矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法.pdf

《矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第60卷 第5期有 色 金 属(矿山部分)2008年9月 矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法罗周全,张保,刘晓明,鹿浩,李畅(中南大学资源与安全工程学院,长沙 410083)摘 要:运用三维可视化手段,可快速实现矿体品位和储量的高精度估算。其基本方法是:先用三维可视化软件根据矿床地质勘探资料建立起地质数据库,并建立矿体的三维实体模型,精确模拟矿体的形态;其次,建立矿体块体模型,应用块模型方法对矿体内部进行划分;在此基础上,采用地质统计学方法对矿体内部特性数据进行赋值估算,获得矿体内部所有块的特性数据,最后完成矿床品位和储量的统计分析和计算。本文借助大型三维可视化矿山软件Surpac,在建

2、立某金属矿床的地质数据库和矿体三维实体模型的基础上,建立了矿体的块体模型,分别采用普通克里格法和距离幂次反比法,对该矿床的品位和储量进行分析和估算,并将其结果与用传统的地质块段法计算的结果进行了对比和分析。实践证明,可视化方法不但效率高且结果可靠。关键词:品位;储量;三维模型;距离幂次反比法;普通克里格法 中图分类号:P628+3文献标识码:A文章编号:1671-4172(2008)05-0023-043D Visualization M ethod of Analysis andEsti mation of Orebody Grade and ReservesLUO Zhouquan,ZHA

3、NGBao,L IU Xiaoming,LU Hao,L IChang(School of Resources and Safety,Central South University,Changsha 410083,Hunan,China)Abstract:The grade and reserves of orebody can be analyzed and estimated quickly and precisely using the 3D vi2sualization means.The essentialmethod is as follows:Firstly,the geolo

4、gical database is built based on the geological ex2ploration data using 3D visualization software,and then,the 3D DT M model of orebody is established using the software,so that,the shape of the orebody is si mulated accurately.Secondly,the blockmodelof orebody is established to disassem2ble the inn

5、er of the orebodywith the block modelmethod.Thirdly,the specialty data of orebody are evaluated using thegeostatistics methods and get all the specialty data of orebody blocks.Finally,the analysis and estimation of the grade andreserves of orebody are accomplished.In thispaper,the geological databas

6、e,3D DT M model and blockmodelof the depthorebody of a metalmine are established using the large 3D visualization mine software Surpac,the ordinary Krige methodand the distance power inverse ratio method are used to analyze and esti mate the orebody grade and reserves.And also,the evaluation results

7、 of these two methods are analyzed and contrasted with the calculation result of the traditional geo2logical block method respectively.It is proved that the visualization method is effective and reliable.Key words:grade;reserves;3D model;distance power inverse ratio method;ordinary Krigingmethod3 基金

8、项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50490274)和“十一五”国家科技支撑计划课题(编号:2006BAB02B05)资助。作者简介:罗周全(1966),男,教授 矿体的品位和储量是矿业项目评价、矿床开发和生产中最主要的指标,精确快速地估算矿体的品位和储量对生产管理和规划具有重要的指导意义。由于矿山技术水平和矿体的复杂性,传统上采用手工地质块段法估算矿体的品位和储量,其特点是利用人的想象力解决矿体的复杂性这一难题,速度较慢且精度受限1。本文以某矿深部矿体为研究对象,利用大型三维可视化矿山软件Surpac,在建立地质数据库和矿体三维实体模型的基础上,建立了矿床块体模型,分别运用普通克里格法和

9、距离幂次反比法进行品位和储量的统计分析,并将用这两种方法获得的结果与采用传统地质块段法估算的结果进行对比和分析。1 地质数据库的建立某矿深部矿体赋存在-360-750 m标高,207218线之间,主要赋存在F3断裂下盘;主矿体走向长1 350 m,走向为北东或北西10 左右,倾向东倾角为25 53,一般45;厚度为438 m,最大46 m,平均13174 m1。矿石平均品位为Pb 4174%,24有 色 金 属(矿山部分)第60卷 Zn 7199%,S 30130%。矿石以块状为主,划分为块状黄铁铅锌矿石和块状黄铁矿石两种工业类型2。地质数据一般通过以下方法获得:钻探 通过钻孔,来获取基本岩性

