賈 飛，胡躍亮，王永鋒，張 姍，柏 瑞，周榮志，王俊潔，劉 艷

(1.山東黃金地質礦產勘查有限公司，山東萊州 261400；2.山東黃金礦業(yè)股份有限公司投資發(fā)展事業(yè)部，北京 100029；3.山東黃金集團有限公司資源管理中心，山東濟南 250000)

0 引言

膠東金礦是我國最大的金礦產地，擁有三山島、焦家、玲瓏等世界級金礦山。為滿足日益增長的礦山生產需要，也為可持續(xù)發(fā)展提供充足的后備戰(zhàn)略資源，以實現(xiàn)“十四五”發(fā)展規(guī)劃，山東黃金集團決定開展“膠東大會戰(zhàn)”，建立膠東一套完整的三維模型體系，方便對所有黃金資源進行整合，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃管理，同時對地質礦產資源進行有效核算，為礦山開采作出合理設計與規(guī)劃，實現(xiàn)資源量動態(tài)管理，建設數(shù)字化礦山。留村金礦區(qū)隸屬于膠東金礦區(qū)，由于其規(guī)模較小，之前對該礦區(qū)資源信息化、可視化、動態(tài)化等尚無系統(tǒng)研究，本次三維建模，是整個膠東三維建模體系中的重要組成部分，為本區(qū)后續(xù)數(shù)字化、智能化礦山建設提供了重要依據。

留村金礦位于膠東半島萊州市西南約12 km的虎頭崖鎮(zhèn)境內(圖1)，先后經歷了普查、詳查等階段工作，查明了礦區(qū)深淺部地質與礦產概況。最近的詳查工作基本查明了礦區(qū)金礦體的分布、數(shù)量、形態(tài)、規(guī)模、產狀等情況，提交金礦石量542706.00 t、金金屬量為2009.34 kg、金平均品位3.70 g/t；基本查明了礦區(qū)地層、構造、巖漿巖的特征及成礦地質條件等；而對礦體及斷裂構造在深部的延伸規(guī)律等研究尚不透徹，借助三維模型可以更直觀高效地方式來研究礦區(qū)巖性、地層產狀、地質構造、礦體規(guī)模及賦存情況等，以探求礦體與構造在地下的深部延伸規(guī)律。

圖1 山東萊州留村金礦區(qū)地質簡圖(據注釋①修改)Fig.1 Geological sketch map of the Liucun gold deposit in Laizhou,Shandong Province(modified from Note①)1-第四系;2-崗崳組;3-局屯組;4-張格莊組;5-祝家夼組;6-小宋組;7-磁鐵石英巖;8-長石石英巖;9-滑石片巖;10-奧長花崗巖;11-閃長片麻巖;12-角閃巖脈;13-石英脈;14-鐵礦;15-菱鎂礦;16-金礦;17-滑石礦;18-糜棱巖帶;19-次級斷裂;20-礦區(qū)范圍1-Quaternary；2-Gangyu Formation；3-Jutun Formation；4-Zhanggezhuang Formation；5-Zhujiakuang Formation；6-Xiaosong Formation；7-magnetite quartzite；8-feldspar quartzite；9-talc schist；10-trondhjemite；11-diorite gneiss；12-amphibolite vein；13-quartz vein；14-iron ore；15-magnesite；16-gold ore；17-talc ore；18-mylonite zone；19-secondary fault；20-mining area

本次利用Vulcan軟件建立礦區(qū)三維地質模型并對資源量進行估值，該軟件是一套國際先進的礦業(yè)軟件，可快速實現(xiàn)三維可視化研究，讓地質建模變得更便捷、高效和精確。通過該軟件將留村礦區(qū)地質平面圖、剖面圖等二維信息以三維可視化的效果直觀形象地展現(xiàn)出來，并可以任意剖切地質體、對地質體進行三維交互信息查詢。在此基礎上，利用塊體模型和距離冪次反比法快速、有效地進行資源量估算，為每個礦塊段賦予精準資源量數(shù)據，為礦區(qū)地質研究及資源評價提供更全面的資料數(shù)據。

