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  摘要：本文以晋北某BIF型铁矿为对象，在收集矿山地质钻孔资料、勘探线剖面图和各中段探矿工程平面图的基础上，整理并提取了各钻孔中矿体的空间位置、勘探线剖面图和中段探矿工程平面图的矿体界线，以3DMine软件为信息载体，通过三维融合各类矿体界线，构建了该矿山的三维矿体模型。该模型较为准确地表现了矿体的空间形态，直观、立体地呈现了地质钻孔、勘探线剖面、各中段探矿工程和地表现状四个部分的空间关系，弥补了传统2D图纸的不足，有利于构造复杂地区BIF型铁矿的开采、勘探和深部找矿预测。
  关键词：3DMine软件；三维矿体模型；BIF铁矿

1.概述
  随着计算机技术的发展，数据库、图形学、GIS等多种新技术的推陈出新[1]，驱使传统行业技术不断更新，三维地质建模即为其中之一。三维地质建模（3D Geosciences Modeling）是在三维坐标系环境下，通过计算机技术将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具进行融合，以反映地质体的空间形态、特征和不同要素之间的内在联系的一门新技术。还常用于表现地质体的化学属性、物理属性等信息和研究矿产资源的分布情况等方面[1][2]。目前国内外常用的三维矿业软件有3DMine、Datamine、Micro-mine、Surpac、Dmine、VULCAN等[1][3]。
  传统2D地质图件通过平面表现矿体的形态特征，依据矿体的产状，编制剖面图以表现矿体在倾向上的形态特征；编制投影图以表现矿体在走向上的形态特征；针对地质构造较为复杂的地区，通常需要从多角度编制图件以清晰地展现矿体的空间形态，在信息表达方面存在不足。例如，呈向斜状态产出的矿体，垂直矿体走向编制的剖面图表现了其向斜形态，但在沿矿体走向方向编制投影图时，向斜的两翼在投影图上构成重叠，需要人为将矿体分为两翼并分别编制两翼的投影图。此外，勘探线剖面图中的地质钻孔等探矿工程不都是完全位于勘探线上或是与勘探线有夹角，各类探矿工程通过投影显示在勘探线剖面图中，受钻孔位置、倾角和与勘探线剖面夹角等因素的影响，导致矿体的在勘探线剖面图中的位置和实际赋存位置之间存在偏差。鉴于此，本文以晋北某BIF型铁矿为研究对象，以3DMine软件为展现载体，通过三维融合各钻孔中矿体的空间位置、勘探线剖面图和各中段探矿工程平面图的矿体界线，构建了该矿山的三维矿体模型。三维矿体模型的建立不仅有利于直观展现矿体形态，还有利于矿山开采和规划、矿层对比分析和深部找矿预测。
  2.区域地质背景
  矿区位于山西省繁峙县城南170°方向约15km的岩头乡附近，中心地理坐标113°18′24″E，39°03′27″N，地处五台山腹地，该区域是新太古代条带状铁矿（BIF）的重要成矿集中区，区域地层有：上太古界（五台群）、下元古界（滹沱群）、古生界（寒武系+奥陶系）、古近系、第四系等。矿区出露岩层以新太古代五台群柏枝岩组为主，浅表为第四系残、坡积物。柏枝岩组以变质的基性-中酸性火山喷发岩为主，夹有凝灰岩，岩性主要为：含铁石英岩（BIF）、绢云母石英片岩(石英绢云母片岩)、绿泥片岩等[4]。地层经历了绿片岩相-绿帘角闪岩相区域变质作用改造[5]。
  构造上位于五台山“之”字型复式向斜东、西两翼交接处，五台复向斜北翼的山羊坪-板峪复向斜，同时叠加褶皱及剪切变形构造发育。褶皱早期为等斜平卧型，晚期为陡倾紧闭型[6]。总体构造格架为连续相间分布的复式褶曲，褶曲轴线方向近EW，两翼产状南翼陡、北翼缓，局部倒转。矿层受控于山羊坪～板峪复向斜及断层分布，总体走向为NEE，倾角40°～80°不等，矿层与围岩整合接触，接触界线明显，矿体产状随地层褶皱而褶皱，矿体沿倾斜方向由于小褶曲比较发育，因此地表产状与深部相差较大。
矿区岩浆活动具有活动频繁、期次多、岩性杂的特点，对矿体的连续性和富集、贫化有一定影响，可见蚀变辉长辉绿岩、辉绿岩、斜长角闪岩等。
  3.构建三维矿体模型
  3DMine集成三维可视化、编辑工具、数据库技术、地质建模、测量数据、储量估算、采矿设计、打印制图等应用模块，具有实用性、易用性、响应快的特点，目前已广泛应用于地质勘测、采矿和生产管理等方面[2][7]。本次用于构建矿区三维矿体模型的数据源主要有四个部分，即矿山现状地形图、钻孔数据库、各中段探矿工程平面图和勘探线剖面图。
  （1）地表表面模型
  收集整理了矿山现状地形图（比例尺1:2000），以地形图为底图，在3DMine软件中导入等高线，并检查各等高线的高程值，通过“生成DTM表面”功能，生成矿山地表表面模型（见图1）。通过分级渲染，呈现矿区地形情况。

