基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟.pdf

第 卷第期有色金属（矿山部分）年月犱 狅 犻：犼 犻 狊 狊 狀 基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟索朗欧珠，次仁央宗（中国地质调查局军民融合地质调查中心，成都 ；西藏地勘局区域地质调查大队，拉萨 ）摘要：为了解决黄金开采过程中由于数据不足和参数偏差等不确定因素导致的地质特征分析难度大的问题，提出一种基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟方法，以改进资源储量估算的准确性。采用钻探设备获取钻孔土层信息，并利用距离反比加权差值法优化钻孔土层参数，建立包含地质参数的数据库。基于这些参数，可以使用 软件来构建具有地下空间的三维模型，生成黄金开采区不同地质特征。实验测试结果显示：该钻孔土层参数能够构建较为理想的黄金开采区地下空间三维模型，同时还能模拟出地下空间黄金开采不同深度的地质特征，划分出研究区域的断裂带以及金矿分布、侵入岩位置，准确估算出金矿储量，误差值在以内。所提出的基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟方法具有较高的可行性和准确性。该研究方法的应用可以提高黄金开采区地质特征分析的准确性和可信度，有助于更好地理解研究区域的地质环境，为黄金开采过程中的决策制定提供准确的地质数据支持。关键词：钻孔土层参数；黄金开采；不同深度；地质特征；软件；断裂带；三维模拟中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）犇狊 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 犵 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊狅 犳犵 狅 犾 犱犿 犻 狀 犻 狀 犵犫 犪 狊 犲 犱狅 狀犱 狉 犻 犾 犾 犻 狀 犵狊 狅 犻 犾狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊 ，（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；收稿日期：基金项目：中国地质调查局地质调查项目（）作者简介：索朗欧珠（），男（藏族），中级工程师，地质矿产专业，：。黄金是一种稀有而有价值的贵金属，其分布具有一定的地质特征。金矿开采工作在我国整个经济体系之中占有重要地位 ，能够带动城市经济发有色金属（矿山部分）第 卷展，推动城乡迅速发展。但由于不同深度的地质中可能存在着不同类型的黄金矿床，例如浅层的火山岩型矿床和深层的大型石英脉型矿床。因此，研究不同深度的地质特征对于了解黄金资源的形成和分布规律非常重要。现阶段最常应用在矿山地质分析以及金矿开采生产时的方法主要是多边形法，通过 软件在二维平面上通过计算获得矿山的地质情况与地下矿产的储量、分布情况。但由于金矿矿山经常存在数量庞大的信息种类，二维软件不能实现矿山全方位的统计与归类，无法多角度多方位分析矿山地质特征。同时由于矿山地下蕴含大量矿藏，不可视空间较多，利用 等二维软件不能呈现出地下三维空间的关系结构，无法描述不同深度的地质空间分布规律以及地质属性，同时缺乏分析决策、数据库查询以及统计功能，不能实现信息共享，导致出现信息孤岛或者重复工作的情况。计算机地质学的快速发展，使得三维地学模拟信息系统应用范围逐渐广泛。相比于 等二维软件，通过三维模型模拟地下空间数据，能实现矿山空间分析与矿材预测、地学统计等先进的地质分析。矿山的三维地质模型构建需要通过钻孔土层参数作为基础数据，将钻孔土层参数作为重要数据信息输入至软件，生成矿山不同深度的三维地质模型，获得不同深度地质特征的详细数据，实现地质结构的详细分析。因此，借助钻孔土层数据，构建黄金开采三维地质模型，由此研究不同深度地质特征，为今后金矿开采提供更多参考。