1 礦區(qū)地質

留村礦區(qū)位于膠東半島西北部平原區(qū)，屬魯東地層分區(qū)，地表第四系殘坡積物覆蓋較普遍，下部地層為古元古界粉子山群小宋組、祝家夼組和張格莊組。礦區(qū)內最主要的構造是一條大致呈北東走向的含金礦破碎蝕變斷裂帶，即留村斷裂帶(簡稱F2)，是本礦區(qū)唯一的容礦、控礦構造。區(qū)內巖漿巖發(fā)育，主要為新太古代中酸性侵入巖和中生代花崗巖，二者構成了礦區(qū)的主體巖性。新太古代侵入巖為棲霞巖套回龍夼巖體，該巖體在區(qū)域范圍內呈巖基、巖株狀產出，巖性為條帶狀中細粒含角閃黑云英云閃長巖，主要位于斷裂下盤。礦區(qū)中生代巖體為晚侏羅世玲瓏超單元云山單元弱片麻狀中細粒黑云二長花崗巖，該巖體主要呈北東向展布，主要位于斷裂上盤，其北西側為早元古界粉子山群，南東側為新太古代棲霞巖套回龍夼巖體，局部穿插于下盤條帶狀英云閃長巖中。

區(qū)內金礦體多賦存在石英脈中，而含金石英主要產于F2斷裂帶內，呈順層穿插之式。含金石英脈產狀與其賦存部位的蝕變斷裂帶基本保持一致，曾遭受后期斷層切割分離，出現(xiàn)多段石英脈，沿走向、傾向常具有分枝復合、平行支脈、尖滅再現(xiàn)或側現(xiàn)等特點。由于金礦體多包含在含金石英脈中，導致區(qū)內礦體多而復雜，整體規(guī)模較小，多零星礦體。

2 原始地質資料收集與處理

通過搜集留村礦區(qū)所有存檔資料(包括紙質版及電子版)，共收集相關鉆孔110個、探槽工程15個、剖面圖15幅、工程布置及地形地質圖2幅。

按照Vulcan軟件地質數(shù)據格式要求，完成鉆孔坐標信息表、測斜結果表、樣品分析表、巖性編錄表4個原始資料表格的數(shù)據錄入。數(shù)據表格均采用系統(tǒng)默認的xls工作表，孔口信息表中坐標均轉換為2000國家大地坐標系統(tǒng)(張琪等，2020)。

其中地表等高線和工程勘探線等地表數(shù)據均采用礦區(qū)Mapgis格式的線文件數(shù)據，經2000坐標校正后，調整圖幅比例尺為1∶1000，并轉換為cad格式下的dxf或dwg文件，再導入到Vulcan軟件中。

3 建立地質數(shù)據庫

3.1 數(shù)據導入

對本礦區(qū)建立了以“l(fā)ckq.dhd.isis”為名稱的地質數(shù)據庫，在建立數(shù)據庫時采用的是模板化的技術，利用sdzk.dsf的模板。在創(chuàng)建數(shù)據庫時，導入已建好的csv數(shù)據表，具體數(shù)據表結構見表1。

表1 地質數(shù)據庫數(shù)據表結構Table 1 Structure of geological database

3.2 數(shù)據庫校驗

所有的探礦工程數(shù)據根據原始地質編錄信息錄入到Excel電子表格中，之后導入到Vulcan數(shù)據庫中，并利用軟件對生成的鉆孔數(shù)據庫進行了如下檢驗：

(1)工程號、樣品ID唯一性檢驗。

(2)測斜深度、取樣深度、巖性深度等數(shù)據遞增檢驗。

(3)測斜深度、取樣深度、巖性深度等超出終孔深度檢驗。

(4)輸出報告，對校驗后的各項參數(shù)輸出到Excel表格進行查看，將校驗的問題逐一檢查修正，直至所有數(shù)據校驗無誤。

3.3 數(shù)據庫處理

在Vulcan軟件的用戶菜單模塊中，選擇地質工作流程中的數(shù)據庫建設功能，創(chuàng)建鉆孔顯示圖例，并以AU命名新生成圖例。同時按照礦區(qū)工業(yè)指標來對AU圖例進行顏色區(qū)分，其工業(yè)指標如下：邊界品位≥1.0×10-6，工業(yè)品位≥2.0×10-6。

