摘要
本文以内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿床为例，利用格日勒图铜多金属矿床勘查过程中形成的地质、钻探、槽探及化验分析等资料，借用 3DMine矿业三维软件平台，建立了矿区地质数据库，并进行可视化显示。进而建立了地表模型、矿体实体模型、块体模型（品位模型），使用累计频率分布曲线法进行特异值处理，利用距离幂次反比法进行块体品位估值。通过上述工作，讨论了3DMine软件在资源量估算过程中的工作原理及流程，同时通过笔者对多种三维矿业软件的应用，探讨了3DMine软件应用过程中的操作便捷之处。研究表明：3DMine矿业三维软件可以直观地展示矿体在三维空间中的形态。能够合理、客观地赋予各个单元块体品位信息，得出了客观合理的资源量估算结果。对估值后的块体模型利用不同品位区间进行可视化展示，能够形象地呈现矿体品位延伸趋势，对矿区勘查找矿具有理论指导意义。
Abstract
Taking the Geriletu copper polymetallic deposit in Ejina Banner, Inner Mongolia as an example, this article uses geological, drilling, trenching, and laboratory analysis data formed during the exploration process of the Geriletu copper polymetallic deposit, and uses the 3DMine software platform to establish a geological database of the mining area and visualize it. Subsequently, surface models,ore body entity models, and block models (grade models) were established, and the cumulative frequency distribution curve method was used for ultra-high grade processing. The inverse power distance method was used for block grade estimation. Through the above work, the working principle and process of 3DMine software in resource estimation were discussed. At the same time, through the application of various 3D mining software by the author, the operational convenience of 3DMine software in the application process was explored. Research has shown that 3DMine mining 3D software can visually display the shape of ore bodies in 3D space. By providing reasonable and objective grade information to each unit block, objective and reasonable resource estimation results have been obtained. Visualizing the assigned block model using different grade ranges can vividly present the trend of ore body grade extension, which has theoretical guidance significance for exploration and prospecting in mining areas.
