数字矿床及其实现

论文摘要

本论文“数字矿床及其实现”是结合国家十五科技攻关项目“大型锡矿山接替资源探查技术与示范”（项目编号：2004BA615A-03）和云南省省院省校科技合作项目“个旧锡矿深部与外围成矿预测及矿山增储研究”（项目编号：2000YK-05）的科研需要而选题的。地球是一个有限体，地球上人类赖以生存的自然资源是有限的。矿产资源的合理开发利用是关系到人类生存和可持续发展的大问题。对矿产资源的需求大幅度增长，使得地质学以发现矿产资源为目的的任务越来越明显。在矿产资源勘探中，人们逐渐将注意力放在矿床资源信息的定量化表达上来。将信息技术与地质学科相接合，解决矿床研究中存在的不足，是地质科学发展的必然趋势。在昆明理工大学矿产地质研究所多年矿床数学经济模型研究的基础上，论文提出“数字矿床”的概念。数字矿床是对真实矿床及其相关现象的数字化重现及认识。数字矿床的核心思想是用数字化的手段整体地解决矿床及其与空间位置相关信息的表达与知识管理。具体地说，数字矿床充分利用已有资料，将已知的矿床自然资源信息和社会资源信息等存入计算机中，再根据地质学的理论基础，得到其它派生的矿床信息，从而形成一个完整的数字化的矿床数据库；然后将这些数字信息转化为可视的、容易理解的图形图像信息，构成矿床信息图谱，以构造一个三维化的虚拟矿床，能给出整个矿床范围内任意空间位置或范围的资源信息，能进行模拟勘查、能模拟矿床的开采，结合自动化技术，对矿床开采过程进行规划，并实时监控矿山生产。数字矿床还能对矿床信息进行抽象分析与知识提取，形成能为矿床预测勘查、设计与生产提供决策与服务的整体方案。数字矿床是地质科学与计算机科学高度结合、矿床信息的处理与表征高度统一的新的处理矿床信息的思想，具有较强的理论与实践意义。数字矿床与数字矿山既有联系，又有区别。数字矿床是以地质科学为基础的，它主要强调的是矿床的资源信息，即处于地面及其以下的矿产资源情况。数字矿床是要解决矿床的资源评价问题，首先要建立资源的数字化模型，在此基础上再根据矿山的具体情况，考虑矿山设计、矿山生产动态管理等问题。数字矿山（矿区）则是近年来提出的以数字地球为依托的矿山数字化整体解决方案，其核心是在统一时间坐标与空间框架下，科学、合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。数字矿床系统的实现，可以考虑完全自行开发全套软件系统，也可以考虑借助一套或几套相应的成熟软件系统的支持来实现。实现数字矿床的过程没有固定的模式，应根据矿床的具体情况，开展有针对性的应用。论文借助Micromine软件，对广西大厂锡矿、云南个旧锡矿、甘肃金川镍矿等大型矿山的部分矿体进行了数字矿床实现。并在数字矿床实现过程中，开发了一些用于数字矿床系统的接口软件。在广西大厂92号矿体数字矿床实例中，以锡品位为主，并参考铅、锌品位，在32个剖面上逐一圈定矿体。选用距离反比法对锡、铅、锌进行品位估值，还选用克立格方法对锡进行了品位估值。克立格估值时，用两个球状模型组合而成变异函数模型。在得到品位模型后，给出了储量报告。并以品位模型为基础，结合矿山已有开采系统，进行了矿山设计，设计了采场和工作面。在矿山设计的基础上，根据采矿成本、运输成本、选矿成本、冶炼成本和金属的市场价格等经济指标，评价矿床的经济特性，建立了基于单元块的盈亏模型，并以此重新以盈利为条件圈定了矿体。在个旧高松矿田10号矿群数字矿床实例中，在13个剖面上依次对矿体、断裂、地表、地层、花岗岩界限等进行了地质解释，得到10号矿群中五大矿体的地质模型。选用了距离反比法对锡和铅进行品位估值，还采用克立格方法对锡进行了品位估值。得到五大矿体的品位模型和储量报告。克立格估值时，用洞穴模型、高斯模型和球状模型三个模型组合而成变异函数曲线。在应用部分，尝试了使用克立格方差来进行储量分类。在个旧马拉格矿33-1号矿体数字矿床实例中，以锡品位为主，参考岩性，对6个剖面进行了矿体的解释，得到33-1号矿体的地质模型。由于样品数较少，本矿体仅采用距离反比法计算锡和铜品位模型，得到储量报告，并探讨了因品位变化导致矿体形态变化的问题。在个旧老厂锡矿5号矿体数字矿床实例中，将矿体分为氧化矿和硫化矿进行数字化。以岩性为主，参考锡和铜品位，在13个剖面上圈定矿体，得到了氧化矿和硫化矿两个矿体模型。根据统计分析结果，用距离反比法对锡和铜两种元素进行了品位估值，得到氧化矿和硫化矿中锡和铜的品位模型和储量报告，并对品位模型作了垂向变异分析。金川Ⅱ矿区数字矿床实例中，在32个剖面上，以镍品位为主，按照低品位、高品位、特高品位对矿体进行了圈定，得到3个独立的矿体实体模型。选用了距离反比法和克立格两种方法分别对三个模型的镍进行品位估值，用距离反比法对铜进行品位估值，得到镍和铜的品位模型和储量报告。