基于3Dmine的地下磷矿三维地质建模研究

基于 3Dmine的地下磷矿三维地质建模研究

张衡1，曾艾平 2，黄伟雄 2，杨首亚 2，李亮 2，周久林 2，杨文凝 2

1.湖北省海外地质事业中心，湖北 武汉 430015； 2.湖北省海外地质事业中心，湖北 武汉 430015

摘要：为推动数字矿山建设，通过3Dmine矿业工程软件创建了湖北宜昌杉西磷矿三维地质模型。在矿山已有勘探资料的基础上，建立了矿山的地质数据库，并且构建了矿山的地表、断层、矿体和块体模型，实现直观的三维可视效果。同时运用直接赋值法，对矿体资源量进行了估算，提高了工作效率，降低了矿山后期管理成本。

关键词：磷矿;3DMine;三维地质建模;宜昌

0 引言

随着全球对于环境问题的重视和信息化技术的发展，绿色矿山概念的提出为我国矿业的发展提出了新的要求^[1]。在绿色矿山的建设过程中，矿山智能化管理和矿山的三维储量管理占据了重要的地位。而矿山三维地质建模充分利用矿山原始地质数据建立实体模型，将各种可利用资料与三维动态模拟进行系统集成，实现空间分析、三维重构等，是实现矿山智能化管理的基础^[2]。国产3Dmine矿业工程软件是国内常用的矿山三维地质建模工具之一，本文以湖北宜昌杉西磷矿绿色矿山建设数字化三维建模研究项目为基础，旨在探讨三维地质建模在杉西磷矿储量管理过程中的应用。

1 杉西磷矿地质概况

矿区地处扬子准地台上扬子台坪鄂中褶断区黄陵背斜北翼，地层总体为一倾向北东的单斜构造，倾角平缓，一般为4～12度，局部因断裂构造影响，地层产状略为变陡。矿区褶皱不发育，以断裂构造为主，已查明的断层共15条。

2 三维地质建模

2.1 地质数据库的建立

三维地质建模的基础是地质数据库的建立，即将矿山勘探过程中形成的各类原始地质资料导入3Dmine软件，创建地质数据库。矿山的主要勘探工程为钻孔，也是地采矿山后期矿体圈定的主要控制工程，故需首先创建钻孔数据库。3Dmine中钻孔数据库主要由钻孔定位表、钻孔测斜表、岩矿石化验表和岩性表4个数据表组成^[3]。其中:钻孔定位表主要记录了钻孔的开孔位置信息;钻孔测斜表记录了钻孔的形态及孔深；岩矿石化验表记录了钻孔中岩心取样分析结果;岩性表记录了钻孔岩心的地层、岩性等信息。

2.2 地表模型的建立

3Dmine中地表模型的构建方法为提取矿区地形地质图中等高线、地物、高程点的位置高程信息，自动连接三角网，构建地表DTM面^[4]。这一过程中，需对矿区地形地质图进行处理，删除不相关图元，对相关等高线、地物进行高程赋值，而后通过3Dmine软件快速创建地表DTM面，并按不同的高程范围对地表DTM面进行颜色渲染。

2.3 勘查线剖面的导入

3Dmine中勘查线剖面的导入是通过空间平移和旋转来实现，首先通过平移将勘查线剖面的起点平移至三维空间中剖面的实际起点坐标处，而后通过平面旋转将剖面线的走向调整为一致，最后通过三维空间旋转将原始勘查线剖面中的Z轴方向调整为软件中真正的Z轴方向^[5]。

2.4 断层模型的建立

断层的三维模型，是通过对地表断层界线、剖面断层界线和钻孔断层信息进行提取，提取其中的断层点、线信息，而后在三维空间中建立断层模型，生成断层DTM面^[6]。断层模型的建立，有利于更直观地掌控断层与矿体的位置关系，对矿体的进一步探测和开采具有重要意义。

