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摘要
基于MapGIS的固体矿产源量估算与三维建模系统提供了三种储量估算方法，分别为剖面法、块段法和地质统计学法。本文介绍了较为常用的剖面法和块段法，并将二者的实验
结果进行对比分析，总结出这两种储量估算方法的各自特点作为实际应用的指导。
关键词
MapGIS 剖面法 块段法 储量估算
中图分类号：V221+.5
0 引言
三维数字矿山系统，也叫固体矿产资源量估算与三维建模系统，是由中国地质调查局主持、中国地质调查局发展研究中心与中国地质大学（武汉）教育部地理信息系统软件及应用工程中心共同研发。
该系统基于数字化地质矿产调查与数字矿山的解决方案，利用MapGIS、MapGIS-TDE平台，实现从矿产资源野外调查到地质成图、矿体圈定、矿床地质建模、品位估计和储量估算全过程的数字化和可视化。
该系统的三维模型建立方式为钻孔多元耦合自动三维建模。只需将勘探线、钻孔、槽探、坑探等数据填进数据模板并导入系统，即可实现自动化矿体圈定及辅助成图。系统提供三种储量估算方法，分别为剖面法、地质块段法和地质统计学法，本文主要介绍前两种方法。
1 剖面法储量估算
剖面法（也叫断面法）储量估算利用勘探剖面把矿体分块，每块矿体两侧各有一个勘探剖面控制。以剖面图为基础，估算相邻两剖面间的矿块储量/资源量，直至整个矿床的储量/资源量。
本系统提供的剖面法储量估算是一种全程可视的方法，在剖面图中手动将圈定结果连接成矿体面积，再由不同勘探线上的面积连接成矿体。针对实验矿区数据，首先在0、1两条剖面上根据圈定结果连接矿体面积（图一、图二），然后将各剖面上的矿体面积连接成矿体（图三），最后对该矿体进行平行法储量估算。
只要勘查工程是大致沿直线或水平面有系统的布置，能编出一系列剖面图（断面图）时，均可采用剖面法，因而剖面法几乎适用于任何类型矿床。剖面图即可用来作为资源/储量估算图，不必编制更多的计算图件，同时可根据分类要求任意划分矿块，具有相当的灵活性。该方法所用的剖面图能保持矿体断面的真实形状和地质构造特点，反映矿体在三维地质空间沿走向及倾向的变化规律，从而具有足够的准确性。其不足是当工程未形成一定的剖面系统时或矿体太薄、地质构造变化太复杂时，编制可靠的地质图较困难，剖面上工程中的品位依次外延到剖面面积和矿块体积上去，因而有外延误差。
2 地质块段法储量估算
地质块段法是指在矿体投影图上把矿体划分为需要计算储量的各种地质块段，求得各块段储量计算基本参数（面积、厚度、品位和体重等），进而计算各块段的体积和储量，所有的块段储量累加求和即整个矿体的总储量。
在本系统中，将见矿工程投影至水平或垂直方向，然后将矿体划分为不同厚度的块段，其面积、厚度等基本参数由系统自动估算。将实验矿区的带有相同矿体号的见矿工程投影到水平面上，只有工程编号的工程不见矿，有工程编号且有矿体厚度和品位值的见矿（图四）。
在投影图上添加投影点、划分块段（图五）、计算块段储量，得到每个块段的储量（图五）。
块段法用在勘查工程较密且分布均匀的情况下，各块段估算矿产资源/储量平均参数的原始数据越多估算结果越精确，因此每个块段必须有足够数量的勘查工程。这种方法适用于任何产状、形态的矿体，矿体的大小及勘查工程布置对其几乎没有影响。此方法更适合于矿体或厚度和品位变化很小，且其间无相关关系的情形。该方法的不足是当勘查工程密度不大，且分布不均匀，特别是有用组分变化较大的情况下，计算结果误差较大。
3 方法对比
这两种方法原理不同，得出的估算结果也不同，下面以实验数据为例，对兩种方法的结果进行对比分析。
①剖面法大于块段法估算结果的原因分析
