楊克明，李保倩，韓光輝

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基于Surpac的三維地質建模及可視化應用

楊克明，李保倩，韓光輝

(中國黃金集團嵩縣前河礦業(yè)有限責任公司，河南 洛陽市 471433)

三維地質建模及其可視化是數(shù)字礦山建設的基礎。借助Surpac三維礦業(yè)工程軟件，簡述了三維地質建模的主要流程，并以某金礦為例，依據(jù)其原始數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了地質數(shù)據(jù)庫，構建了地表模型、礦山實體模型和品位塊體模型，并采用距離冪次反比法對礦體品位進行了估值計算，在此基礎上實現(xiàn)了對資源儲量的動態(tài)管理。

Surpac；金礦；三維地質建模

由于礦山企業(yè)數(shù)字化、信息化的發(fā)展，以平面圖和剖面圖為主的傳統(tǒng)二維地質信息已漸漸不能滿足生產發(fā)展的需求。三維地質建模作為數(shù)字礦山建設的關鍵技術之一，能夠將復雜的地質信息準確直觀地進行可視化表達，對地質資源儲量進行系統(tǒng)化管理，為地質工作者提高了工作效率，同時為礦山的地質找礦、合理開采及動態(tài)管理提供了科學依據(jù)，成為礦山地質的必然發(fā)展趨勢。

本文以某金礦的原始數(shù)據(jù)為例，借助三維數(shù)字軟件Surpac來創(chuàng)建礦山三維地質模型，其主要流程包括原始數(shù)據(jù)收集與處理、地質數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、剖面解譯、實體模型和塊體模型的創(chuàng)建、品位估值和資源儲量估算。

1 地質數(shù)據(jù)庫

本次研究的金礦屬構造蝕變巖型金礦，礦區(qū)出露地層比較簡單，主要為長城系熊耳群火山巖。區(qū)內熊耳群地層呈單斜產出，北東向展布，向北西緩傾，傾角20°~30°。不同規(guī)模、不同方向的斷裂較為發(fā)育，相互交切，構成了區(qū)內的基本構造格架。區(qū)內斷裂按其展布方向分為近東西向、近南北向、北東向3組。以近東西向斷裂相對發(fā)育，且規(guī)模較大。區(qū)內巖漿活動強烈，其中以燕山期的巖漿侵入為主，黃鐵絹英巖化、黃鐵礦化、硅化、多金屬礦化與金成礦關系密切。

本次建模共收集鉆探工程數(shù)據(jù)47個，勘探線剖面圖16張，樣品1980個。根據(jù)surpac地質數(shù)據(jù)庫格式要求，將數(shù)據(jù)整理為Surpac可以接受的csv格式文件，包括鉆孔數(shù)據(jù)、測斜數(shù)據(jù)、化驗數(shù)據(jù)及巖性數(shù)據(jù)4個文件。

在Surpac中創(chuàng)建地質數(shù)據(jù)庫，然后在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建collar表、survey表、sample表及巖性表4個數(shù)據(jù)表，將整理后的4個csv數(shù)據(jù)文件分別導入相對應的數(shù)據(jù)表中，即完成地質數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，數(shù)據(jù)庫中的表結構如圖1所示。

Surpac軟件具有強大的三維可視化功能，數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建完成后，通過對sample表中不同區(qū)間的品位值以及巖性表中不同的巖性分別賦予不同的顏色，設置其顯示風格，根據(jù)顯示風格可以將鉆孔的相應信息進行三維可視化顯示，效果如圖2所示，同時還可以對數(shù)據(jù)進行查詢、編輯、更新和統(tǒng)計分析等操作。

圖1 地質數(shù)據(jù)庫中的表結構

圖2 Surpac中鉆孔數(shù)據(jù)顯示效果

2 實體模型

2.1 地表模型

創(chuàng)建地表模型可以直觀地表達地表與礦體等地質體的三維空間位置及其相互關系，其可以由地形圖中的等高線直接生成。將CAD圖件中的等高線圖層及其高程值提取出來，將提取后的等高線文件導入Surpac中，保存為Surpac線文件，利用Surpac中的DTM工具生成DTM地表模型。