在此基础上上，提取和绘制了Ⅱ矿区900m、1000m、1100m、1200m和1300m等五个水平标高上的Ni、Cu品位以及Ni／Cu比值的平面分布图，进行了成矿预测。数字矿床的应用，要根据具体情况，采取合适的估值方法，并结合实际进行有针对性的应用。论文以克立格方差来划分矿体储量级别、以数字矿床成果为基础进行成矿预测、以单元块为基础建立矿体盈亏模型、根据单元块品位对矿体储量进行动态管理等都是对具体应用的创新。随着数字矿床研究的深入和实践的不断进行，我们对数字矿床的认识也会越来越深，它的应用也会越来越广。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 数学地质研究回顾
• 1.2 矿床研究面临的挑战
• 1.3 数字矿床的提出和论文的主要工作
• 1.4 取得的主要成果
• 第二章 数字矿床概述
• 2.1 数字矿床的概念
• 2.2 数字矿床的基础科学
• 2.2.1 认知科学
• 2.2.2 地质科学
• 2.2.3 计算机科学
• 2.3 数字矿床的研究内容
• 2.3.1 矿床数字化
• 2.3.2 矿床可视化
• 2.3.3 虚拟矿床
• 2.3.4 矿床知识管理
• 2.4 数字矿床与数字地球、数字矿山（矿区）
• 2.5 数字矿床的应用
• 2.5.1 矿床经济评价
• 2.5.2 动态多方案圈定矿体
• 2.5.3 矿山设计和生产
• 2.5.4 矿山深边部找矿预测
• 第三章 数字矿床的实现方法与过程
• 3.1 开发数字矿床系统
• 3.1.1 系统平台和开发工具
• 3.1.2 开发策略和原则
• 3.2 矿山勘探和开采软件介绍
• 3.3 MICROMINE软件
• 3.4 Micromine本地化和部分软件接口
• 3.4.1 特高品位处理程序所采用的方法
• 3.4.2 经济评价程序所采用的方法
• 3.5 实现数字矿床的步骤
• 第四章 广西大厂92号矿体数字矿床实例
• 4.1 地质概况
• 4.1.1 区域与矿区地质概况
• 4.1.2 92号矿体地质
• 4.2 实现数字矿床
• 4.2.1 原始数据录入与检查
• 4.2.2 统计分析
• 4.2.3 地质和矿化的显示与解释
• 4.2.4 组合样的统计分析
• 4.2.5 变异函数和交叉检验
• 4.2.6 品位估值
• 4.2.7 储量报告
• 4.3 矿山设计
• 4.4 经济评价
• 第五章 个旧高松矿田芦塘坝10号矿群数字矿床实例
• 5.1 地质概况
• 5.1.1 地层
• 5.1.2 构造
• 5.1.3 岩浆岩
• 5.1.4 矿体形态类型及分布规律
• 5.1.5 矿化（体）特征
• 5.2 数字矿床的实现
• 5.2.1 原始数据录入与检查
• 5.2.2 统计分析与矿体变化性研究
• 5.2.3 地质和矿化的显示与解释
• 5.2.4 组合样的统计分析
• 5.2.5 变异函数和交叉检验
• 5.2.6 品位估值
• 5.2.7 储量计算
• 5.3 矿产储量分级
• 第六章 个旧马拉格矿33-1号矿体数字矿床实例
• 6.1 地质概况
• 6.1.1 地层及其含矿性
• 6.1.2 构造及其控矿特征
• 6.1.3 花岗岩体及其控矿性
• 6.1.4 蚀变
• 6.2 实现数字矿床
• 6.2.1 原始数据录入和检查
• 6.2.2 统计分析与矿体变化性研究
• 6.2.3 地质和矿化的显示与解释
• 6.2.4 品位估值
• 6.2.5 储量计算
• 6.3 品位吨位模型和多方案圈定矿体
• 第七章 个旧老厂锡矿5号矿体数字矿床实例
• 7.1 地质概况
• 7.2 数字矿床的实现
• 7.2.1 原始数据录入与检查
• 7.2.2 统计分析及矿体变化性研究
• 7.2.3 地质和矿化的显示与解释
• 7.2.4 组合样的统计分析
• 7.2.5 品位估值
• 7.2.6 储量计算
• 7.3 垂直变异分析
• 第八章 金川Ⅱ矿区数字矿床实例
• 8.1 金川矿床地质概况
• 8.1.1 区域及矿区地质背景
• 8.1.2 矿床地质特征
• 8.2 实现数字矿床
• 8.2.1 原始数据录入与检查
• 8.2.2 统计分析及矿体变化性研究
• 8.2.3 地质和矿化的显示与解释
• 8.2.4 组合样的统计分析
• 8.2.5 变异函数和交叉检验
• 8.2.6 品位估值
• 8.2.7 储量报告
• 8.3 成矿预测
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读博士学位期间参加的科研项目、公开发表的学术论文、参加的学术会议等情况
• 附录B 部分程序片断
• B.1 计算特高品位程序片断
• B.2 文件转换程序片断