3DMINE软件在化学矿山建模及储量计算中的快捷应用

李修杰

中国寰球工程公司华北规划设计院，河北涿州 072754

我国化学矿山的资源储量计算和品位估值常用方法主要是地质块段法等，比如磷矿，我国磷矿多数为沉积型磷矿，一般情况下品位波动和变化不大，变化系数较低，应用块段法进行资源储量计算、品位赋值及后续设计，大部分情况下依然能够很好地满足要求，但在矿山设计过程中涉及一些多矿层或者复杂计算以及设计修改、变更时，计算工作相对就比较重复、繁琐，特别是露天开采境界圈定及台阶中段储量计算，遇到设计更改时很多时候要重新计算，非常耗时，在这种情况下，可以用3DMINE快速建模并进行资源储量计算，降低计算难度和时间。

1 软件应用背景【1】

在我国，剖面法、地质块段法等传统几何计算方法在磷矿等品位变化系数较低的沉积型矿山中一直是作为主要的储量计算和品位估值方法，该类方法相对而言原理及计算过程较为简单。国际上常用的资源储量品位估算方法有克里格法、协同克里格法等变异函数方法体系，属于地质统计学的范畴，相比国内常用的块段法而言考虑了样本的空间变异、最大矿化方向发展连续性和趋势等，有其优越性，但应用该类方法进行储量计算、品位估值的过程较为复杂，为保证克里格品位估值精度并获得可信度较高的估值结果，对地质勘探程度特别是对参与计算的样本数量及网度要求较高，而需要地质工程师进行趋势分析等各种统计学优化判定。这两种方法体系各有其优缺点，经过实践对比，对于沉积型化学矿山，当同一自然类型矿体的矿样样本品位变化系数小于 1时，块段法和克里格法的估值结果差异并不大，因此块段法等传统的资源储量计算方法在相对较为稳定的化学矿山中仍能够较好的应用。

国外进行矿山开发，一般从勘查阶段就进行计算机建模，最终提交的主要成果也是一个集成化的计算机三维地质模型，包括地表DTM模型、探矿数据库、以及块体模型等，所有后续的设计均以此为基础展开。我国化工矿山提交的详查或者勘探报告成果主要是由文字、表格、地形图、储量估算平面图件及剖面图等组成，设计单位设计时需以经审批的详查或者勘探报告为依据，并用报告中相应的地质块段法等方法进行设计可采储量的计算。

在实际设计中，常因为设计更改或者方案比较而重复修改可采资源储量计算过程和结果，而且有时矿体层数较多，修改工作量非常大。

3DMINE软件中有一些便捷的功能可结合传统的块段法等储量计算方法，在不需建立建模矿样数据库的情况下快速建模，即将详查或者勘探成果中已经计算好的资源储量块段整体三维化，从而在设计修改或者复杂计算如露天坑台阶矿岩量计算时发挥便捷快速的作用。其主要思想就是将已有地质勘查成果快速三维数字模型化，从而在设计中利用计算机进行反复修改和计算。

2 3DMINE软件快速建模

2.1 利用地质勘探剖面创建矿体实体模型

一般在进行矿体三维建模时，都要首先根据钻探或者坑探、探槽等成果建立探矿成果数据库，生成勘探成果可视化界面（钻孔、探槽等），在数据库分析的基础上，圈定矿体创建矿体实体模型，并利用数据库文件进行矿体品位估值。建立数据库需要较长的时间和足够的数据基础。而3DMINE可利用已有剖面直接进行矿体实体建模。现以某露天矿为例进行说明：

（1）首先整理资料，将原始地质剖面建立CAD文件，对文件中的图层和线形进行整理，目标矿体单独分一个图层并将线条连接无间断。

（2）将整理好的剖面导入 3DMINE，利用坐标转换功能将其空间数字化。即可得到如图 1所示的空间剖面群。

图1 将地质勘探剖面导入3DMINEFig.1 Prospecting line profile maps are sent into 3DMINE

（3）在空间化的剖面群中提取目标矿体线串文件，单独保存，该文件中的闭合线即为每个剖面上圈定的矿体，如图2所示。

图2 从每个剖面中提取的矿体文件Fig.2 Extractive and save digital ore body string files from profile maps

（4）利用从剖面中提取的矿体线串文件快速建立矿体实体模型并保存。如图3所示。

图3 利用提取的空间线文件建立的矿体实体模型Fig.3 Use those string files to create a 3D ore body solid model

2.2 利用实体模型创建矿体块体模型并进行赋值计算

块体模型是一个含载了矿体各元素地质品位、体重、分布特征等信息的空间集合体，其原理就是将前述空间矿体实体模型划分成很多的小块，然后利用计算法则对小块体进行品位赋值计算，国际上一般利用钻探数据库信息进行组合整理，再应用克里格等方法对块体模型进行空间赋值，其过程比较复杂，工程量大。而3DMINE可以利用已有勘探报告储量计算成果，对块体模型进行人工赋值，即把勘探报告中已经计算好的各资源储量计算块段的计算结果直接赋予三维模型中相应部分。

