Surpac軟件在三維地質建模中的應用

婁渝明，韓鵬，鄧煜霖，王旭輝

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Surpac軟件在三維地質建模中的應用

婁渝明，韓鵬，鄧煜霖，王旭輝

（成都理工大學地球科學學院，成都 610059）

當今礦業領域開始不斷向著數字化、可視化的方向發展，“數字礦山”已成為礦山采礦行業未來發展的主要趨勢。該文在基于某地區金礦的勘查數據，介紹了Surpac三維數學建模軟件的主要功能，模塊和在地學領域中的應用，并綜合論證該軟件未來的發展優勢和前景。

可視化；數字礦山；Surpac；數學建模

隨著信息化時代的不斷進步，計算機圖形學技術、數據庫技術的飛速發展，地質行業以平面圖和剖面圖為主的傳統地質信息將逐漸被三維地質建模及可視化技術所代替，向著礦山數字化的方向不斷發展[1-3]。可視化技術的應用，能夠將那些復雜抽象的地學信息，包括礦體的形態、圍巖、地層、構造以及礦體與地層的空間分布簡潔直觀的展現出來，從而使地質工作者可以直接地觀察地質現象間相互關系，有利于進行科學的分析與預測。礦山三維模型的建立相當于將整個礦山裝入了一個統一數據庫，里面包含了從地質勘查，地表模型，礦體模型，采礦設計，測量，生產規劃，開采進度計劃到最后的尾礦和復墾設計等大量的數據[4]，可實時監控整個礦山的開采過程。這樣利于礦山的合理開采，減少了資源浪費，提高了生產人員的工作效率。

1 概述

Surpac是澳大利亞Surpac Software International（SSI）國際軟件公司開發的礦山工程軟件，可應用于地質勘探、采礦領域和測量領域。其主要功能包括：地質數據庫、鉆孔編錄、實體模型建立、塊體模型建立、圖形的編制和地質統計學分析等[5]。Surpac能夠將二維圖形轉為三維模型，把礦山地質勘探數據和測量數據導入數據庫，通過已有的勘探線剖面圖將其轉換成三維坐標，并形成相應的三維礦體模型。Surpac可分為3個主要模塊：建立數據庫、實體模型的構建和塊體模型的賦值。建立數據庫是模型構建與儲量計算的基礎；實體模型的構建是完成三維可視化的關鍵模塊；塊體模型的賦值是對建立的模型予以量化，用以儲量計算及完善計劃編制等（如圖1）。Surpac還具備強大的二次開發功能，核心程序采用C/C++語言編寫，用戶交互界面采用JAVA和TCL語言編寫，用戶可以根據具體的項目需求進行功能開發，以滿足特殊要求。用戶還可以利用其它軟件建立復雜的三維模型，導入Surpac中實現對模型的查看和編輯，在很大程度上彌補了在建立三維復雜模型等方面的不足，最大的滿足了用戶的需求。

圖1 三維地質建模流程圖

2 數據庫的建立

三維地質建模的基礎和前提是地質數據庫的建立，數據庫中數據的完備性與可靠性將會影響后面實體模型的建立和塊體模型的賦值，并會直接影響一個礦山的經營和決策。

2.1 數據的預處理

如探礦的數據一般以鉆探，坑探，槽探三種形式獲得，在進行數據導入時應進行如下處理：①刪除沒有品位信息的鉆孔；②刪除礦體范圍之外的鉆孔；③將鉆孔名字符設置成大寫；④向下鉆孔的傾角設置為負值；⑤修正鉆孔中由于人為因素造成的錯誤；⑥剔除不需要的元素品位數據[6]。

表1 地質模型數據庫數據表結構

數據預處理之后，要根據Surpac中數據表格式將需要的數據導入，Surpac中提供了四張基本表：collar（鉆孔表），survey（測斜表），geology（巖性表），sample（樣品表）。他們通過鉆孔號聯系在一起（表1），有時也根據實際的項目需要添加其他的信息表。