10、信息和取样分析数据;坑探 坑道取样数据;槽探 刻槽取样数据。其中,钻孔勘探是最常用的方法。该矿钻孔类型主要有地探和生探两种,以生探为主。通过对该矿所有钻孔资料的输入整理和过滤,获得5 338个钻孔资料。所有钻孔数据中,包括矿性、岩性和品位数据,是建立地质数据库的源数据。以矿体主要成矿元素Pb、Zn、S的品位作为区域化变量,借助Surpac软件建立了该矿的地质数据库。2 矿体三维建模2.1 矿体三维实体模型建立矿体实体建模通常采用以下三种方法:1)利用矿体边界线大概确定矿体范围;2)基于勘探线剖面图的矿体模型构建;3)基于钻孔数据的矿体模型构建。通常应根据建模目的来选择合适的方法,但要准确反映实

11、际矿体形态,往往需要综合采用多种方法3-4。本文考虑到矿山生探资料比较详实,采用以生探勘探线剖面图数据为主,钻孔数据为辅的方法,运用Surpac建立了该矿深部矿体的三维实体模型,如图1所示。图1 矿体三维实体模型Fig11The 3D solid model of orebody2.2 矿体块体模型建立块体模型是矿床品位推估及储量计算的关键。由于矿体是地质运动的结果,内部特征不均一,位置不同内部特征各异,为此必须建立矿体内部特征的数据模型,对矿体内部进行模拟5。块体模型就是一种分割矿体、模拟矿体内部特征的有效数据模型,它把矿体划分为一系列小长方体单元,长方体的尺寸确定原则是使每个小长方体单元的

12、内部属性相同,且该属性代表了矿体该位置的内部特征,这样所有小长方体单元的属性变化规律就是整个矿体的特征变化规律,根据此原则就可对矿体的品位和储量进行统计分析。本文根据实例矿山的具体情况,确定矿床块体模型原型在X、Y、Z三个方向的尺寸分别为800 m、1 600 m和1 000 m,范围较大,矿体被断层切割比较破碎。一般来说,块体模型的单元块段越大,估值的圆滑作用就越强,整个区域内所有块段的估值结果就越平均,但反映不出矿体内品位的变化特征。通常,在确定单元块段尺寸时,主要考虑采矿方法、最小采矿单元、矿区的勘探网度以及变异函数的特征等因素。对品位变化较大的矿床,为了能够比较精确地控制及圈定矿体边界

13、,选择相对小的单元块尺寸更有利于零星小矿体的圈定和资源评价6。经过综合考虑,确定块体模型的单元块尺寸见表1所示。在Surpac中建立的的矿体块体模型如图2所示。表1 块体模型单元块尺寸Table 1The cell size of block model单元块尺寸可分解的最小单元块尺寸XYZXYZ1015101.252.51.25图2 块体模型Fig12The block model3 块体模型属性赋值在Surpac环境下对矿体块体模型属性赋值有多种方法:如最小距离法、距离幂次反比法、直接赋值法、普通克里格法等7。本文选用对金属矿体块体模型常用的赋值方法,即普通克里格法和距离幂次反比法对块体模

14、型进行赋值。普通克里格法以地质统计研究中的方差参数来修改块体模型中的值,而距离幂次反比法则是使用反方向距离解释块值。第5期罗周全等:矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法253.1 普通克里格法克里格(Kriging)赋值方法由南非地质学家Krige发明,20世纪60年代在法国统计学家Mather2on的大量理论研究工作基础上逐渐趋于成熟8。普通克里格法在经典统计学的基础上,充分考虑到地质属性的空间变化特征 相关性和随机性,并以变异函数作为工具,来研究矿体中各种问题。其基本假设是建立在空间相关的先验模型之上,假定空间随机变量具有二阶平稳性,或者是服从空间统计的本征假设9-11。它的特点为:距离