黄金开采区不同深度地质特征分析 研究区域概况由于我国北部地区地质条件呈现多样化，具有丰富的黄金资源潜力 。因此，为研究不同深度的地质特征，了解黄金资源的分布规律和潜力，将我国北部地区作为研究区域，该研究区域夹在两个大的山脉走向之间，连接隆起褶皱带的斜接复合部位。经过实际勘察发现，研究区域的出露位置主要为太古界地层，部分地层掩盖少量中生代陆相火山岩。并且，根据该地地质局记载的数据显示，研究区域曾经发生一次较大的地质运动，从而出现隆起带。由于该地区地质活动较为频繁，导致断裂构造节理发育，断裂分布较为复杂，该区域地层中侵入大量花岗岩，导致地层之中积累大量金矿矿床。气候因素能够影响地表和土壤的物理化学性质，其中包括地表水的循环和土壤的干湿变化，从而影响黄金矿床的形成和富集 。研究区域属于低山丘陵地貌，四周多为高山，海拔 ，常年受大陆季风气候影响，冬季最冷气温为 ，夏季最高温度超过 。区域之中水系发达，随着雨 季 来 临，河 流 流 量 增 加，全 年 平 均 蒸 发 量 约 为 。该研究区域之中的植被为次生幼树林与灌木从，从来没有发生过泥石流、滑坡等次生灾害，表明该地区土壤的稳定性较好。获取开采区钻孔土层参数钻孔是获取地下信息的主要手段之一。由于钻孔土层参数包括地下岩土的物理力学特性，通过提取钻孔土层参数，可以了解地下地质体的分布、厚度、岩性等特征，深入了解地层特征，为构建准确的三维模型提供基础数据，从而有效分析不同深度地质特征。钻孔土层参数获取钻孔土层参数获取是采用钻探设备从地下空间获取地下含水量、地质构造以及地下岩层情况。计算机与信息技术的迅速发展，使得矿产挖掘逐渐实现自动化与现代化 ，因此地质勘探逐渐形成计算机化测量。钻孔土层参数可以细分为孔口信息、取样信息、岩性信息与测斜信息等，各个信息的详细内容如下：孔口信息：主要为钻孔位置的孔口坐标、深度信息以及详细剖面位置。取样信息：主要包括岩芯采样后获得位置、结果、采样率等参数。岩性信息：主要为各个地层的起始与终结位置，统计地下空间的岩性与代码，通过文字描述岩性情况。测斜信息：主要为钻孔各个位置测斜点的方位、倾角及位置。钻孔土层参数处理由于钻孔土层参数具有多样化的特点，使得构建三维模型的过程较为复杂 。因此，使用钻孔土层参数构建三维模型之前需要先对钻孔土层参数施行层序归类处理。层序归类处理可以将多个钻孔的土层参数整合起来，从而提高地层解析度，考虑研究区域的地质基本情况规划出数个标准地层层序表，以该层序表中的内容划分属于相同标准层序的钻孔。若存在一个连通区域由相同归类钻孔控制，在软件之中构建一个单独的三维模型区块。在三维软件中将不同连通区域的边界拼合，可以实现第期索朗欧珠等：基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟地质特征分析。经过研究区域实际分析与勘察，确定研究区域共布置 个钻孔点，并且获得 组钻孔土层参数。钻孔土层参数优化由于利用仪器设备获取钻孔土层参数时，成本较高，且采样点分布的不均匀性，将导致区域数据无法完整获得，因此选择已经获取的地下空间数据，并通过距离反比加权差值法，根据已有数据的密度和分布情况，以及距离目标位置的远近程度，对目标位置的土层参数进行估算，从而填补数据缺失的区域，并获得更完整的钻孔土层参数。将权重作为地下空间的距离，并将其赋值在已有样本点和插值点之间的距离上，利用差值获取完整的钻孔土层参数表达式如下：犣犪 狕犻狑（）犻犪 狑（）犻（）狑犻 犱（）犻犪（）式中：狕犻与狑犻分别表示第犻个钻孔采样点的控制值和该点在插值之中的权值。犪与犱犻分别表示指数与样本点和插值点之间的距离。通过该插值方法获得较为完整的钻孔土层参数，便于后续三维模型构建。基于钻孔土层参数的三维模型构建 钻孔土层参数数据库构建三维模型构建的基础即为钻孔土层参数的数据库。将获取的钻孔土层参数作为数据库之中的数据，利用 软件构建三维模型，该软件支持在空间上可视化地显示地质属性，如地层分布、岩性、断层、褶皱等，从而直观地展示各种地质特征和相互关系。为了实现研究区域地质数据的管理与查询，按照上文分析，将 组钻孔数据开展前期校验并且对校正后存在的缺陷问题进行修正，完成修正后导入 系统，构建钻孔土层参数数据库，将其作为地质结构三维模型的关键依据。