Question

矿区三维地质建模的技术流程

Answer 1

通过具体软件（包括Micromine与Surpac）对普朗矿区的三维地质建模示范研究，总结出矿区三维地质建模的技术流程主要包括资料收集整理、数据库建立、轮廓线生成、实体模型构建、块体模型构建、估算资源量与模型应用等方面（图3—4），在建模过程中质量控制贯穿始终。

（一）资料收集整理与地质数据库的建立

资料的收集整理非常重要，根据矿体建模的需求，至少需要收集如下资料：

（1）探矿工程相关的成果数据；

（2）矿区地形地质图；

图3—4 矿区三维地质建模流程

（3）勘探线剖面图；

（4）其他相关数据，如工业指标、体重、断层、矿相分界线等。

将这些数据进行整理，使之符合矿区三维地质建模的数据组织要求，在三维建模软件支持下建立地质数据库。根据探矿工程、采样数据等建立工程坐标表、测斜数据表、岩性数据表与化验数据表的工作量大，也容易出错，这4个表的数据正确与否，直接关系到地质模型的正确与否。因此，在整理生成这些表时，应双份录入与校对，以保证原始数据的正确性。

一旦地质数据库建立，就可以在三维空间中操作显示地质数据，包括钻孔的轨迹线、品位值、岩性及其代码、岩层走向等，总之，几乎所有的地质信息都可以以字符、图表、图案等方式显示。

（二）轮廓线生成

所谓轮廓线就是指在一个地质剖面图中，所圈定的地质现象的边界线，如岩石边界线、矿体边界线、储量级别界线等等。因地质体或矿体的复杂性与不确定性，为了建立实用的地质体或矿体的三维模型，需要采用交互式的建模方法。生成轮廓线有两种方法：一是根据原始探矿工程数据如钻孔数据，在三维建模软件支持下，按工业指标和矿石类型在钻孔剖面上交互式连矿体轮廓线，或根据岩石类型交互式连岩体轮廓线；二是在已有地质剖面图的情况下，通过建模软件进行转换，并提取岩石或矿体等的轮廓线。

交互式解译轮廓线流程简单，但工作量大，并且对于不同类型的地质现象要分别进行解译。若有断层，需要分别对断层的不同盘的地质现象分开进行解译。

对于矿区三维建模来说，应专注于圈定矿体。圈定矿体时，应遵循如下原则：

（1）应根据《中华人民共和国地质矿产行业标准》进行；

（2）对于双指标或多指标的矿体圈定，可设置任意多元素之间的条件组合，来确定是否为矿体；

（3）夹石剔除原则：根据回采工艺，确定夹石的剔除厚度；

（4）手工确定原则：软件只提供工具，至于矿体在钻孔之外的形态，是根据地质师对矿体的认识，人为圈定的。

总之，对于如何圈定矿体的问题，在更大程度上属于地质专业范畴，其处理方案应以满足地质工作的要求为原则，应用三维建模软件时也应以此为准。在具体操作时，考虑到软件功能的实际情况，建议尽可能采用单指标圈连矿体。

对于一个新矿区，可根据地质工程资料，交互式建立地质体或矿体的轮廓线。而实际上，目前有大量的地质剖面图。针对该情形，首先将纸质剖面图通过扫描矢量化而生成数字化形式的剖面图，然后通过文件转换方式转为DXF文件格式，最后在三维建模软件中导入，并进行转换即可。主要分为两大步骤，首先将二维形式的地质剖面图转换为具有真实三维坐标的地质剖面图；然后按照三维建模软件的要求，提取轮廓线。

将所有勘探线剖面图转换与提取完，即完成了轮廓线创建工作。该项工作非常重要，当然也很繁琐，工作量较大。为了保证转换与提取的正确性，需要将转换结果与勘探线、钻孔等信息在三维空间中显示，并与原图进行比较。

（三）实体模型构建

这里的实体模型确切地讲应为线框模型。线框建模（wireframe modeling）技术实质是把目标空间轮廓上两两相邻的采样点或特征点用直线连接起来，形成一系列多边形；然后把这些多边形面拼接起来形成一个多边形网格来模拟地质边界或开挖边界。许多系统则以TIN来填充线框表面。它的优点是可以精确描述矿体边界，没有边界误差，输出的图形是“线条图”，符合工程习惯；其缺点是无法有效地管理矿石质量信息。也就是说，线框模型解决矿体或地质体的形状问题。

