交流園地

  摘要：本文以晉北某BIF型鐵礦為對象，在收集礦山地質鉆孔資料、勘探線剖面圖和各中段探礦工程平面圖的基礎上，整理并提取了各鉆孔中礦體的空間位置、勘探線剖面圖和中段探礦工程平面圖的礦體界線，以3DMine軟件為信息載體，通過三維融合各類礦體界線，構建了該礦山的三維礦體模型。該模型較為準確地表現了礦體的空間形態，直觀、立體地呈現了地質鉆孔、勘探線剖面、各中段探礦工程和地表現狀四個部分的空間關系，彌補了傳統2D圖紙的不足，有利于構造復雜地區BIF型鐵礦的開采、勘探和深部找礦預測。
  關鍵詞：3DMine軟件；三維礦體模型；BIF鐵礦

1.概述
  隨著計算機技術的發展，數據庫、圖形學、GIS等多種新技術的推陳出新[1]，驅使傳統行業技術不斷更新，三維地質建模即為其中之一。三維地質建模（3D Geosciences Modeling）是在三維坐標系環境下，通過計算機技術將空間信息管理、地質解譯、空間分析和預測、地學統計、實體內容分析以及圖形可視化等工具進行融合，以反映地質體的空間形態、特征和不同要素之間的內在聯系的一門新技術。還常用于表現地質體的化學屬性、物理屬性等信息和研究礦產資源的分布情況等方面[1][2]。目前國內外常用的三維礦業軟件有3DMine、Datamine、Micro-mine、Surpac、Dmine、VULCAN等[1][3]。
  傳統2D地質圖件通過平面表現礦體的形態特征，依據礦體的產狀，編制剖面圖以表現礦體在傾向上的形態特征；編制投影圖以表現礦體在走向上的形態特征；針對地質構造較為復雜的地區，通常需要從多角度編制圖件以清晰地展現礦體的空間形態，在信息表達方面存在不足。例如，呈向斜狀態產出的礦體，垂直礦體走向編制的剖面圖表現了其向斜形態，但在沿礦體走向方向編制投影圖時，向斜的兩翼在投影圖上構成重疊，需要人為將礦體分為兩翼并分別編制兩翼的投影圖。此外，勘探線剖面圖中的地質鉆孔等探礦工程不都是完全位于勘探線上或是與勘探線有夾角，各類探礦工程通過投影顯示在勘探線剖面圖中，受鉆孔位置、傾角和與勘探線剖面夾角等因素的影響，導致礦體的在勘探線剖面圖中的位置和實際賦存位置之間存在偏差。鑒于此，本文以晉北某BIF型鐵礦為研究對象，以3DMine軟件為展現載體，通過三維融合各鉆孔中礦體的空間位置、勘探線剖面圖和各中段探礦工程平面圖的礦體界線，構建了該礦山的三維礦體模型。三維礦體模型的建立不僅有利于直觀展現礦體形態，還有利于礦山開采和規劃、礦層對比分析和深部找礦預測。
  2.區域地質背景
  礦區位于山西省繁峙縣城南170°方向約15km的巖頭鄉附近，中心地理坐標113°18′24″E，39°03′27″N，地處五臺山腹地，該區域是新太古代條帶狀鐵礦（BIF）的重要成礦集中區，區域地層有：上太古界（五臺群）、下元古界（滹沱群）、古生界（寒武系+奧陶系）、古近系、第四系等。礦區出露巖層以新太古代五臺群柏枝巖組為主，淺表為第四系殘、坡積物。柏枝巖組以變質的基性-中酸性火山噴發巖為主，夾有凝灰巖，巖性主要為：含鐵石英巖（BIF）、絹云母石英片巖(石英絹云母片巖)、綠泥片巖等[4]。地層經歷了綠片巖相-綠簾角閃巖相區域變質作用改造[5]。
  構造上位于五臺山“之”字型復式向斜東、西兩翼交接處，五臺復向斜北翼的山羊坪-板峪復向斜，同時疊加褶皺及剪切變形構造發育。褶皺早期為等斜平臥型，晚期為陡傾緊閉型[6]。總體構造格架為連續相間分布的復式褶曲，褶曲軸線方向近EW，兩翼產狀南翼陡、北翼緩，局部倒轉。礦層受控于山羊坪～板峪復向斜及斷層分布，總體走向為NEE，傾角40°～80°不等，礦層與圍巖整合接觸，接觸界線明顯，礦體產狀隨地層褶皺而褶皺，礦體沿傾斜方向由于小褶曲比較發育，因此地表產狀與深部相差較大。
礦區巖漿活動具有活動頻繁、期次多、巖性雜的特點，對礦體的連續性和富集、貧化有一定影響，可見蝕變輝長輝綠巖、輝綠巖、斜長角閃巖等。
  3.構建三維礦體模型
  3DMine集成三維可視化、編輯工具、數據庫技術、地質建模、測量數據、儲量估算、采礦設計、打印制圖等應用模塊，具有實用性、易用性、響應快的特點，目前已廣泛應用于地質勘測、采礦和生產管理等方面[2][7]。本次用于構建礦區三維礦體模型的數據源主要有四個部分，即礦山現狀地形圖、鉆孔數據庫、各中段探礦工程平面圖和勘探線剖面圖。
  （1）地表表面模型
  收集整理了礦山現狀地形圖（比例尺1:2000），以地形圖為底圖，在3DMine軟件中導入等高線，并檢查各等高線的高程值，通過“生成DTM表面”功能，生成礦山地表表面模型（見圖1）。通過分級渲染，呈現礦區地形情況。

