，

(紫金礦業(yè)集團(tuán)東南地勘分公司，福建 上杭 364200)

0 引 言

在礦山企業(yè)，數(shù)字礦山建設(shè)是資源儲(chǔ)量精細(xì)化管理的基礎(chǔ)，而地質(zhì)建模則是開(kāi)始編制生產(chǎn)計(jì)劃、管理生產(chǎn)過(guò)程中資源儲(chǔ)量等礦山生產(chǎn)活動(dòng)的前提。模型建立的優(yōu)劣，對(duì)礦山的生產(chǎn)計(jì)劃起到至關(guān)重要的作用，并最終影響礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，地質(zhì)建模在礦山企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)中處于舉足輕重的地位。

礦床三維地質(zhì)可視化模型的建立，可以減輕工作任務(wù)，提高工作效率，從而方便進(jìn)行專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的探討、交流與傳播，使得以前比較復(fù)雜、抽象的專(zhuān)業(yè)性問(wèn)題變得簡(jiǎn)潔、直觀和易于被廣泛地接受。對(duì)礦山高效率、低成本、高安全系數(shù)開(kāi)采都提供了幫助。對(duì)礦區(qū)主要有用金屬資源儲(chǔ)量的計(jì)算分析、對(duì)合理開(kāi)采、減少資源浪費(fèi)等都將起到重要的作用(王中民等，2010)。

1 Surpac Vision軟件

Surpac Vision是由澳大利亞Surpac Software International(SSI)國(guó)際軟件公司開(kāi)發(fā)的礦業(yè)軟件，在全球礦業(yè)公司特別是許多金屬、貴金屬礦山有著非常廣泛的應(yīng)用。該軟件擁有一整套三維立體建模工具，能使礦山勘探、礦床模型、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、露天和地下礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃和開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃、尾礦和復(fù)墾設(shè)計(jì)等工作完全圖形化(李志民等，2009)，是地質(zhì)、測(cè)量、采礦和生產(chǎn)管理共享的信息平臺(tái)。

利用Surpac Vision進(jìn)行地質(zhì)建模的主要過(guò)程有：數(shù)據(jù)庫(kù)的建立—地質(zhì)解譯—實(shí)體模型的建立—塊體模型的建立—估值與驗(yàn)證—資源儲(chǔ)量成圖(圖1)。

圖1 地質(zhì)建模流程圖

2 原始數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)

地質(zhì)數(shù)據(jù)是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)和前提，也是實(shí)際項(xiàng)目中礦山資源評(píng)估和采礦設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是礦山生產(chǎn)管理的重點(diǎn)。針對(duì)具體項(xiàng)目而言，地質(zhì)數(shù)據(jù)的完善性和可靠性，直接影響到地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性，從而影響到一個(gè)礦山的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和決策(王斌等，2011)。

地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)包括兩部分：強(qiáng)制表和選項(xiàng)表。強(qiáng)制表包括鉆孔的孔口表和測(cè)斜表；選項(xiàng)表可根據(jù)需要添加，如化驗(yàn)表、巖性表等。強(qiáng)制表包含了建立數(shù)據(jù)庫(kù)必要的地質(zhì)信息，因此在建立數(shù)據(jù)庫(kù)前首先要準(zhǔn)備好這些數(shù)據(jù)資料，并對(duì)其進(jìn)行檢查。

在導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)，Surpac可根據(jù)設(shè)置的格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，對(duì)用戶(hù)在數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中的遺漏和錯(cuò)誤，能夠自動(dòng)進(jìn)行檢查和提醒。若導(dǎo)入的數(shù)據(jù)不符合條件，它將拒絕導(dǎo)入并形成報(bào)告，指出出錯(cuò)的位置及原因，可根據(jù)其提示對(duì)未導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、糾錯(cuò)。此外，還具有對(duì)樣品的重疊進(jìn)行檢錯(cuò)匯報(bào)的功能，對(duì)于這一問(wèn)題，要另作處理：若重疊的樣品數(shù)較少，可直接在數(shù)據(jù)庫(kù)中更改；若較多，要先將其刪除，再重新導(dǎo)入正確的數(shù)據(jù)。這些都大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，可以查詢(xún)存儲(chǔ)在Surpac Vision數(shù)據(jù)庫(kù)中的孔口坐標(biāo)、高程、化驗(yàn)數(shù)據(jù)等信息，隨著工程的推進(jìn)而適時(shí)增加和更新數(shù)據(jù),方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、編輯和存儲(chǔ)(圖2、圖3)。