三维模型构建与矿藏估算）三维模型构建步骤：绘制线圈实现矿体圈定构建黄金开采不同深度地质模型时主要数据资料均来自钻孔土层参数，借助探勘线剖面图实现三维模型的构建。在 软件中，依据钻孔土层参数数据库，从勘探线位置出发，绘制地质剖面，在各个剖面上分别经孔土层参数数据库标记出黄金开采不同深度，把金矿位置标记出来，按照标记的位置，获得闭合线圈，确保全部数值化的线圈按照顺时针方向分布，防止实际矿体分布和圈连结果存在出入。步骤：串联线段获得实体模型由于研究区域实际地质环境较为复杂，因此在 软件之中利用实体模型构建三角网，为了确保构建之后的实体模型与实际地质情况吻合，将地质结构与矿物结构划分成几种形式，使用不同的连接方式绘制。步骤：段间连三角网在 软件内选取创建三角网单元模块，在该模块中创建体号与三角网的编号。在软件中选取两根能够构建三角网的线，通过 键结束三角网建立。步骤：段内连三角网通过以上操作完成三角网段间的连接，但由于并没有封闭三角网的两端，因此需要利用软件中段内连接的三角网，点击待封闭的两端，封闭三角网两端。步骤：控制线应用构建地下空间与矿藏三维模型时，需要考虑地下空间的金矿赋存情况，使用软件之中的控制线结合相联段法，根据地质结构中矿体的走向，使用控制线连接构建模型，操作过程中最少使用两根控制线，最多使用十根控制线，各个控制线的方向相同，不可交叉。步骤：相连段间通过三角网连线生成剖面，但当地下空间剖面较为复杂，使用三角网不能生成该剖面，所以需要应用相连段法实现三角网高级连接。该方法的关键是合理使用辅助线，把这些段连接为整体，再与三角网相连。通过构建地下空间的三维模型，并结合钻孔土层参数数据库中的岩性信息、孔口信息、取样信息等内容，在软件中自动生成地下空间不同深度地质特征情况，并且根据最终生成的三维模型获得黄金开采不同深度地质特征。）黄金矿藏估算为了分析不同深度地质特征并确定与黄金矿化关联较强的特征，通过估算黄金矿藏，获取有关黄金富集的信息，从而识别和定位具有重要地质特征的区域，如岩性、构造、矿化带等。利用三维模型与钻孔土层参数估算出地下空间黄金矿藏，由此分析出黄金开采不同深度地质特征。计算矿石量犙表达式为：犙犣犞犇（）式中：犞与犇分别表示金矿体积与金矿矿石的平均重量。根据矿石量，计算得到研究区域某个块有色金属（矿山部分）第 卷体单元的金矿含量犘为：犘犙犆（）式中，犆表示黄金平均品位系数。结果分析 钻孔土层参数数据库开展研究时，需要设计钻孔土层参数数据库，并将其作为金矿开采的地下空间三维模型的数据支持，采用所提方法设计后的钻孔土层参数数据库界面如图所示。图钻孔土层参数数据库界面犉 犻 犵 犇 犪 狋 犪 犫 犪 狊 犲 犻 狀 狋 犲 狉 犳 犪 犮 犲 犳 狅 狉犱 狉 犻 犾 犾 犻 狀 犵 狊 狅 犻 犾犾 犪 狔 犲 狉狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊从图中能够看出，所提方法设计的钻孔土层参数数据库汇聚地下空间大部分信息，并且将钻孔信息存储在该数据库之中，便于数据查询以及后续地下空间三维模型构建。地下空间三维模型构建结果利用 软件结合钻孔土层参数数据库生成地下空间的三维模型，部分区域三维模型生成结果如图所示。图部分区域三维模型生成结果犉 犻 犵 犚 犲 狊 狌 犾 狋 狊狅 犳 犇犿 狅 犱 犲 犾 犵 犲 狀 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀犳 狅 狉 狊 狅 犿 犲犪 狉 犲 犪 狊通过图能够看出，软件构建的研究区域部分结构的三维模型边界清晰，结构较为突出，能够显著看出研究区域的地下空间结构，说明通过该三维模型能够准确掌握研究区域地下空间的地质结构以及矿藏分布情况，由此结合钻孔土层参数获得黄金开采不同深度地质特征情况。黄金开采不同深度地质特征分析采用所提方法构建研究区域地下空间的三维模型，选取 个钻孔点为研究对象，生成整个地下空间矿井开采不同深度的地质特征，研究结果如图所示。