图4 块体模型Fig.4 Create a block model

（1）创建矿体的块体模型并输入块体模型的属性值。先在“块体”命令中选择创建块体模型，该块体模型的范围应能包含整个矿体实体模型，块体模型内小块分割大小根据矿体的厚度、分布形态来决定，一般情况下尽可能使块体边界充满在实体模型内，提高计算精度，块体模型如图 4所示。块体模型建好后，给矿体模型创建属性。所谓属性是指块体模型需要被赋值的内容，一般是矿体的品位。块体属性的建立仍在“块体”菜单中，点击“属性”出现列表显示，点击列表中的“新建”即可建立块体属性，块体属性命令见图5。

图5 创建块体模型属性Fig.5 Set up attributes of the block model

（2）对块体模型约束保存并进行快速赋值。首先利用实体模型对上述块体进行约束显示，即只显示实体内部的块体，可在界面左侧层浏览器中“块体模型”单击右键，选择“添加约束显示”，弹出的对话框如图6，约束类型选择“实体”，然后在“文件”中选择之前创建好的矿体实体模型作为“添加约束”，即可获得约束后的矿体块体模型并保存，如图7所示。

图6 块体约束条件对话框Fig.6 Dialog box of the constraints

图7 添加实体模型约束显示矿体块体模型Fig.7 Add ore body solid model as a constraint file to display ore body block model

矿体块体模型创建成功后，即可对当前矿体块体模型进行赋值，在赋值前，先把原勘探报告储量图中用地质块段法计算的各个计算块段边界线提取出来，每一个块段线都单独做一个文件，即做成很多封闭的块段闭合线文件，导入3DMINE软件作为赋值约束文件，在进行赋值时，同样要用到“添加约束显示”这个命令，弹出对话框如图7所示，只不过约束条件选择的是“闭合线”，即之前提取的块段边界线，然后点击“文件”按钮选择刚才导入并保存的块段边界线闭合约束线。

上述步骤执行完毕后，界面内只显示块段闭合线约束范围内的矿体块体，如图8所示，即可对该块体进行整体赋值，选择“块体”菜单，选择“赋值”→“单一赋值”命令，弹出对话框，在赋值对话框中选择要复制的属性，即品位选项，输入地质勘探报告中该块段的平均品位值即可，注意对话框中一定要选定“对当前显示的块赋值”，该选项即限定了赋值范围即为该储量计算块段闭合约束线内，赋值过程如图9所示。

对某一个块段闭合约束线赋值完毕后，在图6所示界面左侧层浏览器中“块体模型”单击右键，在出现列表中选择取消所有约束显示，但已赋值区域的赋值结果不会取消，重复上述赋值过程，对所有储量计算块段约束文件均进行赋值，所有块段赋值结束后，原地质工作储量计算成果即全部数字化。

图8 单个块段边界线约束范围内的矿体块体模型Fig.8 The block model restricted by a closed line constraint

图9 块段赋值过程Fig.9 Assign same value to the block model mentioned above

3 快速建模成果的便捷应用

上述快速建模成果在实际应用过程中有很多便捷之处，例如需要计算中段矿量和品位时，只需要给定一定的约束条件，即可得到所要结果，这可以通过“块体”→“块体报告”→“块体报告”命令来实现，该命令弹出如下对话框(图10)，在对话框中可设定品位及其计算法则、比重值以及分类报告，所谓分类报告即为一定的计算法则，例如分类属性选择 Z轴，分类范围内填入1000,1680,50，则代表了在1000～1680标高范围内，以50m段高分段报告块体模型的体积、重量（需给定比重值）、平均品位。

图10 块体计算及报告Fig.10 Calculation and report of the block model

此外，还可以应用“报告当前区域量结合块体”、“添加约束显示”命令的功能和各种约束条件，给出特定范围和区域的资源储量，比如给定露天坑以及地表约束文件报告露天坑各台阶的资源储量。

4 结论

该建模方法是将传统地质工作成果和计算机应用结合起来，应用3DMINE快速建模，可以将地质成果快速转化成计算机数据模型，不需要事先建立地质数据库，节约了大量时间，建立好的模型为设计资源储量的计算基础，无论设计中条件怎么变化，都可以通过一些约束条件和命令快速得出所需要的矿量和品位，在设计发生变更时其修改非常便捷。同时，在一些复杂计算，例如露天开采的台阶矿量计算，利用模型和一些约束条件很快能得出各个台阶的矿石、岩石总量，且避免了传统计算方法需要大量中段平面辅助图件以及边帮三角体遗留矿体无法计算到的弊端，大大提高了设计工作的效率。

1 候景儒. 实用地质统计学[M]. 北京：地质出版社，1998