付 洋，陳軍元 ，劉建龍

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心，北京 100035；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟(jì)南 250100)

以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視生態(tài)文明建設(shè)，提出“綠水青山就是金山銀山”。2015年4月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》，明確提出“堅持綠水青山就是金山銀山，深入持久地推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”。2018年10月，自然資源部發(fā)布DZ/T 0318-2018《水泥灰?guī)r綠色礦山建設(shè)規(guī)范》，明確提出要建設(shè)數(shù)字化礦山，建立數(shù)字化資源儲量模型與經(jīng)濟(jì)模型，進(jìn)行礦產(chǎn)資源儲量動態(tài)管理和經(jīng)濟(jì)評價，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源儲量利用的精準(zhǔn)化管理[1]。采礦業(yè)向資源數(shù)字化、設(shè)備智能化、操作自動化的發(fā)展趨勢，對資源地質(zhì)工作提出了新的要求，在建材非金屬礦山推廣三維礦體建模技術(shù)具有重要意義[2-8]。本文以山東泰安蟠龍山石灰?guī)r礦為例，探討應(yīng)用三維礦體建模方法進(jìn)行資源儲量估算的可靠性。

1 塊段法資源量估算情況

1.1 礦體地質(zhì)特征

蟠龍山石灰?guī)r礦床為海相沉積型水泥用灰?guī)r，礦體賦存于寒武紀(jì)張夏組地層內(nèi)，巖性為結(jié)晶灰?guī)r、鮞?；?guī)r和豹皮灰?guī)r。蟠龍山礦床共劃分一個礦層，編號為KC01，礦層與地層產(chǎn)狀一致，巖層總體走向22°，傾向292°，傾角3～8°，礦區(qū)為一單斜構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育4條斷層，其中F1、F2兩條斷層對礦層完整性有一定的破壞作用。礦層最高標(biāo)高351.20m，最低標(biāo)高120m，相對高差231.20m。南北長1 777.74m，東西寬1 455.20m。礦層最大厚度163.38m，礦層最小厚度71.40m，礦層平均厚度132.82m，厚度變化系數(shù)為26.83%。礦石的結(jié)構(gòu)主要類型為鮞狀結(jié)構(gòu)、泥晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)等。礦石的構(gòu)造主要有厚層狀構(gòu)造、豹皮狀構(gòu)造兩種類型，組成礦石的礦物成分主要為方解石，其次為白云石、菱鐵礦等，礦石質(zhì)量體積2.68t/m3[9]。

1.2 礦層圈定的原則

根據(jù)一般工業(yè)指標(biāo)，結(jié)合本礦區(qū)的實(shí)際情況，礦層及夾層的圈定原則和方法如下：用CaO、MgO、K2O+Na2O的基本分析結(jié)果進(jìn)行單樣圈礦，凡單樣符合CaO≥48%、MgO≤3%且K2O+Na2O≤0.6%者圈入I級品品級層，凡單樣符合CaO≥45%、MgO≤3.5%且K2O+Na2O≤0.8%者則圈入II級品品級層。

1.3 資源量類型確定

根據(jù)GB/T17766-1999《固體礦產(chǎn)資源/儲量分類》，本項(xiàng)目通過概略經(jīng)濟(jì)研究，進(jìn)行了相應(yīng)的投資機(jī)會評價，所估算的資源量具有內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)意義。根據(jù)DZ/T0213-2002《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》，以400m×400m間距控制的礦層，列為控制的資源量(332)?？刂频馁Y源量(332)沿走向或傾向外推礦層的資源量，均列為推斷的資源量(333)。KC01共劃分為9個塊段，其中資源量(332)塊段2個，資源量(333)塊段7個。

1.4 資源量估算結(jié)果

全礦區(qū)共估算資源量(332+333)共計45 134.7萬t(礦石平均品位CaO 50.67%、MgO 1.88%、K2O+Na2O 0.31%)，其中：(332)資源量為3 495.8萬t，占總資源量的7.75%，礦石平均品位CaO 50.20%、MgO 1.94%、K2O+Na2O 0.36%；(333)資源量為41 638.9萬t，占總資源量的92.25%，礦石平均品位CaO 50.66%、MgO 1.90%、K2O+Na2O 0.31%。