0 引言
三维可视化建模技术起源于 20 世纪 70 年代初，随着计算机技术的迅速发展，该项技术被广泛应用于矿产资源储量估算、地下空间结构研究、数字地质立体填图等方面（肖克炎等，2010；葛藤菲等，2020；黄婉等，2023）。矿业工程软件也得到了逐步完善，其操作性、实用性更强。三维地质方面的软件不断涌现，如 3DMine、Surapc、MicroMine、Di‐ Mine、DataMine 等，对中国地质勘查领域数字化转型提能增效起到重要作用（李金勇等，2022）。通过三维地质建模，可以实现矿山属性数据和模型数据的三维展示，能够很好地展现各种地质特征及地质体在三维空间的真实形态及相互关系，快速直观地展示矿体空间形态，挖掘隐含的地质信息，进行矿体的模拟分析及资源量估算（于萍萍等，2015；王功文等，2021；李金勇等，2022；李卿等，2022；王玉祥等，2022；许逢明等，2022；毛先成等，2024）。
内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿位于阿拉善盟额济纳旗境内的珠斯楞地区，是近几年新发现的矿床。在勘查阶段积累了大量的地质、钻孔、探槽、化验分析结果、勘探线剖面等资料。前人对该矿床成矿地质条件、矿化蚀变特征、矿床成因、成矿期次、成矿构造环境等进行了相关研究（侯朝勇等，2022；尹艳广等，2023；贾润幸等，2024）。但对该矿区三维可视化建模的研究相对缺乏。本研究以内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿为例，基于研究区内的矿体分布情况，以地质、钻孔、探槽、化验分析结果、勘探线剖面等资料为基础，通过 3DMine矿业三维软件在资源量估算过程中的应用，按照矿业三维软件在资源量估算中的一般流程开展（图1）。对格日勒图铜多金属矿床进行三维地质建模，从构建地表模型、矿体实体模型、矿块模型 （品位模型）及资源估算（距离幂次反比法）进行分析。阐述了三维模型的建立方法和距离幂次反比法估值的要求，可为三维矿业工程软件在金属矿山的应用提供借鉴。对块体模型（品位模型）的分析，旨在为矿床深部及外围找矿提供理论依据。
图1距离幂次反比法估算流程
1 地质概况
内蒙古额济纳旗格日勒图铜多金属矿位于星星峡—旱山—珠斯楞地块南部北山裂谷带中的红柳园—白山堂中元古代—古生代多旋回裂谷。成矿区带划分上属于北山成矿带，成矿带内深大断裂纵横交错，岩浆岩发育，成矿地质背景优越（Xiao et al.，2013；Zheng et al.，2014；任云伟等，2019；陈耀等，2023）。北山成矿带是中国最具找矿突破潜力的重要成矿带之一，具有优越的成矿地质条件，已发现铜多金属、铜镍、铅锌、铀、锰等矿产地几十处 （聂凤军等，2002；徐志刚等，2008）。
矿区内出露地层主要为下石炭统白山组二段 （C2b2）和第四系洪积物及风积物（Qp）（图2）。下石炭统白山组 2 段（C2b2）以酸性、中—基性火山岩为主，岩石类型主要为流纹岩、英安岩、安山玄武岩、玄武岩等，其中夹杂有 1~2 层薄层状炭质层，该段 （C2b2）为主要的Cu-Pb-Zn赋矿地层。
1—全新统；2—上石炭统白山组二段；3—二叠纪二长花岗岩；4—石炭纪石英闪长岩；5—石英脉；6—蚀变带；7—铜多金属矿体；8—矿化体； 9—地质界线；10—推测断层位置与编号；11—勘探线位置与编号
研究区构造总体呈 NE 向展布，基本控制了区内下石炭统白山组二段（C2b2）火山岩建造分布，发育次级NW向构造，主要为隐伏断裂，为火山岩重要的岩相分界线，同时影响矿体垂向分布。区内岩浆岩发育，由老而新依次为：石炭纪石英闪长岩 （Cδο），二叠纪闪长岩（Pδ）和二长花岗岩（Pηγ）。
