大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模分析

17卷第6期2017年2月 1671 —1815(2017)06-0137-05

科学技术与工程

Science Technology and Engineering

VoL 17 N。. 6 Feb. 2017© 2017 Sci. Tech. Engrg.

大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模分析

(中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083)

摘要针对当前矿物特征分布趋势变化的建模技术无法完全准确地描述不同地质现象，不能直观地体现矿物特征分布趋 势，提出一种新的大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模方法。介绍了大型铜镍矿地质概况，通过构建地质数据库，圈定二 维线串模型，生成三维剖面组合线框模型。依据变异函数对铜镍矿矿物特征分布趋势进行建模分析，构建三维空间变异椭球 体模型，实现大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模。实验结果表明，所构建模型与实际矿体基本一致。关键词大型铜镍矿 中图法分类号

矿物特征

分布趋势

建模

史长昊

P628. 2;

文献标志码

A

势变化建模。实验结果表明，所构建模型与实际矿

体基本一致。

近年来人口迅速增加，经济规模逐渐扩大，社会 对铜镍矿物的需求量越来越多[1’2];但是由于铜镍 资源的分布不均勻，且其不可再生，因此加大了开发 利用铜镍矿物的难度[3_5]。需对大型铜镍矿矿物特 征分布趋势变化进行建模分析，展现矿体空间分布 规律，为铜镍矿的开发提供数据支持[6’7]。

文献[8]提出一种基于离散曲面差值计算的大 型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模方法，在完成 三维可视化建模时，通过离散曲面差值计算构建铜 镍矿矿体地质体模型;该方法实现过程简单，但无法 依据已有的地质剖面图圈定剖面上的地质界限。文 献[9 ]通过对铜镍矿矿物冷却过程中的力学变形进 行动力学计算模拟，从而实现铜镍矿物特征分布趋 势变化模型。该方法建模效率高，但只能体现出铜 镍矿物的部分特征分布趋势，建模结果不可靠。文献 [10]通过i十算机对不同力学边界条件下的铜镍矿矿物 特征分布趋势进行模拟计算，通过该方法得到的建模 结果较为可靠，但受到很多因素的影响，不易实现。

本文提出一种新的大型铜镍矿矿物特征分布趋 势变化建模方法，介绍了大型铜镍矿地质概况，构建 大型铜镍矿地质体三维模型，依据变异函数对铜镍 矿矿物特征分布趋势进行建模分析，构建三维空间 变异椭球体模型，实现大型铜镍矿矿物特征分布趋

1

大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化 建模分析

1.1大型铜镍矿地质概况

本节所研究的大型铜镍矿整体沿东西方向展

布，平面形状与镰刀类似，矿体地表长4 km，西部最 宽处为780 m，向东逐渐变窄至尖灭，如图1所示。

整个矿区共有铜镍矿体90个，其中大型矿体1

个，中型矿体7个，剩下的都是小型矿体，矿体大部 分分布在岩相带底部或凹陷部位。

矿体结构主要包括海绵陨铁结构、固溶体分离 结构、交代溶蚀结构以及交代残余结构。金属硫化 物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿与黄铜矿，次要矿物包 括紫硫镍矿、辉镍矿、四方硫铁矿、马基诺矿、黄铁 矿、白铁矿、闪锌矿、针镍矿、墨铜矿、方硫镍矿和方 黄铜矿等。

1.2大型铜镍矿地质体三维建模

1. 2. 1 地质数据库数据结构的构建

2016年8月25日收到作者简介:史长昊（ 1992—），男，汉族，河北邢台人，硕士。研究方 向：矿产普查与勘探。E-mail:shichanghao053@ 163. com。

引用格式:史长昊.大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模分析 [J].科学技术与工程，2017, 17(6): 137—141

Shi Changhao. Large copper nickel ore mineral features distribution trend modeling analysis[ J]. Science Technology and Engineering, 2017，17 (6) ： 137—141

在构建三维大型铜镍矿地质体模型时，需要构

138

科学技术与工程

17卷

建其地址数据库。将

Cu、Ni品位作为区域变化量， 运用用DataMine软件，以大型铜镍矿矿区地质数据 库(其中包括测斜数据、化验样品数据，钻空开孔数 据等）为研究基础，数据结构如表1所示。

Table 1 表Geological database data structure

1地质数据库数据结构

表名属性钻孔开孔信息表钻孔

I

轴r轴Z轴

终孔编号坐标

坐标坐标深度

钴孔测斜信息表钻孔钻孔

钴孔钻孔

—

编号深度倾角方健钻孔化验样品表

钻孔孔段孔段样本品样本品编号

起点

终点

味1味2

1.2. 2二维线串模型圈定

根据上述构建的地址数据库数据结构，借助现 有地质资料，使用ArcGIS软件，圈定矿体、地质层、 地层、岩脉及围岩，获取相应的二维线串模型。其 中，矿体二维线串模型圈定效果用图2进行描述,

