攀枝花铁矿三维地质建模与储量估算应用案例.pdf

攀枝花铁矿三维地质建模与储量估算应用案例攀枝花铁矿三维地质建模与储量估算应用案例陈三明1,何玉州1,2,罗文敏1,曹艳超11引言Simon W. Houlding 于 1993 年首次提出“三维地质建模”概念，三维地质建模是将二维数据 转换成三维模型，它不但增强了研究对象的直观性，且同时能展现大量的多源信息，它在储量 估算、地质矿产立体预测、安全生产等方面应用潜力巨大三维地质建模用于储量估算的方法 主要有两种：克里格法和距离幂次反比法朱清凌、吴健飞等人分别以某钨矿和钒矿为研究对 象，经对比分析认为克里格估值法所得的结果更为准确[1] [2]；金毅等人（2011）则首先对样品进 行特征变异性分析，从地质统计学角度验证了资源储量估算所用参数的合理性[3]而影响储量估 算精度的还有块体模型的尺寸和用于搜索空间已知样品点的椭球形态，赵战锋（2012）依托于 某金矿床分析了制约矿块尺寸的主要因素[4]；刘亚静（2008）则从对三维空间数据插值方法的研 究出发， 结合复杂地质环境的结构特点， 提出了真三维空间的椭球扇区搜索方法[5]； 王斌 （2011） 则综合研究了实验变异函数的求取、变异函数球状模型的拟合、样品点分布形态结构分析和搜 索椭球体的确定， 并将其应用于国内某大型钼矿床储量的估算中[6]。

矿山生产方面， 赵玉国 （2012） 将块体模型运用到矿山生产中，极大地提高了露天矿采剥工程量计算的速度与精度[7]在地质成 矿分析方面，张思科等（2009）运用 GIS 领域的三维可视化和相关空间分析对东昆仑造山带的地 质背景进行定性-半定量研究[8]；在找矿预测方面，刘文玉则运用三维模拟技术对地质空间立体 单元进行划分，建立岩体、断层等控矿因素的三维模型，并结合物探三维模型进行叠加对比分 析，在找矿方面取得了良好的效果[9]国外方面，Jiardi F 等人（2003）将 GIS 三维模型的数值模 拟技术引入至岩石断层的三维表达中，并初步实现了断层的较高精度模拟[10]；Siyka Zlatanova 等 人（2002）总结了基于三维 GIS 建模的插值和储量估值算方法[11]；Qiang W 等人（2005）将钻孔、 物探等多源信息用三维平台集中表现解译，在探矿方面取得了良好的效果[12]前人在三维模拟 应用上已经取得了丰硕的成果，说明成功的三维地质建模对揭示矿区的成矿规律、深部预测找 矿及储量估算等方面有着广泛的应用本次研究的对象位于四川攀枝花的尖山矿区，矿体成似层状，单斜产于基性杂岩体中，岩 体边部矿层较薄，矿体整体呈条带韵律性变化。

虽然厚度变化较大，但矿层连续且产出较稳定 在本地区还未曾结合三维模拟技术进行储量计算和分析预测研究但研究区地质环境复杂多变， 断裂等地质构造密集，在本区应用三维模拟技术有其巨大的现实经济意义通过比较，国产 3DMine 能够很好地发挥对连续矿体建立实体模型和对定向矿体建立块体模型并估值的优势，以 达到最精确的三维模型效果和储量估算2矿区地质概况攀枝花地区铁矿床处于康滇地轴中段西缘的安宁河深断裂带（如图 1），在川南滇北构造带 上，含钒钛磁铁矿的层状基性—超基性杂岩体群，构成了一个南北向的钒钛磁铁矿成矿带含 矿岩体群的分布，仅限于康滇地轴隆起带上，严格受南北向断裂带控制隆起带轴部的古裂谷 带控制着铁矿带的分布[13]图 1 攀枝花钒钛磁铁矿床地质简图Fig. 1 Geological sketch map of Panzhihua vanadium-titanium magnetite deposit1-层状辉长岩；2-闪长岩；3-花岗岩；4-致密状矿体；5-稠密浸染状矿体；6-稀疏浸染状矿体；Zb-震旦系灯影组；T3b-三叠系丙南组；T3d-三叠系大荞地组；N3-第三系上新统；Q-冲积层1-Layered gabbro; 2-diorite; 3-granite; 4-dense ore body; 5-dense disseminated ore body; 6-sparse disseminatedore body; Zb-The Sinian Dengying Formation; T3b-Triassic Bingnan Formation; T3d-Triassic Daqiaodi Formation;N3-Third Department of the Pliocene; Q-alluvial deposit3矿区三维地质综合模型的建立3.1 地质模型的构建流程3DMine 矿业工程软件可建立地质数据库、地质体模型以及巷道模型等，并根据野外获取的 样品信息对矿块模型进行估值计算储量。