2.2 創建地質數據庫

數據庫由若干表組成，每個表中包含若干字段，這些表和字段要與實際的數據相匹配，創建一個數據庫結構，先要設置包含哪些表及哪些字段。在完成數據庫基本數據信息的錄入后就已經完成了一個基本地質數據庫的創建，就可以通過數據庫實現編輯、查看、更新、統計分析及鉆孔三維可視化顯示等操作。鉆孔風格的設置和顯示為礦體的圈定提供依據。以某金礦的28個鉆孔為例，我們根據不同的巖性給鉆孔設置不同的顏色，通過樣品表獲取金品位的最大最小范圍，根據不同的品位區間設置不同的顏色，選取邊界品位，區分礦與非礦，突出顏色對比，為后面礦體的圈定提供標識。設置鉆孔風格是為了看起來習慣和方便后面的地質解譯，孔跡線根據金品位著色，孔口標注孔號，地質圖案標巖性，標注里面標巖性和品位（圖2）。

圖2 顯示鉆孔風格

Surpac提供了強大的數據庫管理功能，用戶在對數據錄入的過程中如果有缺失或錯誤，系統能夠自行檢查并發送錯誤報告。此外，Surpac還能夠通過接口或ODBC（開放式數據庫護接）與諸多數據庫進行連接，比如人們常用的Oracle，SQLserver，access等數據庫軟件，使數據的共享更加便捷。

圖3 礦體解譯線

圖4 礦體實體模型

3 實體模型

建立數據庫后，接下來就是三維建模最重要的一個步驟，實體模型的建立。這一步我們可以實現對礦體的可視化操作。Surpac建立實體模型的方法一般有三種[7]：勘探線法、礦體邊界線法、鉆孔數據法，往往根據實際情況需要結合多種方法。我們就利用該金礦鉆孔數據和勘探線對礦體實體模型的建立步驟做以詳細介紹[8-9]。

1）礦體或巖體按有益元素含量著色，在三維空間將鉆孔顯示出來。

2）導入地質文件，定義一個剖面，在該剖面上進行地質解譯。如剖面上將大于1g/t的點用直線相連，有礦無礦工程間有限外推工程間距的一半，無限外推工程基本間距的四分之一。依次按照鉆孔上的礦體邊界分別對各剖面進行地質解譯，生成一系列閉合線（圖3）。

3）對每一個剖面進行地質解譯后綜合所有解譯線，形成礦體輪廓的線文件。利用這個線文件，創立三角網，但之前要檢查和處理線文件。實際建模中，可根據不同的情況選擇不同的方式建立礦體的實體模型（圖4）。

實體模型不僅僅有礦體模型，還包括地貌、斷層、巷道等模型。一個好的礦體模型既顯示了礦體的三維形態，還能進行表面積和體積運算，在任意方向生成剖面，進行體與體之間和體與面之間的運算、與地質數據庫的數據交互生成塊體模型等，為后面的品位估值和資源儲量估算奠定了基礎[10]。

4 塊體模型與儲量估算

4.1 選擇塊段尺寸

礦體的實體模型能夠很好的展現其空間形態，反映其坐標位置。礦體的品位分布，礦體資源儲量可通過模型予以量化賦值，也就是建立塊體模型。塊體模型是進行品位和礦巖量計算，編制采掘計劃，露天境界優化等的基礎。

三維塊體模型就是將礦體劃分為許多單元塊，然后對每一小塊的平均品位進行估算（見圖5）。單元塊尺寸的選取會影響實際工程效率，單元塊越小，工作效率越低，單元塊尺寸越大，則損失的貧化就越大[11]。因此確定單元塊的大小要考慮采礦效率、礦石損失貧化率、采礦方式和礦體的形狀等諸多因素。

