］. 国际三维矿业软件起步于20世纪70年代，西方采矿大国相继推出了用于地质资料处理、矿床建模、采矿设计、测绘图形处理等方面的商业矿业软件，如：Surpac、Micromine、Datamine、Mintec、Lynx等. 国内在三维领域的发展也势头迅猛，许多学者在此方面也进行了深入的研究，涌现出了许多优秀的研究成果，也开发了一些三维可视化矿业建模软件. 2006年北京三地曼矿业软件科技有限公司开发研制出3DMine矿业工程软件、2008年长沙迪迈信息科技有限公司开始推广应用DMine软件［5-7］. 3DMine矿业软件的开发研制也形成了自己的特定功能，该软件是在完善国外同类软件的开发思路和功能模块的基础之上研发，并结合国内地勘单位技术人员的工作需要，为国内用户量身打造的本土化的三维矿业软件，具有完全自主知识产权［8-10］. 本文利用3DMine软件建立河南省龙王庙金矿区地质数据库及三维地质模型，并对主要矿体K1-Ⅰ号矿体的主矿产Au进行资源储量估算.

1 矿区概况及矿体特征

龙王庙金矿区位于熊耳山隆起西段，龙脖—花山背斜轴部次级构造草沟倾伏背斜的东翼近轴部，成矿区带属熊耳山西段洛宁南部银铅金矿集中区. 区内出露地层主要为太古宇太华群、元古宇熊耳群及第四系. 矿区内断裂构造发育，以北东向含矿蚀变断裂带最发育，不同方向、不同规模的其他断裂也较发育. 北东向断裂为矿区内的含矿构造破碎带，规模最大且发育最好. 总体走向48°～53°，倾向北西，倾角30°～35°；该组断裂具有多次后期复活现象，为矿液的循环和储存创造了良好条件. 南北向断裂组为规模不大的剪切裂隙，一般厚几厘米到几十厘米，个别地段呈密集出现和有矿化蚀变现象；该组构造线被东西向、北北东向断裂切穿. 北西向断裂组规模不大，个别地段有矿化蚀变现象，多受北北东向断裂构造的限制，并与北北东向断裂构造组成菱形格子形式. 矿区内节理构造发育，且多组节理相互切穿、交错，但与成矿无关系，也无破坏现象.

区内岩浆活动频繁，出露的岩浆岩有：花岗斑岩、辉绿岩、辉长岩等，呈岩株状、脉状或岩墙状产出.

通过勘察研究，矿区共发现6条含金矿化带，其形成均受到北东向断裂带的影响. K1矿（化）带位于矿区中部的二道沟—西三道沟一带，地表没有露头，为构造蚀变带，矿化带厚度大、延伸远，矿化较好，蚀变多期多阶段发育，其中硅化、钾长石化强度高、规模大，分布广. K2矿（化）带位于矿区中部的二道沟—西三道沟一带，地表断续出露长度约750 m，该脉为石英脉，主要由灰白色、灰黑色石英脉构成，金属矿物少见，见硅化、钾长石化等蚀变现象. K3矿（化）带位于东三道沟上部，为构造蚀变带，中间为石英脉，围岩发育硅化、钾长石化、方铅矿化等蚀变，局部可见黄铜矿、孔雀石化等. K4、K5矿化带为勘探K1矿化带过程中发现的规模较小的矿化带，地表无露头.

K1矿（化）带圈定出K1-Ⅰ、K1-Ⅱ、K1-Ⅲ3个矿体，K1-Ⅰ号矿体为主矿体，K1-Ⅱ、K1-Ⅲ号矿体为单工程所揭露的矿体，规模较小. 矿体产出于K1构造蚀变带中，受构造带的控制，产状和K1构造蚀变带产状一致，金矿石为方铅矿化、黄铁矿化、硅化构造蚀变岩，和其他矿（化）带不同，其明显的特征为石英呈明显的黄褐色，并发育强烈的钾长石化围岩蚀变，其中石英呈烟灰色时矿石品位较高. K1-Ⅰ矿体，工程控制长约850 m，宽70～400 m，厚平均2.46 m，主矿产为金，平均品位4.63×10-6，同体共、伴生铅、银，共生银平均品位50.46×10-6，铅1.02%，伴生银平均品位24.2×10-6，铅0.21%. K1-Ⅰ分别探获金、银、铅矿7 732.44 kg、43 954.05 kg、15 562.79 t（修正后的数据）［11］.

2 钻孔数据库的建立

3DMine软件充分发挥了开放式数据库技术的优势，通过Access、SQL Server、Oracle等常用数据库来存储和操作地质信息，直接导入的源文件可以是Excel、Text文本和数据库格式.

龙王庙金矿区共施工钻孔39个，总进尺10 905.98 m，坑道2个，进尺1026 m，老硐清编530 m，探槽230 m3，基本分析1027 件，这些钻孔、坑道编录、采样分析以及工程测量等资料成为钻孔数据库的数据来源. 在Excel 表格中按格式整理、分类录入以上基础数据，形成定位表、测斜表、化验表和岩性表，其中定位表和测斜表体现了钻孔的空间形态变化，化验表反映了钻孔样品中Au元素品位的变化，岩性表记录了钻孔样品各段岩性的变化. 在3DMine 建立数据库菜单下，逐一添加以上4个表格，通过复制、粘贴导入数据，形成矿区完整钻孔数据库.