收集归类整理区内已有的野外地质调查资料，将中段 地质平面图、勘探线剖面图等二维数据导入到 3DMine 矿业工程软件中，经过空间坐标转换，将 这些多源地质数据统一至相同的维度空间中，利用软件提供的不规则三角网（TIN）构建工具， 连接不连续的、离散的数据，最终构建三维地质实体模型其建模的工作流程如图 2图 2 建模工作流程图Fig. 2 Flow char of the modeling work所建模型能够辅助对靶区进行成矿预测分析，同时它也是基于旋转块体模型的克里格储量 估值的数据基础3.2 地质模型的构建3.2.1 地质数据库的建立采样信息是地质工程中所获得的最直接、有效的地质信息，对圈定矿体、储量计算和成矿 预测都有重要的作用我们采样时的样长不完全相等，如果不经过处理，每段样品记录在参与 估算时不能取得相等的权重值，最终无法统一在克里格等抽象估值模型中加以应用这时需要 对不等长样品进行重新组合，归一至等样长的组合样品三维地质平台通过数据库将采样点可视化，并按照圈矿指标等约束条件归一不等长样品信 息至等样长信息然后，计算机才能将组合后的样品信息通过适当的估值方法赋给块体模型 可见，数据库是最基础的数据源。

同样，地质数据的可靠性和完善性也直接或间接关系到矿山 的规划生产等方面本次研究获取了 52 个钻孔或坑探的 3202 个样品信息笔者将整理后的存 于 EXCEL 表格中的描述钻孔轨迹、岩石性质及元素含量的源数据导入 3DMine 系统数据库中，分 别创建定位表、测斜表、化验表、岩性表等属性表格数据表结构如表 1：表 1 地质数据库表结构Table 1 Table structure of Geological database表 名字段定位表编号、X 坐标、Y 坐标、Z 标高、钻孔最大深度测斜表编号、测斜深度、倾角、方位角化验表编号、样品编号、从（样品起始深度）、到（样品结束深度）、品位岩性表编号、从（样品起始深度）、到（样品结束深度）、岩性笔者通过 3DMine 系统可视化钻孔的属性信息，形成钻孔三维模型，对从钻孔三维模型获得 的样品点进行约束插值获取组合样品点，这些组合样品点是储量估算的基础数据3.2.2 构造模型的建立通过区内剖面图、中段图、构造简图等资料中对断裂的描绘提取构造线，从而连接形成构 造实体，根据报告等文字资料的描述加以修改和完善，准确地还原出断裂构造的实际形态在 尖山矿区内主要发育有 f320、f317、f316、f312、f311、f310、f309‘、f309、f305、f304、f303、 f213、f212 等 13 条主要的控矿断裂，图 3 为尖山矿区断裂构造实体模型。