4.2 模型的賦值與儲量計算

確定了恰當的單元塊大小后，可建立塊體模型。

1）為要建立的塊體模型定義屬性。以金礦為例，給單元塊定義了比重、品位和估值次數三個屬性。對不同的礦體類型，可定義不同的屬性。

2）建立約束，顯示礦體內部和所要進行報告的塊。

3）塊體模型的賦值。Surpac提供了多種屬性賦值方法，常用的主要有距離冪次反比法、普通克里格法、簡單克里格、最近距離法[12]等。

對金礦塊體模型賦值時，需從數據庫中提取樣品組合得到的一個數據源線文件，通過已知金品位對礦體內部的塊進行賦值，最后還可根據賦值結果對不同金品位的塊進行著色（圖5）。建立塊體模型的目的是得到礦體內部每一個塊的比重，品位等信息，通過軟件中的查看任意塊屬性功能可進行查看。

圖5 塊體模型

塊體模型建立后Surpac可以進行資源儲量估算并生成儲量報告，相比傳統資源儲量計算方法更加簡單準確。

5 結論

目前國內在打造數字礦山，三維建模技術在地質領域中的應用方面還處于發展階段，在當今的數字信息化時代背景下，這種發展必定成為一種趨勢。文中介紹了suapac這款非常成熟的地質三維建模軟件，論述了對礦體實現三維模型建立的一般過程，實現了從傳統的二維找礦向三維空間發展的突破，能夠使礦體及整個礦區形象的呈現出來，幫助地質工作者全視角認識礦區的形態、構造、地層、產狀及地質體之間的相互關系等，為將來礦山的合理規劃和生產提供依據，還可為將來的深部找礦工作提供一定的指導意義。

[1] 吳立新，朱旺喜，張瑞新．數字礦山與我國礦山未來發展[J]．科技導報，2004(07):29-31．

[2] 吳立新，古德生．數字礦山技術-第1版[M]．長沙: 中南大學出版社，2009

[3] 高翔．Surpac軟件建模與可視化技術在礦山勘探中的應用研究[J]．科技論壇2015(75)．

[4] 羅周全，鹿浩，劉曉明，等．礦山三維實體建模[J]．南華大學學報:自然科學版，2007，21(4)．

[5] Surpac用戶手冊(第五版)[M]．SURPAC Software International國際軟件公司發行，2003．

[6] 羅周全，劉曉明，蘇家紅，等．基于 surpac的礦床三維模型構建[J]．采礦技術，2006( 4)：33-36．

[7] Lemon A M，Jones N L．Building solid models from boreholes and user-defined cross-sections[J]．Computers & Geosciences，2003，29(5):547-555．

[8] 王文才，李剛．Surpac軟件在礦山中的應用[J]．中國礦業，2011(4)．

[9] 楊小坤，秦德先，馮美麗，等．基于Surpac的礦山三維地學模型及綜合信息成礦預測研究[J]．地質與資源，2008(1)．

[10] 王銀秀，李業偉．Surpac軟件在三維地質建模中的應用[J]．地質學刊，2014(3):445-450．

[11] 王建衛． 基于surpac的礦床三維模型構建及儲量計算[J]．銅業工程，2014(4):60-63．

[12] 潘冬，李向東．基于Surpac的礦山三維地質模型開發[J]．采礦技術，2006，6(3): 499- 501．

The Application of SURPAC to the 3D Geological Modeling

LOU Yu-ming HAN Peng DENG Yu-lin WANG Xu-hui

(Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

Digitalization and visualization are developed in mining industry. Digital mine has become the main developmental trend of mining industry. This paper deals with the main functions, modules and application of SURPAC based on a gold ore-body in a region and demonstrates its advantages and prospects in the future.

digital mine; SURPAC; 3D geological modeling

P628+.3

A

1006-0995（2017）02-0339-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.039

2016-08-12

四川省大學生創新創業訓練計劃項目（編號：201510616090）

婁渝明（1993- ），男，甘肅張掖人，碩士研究生，主要從事礦床三維建模研究