2 三維礦體建模

隨著我國礦山企業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，自20世紀(jì)90年代以來，國際礦業(yè)界知名度較高的礦業(yè)軟件如澳大利亞的WHITTLES、MAPTEC公司的VULCAN，美國MINTEC公司的MINESIGHT，英國MICL公司的DATAMINE、法國達(dá)索公司的SURPAC紛紛在我國進(jìn)行推廣和應(yīng)用，原國土資源部儲量司也先后發(fā)文認(rèn)定DATAMINE、MINESIGHT、MICROMINE、SURPAC、SD、3DMine、DIMINE等軟件可以用于我國固體礦產(chǎn)資源儲量的估算與評價，現(xiàn)階段在我國礦山企業(yè)應(yīng)用較多的礦業(yè)軟件有MINESIGHT、DATAMINE、3DMINE、DIMINE、SURPAC、MICROMINE和VULCAN七款三維礦業(yè)軟件[12-17]。本文采用MICROMINE軟件對山東蟠龍山石灰?guī)r礦進(jìn)行三維礦體建模及資源量估算。

2.1 建立礦體實(shí)體模型

礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是礦體三維建模的基礎(chǔ)，由4個基礎(chǔ)文件組成，分別為鉆孔孔口文件、測斜文件、化驗(yàn)文件、巖性文件數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件并通過校驗(yàn)后，建立蟠龍山KC01礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫共收集和使用鉆孔數(shù)據(jù)2個，探槽數(shù)據(jù)7個，化驗(yàn)數(shù)據(jù)456個，地表DTM測點(diǎn)數(shù)據(jù)。

剖面礦體解譯的客觀性及準(zhǔn)確性是進(jìn)行資源模型估值的關(guān)鍵[18]。解譯礦體的具體步驟為：在勘探線剖面上顯示鉆孔軌跡，按照圈礦工業(yè)指標(biāo)進(jìn)行品位組合，從而較準(zhǔn)確的圈定出礦體解譯線[19]。經(jīng)勘探線剖面地質(zhì)解譯后，充分考慮F1、F2兩條斷層對礦層完整性的破壞作用，繪制礦體地質(zhì)解譯線及三維工程分布圖(圖1)，將勘探線剖面上礦體解譯輪廓線連成實(shí)體，形成礦體三維實(shí)體模型，實(shí)體模型直觀地體現(xiàn)了礦體的幾何空間形態(tài)[20]。

2.2 創(chuàng)建礦塊模型

根據(jù)礦體形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀和空間分布特征，結(jié)合石灰?guī)r礦山開發(fā)利用方案，確定創(chuàng)建礦塊模型的空間范圍和基本參數(shù)[21]。模型走向?yàn)楸北睎|—南南西向，模型長1 720m、寬1 390m、高129m，用線框模型限定創(chuàng)建礦塊模型，按照間距12m×12m×12m(各方向次分塊2)，共劃分113 962個礦塊，總體積16 281.97萬m3。礦體的三維實(shí)體模型無法便捷的讀取出礦體內(nèi)各種有利有害元素的品位分布特征，必須用礦體線框內(nèi)的各元素測試分析結(jié)果，對線框限定創(chuàng)建的礦塊模型進(jìn)行元素品位賦值[20]。

圖1 山東泰安蟠龍山礦區(qū)聯(lián)合剖面解譯示意圖

2.3 礦塊估值及資源量分級

MICROMINE三維軟件提供了多種估值方法，主要包括距離反比加權(quán)法、普通克里格法、封閉多邊形線框法等[22]。根據(jù)礦體內(nèi)原始樣品統(tǒng)計信息，結(jié)合樣品原始數(shù)據(jù)的分布規(guī)律及工程對礦體的控制程度，可以選擇不同的估值方法對同一礦體進(jìn)行估值[23]。由于普通克里格法對勘查工程間距要求較高，本文采用封閉多邊形線框法、距離反比加權(quán)法對礦塊模型進(jìn)行估值。封閉多邊形線框法估算結(jié)果見表1。