块段法中的平均垂直厚度是指垂直于矿体倾向的各工程上矿体（投影图中见矿点）的真厚度的平均值，它与矿体倾角密切相关。实验表明，对于单工程上圈定的矿体而言，当矿体倾向与工程的方向垂直时，其真厚度最接近工程上圈定的矿体范围，而矿体倾向与工程方向之间的夹角越小，其真厚度变为工程上圈定的矿体范围在厚度方向上的分量。与此同时，剖面法中的矿体边界由各工程圈定结果的边界连接而成，矿体各处的厚度一定大于块段法中对应块段的厚度。
另外，在块段法中，倾角大于45°时，应选取垂直投影，反之应选取水平投影。实验矿体倾角由浅至深是变化的，由60°过渡至30°，无论选择哪种投影都会有误差。
以上两个原因导致块段法估算结果相对较小。
②方案B大于方案A的估算结果原因分析
本次实验矿体在地表浅部倾角较大，越向深部倾角越小，大致由60°过渡至30°。坑道工程方向为0°，钻孔工程方向接近90°。
在块段法方案A中，将矿体整体作为一个块段，其平均垂直厚度、品位等参数由所有见矿点平均而来，估算结果必然出现误差。
在块段法方案B中，将矿体分为6个块段，各块段的基本参数仅由距离较近的少数矿体平均而来，误差相对较小，更接近正确结果。
③方法比较
剖面法中的矿体形态是看得见的，也是可以根据需要进行调整的。按照实验中的矿体面积连接方式，储量估算结果会偏大一些，如果有根据的确定矿体面积的边界，结果会更准确。因此，在剖面法中，对圈定结果的编辑、矿体面积的连接非常重要，矿体体积直接受矿体面积连接影响。
块段法是将矿体划分为不同厚度的块段投影到水平或垂直方向上，块段的划分、各块段的面积和厚度都会影响估算结果，而且对于倾角变化较大的矿体，选取哪种投影方式都会存在误差。
4 结论
综上所述，基于MapGIS的剖面法储量估算较为直观，可看到三维立体效果。在可视的情况下根据圈定结果连接成为矿体面积，进一步连接成为矿体，可以较好的交互式控制矿体的空间形态，能保持矿体断面的真实形状和地质构造特点，反映矿体在三维地质空间沿走向及倾向的变化规律。而块段法将矿体划分为若干块段后，每个块段的体积是由水平或垂向投影面积和平均厚度来计算的，而其中的平均厚度与矿体倾角的准确度密切相关，因此该方法的误差相对较大，对于厚度、品位变化不大的层状或脉状矿体应用效果较好。
根据以上分析可以看出，剖面法可以避免对矿体倾角具体数值的量算，而且，比起块段法在投影面上划分块段的方式，剖面法在三维视图上查看立体矿体模型的方式显得更加清晰直观。由此，总结出基于MapGIS的剖面法储量估算具有如下优点：
①可视化操作。直观、清晰的呈现矿体在三维地质空间的产状；
②把握矿体形态。根据各种专业分析结果，通过交互式操作来设置矿体形状；
③适用范围广。适用于任意布设的工程分布及任意形状的矿体；
④高效精确。可以高效精确的计算出任意不规则形状的矿体体积；
⑤新技术。将三维立体建模技术引入到地矿领域。
对于剖面较为复杂或数据较少的矿区，使用剖面法无法确定矿体面积连接情况，使用块段法又无法确定矿体产状，用哪种方法都避免不了误差。因此，无论采用哪种方法，都需要足够的工程数据，才能更好的把握矿体的空间形态。
本文所用实验数据为武汉中地数码科技有限公司提供。0勘探线与1勘探线为平行剖面，0勘探线上布设有工程ZK001、PD001、PD002、TC001；1勘探线上布设有工程ZK101、ZK102、PD101、TCD101。（ZK：钻孔，PD：坑道，TC：探槽）
参考文献：
[1] 张宝一，尚建嘎等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用[J].地质与勘探.2007，43（2）.
[2] 杨云保，唐永虎，徐惠长.固体矿产勘查技术[M].北京：地质出版社.2007.
