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礦區三維地質建模的技術流程

通過具體軟件(包括Micromine與Surpac)對普朗礦區的三維地質建模示範研究,總結出礦區三維地質建模的技術流程主要包括資料收集整理、數據庫建立、輪廓線生成、實體模型構建、塊體模型構建、估算資源量與模型應用等方面(圖3—4),在建模過程中質量控制貫穿始終。

(壹)資料收集整理與地質數據庫的建立

資料的收集整理非常重要,根據礦體建模的需求,至少需要收集如下資料:

(1)探礦工程相關的成果數據;

(2)礦區地形地質圖;

圖3—4 礦區三維地質建模流程

(3)勘探線剖面圖;

(4)其他相關數據,如工業指標、體重、斷層、礦相分界線等。

將這些數據進行整理,使之符合礦區三維地質建模的數據組織要求,在三維建模軟件支持下建立地質數據庫。根據探礦工程、采樣數據等建立工程坐標表、測斜數據表、巖性數據表與化驗數據表的工作量大,也容易出錯,這4個表的數據正確與否,直接關系到地質模型的正確與否。因此,在整理生成這些表時,應雙份錄入與校對,以保證原始數據的正確性。

壹旦地質數據庫建立,就可以在三維空間中操作顯示地質數據,包括鉆孔的軌跡線、品位值、巖性及其代碼、巖層走向等,總之,幾乎所有的地質信息都可以以字符、圖表、圖案等方式顯示。

(二)輪廓線生成

所謂輪廓線就是指在壹個地質剖面圖中,所圈定的地質現象的邊界線,如巖石邊界線、礦體邊界線、儲量級別界線等等。因地質體或礦體的復雜性與不確定性,為了建立實用的地質體或礦體的三維模型,需要采用交互式的建模方法。生成輪廓線有兩種方法:壹是根據原始探礦工程數據如鉆孔數據,在三維建模軟件支持下,按工業指標和礦石類型在鉆孔剖面上交互式連礦體輪廓線,或根據巖石類型交互式連巖體輪廓線;二是在已有地質剖面圖的情況下,通過建模軟件進行轉換,並提取巖石或礦體等的輪廓線。

交互式解譯輪廓線流程簡單,但工作量大,並且對於不同類型的地質現象要分別進行解譯。若有斷層,需要分別對斷層的不同盤的地質現象分開進行解譯。

對於礦區三維建模來說,應專註於圈定礦體。圈定礦體時,應遵循如下原則:

(1)應根據《中華人民***和國地質礦產行業標準》進行;

(2)對於雙指標或多指標的礦體圈定,可設置任意多元素之間的條件組合,來確定是否為礦體;

(3)夾石剔除原則:根據回采工藝,確定夾石的剔除厚度;

(4)手工確定原則:軟件只提供工具,至於礦體在鉆孔之外的形態,是根據地質師對礦體的認識,人為圈定的。

總之,對於如何圈定礦體的問題,在更大程度上屬於地質專業範疇,其處理方案應以滿足地質工作的要求為原則,應用三維建模軟件時也應以此為準。在具體操作時,考慮到軟件功能的實際情況,建議盡可能采用單指標圈連礦體。

對於壹個新礦區,可根據地質工程資料,交互式建立地質體或礦體的輪廓線。而實際上,目前有大量的地質剖面圖。針對該情形,首先將紙質剖面圖通過掃描矢量化而生成數字化形式的剖面圖,然後通過文件轉換方式轉為DXF文件格式,最後在三維建模軟件中導入,並進行轉換即可。主要分為兩大步驟,首先將二維形式的地質剖面圖轉換為具有真實三維坐標的地質剖面圖;然後按照三維建模軟件的要求,提取輪廓線。

將所有勘探線剖面圖轉換與提取完,即完成了輪廓線創建工作。該項工作非常重要,當然也很繁瑣,工作量較大。為了保證轉換與提取的正確性,需要將轉換結果與勘探線、鉆孔等信息在三維空間中顯示,並與原圖進行比較。

(三)實體模型構建

這裏的實體模型確切地講應為線框模型。線框建模(wireframe modeling)技術實質是把目標空間輪廓上兩兩相鄰的采樣點或特征點用直線連接起來,形成壹系列多邊形;然後把這些多邊形面拼接起來形成壹個多邊形網格來模擬地質邊界或開挖邊界。許多系統則以TIN來填充線框表面。它的優點是可以精確描述礦體邊界,沒有邊界誤差,輸出的圖形是“線條圖”,符合工程習慣;其缺點是無法有效地管理礦石質量信息。也就是說,線框模型解決礦體或地質體的形狀問題。

