楊克明，李保倩，韓光輝

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基于Surpac的三維地質(zhì)建模及可視化應(yīng)用

楊克明，李保倩，韓光輝

(中國(guó)黃金集團(tuán)嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng)市 471433)

三維地質(zhì)建模及其可視化是數(shù)字礦山建設(shè)的基礎(chǔ)。借助Surpac三維礦業(yè)工程軟件，簡(jiǎn)述了三維地質(zhì)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(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建了地表模型、礦山實(shí)體模型和品位塊體模型，并采用距離冪次反比法對(duì)礦體品位進(jìn)行了估值計(jì)算，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)管理。

Surpac；金礦；三維地質(zhì)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(zhì)信息已漸漸不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。三維地質(zhì)建模作為數(shù)字礦山建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠?qū)?fù)雜的地質(zhì)信息準(zhǔn)確直觀地進(jìn)行可視化表達(dá)，對(duì)地質(zhì)資源儲(chǔ)量進(jìn)行系統(tǒng)化管理，為地質(zhì)工作者提高了工作效率，同時(shí)為礦山的地質(zhì)找礦、合理開(kāi)采及動(dòng)態(tài)管理提供了科學(xué)依據(jù)，成為礦山地質(zhì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

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(lái)創(chuàng)建礦山三維地質(zhì)模型，其主要流程包括原始數(shù)據(jù)收集與處理、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、剖面解譯、實(shí)體模型和塊體模型的創(chuàng)建、品位估值和資源儲(chǔ)量估算。

1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

本次研究的金礦屬構(gòu)造蝕變巖型金礦，礦區(qū)出露地層比較簡(jiǎn)單，主要為長(zhǎng)城系熊耳群火山巖。區(qū)內(nèi)熊耳群地層呈單斜產(chǎn)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(gòu)成了區(qū)內(nèi)的基本構(gòu)造格架。區(qū)內(nèi)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(duì)發(fā)育，且規(guī)模較大。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)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(guān)系密切。

本次建模共收集鉆探工程數(shù)據(jù)47個(gè)，勘探線剖面圖16張，樣品1980個(gè)。根據(jù)surpac地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)斜數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)及巖性數(shù)據(jù)4個(gè)文件。

在Surpac中創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建collar表、survey表、sample表及巖性表4個(gè)數(shù)據(jù)表，將整理后的4個(gè)csv數(shù)據(jù)文件分別導(dǎo)入相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，即完成地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建，數(shù)據(jù)庫(kù)中的表結(jié)構(gòu)如圖1所示。

Surpac軟件具有強(qiáng)大的三維可視化功能，數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建完成后，通過(guò)對(duì)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(shè)置其顯示風(fēng)格，根據(jù)顯示風(fēng)格可以將鉆孔的相應(yīng)信息進(jìn)行三維可視化顯示，效果如圖2所示，同時(shí)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、編輯、更新和統(tǒng)計(jì)分析等操作。

圖1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表結(jié)構(gòu)

圖2 Surpac中鉆孔數(shù)據(jù)顯示效果

2 實(shí)體模型

2.1 地表模型

創(chuàng)建地表模型可以直觀地表達(dá)地表與礦體等地質(zhì)體的三維空間位置及其相互關(guān)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(lái)，將提取后的等高線文件導(dǎo)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(shí)體模型

礦體實(shí)體模型就是利用輪廓線重構(gòu)面技術(shù)，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(lái)。礦體實(shí)體模型由一系列相鄰三角面形成的內(nèi)外不透氣的實(shí)體組成，可用于后續(xù)體積計(jì)算、任意方位切割剖面、與地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)體模型：

(1) 將csv格式的勘探線文件導(dǎo)入surpac中，保存為勘探線線文件，進(jìn)行端點(diǎn)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(diǎn)按照順時(shí)針?lè)较蛉B，形成一系列閉合線，即為礦體解譯線。外推點(diǎn)確定原則為：有限外推采用工程間距的二分之一，無(wú)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(shí)體模型；

(5) 進(jìn)行實(shí)體有效性驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)即為所創(chuàng)建的實(shí)體模型，其三維顯示效果如圖3所示。

圖3 實(shí)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(lái)說(shuō)是將實(shí)體模型分割成許多帶有屬性的小單元塊，默認(rèn)每個(gè)單元塊代表的礦體塊是均質(zhì)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(jì)算精度，不宜過(guò)大或過(guò)小，單元塊尺寸的確定需從礦床開(kāi)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(shí)際情況，設(shè)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(jiàn)圖4。

3.2 品位模型

品位模型是在塊體模型的基礎(chǔ)上，利用已有的樣品品位值，采用一定的數(shù)學(xué)方法對(duì)各單元塊的品位屬性進(jìn)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(duì)品位進(jìn)行插值。

圖4 塊體模型三維效果

4 資源動(dòng)態(tài)管理

在所創(chuàng)建的品位塊體模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置邊界品位及其他限制參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品位區(qū)間、不同標(biāo)高及各儲(chǔ)量級(jí)別的資源儲(chǔ)量報(bào)告，在需要約束塊體時(shí)，還可以建立任意約束條件下的儲(chǔ)量報(bào)告，獲得所需求的相關(guān)資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理的目的。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 本次研究借助Surpac軟件創(chuàng)建了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成了地表模型、三維實(shí)體模型及品位塊體模型的創(chuàng)建，并實(shí)現(xiàn)了模型的三維可視化顯示，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)金礦資源儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)管理。

(2) 本文依據(jù)某金礦的實(shí)際地質(zhì)資料進(jìn)行建模，實(shí)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(jìn)了數(shù)字化礦山的發(fā)展進(jìn)程，對(duì)礦山今后的深部找礦工作及生產(chǎn)規(guī)劃工作提供了指導(dǎo)性依據(jù)。

(3) 隨著地質(zhì)勘探工作的不斷推進(jìn)，需對(duì)模型不斷進(jìn)行更新和完善，使模型更加符合礦山實(shí)際和開(kāi)采需求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)工作的實(shí)時(shí)動(dòng)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(zhì)勘察工作，Email:1207755398@qq.com。