圖2 礦體的工程分布平面圖

圖3 礦體的工程分布三維圖

3 實(shí)體的連接

3.1 礦體實(shí)體模型的建立

實(shí)體模型可用來(lái)描述三維空間的物體，建立礦體模型不僅能準(zhǔn)確掌握礦體的幾何空間形態(tài)，還可用于可視化、體積計(jì)算、在任意方向上產(chǎn)生剖面及與地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)相交提取相交樣，且為品位模型估值奠定基礎(chǔ)(向中林等，2009)。

地質(zhì)解譯線是建立實(shí)體模型的基礎(chǔ)，解譯線的準(zhǔn)確性是構(gòu)建實(shí)體模型的關(guān)鍵。地質(zhì)解譯線可由2種方式形成：(1) 根據(jù)已有的各勘探線的CAD剖面圖經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換，再經(jīng)三維坐標(biāo)空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等形成礦體邊界線文件；(2) 在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)勘探線切剖面，在三維空間里圈定各個(gè)剖面礦體邊界線及其他地質(zhì)解譯線。無(wú)論哪種方法都要遵循圈定礦體的基本原則，同時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況，如有時(shí)為了保持礦體的連續(xù)性，圈礦時(shí)可適當(dāng)放寬夾石厚度。各剖面的礦體解譯完成后，將各勘探線的解譯線合并成1個(gè)線文件，并置于三維空間，即形成各剖面礦體的解譯線(圖4、圖5)。

通過(guò)礦體實(shí)體模型，可以形象直觀地了解礦山礦體的產(chǎn)狀、幾何形態(tài)和空間分布, 研究礦體與圍巖、地層、構(gòu)造的關(guān)系和礦體形成的規(guī)律，進(jìn)而對(duì)鄰近區(qū)域作出比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，為資源儲(chǔ)量估算約束了礦體的范圍。同時(shí)，還可以生成表面積和體積報(bào)告、任意方向切剖面及將鉆孔、坑道等數(shù)據(jù)疊加進(jìn)實(shí)體模型，可用于分析整個(gè)礦山的工程布置情況(孫家駒等，2011)。

圖4 單剖面礦體解譯線

圖5 各剖面礦體解譯線

3.2 巖性實(shí)體模型的建立

巖性實(shí)體模型的建立和礦體實(shí)體的建立有些不同，它是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)分類(lèi)提取獲得線文件，即提取數(shù)據(jù)庫(kù)里的巖性分層頂、底板的位置，形成散點(diǎn)線文件，之后利用Surpac工具形成dtm(圖6)。

圖6 花崗閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖巖性模型

不同的巖性含礦性不同，如某礦山外圍，銅鉬礦一般賦存于花崗閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖中，而石英正長(zhǎng)斑巖則不含礦，似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖巖體的底盤(pán)即是礦體尖滅的位置。通過(guò)建立巖性三維模型，可以清晰地知道巖性的分布情況，進(jìn)一步幫助預(yù)測(cè)礦體的賦存范圍及標(biāo)高，作為預(yù)測(cè)礦體的一個(gè)依據(jù)，指導(dǎo)工程的布置、孔深的設(shè)計(jì)及深部盲礦體的勘探工作，減少探礦工程布設(shè)的盲目性。

4 特異值的分析與處理

樣品基本分析結(jié)果中一般存在特異(高)值，特異值是在一個(gè)域中高于其他大多數(shù)值的值，不能代表某個(gè)地質(zhì)域內(nèi)品位變化情況和分布情況，如果不對(duì)其進(jìn)行處理，可能會(huì)影響變異函數(shù)，一旦直接用于估值會(huì)使結(jié)果與實(shí)際相差很大，從而降低估算的可靠度(Gemcom國(guó)際軟件公司，2008)。故需對(duì)組合樣文件進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)，處理特異(高)值。根據(jù)基本統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告、直方圖及概率累計(jì)曲線圖分析確定特異值的下限，一般選取數(shù)量少、跳躍性大的樣品，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以確定，如我國(guó)以礦床平均品位的6～8倍為特高值，而西方國(guó)家則一般以97.5%百分?jǐn)?shù)值為特異值。然后將圖層進(jìn)行運(yùn)算，依據(jù)截取法，用特異值的下限值代替特異值加以處理。