图 3 尖山矿区断裂构造实体模型（1-南北走向断层；2-东西走向断层）Fig. 3 Solid model of Jianshan faulted structure (1-The north-south fault; 2-The east-west fault)据断层模型判断，f318 断层是本区发育最早的断层其余断层多呈南北走向，这些南北走 向断层将早期的 f318 断层由西向东切割成数段两端的 f212 断层和 f320 断层是尖山矿区和周 边矿区的天然分界3.2.3 矿体模型的建立攀枝花辉长岩体为一盆状侵入体，大致整合地侵入震旦系灯影组白云质灰岩中已知岩体 自上而下主要由辉长岩带、底部含矿带和边缘相带组成，底部含矿层为主含矿带矿体顺辉长 岩体单斜产出，呈似层状将断层和矿体叠加（如图 4、5），可以发现在辉长岩体中的似层状 单斜含矿侵入体受 E-W 和 S-N 两组断裂改造从断裂规模上看，S-N 走向断裂规模较大且集中， 说明当时该区域构造活动强烈，对矿体改造程度深，E-W 走向断裂规模小，且只在局部产生 从活动期次来看，E-W 走向断裂受 S-N 走向断裂控制，说明 E-W 走向断裂发生过之后，该区域 又有一期强烈的构造活动，这与区域地质环境中岩体群分布严格受南北向断裂带控制是一致的。

综合分析断层和矿体的空间产出关系， S-N 走向断裂和 E-W 走向断裂均为成矿后断裂， 对矿体的 富集并不产生直接的影响图 4 尖山矿区断层-矿体实体模型图 5 尖山矿区地表-矿体实体模型Fig. 4 Jianshan Fault-Ore Body modelFig. 5 Jianshan Earth Surface-Ore Body model尖山矿区矿体按 TFe 品位由高到低分为 Fe1、Fe2、Fe3、Fe4 四个级别,可以发现整块铁矿体 由内向外品位逐渐降低，单种品位矿体由下至上呈似层状单斜产出不同品位矿体之间呈韵律 叠层状产出（见图 4）笔者从 13 个水平中段提取矿体轮廓线并连接形成矿体的实体模型将 断层模型和矿体模型叠加，可以直观地判断矿体与断层之间的产出关系、矿体在空间中的生长 和分异还可以对实体模型任意切割剖面，有助于揭示成矿规律，给勘查设计提供参考3.2.4 矿带模型的建立建立矿带模型有利于对矿体品味进行分块精细化定量研究，矿体在水平上呈定向韵律性分 布，建立矿带模型对研究矿体产出形态及所蕴含的产出规律、地球物理化学环境的判断等提供 重要的参考攀枝花矿区的矿体顺层、单斜产出，产状比较陡，不同品级的矿体之间、边部矿 体与围岩之间虽呈过渡关系，但界限较为明显，地质专家常用矿带作为矿体研究单元划分的依 据（如图 6）。

图 6 尖山矿区矿带-断层实体模型图Fig. 6 Jianshan Ore Belt-Fault model3.2.5 坑道模型的建立坑道是获取矿体附近采样数据，采掘深部矿层最重要的地质工程本次研究获得的坑道数 据包含采样数据和测量数据，其中测量数据是工程建模的原始数据[14]构建井巷实体模型，需要测得坑道腰线或中心线，但这些线只确定了坑道的整体延伸形态，要确定坑道的整体形态， 还需要坑道断面廓线图 7、图 8 展示的是利用从尖山矿区中段平面图提取的井巷腰线构建的地 下工程实体模型图 7 尖山矿区井巷实体模型图 8 尖山矿区井巷-矿体-地表实体模型Fig. 7 Jianshan Well Lane modelFig. 7 Jianshan Well Lane-Ore Body-Earth Surface model4铁矿储量的克里格估值模型及计算过程结合矿区矿体分布形态、样品点的分布形态以及区域变量的结构信息，笔者拟采用克里格 模型作为储量估值的方法在本次研究中对每个样品值分别赋给一定的权重系数，最后加权平 均以对待估块体进行品级估算，从而达到线性、无偏和最小估计方差的估算设( )Z u是二阶平稳的， 任一待估算块体V， 其真值VZ的估计值是估计临域内n个信息值的线性组合，其估计值一般表达式为*1( )()n Z uZ u （1）（1）式中*( )Zu为某样品点估算值，()Z u参与估算的实际样品点值，为样品值参与估值计算的权重值。

求出各个加权系数(= 1，2，…，n)， 使得*( )Zu是VZ的无偏估计量且估计方差最小[9]样品信息具有空间属性，因此还要确定样品信息在空间中各个方向上的变化参数，包括变 程值和基台值，它们分别描述了样品信息在空间。