2.2 礦體解譯及實體模型

礦體實體模型就是利用輪廓線重構面技術，在相鄰勘探線之間用三角網(wǎng)連接三維礦體表面，并將礦體兩端封閉起來。礦體實體模型由一系列相鄰三角面形成的內外不透氣的實體組成，可用于后續(xù)體積計算、任意方位切割剖面、與地質數(shù)據(jù)庫相交形成礦體相交線及塊體估值約束等。本文采用勘探線剖面法解譯的方式創(chuàng)建實體模型：

(1) 將csv格式的勘探線文件導入surpac中，保存為勘探線線文件，進行端點屬性顯示；

(2) 按各勘探線切地形剖面，保存地形線線文件；

(3) 在各剖面上，根據(jù)礦體形態(tài)特征及邊界品位，將品位值大于1 g/t的樣品分界點按照順時針方向圈連，形成一系列閉合線，即為礦體解譯線。外推點確定原則為：有限外推采用工程間距的二分之一，無限外推采用工程間距的四分之一；

(4) 利用礦體解譯線，創(chuàng)建三角網(wǎng)，并選擇合適的方式建立實體模型；

(5) 進行實體有效性驗證，驗證通過即為所創(chuàng)建的實體模型，其三維顯示效果如圖3所示。

圖3 實體模型三維效果

3 品位塊體模型

3.1 塊體模型

塊體模型直觀上來說是將實體模型分割成許多帶有屬性的小單元塊，默認每個單元塊代表的礦體塊是均質同性的。建立塊體模型首先要確定模型范圍及單元塊尺寸的大小。單元塊尺寸決定了模型的計算精度，不宜過大或過小，單元塊尺寸的確定需從礦床開采方式、勘探網(wǎng)度及礦體特征等方面綜合考慮。本文根據(jù)金礦的實際情況，設置單元塊尺寸為10 m×10 m×5 m，最小塊尺寸為5 m×5 m×2.5 m，模型效果見圖4。

3.2 品位模型

品位模型是在塊體模型的基礎上，利用已有的樣品品位值，采用一定的數(shù)學方法對各單元塊的品位屬性進行插值，形成帶有品位屬性值的塊體模型。本文采用距離冪次反比法對品位進行插值。

圖4 塊體模型三維效果

4 資源動態(tài)管理

在所創(chuàng)建的品位塊體模型的基礎上，通過設置邊界品位及其他限制參數(shù)，可以實現(xiàn)對不同品位區(qū)間、不同標高及各儲量級別的資源儲量報告，在需要約束塊體時，還可以建立任意約束條件下的儲量報告，獲得所需求的相關資源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對資源儲量動態(tài)管理的目的。

5 結 語

(1) 本次研究借助Surpac軟件創(chuàng)建了地質數(shù)據(jù)庫，完成了地表模型、三維實體模型及品位塊體模型的創(chuàng)建，并實現(xiàn)了模型的三維可視化顯示，在此基礎上實現(xiàn)了對金礦資源儲量的動態(tài)管理。

(2) 本文依據(jù)某金礦的實際地質資料進行建模，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的二維找礦向三維空間發(fā)展的突破，促進了數(shù)字化礦山的發(fā)展進程，對礦山今后的深部找礦工作及生產規(guī)劃工作提供了指導性依據(jù)。

(3) 隨著地質勘探工作的不斷推進，需對模型不斷進行更新和完善，使模型更加符合礦山實際和開采需求，以實現(xiàn)對礦山地質工作的實時動態(tài)管理。

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(2018?07?17)

楊克明(1990—)，男，河南周口人，助理工程師，主要從事地質勘察工作，Email:1207755398@qq.com。