15、较近的采样点比距离远的采样点更相似,且相似的程度是通过点对的平均方差度量。点对差异的方差大小只与采样点间的距离有关,而与它们的绝对位置无关。矿体可以看成是空间中的一个域V,矿体内的许多观测可以看成是域V内一个点至另一个点的区域变量值。当区域变量沿x轴方向变化时,区域化变量在x与x+h处的值Z(x)与Z(x+h)的差的方差之半定义为区域化变量Z(x)在x轴方向上的变异函数,并记为(x,h):(x,h)=12Var Z(x)-Z(x+h)(1)在二阶平稳假设下,有下式:(h)=12EZ(x)-Z(x+h)2(2)3.2 距离幂次反比法该方法认为被估单元块的地质属性与其周围一定距离内已知点的同一地质

16、属性有关,并且认为这种关系与已知点到被估单元块中心点的距离的n次幂成反比。计算公式为:zj=mi=1wiGij,wi=1/dnimi=11/dni(3)式中:zj为某点第j种地质属性估计值;m为参加估值的邻近已知点个数;Gij为第i个已知点中第j种地质属性值;wi为第i个已知点对被估点的影响系数;di为第i个已知点到被估点的距离;n为距离的幂。其中幂指数n的值对内插的结果影响较大,它的选择标准是平均绝对误差最小,一般用n=2,Oli2ver等12-13 的研究结果表明,幂越高内插结果越平滑。4 品位和储量统计分析经过空间数据赋值后的块体模型,其每一个子单元块都有品位数据,这样可以统计任意品位区

17、间内矿块的金属量、矿石量及平均品位,分析品位的空间分布规律。图3为Pb金属元素品位级别图,从中可以清楚的发现矿体品位在空间的分布情况。生产中可以根据需要,按不同的品位动态圈定矿体的开采边界,能够在三维可视化环境下显示和迅速地计算出所圈定矿块的平均品位、矿石量、金属量等,从而为实行贫富兼采,合理配矿提供可靠的依据。图3 按Pb金属元素品位级别显示的块体模型Fig13The block model based on Pb grade level应用已建立好了的块体模型以及矿体实体线框模型,可以对矿体进行各种有价元素品位统计分析和储量计算。选取Pb_Zn边界品位为1,通过普通克里格法和距离幂次反比法

18、进行分析统计,获得每个中段各元素平均品位和储量。图4、6、8分别为Pb、Zn、S的平均品位在各个中段的分布图,而图5、7、9分别为Pb、Zn、S的储量在各个中段的分布图。图4 各中段Pb平均品位分布图Fig14Pb grade distribution of each sublevel26有 色 金 属(矿山部分)第60卷 图5 各中段Pb储量分布图Fig.5Pb reserves distribution of each sublevel图6 各中段Zn金属平均品位分布图Fig16Zn grade distribution of each sublevel图7 各中段Zn储量分布图Fig.7

19、Zn reserves distribution of each sublevel图8 段S平均品位分布图Fig18S grade distribution of each sublevel图9 各中段S储量分布图Fig.9S reserves distribution of each sublevel 运用普通克里格法和距离幂次反比法两种方法对实例矿山的矿体块体模型赋值后,对该矿深部(即从-360中段到-700中段)矿体的品位和储量进行统计,可获得Pb、Zn、S的平均品位及储量,将其与矿山采用地质块段法获得的结果进行对比,结果如表2所示。表2 不同计算方法平均品位和储量对比表Table 2T

20、he contrast of average grade and reservecalculated by differentmethods计算方法矿量/万t平均品位/%储量/万tPbZnSPbZnS距离幂次反比法2 495.25 4.78 8.66 35.90 119.37 216.14 895.82普通克里格法2 468.80 4.82 8.78 35.76 118.92 216.46 882.94地质块段法2 510.35 4.74 7.99 30.30 119.01 200.57 760.61 从表3可以看出,在所研究的块段内,采用距离幂次反比法和普通克里格法统计的品位及储量分别 第5

21、期罗周全等:矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法27与地质块段法计算的结果相比较,距离幂次反比法与地质块段法的计算结果更接近(S元素除外),但这并不说明距离幂次反比法要优于普通克里格法。这是因为距离幂次反比只是把距离作为影响权系数的因素,实际上是将值均化了,而普通克里格方法不但考虑了距离的影响因素,而且也考虑了变程的影响因素。对于总体趋势或单一因素影响的因子,距离幂次反比法的估计结果要好些;而对于区域性差异较大或多因素综合影响的因子而言,普通克里格法则要优越些14。距离幂次反比法和普通克里格法各有其特点,但从计算的结果来看相差量并不大,为了弥补单一方法的不足,对两种方法计算的结果求均值,这样