對新生成的AU圖例予以保存，利用已創(chuàng)建的鉆孔圖例顯示鉆孔并對鉆孔予以信息標注，并通過導入Mapgis工程布置圖來進行校驗，其中顯示的鉆孔信息、位置與實際工程布置圖對應鉆孔吻合無誤。其勘查工程的三維可視化效果見圖2。

圖2 鉆孔工程三維顯示圖Fig.2 3D display of drilling project

4 地質解譯與三維模型構建

地質解譯是在剖面解譯的基礎上，依據礦區(qū)勘探線剖面圖進行巖體、構造和礦體的劃分，對不同的巖性、構造和礦體分別建立相對應的地質解譯線，運用軟件創(chuàng)建實體模型功能對相同解譯線進行圈連，以此構建三維模型(張偉等，2013;吳志春等，2016)。本次共錄入51條剖面信息，利用涉及主礦體的剖面19條，依次在礦區(qū)范圍內分別建立了地表模型、巖體模型、構造模型及礦體模型。

4.1 地表模型

地表模型的建立主要基于Mapgis中實際地形地質圖的高程線文件數(shù)據，其中線文件數(shù)據必須賦有高程值，對沒有高程的線數(shù)據先予以實際高程賦值，并將地形地質圖按1∶1000的比例置于原坐標。通過Section將圖幅轉換為dxf格式導入Vulcan軟件，利用軟件中建模功能建立地表實際模型(圖3)。

圖3 留村礦區(qū)地表模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of surface model for the Liucun mining area

4.2 巖體及構造模型

依據每個勘探線剖面巖層的分界線建立巖層解譯線，將相同的巖層解譯線間建立面模型，再根據面模型創(chuàng)建實體模型。從地表由淺至深分別建有二長花崗巖(圖4)、石英脈(圖5)和英云閃長巖(圖6)3個巖體模型。

圖4 二長花崗巖體模型Fig.4 Monzonite granite model

圖5 石英脈模型Fig.5 Quartz vein model

圖6 閃長巖體模型Fig.6 Diorite model

區(qū)內構造主要為一條大致呈北東走向的含金礦的破碎蝕變斷裂帶F2，是礦區(qū)唯一的控礦、容礦構造，礦區(qū)中的含金石英脈順層產于F2斷裂帶內。F2斷裂位置在礦區(qū)各剖面鉆孔中均有揭露，依次繪制出各剖面的斷裂構造解譯線，再由構造解譯線直接建立F2構造面模型(圖7)。

圖7 礦區(qū)F2斷裂構造模型Fig.7 Structural model for fault F2 in mining area

留村礦區(qū)二長花崗巖體位于斷裂構造面以上；區(qū)內脈巖石英脈則分布在F2斷裂擠壓破碎帶及上盤二長花崗巖體中，多位于斷裂帶內，且分布數(shù)量較多、規(guī)模較大，為賦礦脈巖，金礦體便產于其中；閃長巖體則位于斷裂構造下盤。

4.3 礦體模型

區(qū)內礦體均賦存在留村F2斷裂帶內，充填于石英脈中，礦體嚴格受斷裂帶產狀的控制，走向20°～85°，傾向南東，傾角40°～65°，礦體形態(tài)呈脈狀或薄脈狀，空間上呈似層狀，形態(tài)簡單，沿走向及傾向呈舒緩波狀。

由于區(qū)內礦體規(guī)模較小且單工程控制的零星礦體較多，本次留村礦區(qū)根據各勘探線剖面劃定礦體解譯線，選擇其中8個主礦體建立礦體模型(圖8)。對所建模型進行實體閉合并逐一檢查，部分存在極小值偏差，對其進行實體修復。完善后的各個礦體模型，其體積驗證數(shù)據與傳統(tǒng)報告體積計算數(shù)據誤差均在5%以內，總體偏差為3.13%(表2)，表明此次礦體模型建立正確，為下步資源量估值建立基礎。