图1  矿区地表模型及钻孔中矿截分布图

  （2）钻孔数据处理
  收集整理了历年来各类钻孔数据，在3DMine软件中建立了钻孔数据库，主要包括“钻孔定位表”、“钻孔测斜表”、“地层表”和“样品分析表”。其中“钻孔定位表”主要包括：工程号、钻孔坐标（X、Y、H）、最大孔深、轨迹类型、钻孔方位、钻孔倾角、施工日期（开、终孔）、施工单位等字段。“钻孔测斜表”主要包括：工程号、深度、记录深度、校正深度、方位角、倾角等字段。“地层表”主要包括：工程号、分层号、分层起止深度、分层厚、采取率、岩性特征、轴夹角及深度等字段。“样品分析表”主要包括：工程号、样品标号、采样起止深度、样长、分析项目（TFe、mFe）等字段。
逐项录入钻孔信息后，在“显示钻孔”模块中进行个性化设置，以显示钻孔的孔号、孔深、岩性差异和轴夹角等关键信息，方便下一步连接矿体。使用“矿段圈定”功能，以TFe≥20%为矿石的边界品位，设定最小可采厚度和夹石剔除厚度后，3DMine软件将自动圈定出各钻孔中符合边界品位的矿截（图1中红色段），依据圈定结果，逐孔逐段浏览并修改不合理的矿截，最终提取各钻孔中矿体的空间位置。
  （3）中段探矿工程数据处理
  整理并提取了各中段探矿工程揭露的矿体边界线，将其加载至3DMine软件，依据中段标高逐一检查矿体边界线的高程值，各中段矿体界线叠加显示效果见图2。

图2  各中段矿体界线叠合图

  （4）勘探线剖面数据处理
  收集整理已有勘探线剖面图（勘探线间距100m），通过坐标转换工具，使各剖面转至三维坐标系，将钻孔圈定的矿截和中段矿体边界叠加显示，分析原地质剖面中矿体形态是否合理，对连接不合理的矿段进行修改，再和钻孔、中段比对，直至剖面、钻孔、中段三者可以较好对应。以修改后剖面图为底图，提取各剖面的矿体界线，利用“连接三角网”模块，将各剖面对应的矿体界线依次连接，对于矿体的分支/复合现象，采用“分区连接”的方法，对于相邻剖面同一矿体的特征点，通过添加辅助线，使之准确对应，使矿体形态符合地质规律（见图3）。矿体连接的过程需要反复调整，矿体的标高、走向、倾向、倾角、所在构造中的位置、相邻剖面见矿情况和见矿工程的间距及稀疏程度都是影响矿体连接的主要因素[8]，因此需要综合考虑，以满足各约束条件。

图3  矿区三维矿体模型

  4.矿体模型的应用
  构建的三维矿体模型在空间上直观、立体地反映了现状勘探程度下的矿体形态（见图4），对于见矿工程密集的区域可为采矿工程设计提供地质依据。前已述及，矿层受控于复向斜等地质构造，矿体形态复杂多样，常见矿体分支、复合和加厚、减薄现象，影响各见矿工程之间矿体的对应和连接。此外，地质构造导致矿体的产状不稳定，常见地表与深部不一致和数米之内连续反转等现象。本区域地层中的含铁石英岩（BIF）既是含矿层也是标志层，缺乏除此之外的其他标志层，因此在矿体的连接和对应方面依据历年来探矿工程揭露的信息而不断地进行修正。通过三维矿体模型的对比，可以修正原矿体连接中不合理的区段，使之更符合地质规律。
  此外，通过分析发现，矿区局部因勘探程度低或地质构造复杂，矿体分布不连续，但依据矿体产状和相邻见矿工程的层位和空间关系，可大致推测未来找矿的靶区（图4中A、B区域），有待下一步勘探验证。

图4  预测找矿靶区示意图

  5.结论
  （1）通过收集、整理矿区现状地形、勘探线剖面、地质钻探和中段探矿工程等原始资料，结合区域地质背景和BIF型铁矿的赋存规律，使用3DMine软件构建了矿区铁矿体的三维矿体模型。
  （2）三维矿体模型同时融合了钻孔中的见矿位置、不同标高中段的矿体边界和地质剖面的矿体形态，基于多源信息的约束，更真实地反映了现状勘探程度下矿体在空间中的赋存形态，可作为矿山采矿工程设计的参考。
  （3）通过对三维矿体模型的分析，依据各矿体的产状和层位，可为后期深部找矿划定靶区；针对探矿工程稀疏的区域，也可通过分析三维矿体模型以指导勘探设计和施工。
  （4）三维矿体模型与传统2D地质图件相比，具有表现力更强、数据承载更丰富、精准，使用更方便快捷的优点，尤其在地质构造复杂的区域，三维矿体模型的构建不仅有利于矿山生产和勘探，而且有利于提升矿山现代化水平，是实现数字矿山建设的重要技术手段。

  参考文献：
[1]杨波.浅谈固体矿产储量估算中三维地质建模及可视化技术的应用 [J]. 世界有色金属, 2023, (07): 190-192.
[2]柳清琦,黄小强.3DMine软件在仁里矿区铌钽矿体三维地质模型中的运用 [J]. 国土资源导刊, 2022, 19 (02): 43-48.
[3]王伟,赵艳军,赵立瑰,等.基于3DMine三维可视化的矿山开拓系统布置研究初探[J].西部资源,2019,(03): 95-196. 
[4]山西省地质勘查局.岩头､豆村测区区域地质调查报告(1:50000)[R].1989,12.
[5]张连昌,兰彩云,王长乐,等.古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋环境的变化:来自华北条带状铁建造(BIF)岩相学和地球化学的证据[J].古地理学报,2020,22(05):827-840.
[6]韩仁道.五台山地区条带状铁建造金矿成矿地质特征的研究[D].太原理工大学,2003.
[7]刘武刚.基于3DMine的马坑铁矿数字化应用[J].福建冶金,2021,50(04):5-8+16. 
[8]秦健,王常青,朱晓杰,等. 三维空间矿体圈连与实体模型构建的研究 [J].矿业工程,2023,21(06):5-9.