圖1  礦區地表模型及鉆孔中礦截分布圖

  （2）鉆孔數據處理
  收集整理了歷年來各類鉆孔數據，在3DMine軟件中建立了鉆孔數據庫，主要包括“鉆孔定位表”、“鉆孔測斜表”、“地層表”和“樣品分析表”。其中“鉆孔定位表”主要包括：工程號、鉆孔坐標（X、Y、H）、最大孔深、軌跡類型、鉆孔方位、鉆孔傾角、施工日期（開、終孔）、施工單位等字段。“鉆孔測斜表”主要包括：工程號、深度、記錄深度、校正深度、方位角、傾角等字段。“地層表”主要包括：工程號、分層號、分層起止深度、分層厚、采取率、巖性特征、軸夾角及深度等字段。“樣品分析表”主要包括：工程號、樣品標號、采樣起止深度、樣長、分析項目（TFe、mFe）等字段。
逐項錄入鉆孔信息后，在“顯示鉆孔”模塊中進行個性化設置，以顯示鉆孔的孔號、孔深、巖性差異和軸夾角等關鍵信息，方便下一步連接礦體。使用“礦段圈定”功能，以TFe≥20%為礦石的邊界品位，設定最小可采厚度和夾石剔除厚度后，3DMine軟件將自動圈定出各鉆孔中符合邊界品位的礦截（圖1中紅色段），依據圈定結果，逐孔逐段瀏覽并修改不合理的礦截，最終提取各鉆孔中礦體的空間位置。
  （3）中段探礦工程數據處理
  整理并提取了各中段探礦工程揭露的礦體邊界線，將其加載至3DMine軟件，依據中段標高逐一檢查礦體邊界線的高程值，各中段礦體界線疊加顯示效果見圖2。

圖2  各中段礦體界線疊合圖

  （4）勘探線剖面數據處理
  收集整理已有勘探線剖面圖（勘探線間距100m），通過坐標轉換工具，使各剖面轉至三維坐標系，將鉆孔圈定的礦截和中段礦體邊界疊加顯示，分析原地質剖面中礦體形態是否合理，對連接不合理的礦段進行修改，再和鉆孔、中段比對，直至剖面、鉆孔、中段三者可以較好對應。以修改后剖面圖為底圖，提取各剖面的礦體界線，利用“連接三角網”模塊，將各剖面對應的礦體界線依次連接，對于礦體的分支/復合現象，采用“分區連接”的方法，對于相鄰剖面同一礦體的特征點，通過添加輔助線，使之準確對應，使礦體形態符合地質規律（見圖3）。礦體連接的過程需要反復調整，礦體的標高、走向、傾向、傾角、所在構造中的位置、相鄰剖面見礦情況和見礦工程的間距及稀疏程度都是影響礦體連接的主要因素[8]，因此需要綜合考慮，以滿足各約束條件。