圖8 礦體空間模型示意圖Fig.8 Sketch showing orebody space model

表2 體積對比情況表Table 2 Volume comparison

4.4 整體效果及動態(tài)展示

加載上述所有地質體模型，完成本礦區(qū)綜合三維地質建模。利用軟件可對礦區(qū)整體三維模型進行任意切割與拆分，實現(xiàn)斷面巖性、構造及礦體等地質要素的可視化研究(圖9)。

圖9 礦區(qū)整體三維模型效果及動態(tài)模擬展示Fig.9 Overall 3D model and dynamic simulation of the mining area

Vulcan軟件還可對礦體模型中的任意塊段進行劃分和摳除，在礦山的中段與巷道采礦中猶為適用，可直觀反映礦體的采掘進程以及后續(xù)排產規(guī)劃，切實做到了對礦體資源的動態(tài)化掌控與管理。

5 資源量估值

5.1 樣品組合與特高品位處理

利用Vulcan軟件提供的鉆孔與礦體實體相交的功能，得到探礦工程的見礦部位和所控制礦體的編號，用于樣品組合。將數(shù)據庫中的所有樣品信息進行提取，用Vulcan軟件的基本統(tǒng)計分析模塊對樣長和品位進行統(tǒng)計分析，獲取全區(qū)樣長的平均值，通過樣長統(tǒng)計直方圖(圖10)，觀察樣品的分布情況。

圖10 樣長統(tǒng)計直方圖Fig.10 Histogram of statistics for sample lengths

根據樣長的基本統(tǒng)計分析結果，以樣長的平均值(1 m)做為組合樣樣品的固定樣長。對探礦工程見礦部位的樣品品位用已確定的組合樣長進行長度加權，得出樣長固定組合后的樣品數(shù)據。

針對特高品位處理，對組合后的樣品品位做基本統(tǒng)計分析并使用樣本過濾器進行過濾，生成礦體金品位累計頻率分布圖(圖11)。按照國際慣例，將累計頻率為0.98處對應的品位值(約為均值的6倍)作為對應礦體的特高品位值，并進行特高品位處理，對大于特高品位值樣品均用礦區(qū)平均品位值替代。

圖11 累積頻率分布圖Fig.11 Cumulative frequency distribution

5.2 建立塊體模型

根據整個礦體模型在空間的分布范圍，礦體模型在走向、傾向的變化及開采段高等因素確定礦塊劃分規(guī)格，將礦體模型劃分為若干個長(立)方體小塊，建立塊體模型。

塊體范圍涵蓋了所有礦體模型及相關鉆孔，其相關參數(shù)信息如下：(1)空間坐標為X：482865.0，Y：4109675.0，Z：-415.0；(2)方位角：47.0°，傾伏角：0傾角：0 ；(3)父塊尺寸為20 mm*20 mm*10 mm，次級塊尺寸為2 mm*2 mm*1 mm；(4)變量包含AU、 Oredomain(主礦體號)、 Density(礦石比重)、礦石類型、Flag等。

塊體模型建立后，首先對新創(chuàng)建的塊體模型變量Density賦予數(shù)值，礦區(qū)內比重值均采用2.80 t/m3，其余變量由后續(xù)操作逐步帶入。

5.3 品位估值

Vulcan軟件擁有強大的數(shù)據處理系統(tǒng)，擁有多種資源量估值方法，尤以克里格法與距離冪次反比法最為常用。其中克里格法主要適用于大型-超大型礦床，本礦區(qū)屬于中小型，最適合距離冪次反比法進行估值操作。它是用已知鄰近值的距離與指數(shù)冪次成反比的關系來推估網格點的值(黃光球和桂中岳，1997)，其公式如下：