图2

大型铜镍矿矿体二维线串模型

Fig. 2 Large copper nickel ore body two­

dimensional line string model

1. 2. 3 三维剖面组合线框模型生成

三维剖面组合线框模型生成主要是依据二维数 据间彼此关联，塑造三维面。

通过坐标转换将大型铜镍矿矿体二维线串模型 转换成三维坐标（％，y，z)，公式描述如下：

(x,y,zY

=f(u,v

) = (^0 +

xJii ~ xo -r〇

(u -y0),u,vj

(1)

式（1)中，“，〃）用于描述二维点坐标；（％，yQ)和 (A，h)分别用于描述勘探线初始点和终点的地理

坐标。

把获取的三维坐标变换为.pi文件后，导入至 钻孔开孔信息表中，完成线框模型的圈定。

将圈定的线框模型导入Dat-amine三维可视化 软件中，构建铜镍矿矿物特征分布趋势变化三维模

型。本节选择4 m x4 m x4 m的立体单元完成三维 建模，这是由于铜镍矿一般呈现层状结构，中间较厚 而边缘较薄。如果选择的三维建模立方体较大，m则

边缘较薄部分无法在模型中显示。因此选择4X 4 m x4 m的立体单元，该立体单元可有效展现出构 建模型的地质分布。

1.3铜镍矿矿物特征分布趋势变化三维建模

依据大型铜镍矿地质数据，通过地质统计学方 法对构建的三维模型进行进一步的单元品位研究，Surpac 通过软件建立大型铜镍矿矿区三维空间变 异椭球体模型，对铜镍矿矿物特征分布趋势进行建 模分析。

在建立大型铜镍矿矿区三II空间变异椭球体模 型之前，首先介绍变异函数。变异函数为地质统计 学的关键概念，主要用于分析矿区区域化变量在空 间中各方向上的变化特征及程度。

假设空间中的某一点％仅在一维Z轴上发生改 变，将区域化变量4%)在％、％ +&两点值之差的方 差的一半称作区域化变量z(幻在Z轴方向上的变 异函数，用进行描述，公式描述如下：

y(x,h) = YvaSz(%) ~ z(x + h)]=^-E [Z(x

) - Z(x + h)f

-Y\\E[Z(x) -Z(x+h)W

(2)

式(2)中，E用于描述变异程度；匕用宁描述变程Q

在实际应用时，因为样本数量非无穷，所以将实测铜

镍矿矿物样品值组成的变异函数称作实验变异函 数，用，（/〇进行描述，其为y(%，/〇的估计值，公 式描述如式(3)。

y* (h) = 2N1、 h)

N各

(h) [z(^) - + /〇 ]

2

(3)

式(3)中，yv(/〇用于描述滞后距是&时参与计算的 样本数量；+ /〇分别用于描述空间中 '、' + \"点的取样值。

令原点0为椭球体的中心，

轴为其关键

轴，则可描述椭球体模型表面为：

式(4)中，

代表坐标变量卩a、/>、c为椭球体三

个关键半轴的长度。

由于椭球体在三维空间中具有各向异性，所以

可用其描述区域变量在空间中不同方向的变异情 况，该椭球体被称作空间变异椭球体，其可体现区域 变量的空间变异程度，模拟大型铜镍矿矿物特征分

6期史长昊:大型铜镍矿矿物特征分布趋势变化建模分析139

布情况。空间变异椭球体的轴代表区域变量沿此轴 方向上的自相关距离，其中沿长轴方向区域变量变 化最慢，沿短轴方向区域变量变化最快。

2

实验结果分析

依据地质统计学可知，固定不同元素的样品数

Cu目，达到无偏估计统计参数的目的。因此，本文统计

、Ni原始与组合样品两种样品的品位，通过SPSS 软件，固定两种不同元素的样品个数为32 926 (原 始样品）和38 120(组合样品），求出其变异系数、最 大值、均值、标准差和最小值，统计结果如表2、表3 所示。

表2

大型铜镍矿区Cu、Ni原始样品品位统计表

Table 2 Large copper nickel mine Cu, Ni, of original sample statistics

grade

种类

样品数/ 变异最大值个

%/

系数

均值/%

标准差/ 最小位/

%%Cu32 9261. 88725. 130.57

0.930Ni

32 9261.497

17.45

0. 83

1.5350

表3

大型铜镍矿区Table Cu、Ni组合样品品位统计表

3 Large copper nickel mine of composite sample statistics

Cu, Ni, grade

种类

样品数/变异最大值/

均值/

标准羌/

ili小仉/个

系数

%%%%Cu38 1201. 83625. 150.570.8290Ni38 1201.465

9.350.820.868

0

对数转换组合样品数据，在某一方向面上，求出 三维空间中不同方向（36个方向）的实验半变异函 数。表4和表5为求出的Cu品位和Ni品位空间变 异椭球体参数。

表4

大型铜镍矿区Cu品位空间变异椭球体参数表

Table 4 mutation ellipsoid parameter table

Large copper nickel mine Cu grade space

方丨f'J

方位角/

倾角/

块金饥

基:台值,

轴长/m

长轴方向125. (。）

57.9(°)