图开采不同深度的地质特征犉 犻 犵 犌 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊狅 犳犿 犻 狀 犻 狀 犵犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犱 犲 狆 狋 犺 狊由图可以看出研究区域的地质结构地下运动情况，地下空间整体形成的断裂结构具有连续性地质特征，切断裂主要集中在开采深度 范围内，且断裂呈现出明显横向延伸的变化特征。断裂带是地壳中的岩石断层面，通常是发生构造运动和地壳应力释放的地方。断裂带能够提供可移动的通道，使热液以及其中的金矿物从深部向上运移。同时，断裂带也可能是矿体形成的主要容器，容纳金矿的富集和堆积。岩层属于第四系结构岩层，与土层在不同黄金开采深度上呈现出连续性结构，尽管薄厚不一，但其分布具有均匀特征，地质结构较为稳定。黄金矿藏在地下空间的深度较深，其地质特征表现为复杂的构造和岩性变化，且金矿处于侵入岩与断裂带之间，开采难度较大。矿化特征分析通过三维模型能够获得研究区域在犣方向的黄金矿体分布等值线，通过分析矿化特征，以确定黄金在不同深度地质特征中的富集区域，并分析不同的地形结构。矿化特征较高的区域通常表示黄金矿第期索朗欧珠等：基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟体富集较为密集，根据矿区等值线分布情况，确定黄金开采不同深度地质特征。犣方向黄金开采不同深度矿化情况如图所示。图犣方向矿化特征犉 犻 犵 犣 犱 犻 狉 犲 犮 狋 犻 狅 狀犿 犻 狀 犲 狉 犪 犾 犻 狕 犪 狋 犻 狅 狀犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊由图能够看出，研究区域之中，矿化度较高的区域可以划分成三个主要区域，矿化形态在接近地表的位置较为集中。犣方向出现一个明显的无矿区，该区域主要是岩层和土层结构，没有出现明显断裂或者异常结构。黄金矿产估算由于各个深度存在不同的地质条件和矿化特征，以黄金矿产估算误差作为实验指标，可以判断所提方法在不同深度地质特征下的适用性。若误差较低，则说明该方法在不同深度地质特征研究中具有广泛的适用性。研究过程中共钻 孔获得钻孔土层参数，经过模型分析，选择其中黄金矿藏储量较大的 个钻孔点，通过所提方法获得金矿含量，同时将计算结果与实际勘察对比，确定计算误差，结果如表所示。表金矿含量估算犜 犪 犫 犾 犲犈 狊 狋 犻 犿 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 犵 狅 犾 犱犿 犻 狀 犲犮 狅 狀 狋 犲 狀 狋钻孔测点编号模型估算黄金储量（）实际勘察黄金储量（）误差值 从表可知，所提方法估算出的黄金储量与实际勘察的黄金储量数值较为接近，误差值未超过，说明所用的方法较为准确，能够分析出地下空间的地质情况，确定金矿的分布与储量。结论金矿勘察难度较大，将钻孔土层参数作为数据基础，构建数据库，结合三维模型设计软件，建立研究区域地下空间的三维模型，通过三维模型分析出黄金开采不同深度地质特征。经过研究分析发现，三维模型模拟出的地下空间结构与矿藏分布较为接近，说明该三维软件构建的三维模型分析地下空间地质情况具有一定可行性，且该模型能够分析出地下断层以及矿藏分布，同时估算黄金矿层的储量时准确率较高。参考文献张居正，王沉，朱获天，等基于 的金矿床采矿方法优选有色金属工程，（）：，（）：吴志山，何世军，郑杰，等藏南隆子县界米拉金矿地质特征及成矿作 用 初 探 有 色 金 属（矿 山 部 分），（）：，（），（）：么玉鹏，姚坚毅，唐世雄珠江口地区岩土层工程地质特征及物理力 学 性 质 研 究 水 文 地 质 工 程 地 质，（）：，（）：张钰帆，郑寒，王艳霞基于支持向量机的复杂地质分形特征自动提取计算机仿真，（）：，有色金属（矿山部分）第 卷 ，（）：，汪进超，王川婴，杜琦，等基于光声组合测量的地质钻孔三维可视化研究岩石力学与工程学报，（）：，（）：张建全，张克利，程贵方北京不同区域明挖基坑地表沉降变形特征研究水文地质工程地质，（）：，（）：张民，谭伟，何显川，等云南省澜沧县离子吸附型稀土矿床地质特征 分 析 与 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