圖3  礦區三維礦體模型

  4.礦體模型的應用
  構建的三維礦體模型在空間上直觀、立體地反映了現狀勘探程度下的礦體形態（見圖4），對于見礦工程密集的區域可為采礦工程設計提供地質依據。前已述及，礦層受控于復向斜等地質構造，礦體形態復雜多樣，常見礦體分支、復合和加厚、減薄現象，影響各見礦工程之間礦體的對應和連接。此外，地質構造導致礦體的產狀不穩定，常見地表與深部不一致和數米之內連續反轉等現象。本區域地層中的含鐵石英巖（BIF）既是含礦層也是標志層，缺乏除此之外的其他標志層，因此在礦體的連接和對應方面依據歷年來探礦工程揭露的信息而不斷地進行修正。通過三維礦體模型的對比，可以修正原礦體連接中不合理的區段，使之更符合地質規律。
  此外，通過分析發現，礦區局部因勘探程度低或地質構造復雜，礦體分布不連續，但依據礦體產狀和相鄰見礦工程的層位和空間關系，可大致推測未來找礦的靶區（圖4中A、B區域），有待下一步勘探驗證。

圖4  預測找礦靶區示意圖

  5.結論
  （1）通過收集、整理礦區現狀地形、勘探線剖面、地質鉆探和中段探礦工程等原始資料，結合區域地質背景和BIF型鐵礦的賦存規律，使用3DMine軟件構建了礦區鐵礦體的三維礦體模型。
  （2）三維礦體模型同時融合了鉆孔中的見礦位置、不同標高中段的礦體邊界和地質剖面的礦體形態，基于多源信息的約束，更真實地反映了現狀勘探程度下礦體在空間中的賦存形態，可作為礦山采礦工程設計的參考。
  （3）通過對三維礦體模型的分析，依據各礦體的產狀和層位，可為后期深部找礦劃定靶區；針對探礦工程稀疏的區域，也可通過分析三維礦體模型以指導勘探設計和施工。
  （4）三維礦體模型與傳統2D地質圖件相比，具有表現力更強、數據承載更豐富、精準，使用更方便快捷的優點，尤其在地質構造復雜的區域，三維礦體模型的構建不僅有利于礦山生產和勘探，而且有利于提升礦山現代化水平，是實現數字礦山建設的重要技術手段。

  參考文獻：
[1]楊波.淺談固體礦產儲量估算中三維地質建模及可視化技術的應用 [J]. 世界有色金屬, 2023, (07): 190-192.
[2]柳清琦,黃小強.3DMine軟件在仁里礦區鈮鉭礦體三維地質模型中的運用 [J]. 國土資源導刊, 2022, 19 (02): 43-48.
[3]王偉,趙艷軍,趙立瑰,等.基于3DMine三維可視化的礦山開拓系統布置研究初探[J].西部資源,2019,(03): 95-196. 
[4]山西省地質勘查局.巖頭?豆村測區區域地質調查報告(1:50000)[R].1989,12.
[5]張連昌,蘭彩云,王長樂,等.古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋環境的變化:來自華北條帶狀鐵建造(BIF)巖相學和地球化學的證據[J].古地理學報,2020,22(05):827-840.
[6]韓仁道.五臺山地區條帶狀鐵建造金礦成礦地質特征的研究[D].太原理工大學,2003.
[7]劉武剛.基于3DMine的馬坑鐵礦數字化應用[J].福建冶金,2021,50(04):5-8+16. 
[8]秦健,王常青,朱曉杰,等. 三維空間礦體圈連與實體模型構建的研究 [J].礦業工程,2023,21(06):5-9.