表1 封閉多邊形線框法資源量估算結(jié)果表

在利用距離反比加權(quán)法對礦塊估值前，需建立搜索橢球體。橢球體中心位置為線框模型中心，初始半徑按照基本勘探線間距400m確定，設(shè)置8個扇區(qū)，每個扇區(qū)最多6個點(diǎn)，最小3個點(diǎn)，方位角、傾伏(側(cè)伏)角、傾角根據(jù)礦體形態(tài)和產(chǎn)狀而定，方位角因子為1，傾角因子及厚度因子為礦體的傾向長及礦體厚度與礦體走向長度之比值[24]。創(chuàng)建好空塊模型及搜索橢球體之后，依據(jù)橢球體不同的搜索半徑，確定礦塊模型品位估值時估算的次數(shù)、參與估值的工程數(shù)，確定其平均距離，用距離反比加權(quán)法對單元塊進(jìn)行品位插值，得到礦體的品位分布三維立體模型(圖2)，并可以劃分出其地質(zhì)可靠程度。

為與塊段法資源量估算結(jié)果相對應(yīng)，經(jīng)過反復(fù)摸索試驗(yàn)研究，本次估算(332)資源量要求基本工程間距(400m)的0.55倍距離內(nèi)有2個勘查工程，估算(333)資源量要求推測的工程間距(800m)1.25倍距離內(nèi)有1個工程(圖3)。礦體礦塊模型及品位模型建立后，就可以通過軟件高效的計算出礦體不同級別、品級的資源量，自動生成礦體資源量結(jié)果表(表2)。

圖2 山東泰安蟠龍山礦區(qū)礦體品位分布模型

圖3 山東泰安蟠龍山礦區(qū)礦體不同級別資源分布圖

表2 距離反比加權(quán)方法分類分級資源量估算結(jié)果

3 資源量估算結(jié)果對比

封閉多邊形線框估算方法與塊段法資源量估算結(jié)果相對比(表3)，總資源量相差174萬t，誤差0.39%，CaO誤差0.22%，MgO誤差0.06%，K2O+Na2O誤差0.03%。

距離反比加權(quán)估算方法與傳統(tǒng)塊段法資源量估算結(jié)果相對比，總資源量相差1 499萬t，誤差3.43%，CaO誤差0.41%，MgO誤差0.01%，K2O+Na2O誤差0.04%，(332)資源量相差263萬t，誤差7.53%，CaO誤差0.16%，MgO誤差0.02%，K2O+Na2O誤差0.02%，(333)資源量相差1 236萬t，誤差2.97%，CaO誤差0.41%，MgO誤差0.01%，K2O+Na2O誤差0.04%。

表3 塊段法估算結(jié)果與MICROMINE估算結(jié)果對比

4 討論

(1)采用封閉多邊形線框估算方法與距離反比加權(quán)估算方法得出的估算結(jié)果，與塊段法資源量估算結(jié)果接近，資源量總誤差在3%以內(nèi)。經(jīng)研究分析，導(dǎo)致資源量估算差異的主要原因是MICROMINE軟件對礦塊劃分的更加精細(xì)，由于礦體邊界附近部分礦塊的中心點(diǎn)在邊界以外，導(dǎo)致軟件沒有將這部分礦石資源量計算在內(nèi)。

(2)經(jīng)過本次應(yīng)用實(shí)踐，將(332)資源量的估算參數(shù)設(shè)置為基本工程間距(400m)的0.55倍距離內(nèi)有2個勘查工程，得到的結(jié)果與塊段法估算結(jié)果接近，該參數(shù)可供其他石灰?guī)r勘查項(xiàng)目采用距離反比加權(quán)方法估算資源量時參考。

(3)采用距離反比加權(quán)方法對CaO、MgO、K2O+Na2O結(jié)果品位插值，誤差在0.5%以內(nèi)，對礦體資源量進(jìn)行品位估算結(jié)果可滿足規(guī)范要求。

(4)通過三維軟件進(jìn)行礦體建模，可以快捷、準(zhǔn)確地顯示鉆孔數(shù)據(jù)、獲取各鉆孔的樣品分析數(shù)值，顯示礦體的展布特征及與夾石的相對關(guān)系。采用三維建模軟件中科學(xué)、精確的資源量估算方法，得到的資源量報告可以分別顯示礦體內(nèi)不同品位范圍及相應(yīng)級別的資源量計算結(jié)果。