基于MapGIS的固体矿产源量估算与三维建模系统提供了三种储量估算方法，分别为剖面法、块段法和地质统计学法。本文介绍了较为常用的剖面法和块段法，并将二者的实验
结果进行对比分析，总结出这两种储量估算方法的各自特点作为实际应用的指导。
关键词
MapGIS 剖面法 块段法 储量估算
中图分类号：V221+.5
0 引言
三维数字矿山系统，也叫固体矿产资源量估算与三维建模系统，是由中国地质调查局主持、中国地质调查局发展研究中心与中国地质大学（武汉）教育部地理信息系统软件及应用工程中心共同研发。
该系统基于数字化地质矿产调查与数字矿山的解决方案，利用MapGIS、MapGIS-TDE平台，实现从矿产资源野外调查到地质成图、矿体圈定、矿床地质建模、品位估计和储量估算全过程的数字化和可视化。
该系统的三维模型建立方式为钻孔多元耦合自动三维建模。只需将勘探线、钻孔、槽探、坑探等数据填进数据模板并导入系统，即可实现自动化矿体圈定及辅助成图。系统提供三种储量估算方法，分别为剖面法、地质块段法和地质统计学法，本文主要介绍前两种方法。
1 剖面法储量估算
剖面法（也叫断面法）储量估算利用勘探剖面把矿体分块，每块矿体两侧各有一个勘探剖面控制。以剖面图为基础，估算相邻两剖面间的矿块储量/资源量，直至整个矿床的储量/资源量。
本系统提供的剖面法储量估算是一种全程可视的方法，在剖面图中手动将圈定结果连接成矿体面积，再由不同勘探线上的面积连接成矿体。针对实验矿区数据，首先在0、1两条剖面上根据圈定结果连接矿体面积（图一、图二），然后将各剖面上的矿体面积连接成矿体（图三），最后对该矿体进行平行法储量估算。
只要勘查工程是大致沿直线或水平面有系统的布置，能编出一系列剖面图（断面图）时，均可采用剖面法，因而剖面法几乎适用于任何类型矿床。剖面图即可用来作为资源/储量估算图，不必编制更多的计算图件，同时可根据分类要求任意划分矿块，具有相当的灵活性。该方法所用的剖面图能保持矿体断面的真实形状和地质构造特点，反映矿体在三维地质空间沿走向及倾向的变化规律，从而具有足够的准确性。其不足是当工程未形成一定的剖面系统时或矿体太薄、地质构造变化太复杂时，编制可靠的地质图较困难，剖面上工程中的品位依次外延到剖面面积和矿块体积上去，因而有外延误差。
2 地质块段法储量估算
地质块段法是指在矿体投影图上把矿体划分为需要计算储量的各种地质块段，求得各块段储量计算基本参数（面积、厚度、品位和体重等），进而计算各块段的体积和储量，所有的块段储量累加求和即整个矿体的总储量。
在本系统中，将见矿工程投影至水平或垂直方向，然后将矿体划分为不同厚度的块段，其面积、厚度等基本参数由系统自动估算。将实验矿区的带有相同矿体号的见矿工程投影到水平面上，只有工程编号的工程不见矿，有工程编号且有矿体厚度和品位值的见矿（图四）。
在投影图上添加投影点、划分块段（图五）、计算块段储量，得到每个块段的储量（图五）。
块段法用在勘查工程较密且分布均匀的情况下，各块段估算矿产资源/储量平均参数的原始数据越多估算结果越精确，因此每个块段必须有足够数量的勘查工程。这种方法适用于任何产状、形态的矿体，矿体的大小及勘查工程布置对其几乎没有影响。此方法更适合于矿体或厚度和品位变化很小，且其间无相关关系的情形。该方法的不足是当勘查工程密度不大，且分布不均匀，特别是有用组分变化较大的情况下，计算结果误差较大。
3 方法对比
这两种方法原理不同，得出的估算结果也不同，下面以实验数据为例，对兩种方法的结果进行对比分析。
①剖面法大于块段法估算结果的原因分析