目前已发现的铜多金属矿体分布在研究区西南部下石炭统白山组二段（C2b2）火山岩区，地表可见明显的孔雀石化、铁锰矿化及硅化蚀变带等，走向呈北东向，与本区总体的构造格架相一致。已有的钻探勘查结果显示，矿体呈多层分布于上部流纹岩层中的绢英岩中，碎裂岩化发育，矿体在垂向和水平方向均具有明显的变化。在垂向上，上部发育高品位的次生富集带，深部样品品位变化有定向延伸性。在水平方向上，0～08 线地表火山岩为玄武安山岩等，以铜锌矿化为主，09～15 线地表火山岩主要为流纹岩、英安岩等，以铜铅锌矿化为主。
2 地质数据库的建立
2.1 原始数据的准备
应用 3DMine 软件进行矿体圈定和资源量储量估算时，至少需要 4 种基本数据文件来建立地质数据库。包括开孔数据表、测斜数据表、样品分析数据表、地质编录数据表。此外矿区的地形、氧化原生分界面等数据也是资源量统计分类时需要的数据。
2.2 数据库的建立
为建立格日勒图铜多金属矿床地质数据库，收集了矿山所有的勘探工程数据，包括地质探矿孔 10491.56 m/40 个，探槽 2081.9 m/26 个，元素基本化学分析样品2163件。按照三维矿业软件3DMine的要求格式将钻孔数据分为 4 个表，分别为开孔数据表、测斜数据表、样品分析数据表、地质编录数据表 （图3）。
在3DMine软件中，开孔数据表和测斜数据表是默认表格，在创建数据库时需要额外创建样品分析数据表、地质编录数据表。创建的开孔数据表中包括工程号、开孔坐标 X、开孔坐标 Y、开孔坐标 Z、终孔深度等5个字段；测斜数据表中包括工程号、测斜深度、倾角、方位角等 4 个字段；样品分析数据表中包括工程号、样品编号、开始深度、终止深度、岩石类型、品位等6个字段；地质编录数据表中包括工程号、开始深度、终止深度、岩石类型等 4 个字段。将收集到的数据按照 3DMine 软件的数据库要求进行系统的分类整理，形成以上4个数据表格。
图3三维地质建模数据库组成
图4格日勒图铜多金属矿探矿钻孔空间位置分布示意图
2.3 数据校验与钻孔空间轨迹生成
将整理好的基础数据库按照要求导入创建好的数据库中，形成作为研究的基础数据库。并进行有效性检验和校正：①样品重叠检验；②测斜深度、取样深度、岩性深度超出终孔深度检验；③三维视图中对勘查工程的数据校验。生成的数据钻孔空间轨迹见图4。
3 实体模型建立
3.1 地表模型
地表模型的构建对地质勘查工作具有较大的意义，能够直观地表达研究区地表形态、地形起伏变化情况，直观清楚地运用三维模型表达矿区地表与矿体、工程等空间实体的三维位置关系。本文以研究区地形地质图为基础，将包含等高线数据的 MapGIS 线文件直接导入至 3DMine 文件中，利用 3DMine 中生成 DTM 表面工具，生成地表模型即 DTM（图5）。
3.2 矿体实体模型
矿体实体模型是矿体在地下的三维表现，矿体实体模型的建立能够详细地了解空间中矿体的实际形态、产状、分布情况及各矿体之间的空间关系。实体模型是构建块体模型（品位模型）的基础（周邓和姜勇彪，2017）。本次矿体实体模型建立是利用三维钻孔显示孔迹线上的品位信息的方式，基于工程指标体系和地质特征进行剖面圈连，由“点-面-体”顺序进行，进而完成空间三维实体建模。
创建矿体三维模型实质上就是通过若干相邻三角网构建一个自身闭合的空间实体，用来模拟展示矿体的空间特征及附带的属性信息。
（1）首先用 Cu、Zn、Pb 品位定义所在钻孔的显示状态，后通过 3DMine 软件特有的“剖面管理”功能，利用勘查过程中设定的勘探线，进行批量勘探线剖面图预定义，切割所在钻孔的剖面。然后将预定义的勘探线剖面进行解译，按照一定方向和一定剖面外推原则进行矿体圈连，完成剖面解译。在剖面上进行边部矿体圈连时，3DMine 软件中特有的 “距离百分比”功能能够方便快捷的进行剖面中矿体推断。在工程指标体系下圈定矿体，需要保证单工程平均品位满足最低工业品位要求。3DMine 软件特有的“矿截圈定”功能，可以快速初步判断是否满足上述工程指标体系下圈连矿体要求（图6）。
图5格日勒图铜多金属矿地表模型