通过调用钻孔数据库，可在3DMine软件中模拟生成空间三维钻孔（见图1）.

图1 龙王庙金矿区地表模型及钻孔数据库Fig.1 Surface model and borehole database of Longwangmiao gold mining area

3 三维模型的构建

3.1 矿体实体模型构建

矿体实体建模通常有三种方法：①利用矿体边界线大概确定矿体范围；②利用勘探线剖面图构建；③基于钻孔数据构建. 通常要根据建模的目的来选择合适的建模方法［11］. 在解决矿体形态复杂、形状不规则的问题上，3DMine软件提供了控制线、分区线等辅助线来帮助存在分支、复合现象的矿体模型构建，从而使建立的模型更加精细，更加接近真实情况［12］. 矿体连接完成后，进行实体验证，对出现自相交、重复、无效边等错误进行修正.

3.1.1 钻孔控制部分实体模型 洛宁县龙王庙金矿勘探工作圈定K1-Ⅰ、K1-Ⅱ、K1-Ⅲ及K6-Ⅳ共4个矿体，其中，K1-Ⅰ矿体为主矿体，K1-Ⅱ、K1-Ⅲ、K6-Ⅳ矿体为单工程所揭露的矿体，规模较小. K1-Ⅰ矿体分布于03～08线之间，由探矿工程PD1303、PD1340和37个钻孔控制，控制矿体长度约850 m，宽70～400 m，呈中间窄两端宽的葫芦状，形态不规则，平面总体展布方向为南北向，平面投影面积约为0.22 km2. 矿体埋深45～400 m，赋存标高为780～1380 m. 单工程厚度为0.42～8.93 m，平均厚度2.46 m. 本次工作采用基于勘探线剖面图的线框模型构建方法，提取各剖面的矿体界线，对矿体界线进行三角网建模. 具体方法是：矿区原有钻孔横剖面图导入3DMine软件，通过坐标转换与平面图对应，校正横剖面图到正确的位置，提取出矿体及夹石界线，对照纵剖面图，根据矿体赋存规律、产状，利用软件中的“实体—连接三角网”功能，将相邻剖面的矿体界线逐一连接成体，形成K1-Ⅰ号矿体钻孔控制部分实体模型（见图2）.3.1.2 坑道控制部分实体模型 K1-Ⅰ号矿体实施了两个坑道工程，坑道采样处理方法：勘查工作中，坑道样为铅直取样，在数据处理过程中，将每个采样点假设成钻孔. 根据坑口坐标及编录资料，推算出每个采样点的三维坐标，假设为钻孔开孔坐标，方位设为0，倾角设为90°（假设为直孔），各化验数据来源于报告附表中的“坑道采样分析表”. 根据勘探线方位、矿体产状定位出矿体外推位置，利用“多段线”功能，连接矿体上下界线成闭合线，然后逐一根据坑道见矿点位置画出坑道所有矿体线，最后利用“连接三角网”将所有矿体线连接成实体，形成K1-Ⅰ号矿体坑道控制部分实体模型（见图3、图4）.

3.2 块体模型构建

块体模型，又称品位模型，是矿床品位推估和储量计算的关键，其本质就是品位信息与三维块体相结合的综合数据库，是一个空间三维三角网连接而成的包络体，比如矿体、巷道、采场等，是3DMine软件三维模型的基础［12-14］. 因此块体模型是矿床品位推估及储量计算的关键.

图2 K1-Ⅰ号矿体钻探控制部分的实体模型Fig.2 Solid model drilling control part of the K1-Ⅰorebody

图3 K1-Ⅰ号矿体坑探工程控制部分的矿体界线Fig.3 Boundary of the K1-Ⅰorebody in the control part of pit exploration project

图4 K1-Ⅰ号矿体坑探控制部分的实体模型Fig.4 Solid model of pit exploration control part of the K1-Ⅰorebody

3.2.1 块体尺寸确定及属性赋值 确定块体模型尺寸很重要，一般来讲，尺寸越小，对矿体边界的拟合程度越精确，但如果过于小对资源储量估值帮助不大，而且占用内存太大，会造成系统运算缓慢. 因此块体尺寸生成后，需要将块体尺寸体积之和与整个矿体（实体）体积之和进行对比，以调整块体尺寸至合适.

矿区K1-Ⅰ号矿体勘查类型确定为Ⅱ类型，控制的工程间选取为80 m×80 m，坑道段高20～40 m，勘探线方位按321°方向布置，浅部坑道探求（331）资源量，深部按照80 m×80 m 间距布置钻孔探求（332）资源量，160 m×160 m间距布置钻孔探求（333）资源量. 根据矿区的具体情况，经过综合考虑，确定矿床块体尺寸在X、Y、Z三个方向上采用10 m×10 m×0.6 m，矿体体积差为0.90%，对资源储量影响不大. 块体模型建立后新建块体属性：矿岩类型、勘探线号、储量级别、块段号、体重等，矿岩类型、储量级别、块段号应选择“字符”型，体重、Au应选择“浮点数”型.