式中：Z-待估點品位值；Zi-已知控制點品位；Pi-控制點冪次；Di-控制點到待估點距離。

為確保估值結果的準確性，本次估值進行三次，估值次數(shù)寫入變量Flag，其中第二、三次估值需額外增設條件“Flag lt 0.5 ”，其意義是品位小于0.5 g/t(本區(qū)金礦化品位值)的數(shù)值將不再參與估值，保證參與估值數(shù)據的合理與準確性。參與估值的最小樣品數(shù)和最大樣品數(shù)分別設為1和3，同時加載搜索橢球體，根據各礦體產狀和規(guī)模確定搜索橢球體的方向參數(shù)及搜索距離。三次估值中樣品數(shù)與橢球方向參數(shù)均保持不變，橢球體的搜索距離按照1∶2∶4比例逐漸增大，首次估值完成60%左右，二次估值80%左右，第三次確保橢球體涵蓋所有塊體以完成全部估值(估值過程如圖12)，對三次估值結果達不到100%的，重新修正至合適估值參數(shù)，估值參數(shù)視各個礦體情況而定，具體估值參數(shù)見表3。

圖12 橢球體估值過程動態(tài)展示Fig.12 Dynamic display of ellipsoid valuation process

表3 各礦體估值參數(shù)表Table 3 Parameters for each orebody valuation

完成估值后，加載塊體動態(tài)模型，對塊體按AU品位屬性進行著色，可以直觀反映礦體中金品位分布特征(圖13)。

圖13 留村礦區(qū)礦體Au品位分布示意圖Fig.13 Schematic diagram showing Au grade distribution of orebody in Liucun mining area

6 資源量報告

對所有礦體估值完畢后，生成礦體資源量報告，導出各礦體所有屬性，包括金平均品位、礦石量、金金屬量等。經過驗證，礦區(qū)內所有礦體與傳統(tǒng)報告里計算方法相比，金平均品位誤差為1.92%、金金屬量誤差1.25%、礦石量誤差3.13%。依此證明此次估值方法正確無誤且高效可行，也有效驗證了留村相關報告的資源量數(shù)據，同時表明Vulcan軟件不但可以準確的建立地質模型，更可以精確的計算礦體資源量，可作為以后提交報告的重要參考。

在礦山的實際應用中，經估值驗證后的礦體模型可直接轉交給礦山專業(yè)采礦工程師，迅速進行后續(xù)的采礦單體設計及排產計劃，利用軟件進行各類掘進驗收、貧化損失計算、優(yōu)化各類設計等礦山作業(yè)，真正實現(xiàn)了智能化礦山建設。

7 結論

(1)通過對萊州市留村金礦區(qū)所有的數(shù)據資料進行綜合細致的整理以及有用信息的再處理等工作，利用Vulcan軟件成功建立了留村金礦區(qū)三維地質模型，包括地表、巖體、構造、礦體等三維空間模型，并對其進行任意剖切，直觀展現(xiàn)了各種地質體在地下空間的分布狀態(tài)。通過軟件將留村礦區(qū)二維抽象的地質信息轉換為三維可視化的圖形效果，深度模擬并還原了該礦區(qū)自地表以下最真實形象的地質概況，實現(xiàn)了從二維到三維的突破。

(2)利用Vulcan軟件對留村礦區(qū)資源量進行了有效估值，本次估值結果礦石量為525692.81 t、金金屬量1984.18 kg、金平均品位為3.77 g/t，與原報告數(shù)據相比礦石量誤差3.13%、金金屬量誤差1.25%、金平均品位誤差為1.92%。結果表明利用該軟件估值的數(shù)據與傳統(tǒng)地質報告中的資源量計算數(shù)據近乎一致，可作為以后提交報告的重要參考；同時Vulcan強大的數(shù)據處理功能可對每個礦塊體予以資源量賦值，為后期采礦事業(yè)及礦山建設等提供精確的設計和生產計劃，方便資源量動態(tài)管理，實現(xiàn)地質資料價值最大化。

致謝：感謝所有參與人員的付出，感謝評審老師給予的指導性修改意見，感激編輯老師的不辭辛苦！

[注 釋]

①馮濤，李先成，吳衍華等．山東黃金地質礦產勘查有限公司.2013.山東省萊州市留村礦區(qū)外圍金礦詳查報告[R].

[附中文參考文獻]

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