（2）在单个剖面上根据工程品位情况完成实体连接后，形成封闭的线（图7a），各剖面完成矿体圈连后，得到矿体圈连轮廓线（图7b）。通过 3DMine 的“连接三角网”功能进行各剖面间的实体模型建立 （图7c、d）。软件中连接三角网的算法有最小面积法、等角度法、距离等分法等，其中等角度法连接三角网的使用较为普遍，矿体实体模型建立过程中，有些矿体线无法自动连接、存在分支或剖面间矿体形态差异较大时，需建立必要的控制线、分区线及内插过渡线等（邹进超等，2021；李金勇等，2022）。在矿体实体模型边部同样按照一定外推原则进行矿体走向上外推。在此需强调，进行矿体走向外推部分， 3DMine软件中“扩展外推线/体”功能远优于同类其它三维矿业软件。至此完成矿体实体模型建立（图7 e）。为确保所建立矿体实体模型准确，需要通过 “实体验证”功能进行验证。通过实体验证才能更有效应用于后续块体模型建立（图7f）。
（3）根据上述确定的实体连接及外推原则，构建矿体三维实体模型。通过以上方法的连接，分别建立矿体模型、夹石模型。实体模型建立后，如果各矿体之间距离较近，可能会有矿体实体模型交叉等情况发生，为避免交叉的矿体实体模型对估算结果产生影响，需要对各对实体模型进行布尔运算，以保留主矿体实体部分为原则，剔除多余部分。
矿体实体模型建立完成后，研究区共圈定矿体 12 条，编号分别为 Cu1、Cu2、Cu3、Cu4、Cu5、Zn1、 Zn2、Zn3、Zn4、Zn5、Zn7，矿体整体呈 NE-SW 走向，倾角为50°~70°（图8）。
图6软件提示设置（a）和单工程组合圈定结果（b）
1 —流纹岩；2—玄武岩；3—构造破碎带；4—矿体；5—铜品位；6—锌品位；7—铅品位
图7建立实体模型过程
a—根据工程品位情况完成实体连接形成封闭的线；b—矿体圈连轮廓线；c、d—各剖面间的实体模型；e—完成矿体实体模型建立；f—实体验证
图8实体模型结果
4 资源量估算
4.1 品位分析及特异值的确定与处理
区内Cu1矿体内样品数量为99个，Cu元素最小值 0.007%，最大值 11.97%，均值 0.90%，标准差 1.80，变异系数 1.38，西舍尔估值 0.90%。经过对样品数据的分析，发现该矿体内存在特异值，需要进行特异值处理。利用 3DMine 软件对参与估算资源量的样品进行特异值的剔除，选取累计频率分布曲线中 5.5% 为特异值截止值，将矿体内 Cu 样品值高于此值的样品进行截止值替换（图9）。
图9Cu品位分布累计概率曲线分布图
特异值处理是资源量估算中的重要一环，其目的是消除特异值对资源量估算的夸大影响，尤其是空间上分布离散的特异值影响更为突出（谢徽等， 2022，2023；王令全和陈丽娟，2024）。对于如何确定和处理特异值，根据 2020 年《固体矿产资源量估算规程》和行业一般做法，识别和处理特异值可采用分位数法、估值邻域法、影响系数法、概率曲线法和累计频率分布曲线法等统计方法，处理方法一般有代替法和截取法。本次资源量估算使用累计频率分布曲线法进行特异值的识别，利用截取法进行特异值处理。对样品统计分析及特异值处理时，以矿体为单位进行（杨丰铭等，2022）。
4.2 样品统计分析和组合
在进行统计分析前，原始样品要组合为等长的组合样品，使之能够支撑数据统计和估值。原始样品的采样长度统计如图10，统计数据显示，大部分样品长度为 1.00 m。因此，将所有的基本分析样品数据都组合为1.00 m。
图10样长统计直方图
4.3 估算方法选择
格日勒图铜多金属矿现阶段工作程度未达到详查级别，样品数量和密度较小，不能足以计算出各个方向实验变异函数和拟合转化为理论变异函数（图11）。同时格日勒图铜多金属矿 Cu品位变化系数138%，按照《矿产地质勘查规范铜、铅、锌、银、镍、钼 DZ/T 0214-2020》规范铜矿铜品位变化系数达到60%~150%，稳定程度为较均匀型。结合《固体矿产资源量估算规程第 3 部分：地质统计学法 DZ/ T 0338.3-2020》，当区域变化量变化系数满足矿化在比较均匀的范围内，可用距离幂次反比法。综合上述原因，本次资源量估算选取距离幂次反比法。
图11Cu1矿体计算变异函数结果
4.4 建立块体模型
块体模型又称品位模型，是品位赋值和资源储量估算的基础。其本质就是在三维空间中，将品位信息与块体相结合从而形成综合数据库。通过建立块体模型作为估算块体的平均品位的介质，进而进行矿产资源储量估算、资源评价等工作。块体模型是在空间上，按一定尺寸（长×宽×高）将矿体实体模型划分为若干个单元块，同时在实体边界用次一级的单元块填充。