22、通过块体模型计算的出来的结果会更加合理。总体来看,在Surpac三维可视化环境下计算的矿石储量比地质报告中的小,而主要金属元素Pb、Zn的平均品位要高。这是由于地质报告中应用地质块段法粗略模拟矿体,进行品位和储量的统计分析,除了方法比较粗糙外,人为主观影响也较大。研究还发现S元素平均品位比地质报告中的结果大的多。这是由于在矿体模型内,同时存在铅锌矿(sh209a)和黄铁矿(sh209b)两种不同矿石类型,建模过程中没有单独区分,统一归为一大类矿体即矿体sh209。从矿体的品位、储量估算原理及计算机处理方法等客观性来分析,应用计算机可视化方法得到的结果合理性更高。表3 平均品位和储量的计算结果与

23、地质报告中数据对比表Table 3Evaluating results of the average grade andreserves contrast with the correspondi ng datafrom geology report计算方法矿量/万t差值百分比/%平均品位Pb/%差值百分比/%Zn/%差值百分比/%S/%差值百分比/%距离幂次反比法2 495.25 0.614.780.848.660.84 35.90 19.47普通克里格法2 468.80 1.654.821.688.780.99 35.76 19.01地质块段法2 510.35/4.74/7.99/30.3

24、0/说明:差值百分比是以地质块段法中的数值为基准计算而得出的百分比。5 结论计算机三维可视化方法为矿床品位和储量的统计分析提供了一个新的手段,它改变了传统的平面思维方式,从三维空间的角度对矿体的内部空间特性进行分析评价和精确估算。实践表明,矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法,弥补了传统的地质块段方法的不足,使得分析和估算过程形象直观,且计算速度快、精度高,更加符合实际。在矿山实际生产中还可以根据需要,按不同的品位动态圈定矿体的开采边界,迅速地计算出所圈定矿块的平均品位、矿石量、金属量等。从而为矿产资源的合理回收,实行贫富兼采,合理配矿提供可靠的依据。参 考 文 献1 李岭.地质统计学及其在

25、某铜矿山储量计算中的应用 J.矿业研究与开发,2004,24(5):21-23.2 黄沛生.凡口铅锌矿深部矿床采矿方法探讨 J.有色金属:矿山部分,2002,54(5):2-4.3 罗周全,刘晓明.基于Surpac的矿床三维模型构建J.金属矿山,2006,4:33-36.4 Rehman,Shafiqur,Ghori,Saleem G.Spatial estimation of global so2lar radiation using geostatisticsJ.Renewable Energy,2000,21(3-4):583-605.5 李海华,张瑞新.应用Surpac软件进行露天矿采

26、矿工程的可视化J.中国矿业,2004,13(1):63-65.6 吴贤振,饶运章.FLAC-3D软件在优化深部高硫高品位矿体采场结构参数中的应用 J.有色金属:矿山部分,2004,56(6):13-15.7 孙洪权.地质统计学及其应用M.北京:中国矿业大学出版社,1990:96-105.8 沈步明,沈远超.金属矿山地质数据库与地质统计学M.北京:科学出版社,1994:89-91.9 曹代勇,李青元,朱小弟,等.地质构造三维可视化模型探讨J.地质与勘探,2001,37(4):60-62.10Maptek Pty Ltd.Valcan 4.1 User manual.Perth,Australia

27、:Maptek PtyLtd.2001:201-213.11Deutsch C V,JournelA G.GSL I B,Geostatistical Software Libraryand Users Guide.NewYork:Oxford University Press,1998:12-14.12 张新宇.西岔金矿三维空间普通克里格法的可视化储量计算J.中南大学学报:自然科学版,2006,37(1):145-149.13OliverM A.Geostatistics Rare Disease and the Environment.In:FischerM M,Henk J S,Unwin D(eds).Spatial Analytical Per2spectives on GIS.GISDATA 4.London:Taylor and Francis,1996:67-85.14 邓明国,李文昌.克立格方法在个旧矿区芦塘坝10-9号矿体储量计算中的应用 J.地质与勘探,2006,42(6):67-70.