鉴于地质体或矿体的复杂性与不确定性，根据地质规律、地质知识、已有轮廓线交互式建立地质体或矿体的实体模型（或称为线框模型）具有实用性。也就是说，在矿区三维地质建模中，采用根据轮廓线交互式的技术来建立矿体或地质体的三维模型。

（四）块体模型的构建

线框模型只能解决矿体或地质体的三维形状问题，而块体模型能处理矿岩质量信息。块体（block）建模技术的研究和应用始于20世纪60年代初，是一种传统的地质建模方法。60年代和70年代开发的一些地质体模拟系统采用这种建模技术。这类建模技术是把要建模的空间分割成3D立方网格，称为Block，每个块体在计算机中的存储地址与其在自然矿床中的位置相对应，每个块体被视为均质同性体，由克立格法、距离加权平均法或其他方法确定其品位或岩性参数值。该模型用于属性渐变的3D空间（如侵染状金属矿体）建模很有效，对于有边界约束的沉积地层、地质构造和开挖空间的建模则必须不断降低单元尺寸，从而引起数据急速膨胀。解决方式是只在边界区域进行局部的单元细化。

在建立块体模型时，会遇到组合样品长度的确定、特高品位的处理、矿块、次分块规格（长×宽×高）确定以及搜索椭球体各参数确定等方面的问题。下面根据建模经验以及软件公司的建议，提供处理问题的一般原则。

对于组合样品长度的确定来说，样品组合的目的是，按等间距的原则给样品加权插值，确保今后在给矿块插值时符合地质统计学的要求。样品组合长度的确定，应根据实际中大多数样品的取样间距来确定。如：在实际中，90%的样品的取样距离为1.5m，可以将1.5m作为样品组合长度。

对于特高品位的处理来说，首先对组合样进行基本数学统计分析，如方差、均值、频率分布、峰度等，分析品位分布规律；然后地质师根据统计分析结果，确定特高品位值：

（1）取平均品位的6～8倍。

（2）百分比原则：例如把累积频率为98%处的样品值作为特高品位值。

（3）数学模型法：如果发现品位分布符合某个数学模型（如正态分布），则拟合成该数学方程式，再用以上方法确定特高品位。

对于矿块、次分块规格（长×宽×高）确定来说，可根据勘探线的网度、矿体的大小、矿体边界的复杂度以及采矿设计的要求来确定。一般矿块大小取勘探线间距的1/5～1/10，或矿块大小可以设置为采矿时的一个矿块大小（如一个台阶）等。

对于搜索椭球体各参数确定来讲。不同软件其设置不尽相同。

对于Micromine软件来讲：

（1）半径一般设置为勘探线平均间距的1.25～1.5倍；

（2）方位角是矿体的走向，以正北为起点，顺时针为方向，在0～360度间；

（3）倾伏角是矿体沿走向上的倾斜角度，正值，在0～90度间；

（4）方位角因子一般设置为1，它乘以半径反映椭球体的长轴；

（5）倾角为矿体倾斜方向与水平面的夹角，值在-90～90度之间；

（6）倾角因子和厚度因子设置在0～1之间，它们乘以半径反映椭球体的短轴和倾向上的尺寸。

对于Surpac软件来讲（以下参数可自动计算）：

（1）长轴长度：变程长度，同时保证块体在该半径内能搜索到样品点；

（2）长轴方位：在该方向具有最好的变异函数连续性；

（3）次轴方位：垂直于长轴面内，在该方向具有最好的变异函数连续性；

（4）长轴/次轴：长轴方向变程/次轴方向变程；

（5）长轴/短轴：长轴方向变程/短轴方向变程。

（五）估算资源量

资源量估算时，首先地质师根据地质可靠程度和经济意义对储量进行分级，建立每个储量级别的实体模型，然后根据块体模型，按储量级别的实体模型进行约束或赋值即可获得各级别的资源量。在估算资源量时，应采用多种方法（如距离反比加权法、克里格法）进行计算，并对结果进行比较，以保证计算的可靠性。

（六）模型应用

模型建立后，可进行多种应用，如进行剖面分析、采矿设计、进度计划与生产管理等。