圖7、圖8為某礦山銅礦品位累計(jì)頻率圖，可以了解其銅礦的品位分布情況，結(jié)合在統(tǒng)計(jì)間距為0.03的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告發(fā)現(xiàn)，在6.15處開(kāi)始出現(xiàn)樣品品位間距大于0.03、不連續(xù)、有跳躍的現(xiàn)象；并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，最終選取6.15為特異值下限。通過(guò)特異值處理后，得到處理后的累計(jì)頻率圖及統(tǒng)計(jì)報(bào)告，可以直觀地看出其品位連續(xù)性好，同時(shí)可以報(bào)告處理的樣品數(shù)占總數(shù)的百分比等信息。圖8為特異值處理后銅礦品位累計(jì)頻率圖。

5 塊體的建立及估值

塊體的建立一般根據(jù)實(shí)體模型的范圍，并結(jié)合礦山實(shí)際情況，主要考慮采礦方法、最小采礦單元、礦區(qū)的勘探網(wǎng)度以及變異函數(shù)的特征等因素，對(duì)品位變化較大的礦床，為了能夠比較精確地控制及圈定礦體邊界，選擇相對(duì)小的單元塊尺寸更有利于零星小礦體的圈定和資源評(píng)價(jià)(厲金龍，2011)。此次綜合考慮了礦山礦權(quán)范圍、設(shè)計(jì)的露采境界、露采現(xiàn)狀、為后期生產(chǎn)計(jì)劃服務(wù)及向邊部和深部探礦的需要等因素，確定其塊體的大小為12 m×12 m×12 m，最小單元塊尺寸為6 m×6 m×6 m。此外還考慮礦體的開(kāi)采臺(tái)階高度，使其塊的水平邊與露采境界模型對(duì)應(yīng)臺(tái)階的高程一致。每個(gè)單元塊里都有相應(yīng)的屬性表示地質(zhì)體或礦體內(nèi)部某一位置的內(nèi)部性質(zhì)，所有長(zhǎng)方體單元塊的屬性變化規(guī)律就是地質(zhì)體或礦體的內(nèi)部變化規(guī)律(圖9、圖10)。

圖7 銅礦品位累計(jì)頻率圖

圖8 銅礦品位累計(jì)頻率圖

塊體建立后，需要建立各個(gè)地質(zhì)屬性，用于存儲(chǔ)相關(guān)地質(zhì)信息(包括巖石類(lèi)型、品位分布、密度等)，它可以是數(shù)字，字符代表順序、間隔、比率等。重點(diǎn)是估值次數(shù)屬性的建立，因?yàn)橘Y源級(jí)別與估值次數(shù)有關(guān)。塊體品位估值通過(guò)3～4次的估值流程來(lái)完成，塊體資源級(jí)別由插值次數(shù)決定，每次估值過(guò)程通過(guò)調(diào)整最大搜索半徑、參與估值的鉆孔數(shù)、樣品數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)估值結(jié)果地質(zhì)可靠程度的控制。估值次數(shù)與該礦山現(xiàn)有工程對(duì)礦體控制程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

圖9 塊體與其他模型的空間關(guān)系

圖10 塊體與境界線的空間關(guān)系

品位估值比較常用的方法有距離冪次反比法及普通克里格法。本研究采用了普通克里格法，因?yàn)樵摬逯捣ú粌H考慮了樣品的形狀、大小及樣品與即將估算的塊段之間的空間位置分布等幾何特征，以及變量的空間結(jié)構(gòu)特征，而且還對(duì)每一個(gè)樣品分別賦予一定的權(quán)系數(shù)，用加權(quán)平均法對(duì)估塊段的未知量進(jìn)行估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)線性、無(wú)偏和最小估計(jì)方差估計(jì)的一種方法(厲金龍，2011)。