鑒於地質體或礦體的復雜性與不確定性,根據地質規律、地質知識、已有輪廓線交互式建立地質體或礦體的實體模型(或稱為線框模型)具有實用性。也就是說,在礦區三維地質建模中,采用根據輪廓線交互式的技術來建立礦體或地質體的三維模型。

(四)塊體模型的構建

線框模型只能解決礦體或地質體的三維形狀問題,而塊體模型能處理礦巖質量信息。塊體(block)建模技術的研究和應用始於20世紀60年代初,是壹種傳統的地質建模方法。60年代和70年代開發的壹些地質體模擬系統采用這種建模技術。這類建模技術是把要建模的空間分割成3D立方網格,稱為Block,每個塊體在計算機中的存儲地址與其在自然礦床中的位置相對應,每個塊體被視為均質同性體,由克立格法、距離加權平均法或其他方法確定其品位或巖性參數值。該模型用於屬性漸變的3D空間(如侵染狀金屬礦體)建模很有效,對於有邊界約束的沈積地層、地質構造和開挖空間的建模則必須不斷降低單元尺寸,從而引起數據急速膨脹。解決方式是只在邊界區域進行局部的單元細化。

在建立塊體模型時,會遇到組合樣品長度的確定、特高品位的處理、礦塊、次分塊規格(長×寬×高)確定以及搜索橢球體各參數確定等方面的問題。下面根據建模經驗以及軟件公司的建議,提供處理問題的壹般原則。

對於組合樣品長度的確定來說,樣品組合的目的是,按等間距的原則給樣品加權插值,確保今後在給礦塊插值時符合地質統計學的要求。樣品組合長度的確定,應根據實際中大多數樣品的取樣間距來確定。如:在實際中,90%的樣品的取樣距離為1.5m,可以將1.5m作為樣品組合長度。

對於特高品位的處理來說,首先對組合樣進行基本數學統計分析,如方差、均值、頻率分布、峰度等,分析品位分布規律;然後地質師根據統計分析結果,確定特高品位值:

(1)取平均品位的6~8倍。

(2)百分比原則:例如把累積頻率為98%處的樣品值作為特高品位值。

(3)數學模型法:如果發現品位分布符合某個數學模型(如正態分布),則擬合成該數學方程式,再用以上方法確定特高品位。

對於礦塊、次分塊規格(長×寬×高)確定來說,可根據勘探線的網度、礦體的大小、礦體邊界的復雜度以及采礦設計的要求來確定。壹般礦塊大小取勘探線間距的1/5~1/10,或礦塊大小可以設置為采礦時的壹個礦塊大小(如壹個臺階)等。

對於搜索橢球體各參數確定來講。不同軟件其設置不盡相同。

對於Micromine軟件來講:

(1)半徑壹般設置為勘探線平均間距的1.25~1.5倍;

(2)方位角是礦體的走向,以正北為起點,順時針為方向,在0~360度間;

(3)傾伏角是礦體沿走向上的傾斜角度,正值,在0~90度間;

(4)方位角因子壹般設置為1,它乘以半徑反映橢球體的長軸;

(5)傾角為礦體傾斜方向與水平面的夾角,值在-90~90度之間;

(6)傾角因子和厚度因子設置在0~1之間,它們乘以半徑反映橢球體的短軸和傾向上的尺寸。

對於Surpac軟件來講(以下參數可自動計算):

(1)長軸長度:變程長度,同時保證塊體在該半徑內能搜索到樣品點;

(2)長軸方位:在該方向具有最好的變異函數連續性;

(3)次軸方位:垂直於長軸面內,在該方向具有最好的變異函數連續性;

(4)長軸/次軸:長軸方向變程/次軸方向變程;

(5)長軸/短軸:長軸方向變程/短軸方向變程。

(五)估算資源量

資源量估算時,首先地質師根據地質可靠程度和經濟意義對儲量進行分級,建立每個儲量級別的實體模型,然後根據塊體模型,按儲量級別的實體模型進行約束或賦值即可獲得各級別的資源量。在估算資源量時,應采用多種方法(如距離反比加權法、克裏格法)進行計算,並對結果進行比較,以保證計算的可靠性。

(六)模型應用

模型建立後,可進行多種應用,如進行剖面分析、采礦設計、進度計劃與生產管理等。