2.5 地层模型的建立

矿山地层模型的构建遵循由线到面、由面到体的原则，即首先参照断层DTM面的构建方法，提取地表地层界线、剖面地层界线和钻孔地层顶底板点位构建矿区内各个地层的顶底板面，而后以地层顶底板面和断层面为约束条件构建各个地层实体。

2.6 矿体模型的建立

矿体模型的建立首先要约定圈矿的条件，如圈定矿体的边界品位、厚度等，而后通过钻孔等探矿工程取样情况约束以及地质解译情况圈定矿体。由于杉西磷矿已形成完整的勘探报告、核实报告，并在有关主管部门处备案，所以杉西磷矿的三维矿体模型构建直接沿用报告中矿体的圈定原则和矿体块段划分原则，对磷矿层进行三维建模。

杉西磷矿勘探报告中已形成磷矿层的底板等高线图，图件中已对磷矿层各个块段边界进行约束，因此杉西磷矿矿体三维建模仅需提取图件中各个块段的边界赋予高程值，而后提取钻孔、巷道、槽探工程中磷矿层的顶底板点位信息，构建磷矿层的顶底板DTM面，进而完成磷矿层的矿体三维模型^[7]。

2.7 块体模型的建立与资源储量管理

2.7.1块体模型建立

3Dmine中矿体的资源储量管理是通过块体模型的构建来实现的，它将空间一定范围用一定尺寸的矩形体充填，而后利用矿体模型约束，赋予品位、块段编号、资源量类型等属性，建立矿体资源储量管理机制^[8]。综合考虑磷矿规模等因素后，确定杉西磷矿矿块在X、Y、Z方向上尺寸为5m×5m×1m，次分块尺寸为2.5m×2.5m×0.5m，创建磷矿层的块体模型。

2.7.2资源储量管理

块体的赋值方法有3种：直接赋值法、距离幂次反比法和普通克里格法。鉴于杉西磷矿勘探报告中磷矿层的资源储量估算方法为地质块段法，每个块段中磷矿的体重和品位均取平均值，因此杉西磷矿块体模型的赋值均采用直接赋值法，即对每个块段内的小型矿块体重、品位等属性统一赋均值。

块体赋值后即可对矿体资源储量进行管理，形成系统的资源储量报告，但由于3Dmine中块体模型的资源储量估算方法始终与传统地质块段法和平行断面法存在差异，所以会造成些许系统误差。

3 三维建模的应用

（1）三维可视化。通过三维模型的建立，可直观地展示矿体、钻孔、巷道、断层位置，有效地提升了矿山三维可视化，为矿山后期采矿工程的布设创造了有利条件^[9]。

（2）资源储量动态管理。通过矿山块体模型的建立，可为矿山建立资源储量动态管理机制，实时跟进采掘工程的进度，对开采消耗量、保有资源量做出快速、准确的估算，极大地提高了工作效率，节约了管理成本。

（3）助力矿山开发利用。通过三维模型的建立，为矿山探采结合奠定了基础，也可为矿山开发利用提供一定程度的便利，对矿山首采区、开采顺序的确定具有一定程度的指导意义。

4 结论

通过3DMine软件，可对矿山的地表模型、断层模型、地层模型、矿体模型进行构建，为矿山资源储量管理和开发利用奠定基础。

但是，利用3DMine软件进行三维建模和资源储量管理依然存在不小的问题，即矿山新老资料的衔接问题，对于矿山三维建模过程中老资料所暴露出的问题如何解决？同时三维资源储量估算和传统方法资源储量估算之间所存在的误差如何处理？这些问题的解决办法都仍需进一步探索。

参考文献

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[9] 姬广军,朱吉祥. 科技风.三维地质建模技术研究现状[J].科技风,2019,(10):109-110.

1收稿日期：2021年7月31日。改回日期：

资助项目：湖北宜昌杉西磷矿绿色矿山建设数字化三维建模研究项目（KJ2021-36）

作者简介：张衡（1992年1月28日），男，工程师，硕士研究生，地质学专业，研究方向地质矿产勘查，从事地质勘查工作。E-mail：929126693@qq.com