资源量估算前，用 3DMine 软件建立块体模型，按现普遍建立块体模型基本认识，选取最密勘探工程间距的 1/4~1/8作为 X、Y方向块体尺寸，垂向 Z考虑可采厚度及组合样品长度作为块体尺寸。因此为母块体和子块体选取了适当的尺寸以保证模型中包含倾斜的矿体实体模型。在矿体实体模型内，母单元块的尺寸为10 m（X）×10 m（Y）×2 m（Z），最小单元块为 5 m（X）×5 m（Y）×1 m（Z）。资源量估算的块体模型的体积与矿体实体模型的体积完全相等。对块体模型新建属性字段有矿岩类型、矿体编号、体重、估值次数、Cu、Pb、Zn等。
4.5 块体模型的估值
3DMine软件中采用的赋值方法有最近距离法、距离幂次反比法、普通克里格法、简单克里格法、泛克里格法、指示克里格法等（李卿等，2022），本次在格日勒图铜多金属矿区进行资源量估算时，单矿体内包含有效样品数目较少，待估矿体有用组分分布较均匀，品位变化较慢。因此，采用距离幂次反比法对各矿体实体内块体Cu、Zn、Pb元素进行估值。
依据矿体产状、勘查工程间距来确定搜索椭球体的轴比、产状及半径，采用距离幂次反比法对块体模型进行估值。其实现过程是基于将矿体划分成若干个单元块，通过已知样品点的品位信息对整个矿块进行估值，距离越近产生的影响程度也越大，估值的时候应根据距离的远近而赋予不同的权重系数，这就是距离幂次反比法的主要原理（图12） （娄渝明等，2018；景永波等，2021；谢徽等，2023）。
采用距离幂次反比法及相应的搜索椭球体参数对各矿体实体模型内的块体进行估算。第一次估值时，估值选取160 m为主轴搜索半径，最少样品点数为4，最多样品点数为16，每个孔最多选择样品点数为 4，同时将“到样品点最近距离”、“到样品点平均距离”、“样品点数目”及“孔数”等属性写入块体模型，进行估值时生成估值报告。完成第一次估值后，对未完成估值的块体，放宽估值条件参数，再次估值，直至对所有块体完成估值，最多进行3次估值。
对块体模型估值结束后，按照铜品位 0.2%~0.4%、0.4%~1%、>1% 区间进行单元块颜色显示（图13），发现铜品位>1%的单元块平面上产出于0线、4 线附近，其深部具有较好的延伸性。通过估值结果，综合来看铜品位深部品位高于浅部铜品位，初步判断深部仍具有较好找矿潜力。
图12距离幂次反比法原理
gi —样品的品位；di —样品质心到块质心距离；1/din —距离 n 次方的倒数；λi —样品的权重系数
图13Cu1矿体块体模型赋值后空间显示
1—大于0.20%且小于0.40%单元块铜品位；2—大于0.40%且小于1.00%单元块铜品位；3—大于1.00%单元块铜品位
5 结论
（1）国内矿山在勘查过程中形成的资料多为 MapGIS、CAD格式，在三维地质建模过程中，需要对收集到的大量数据资料进行细致的系统整理和有用信息的二次处理，3DMine 软件具有很好的兼容性，与MapGIS和CAD格式数据具有很强的互通性，能够较为顺利地进行转换应用。同时对比 Micro‐ Mine、Surpac、DataMine 等三维软件的应用，3DMine 软件在功能设置上更能满足用户需求，有其自身便捷之处，能够有效提高对矿区三维地质建模的效率。
（2）本文系统整理矿区前期勘查资料的基础上，建立了矿区地质数据库、地表模型、矿体实体模型、块体模型及基于距离幂次反比法进行了块体属性插值，进而导出资源量。实现了地质数据的可视化。
（3）相比于传统资源储量估算方法，3DMine 软件利用真实的三维地质建模，能在三维空间中动态、清晰、直观反映矿区内各矿体地质特征、相互关系及空间分布情况，弥补了传统方法二维空间模式下的缺陷与不足。估算方法上更加灵活，算法上比较快捷。
（4）格日勒图铜多金属矿矿体沿侧伏方向往深部和边部均有富集的趋势，今后的找矿工作应当重点在这两个方向上推进。可见 3DMine 软件能够较好地模拟矿体形态，可以对矿体向外的延伸进行预测，为格日勒图铜多金属矿的进一步矿产勘查和矿体预测提供可视化依据。