次轴方向263. 1

126. 10.380.382.032.0375. 86短轴方向

362.9

20. 8

0.382. 0367.7448. 83

表大型铜镍矿区Table 5 5

Ni品位空间变异椭球体参数表

mutation ellipsoid parameter table

Large copper nickel mine Ni grade space

方向

方位/〇/

倾角/

/m

(。）

块金值

甚ft值

轴长长轴方向125. (°)0. 36

3.2次轴方向263. 1157.926. 10.363.278.4359.33短轴方向

362.9

20. 8

0.363.225.23

图3描述的是大型铜镍矿区Cu品位长轴、次

轴、短轴方向上变异函数曲线，图4描述的是大型铜 镍矿区Cu品位空间变异椭球体，图5描述的是大型 铜镍矿区Ni品位长轴、次轴、短轴方向上变异函数 曲线，图6描述的是大型铜镍矿区Ni品位空间变异 椭球体。

50 100 150 200 250 300

距离

/m

图3大型铜镍矿区

Cu品位长轴、次轴、短轴

方向上变异函数曲线

Fig. 3 Large copper nickel mine Cu grade of

long axis, short axis, axis direction variation

function curve

图4大型铜镍矿区Cu品位空间变异椭球体

Fig. 4 Large copper nickel mine Cu grade space

mutation ellipsoid

50 100 150 距离

/m

200 250 300

图5

大型铜镍矿区

Ni品位长轴、次轴、短轴

方向上变异函数曲线

Fig. 5 Large copper nickel mine Ni grade long axis,

short axis, axis direction variation function curve综合分析表4、表5、图3〜图6可以看出，大型 铜镍矿矿体Cu品位和Ni品位在空间上，结构规律 明显。建模分析发现，沿空间变异椭球体的长轴方

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科学技术与工程17卷

图6

大型铜镍矿区Ni品位空间变异椭球体

Fig. 6 Large copper nickel mine Ni grade space

mutation ellipsoid

位角125°、58.0°倾角方向，(：11品位和阳品位变化 最慢，具有最优的空间连续性9 Cu品位与Ni品位 具有明显空间相关性范围分别为75. mi86 m和79. 52

。Cu品位和N品位在沿空间变异椭球体的短轴

363°方位角、20. 1°倾角的方向变化最快，具有最差 的空间连续性，Cu品位空间相关性在到达48. 83米 范围内时消失，在到达25.23 m范围内时Ni品位的 空间相关性消失6

实际大型铜镍矿区Cu品位和Ni品位空间变异 球体分别如图7和图8所示Q

图7实际大型铜镍矿区Cu品位空间变异椭球体

Fig. 7 The actual large copper nickel mine Cu

grade space mutation ellipsoid

图8实际大型铜镍矿区Ni品位空间变异椭球体

Fig. 8 The actual large copper nickel mine Ni

grade space mutation ellipsoid

大型铜镍矿区矿体的Cu品位与Ni品位的空间 变异椭球体模型形态分布、倾向、外观形态空间连续 性差异及不同方位的空间相关性均与实际矿体 相似。

3

结论

本文提出一种新的大型铜镍矿矿物特征分布趋

势变化建模方法，介绍了大型铜镍矿地质概况，构建 大型铜镍矿地质体三维模型，依据变异函数对铜镍 矿矿物特征分布趋势进行建模分析，构建三维空间

变异椭球体模型，实现大型铜镍矿矿物特征分布趋 势变化建模。实验结果表明，所构建模型与实际矿 体基本一致。

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Large Copper Nickel Ore Mineral Features Distribution

Trend Modeling Analysis

SHI Chang-hao

(School of Earth Science and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083 ,P. R. China)

[Abstract ] In view of the current mineral characteristics of the distribution trend of modeling cannot accuratelydescribe the different geological phenomenon, canrt intuitively reflect characteristics of mineral distribution trend. Mineral characteristics put forward a new large copper and nickel ore distribution trend modeling method, the geological survey, large copper and nickel ore by building geological database, select 2D geological section line string model, generate 3D profile combination wire frame model were introduced. According to the variation function characteristics of copper and nickel ore mineral distribution trend modeling analysis, building three­dimensional space mutation ellipsoid model, the large copper nickel ore mineral feature modeling distribution trend change was realized. Experimental results show that the built model and actual ore body are basically identical.[Key words ] large copper nickel mineral characteristics distribution trend modeling