块段法中的平均垂直厚度是指垂直于矿体倾向的各工程上矿体（投影图中见矿点）的真厚度的平均值，它与矿体倾角密切相关。实验表明，对于单工程上圈定的矿体而言，当矿体倾向与工程的方向垂直时，其真厚度最接近工程上圈定的矿体范围，而矿体倾向与工程方向之间的夹角越小，其真厚度变为工程上圈定的矿体范围在厚度方向上的分量。与此同时，剖面法中的矿体边界由各工程圈定结果的边界连接而成，矿体各处的厚度一定大于块段法中对应块段的厚度。
另外，在块段法中，倾角大于45°时，应选取垂直投影，反之应选取水平投影。实验矿体倾角由浅至深是变化的，由60°过渡至30°，无论选择哪种投影都会有误差。
以上两个原因导致块段法估算结果相对较小。
②方案B大于方案A的估算结果原因分析
本次实验矿体在地表浅部倾角较大，越向深部倾角越小，大致由60°过渡至30°。坑道工程方向为0°，钻孔工程方向接近90°。
在块段法方案A中，将矿体整体作为一个块段，其平均垂直厚度、品位等参数由所有见矿点平均而来，估算结果必然出现误差。
在块段法方案B中，将矿体分为6个块段，各块段的基本参数仅由距离较近的少数矿体平均而来，误差相对较小，更接近正确结果。
③方法比较
剖面法中的矿体形态是看得见的，也是可以根据需要进行调整的。按照实验中的矿体面积连接方式，储量估算结果会偏大一些，如果有根据的确定矿体面积的边界，结果会更准确。因此，在剖面法中，对圈定结果的编辑、矿体面积的连接非常重要，矿体体积直接受矿体面积连接影响。
块段法是将矿体划分为不同厚度的块段投影到水平或垂直方向上，块段的划分、各块段的面积和厚度都会影响估算结果，而且对于倾角变化较大的矿体，选取哪种投影方式都会存在误差。
4 结论
综上所述，基于MapGIS的剖面法储量估算较为直观，可看到三维立体效果。在可视的情况下根据圈定结果连接成为矿体面积，进一步连接成为矿体，可以较好的交互式控制矿体的空间形态，能保持矿体断面的真实形状和地质构造特点，反映矿体在三维地质空间沿走向及倾向的变化规律。而块段法将矿体划分为若干块段后，每个块段的体积是由水平或垂向投影面积和平均厚度来计算的，而其中的平均厚度与矿体倾角的准确度密切相关，因此该方法的误差相对较大，对于厚度、品位变化不大的层状或脉状矿体应用效果较好。
根据以上分析可以看出，剖面法可以避免对矿体倾角具体数值的量算，而且，比起块段法在投影面上划分块段的方式，剖面法在三维视图上查看立体矿体模型的方式显得更加清晰直观。由此，总结出基于MapGIS的剖面法储量估算具有如下优点：
①可视化操作。直观、清晰的呈现矿体在三维地质空间的产状；
②把握矿体形态。根据各种专业分析结果，通过交互式操作来设置矿体形状；
③适用范围广。适用于任意布设的工程分布及任意形状的矿体；
④高效精确。可以高效精确的计算出任意不规则形状的矿体体积；
⑤新技术。将三维立体建模技术引入到地矿领域。
对于剖面较为复杂或数据较少的矿区，使用剖面法无法确定矿体面积连接情况，使用块段法又无法确定矿体产状，用哪种方法都避免不了误差。因此，无论采用哪种方法，都需要足够的工程数据，才能更好的把握矿体的空间形态。
本文所用实验数据为武汉中地数码科技有限公司提供。0勘探线与1勘探线为平行剖面，0勘探线上布设有工程ZK001、PD001、PD002、TC001；1勘探线上布设有工程ZK101、ZK102、PD101、TCD101。（ZK：钻孔，PD：坑道，TC：探槽）
参考文献：
[1] 张宝一，尚建嘎等.三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用[J].地质与勘探.2007，43（2）.
[2] 杨云保，唐永虎，徐惠长.固体矿产勘查技术[M].北京：地质出版社.2007.