3.2.2 特高品位处理 根据《固体矿产勘查工作规范》（GB/T 33444—2016），特高品位一般取矿体平均品位（包括特高品位在内）的6～8倍. 当矿体的有用组分变化不均匀时采用上限值（8倍），有用组分变化均匀时采用下限值（6倍）. 处理时其影响范围不宜过大，以用特高品位所在工程所影响块段的平均品位或工程（当单工程矿体厚度矿体厚度大时）平均品位代替为宜. 龙王庙金矿区K1-Ⅰ号矿体共有5个特高金品位，3DMine软件采用的是“单工程平均法去特高品位”，处理的是单工程的特高品位，不能以块段为单元来处理特高品位，也不能以单独某些特定的样品来处理特高品位. 为利于资源储量数据对比，本次特高品位处理沿用地质报告报告中的处理方法，特高品位处理情况见表1 .

表1 K1-Ⅰ号矿体特高品位处理情况表Tab.1 Extra-high grade treatment table of the K1-Ⅰorebody

3.2.3 组合样品点 样品组合是将空间不等长的样品长度和品位量化到一些离散点上. 根据地质统计学原理，为确保得到参数的无偏估计量，所有的样品数据应落在相同的承载上，即同一类参数的地质样品段的长度应该一致［13-17］. 龙王庙金矿属构造蚀变岩型矿床，矿体厚度较小，平均厚度为2.46 m，单样见矿情况较多，因此采用“样品组合到中间”进行样品组合，组合时圈矿品位指标为Au≥1.0×10-6，特高品位采用处理后的样品进行组合. 组合后将矿体外部、未参与矿体圈连的样品点剔除，然后将组合后的样品点存储备用.

3.2.4 块体模型估值 本次工作选用对金属矿块体模型常用的估值方法即距离幂次反比法对块体模型品位插值. 经多次试验搜索椭球体参数，全部成功估值计79 371 个块体，估值参数设置见表2.

品位插值后可以以不同的颜色来表现不同的品位变化及其分布，并且可以对每一个块体单元的空间位置、品位、矿石量、金属量等信息进行查询、提取等操作.

表2 品位估值参数表Tab.2 The parameters of grade evaluation

4 储量计算及对比

根据块体模型中块体单元的大小很容易得到其体积，又由矿石体重可得到块体单元的矿石量，利用插值后的Au品位，可以求得Au的金属量.

任意一个块体模型的Au金属量计算公式［18］为：

式中：QAu为矿体金属量；Vi为第i个块体单元体积；Ci为第i个块体单元Au平均品位；ρ 为矿石体重.

运用3DMine软件对龙王庙金矿区K1-Ⅰ号矿体进行资源储量计算，共计算矿石量169.47万t，Au平均品位4.32×10-6，Au金属量7 396.69 kg.

计算结果与地质报告提交的资源储量对比见表3. 可知，在3DMine软件中使用距离幂次反比法估算的Au 矿石量和资源储量与传统的块段法估算的矿石量、资源储量（地质报告提交）对比相差控制在误差范围（+5%）内. 从对比结果来看，利用3DMine矿业软件估算资源量和传统块段法估算资源量，结果变化很小，因此可认为采用3DMine软件构建矿区三维地质模型并进行资源储量估算是可行且可靠的.

表3 龙王庙金矿区K1-Ⅰ号矿体资源储量估算结果对比表Tab.3 The resource reserves estimation comparison result of K1-Ⅰorebody in Longwangmiao gold mining area

5 结论

一个矿床的勘查需要经历“预查—普查—详查—勘探”的漫长过程，时间跨度大. 三维软件可利用数据库的方式，将各勘查阶段所形成的地质资料完整记录下来并为后期查询及重复利用提供可能. 三维软件按照空间的真实坐标进行叠加和分布，对矿体的空间关系有更加全面的认识. 通过3DMine矿业软件，以地质信息、测试分析数据为构建矿体模型的源数据，建立了矿区三维矿体模型，应用效果明显.

1）通过整理矿区的钻探、坑探、槽探、勘探线、测量数据、测试分析数据等资料，建立龙王庙金矿区钻孔数据库，实现了传统资料的数字化存储和数据的一体化管理.

2）基于3DMine矿业软件，建立矿区三维矿体模型，不仅可以从空间直观得到矿体的规模和变化趋势，从而分析矿体的空间展布规律；也可以对剖面解译矿体界线进行修正，通过特殊信息判断新矿带的可能；还可以随着对矿体不同阶段的揭露信息而改变矿体模型，即实现矿体的不断更新.

3）基于矿体模型选取距离幂次反比法建立了块体模型，实现了矿产资源储量快速计算，经对比计算结果，误差在控制范围内，说明3DMine三维矿业软件运用距离幂次反比法估值优势明显，资源储量计算快速灵活，可大大提高工作效率.