表1 估值次數(shù)與控制程度對(duì)比

6 礦床資源量報(bào)告

塊體模型估值完成后，可根據(jù)需要快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出任意邊界品位、任意約束條件的礦床資源量。在約束塊體報(bào)量的時(shí)候，可先建立約束文件，這樣可以加快軟件報(bào)量時(shí)的運(yùn)行速度。建議報(bào)量的時(shí)候使用宏，當(dāng)報(bào)表數(shù)量大時(shí)，宏可令其快速批量地報(bào)出資源量表。

市場(chǎng)上礦產(chǎn)品資源價(jià)格和生產(chǎn)成本會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)等因素變化，目前確定的某種礦產(chǎn)資源的邊界品位在今后也可能發(fā)生改變，因此，可以通過(guò)不同邊界品位的報(bào)告，便于管理者隨時(shí)掌握不同邊界品位下的礦體儲(chǔ)量，指導(dǎo)和調(diào)控礦山生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)的最優(yōu)化。表2為某銅礦石不同邊界品位的儲(chǔ)量報(bào)告。

表2 某礦銅礦石不同資源量邊界品位儲(chǔ)量報(bào)告

將儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果與礦山實(shí)際儲(chǔ)量進(jìn)行對(duì)比分析可知(表3、表4)，Surpac軟件所計(jì)算的資源量與實(shí)際礦量基本吻合，相對(duì)誤差僅1.04%，表明在允許范圍內(nèi)，利用Surpac軟件計(jì)算的礦體體積和儲(chǔ)量報(bào)告計(jì)算正確可靠，可用于輔助地質(zhì)及采礦工程師進(jìn)行資源評(píng)估、采礦設(shè)計(jì)及計(jì)劃編制等工作。

表3 各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

表4 不同方法所得各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

7 結(jié) 論

本次研究從實(shí)際礦山應(yīng)用角度出發(fā)，通過(guò)Surpac軟件實(shí)現(xiàn)了信息的可視化分析與研究。通過(guò)三維礦體模型、巖性模型等的建立，直觀地反映了礦體、巖性等地質(zhì)信息實(shí)際的賦存狀態(tài)，并可結(jié)合其礦體地質(zhì)特征預(yù)測(cè)巖性的分層位置及含礦性能，為深部找礦提供重要的科學(xué)依據(jù)。

使用Surpac軟件對(duì)品位模型估值結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，并與傳統(tǒng)方法所計(jì)算的結(jié)果基本吻合，說(shuō)明Surpac Vision軟件的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可用于礦山儲(chǔ)量計(jì)算，這對(duì)礦山實(shí)際應(yīng)用有著重要的作用。

Surpac軟件不僅可以計(jì)算出任意范圍內(nèi)的儲(chǔ)量及級(jí)別，而且可為礦山動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量管理和資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)，并促進(jìn)礦床的資源管理，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等工作的高效開(kāi)展，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，推動(dòng)礦山企業(yè)的數(shù)字化建設(shè)和信息化管理。

Gemcom國(guó)際軟件公司.2008.Surpac Vision軟件用戶(hù)使用手冊(cè)[M]. 北京：Gemcom國(guó)際軟件公司.

李志民，高艷磊，于正興．2009.Surpac Vision軟件在某露天礦的運(yùn)用研究[J]．采礦技術(shù)，9(1)：113-114，123.

厲金龍．2011.基于Surpac的三維地質(zhì)建模及可視化研究[D]．重慶：重慶大學(xué)．

孫家駒，殷躍，孫江，等．2011.Surpac在數(shù)字礦山的應(yīng)用研究[J]．煤，20(10)：5-7．

王中民，羅周全.2010.基于Surpac的鎢礦床三維建模及儲(chǔ)量可視化計(jì)算[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué).

王斌，劉保順，王濤，等．2011.基于Surpac的礦山三維可視化地質(zhì)模型的研究和應(yīng)用[J]．中國(guó)礦業(yè)，20(2)：106-109.

向中林，白萬(wàn)備，王妍，等．2009.基于Surpac的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過(guò)程研究[J]．河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，28(3)：307-320．