Surpac 在金属矿山三维建模中的应用研究

任志远 靳 洋 熊章华 熊开治

(1.重庆市地勘局208地质队，重庆 400700;2.重庆一三六地质队，重庆 401147;3.重庆市江津区国土局，重庆 402200)

1 矿床地质概况

本次研究的锌铜矿体属似层状矽卡岩型锌铜矿床，共有7个主要矿体，平均控制长685 m，宽831 m～1 747 m，平均厚度5.56 m。矿床中最主要的有用金属元素为Zn，占探获资源总量的49%，平均品位为4.23%，其次为 Cu，Ag，平均品位分别为0.17%，320×10－6，伴生矿产有硫、砷、铟、镉、镓等，含量达到综合利用的要求。

2 三维地质数据库的创建

2.1 原始资料的处理

本次收集了矿山勘探工程数据，按照Surpac软件格式要求对钻孔数据进行处理:1)删掉无品位信息的钻孔;2)删掉矿体外的钻孔资料;3)将所有钻孔名的第一个字符设置为大写;4)将向下钻孔的倾角设置为负值;5)修正因人为因素造成的错误数据;6)保留本次研究的锌(Zn)、铜(Cu)、银(Ag)三种元素的品位数据值，其他的删除;7)因缺少围岩岩性资料，最后将数据表分成3个表，分别为钻孔表(Collar)、测斜表(Survey)和品位分析表(Sample)。通过处理后，得到44个钻孔数据资料，739组测斜数据和2 473个样品化验数据，并保存为.csv或.txt格式。

2.2 钻孔数据库的创建

通过Surpac导入Zn，Cu，Ag三种元素数据源，创建地质数据库.ddb，建立了钻孔表(Collar)、测斜表(Survey)和品位分析表(Sample)，各表储存的信息如图1所示。

图1 钻孔数据库

2.3 数据库后期处理

钻孔数据库是矿床三维数字建模的基础，后续实体模型、品位模型的创建及统计分析、储量计算等都离不开该数据库。另外，该数据库还具有数据编辑、审核、更新、查询、统计分析以及三维可视化显示等操作。

3 矿体数学模型的构建及研究

3.1 样品的统计分析

本次采用普通克立格法进行样品的统计分析，根据勘探线产生组合点，取样长为1 m，组合样品点后，利用Surpac软件的基础统计窗口对样品品位的离散值进行平均值、方差值等统计，生成Zn，Cu，Ag三种元素的品位统计分析直方图，并根据统计报告得到该矿区Zn，Cu，Ag三种元素的统计分析结果(见表1)。

表1 样品统计分析结果

3.2 变异函数统计分析及验证

1)特高品位的处理方法。由表1得Zn，Cu，Ag变化系数均大于150%，属不均匀矿床，应对特高品位处理，一般特高品位的最低界限值是其平均品位的15倍，故本次Zn品位高于23.43(156.2% ×15)的品位为特高品位，以 23.43代替;Cu品位高于26.13(174.2% ×15)的样品品位视为特高品位，以26.13代替;Ag品位高于44.67(297.8% ×15)的样品品位视为特高品位，以44.67代替。由钻孔数据可知，Cu品位最大值为3.8，没有特高品位，而 Zn品位最大值为24.366，Ag品位最大值为1 044.74，均属于特高品位，应对Zn，Ag进行特高品位处理。通过Surpac软件编辑菜单设置运算字段后，得到处理后的Zn，Ag品位统计分析直方图并生产统计分析结果(见表2)。

表2 特高品位处理后的统计分析结果

对比表1和表2可知，由于Zn品位中大于特高品位的样品很少，经过处理后统计直方图变化不大，而Ag的变化比较大，虽然统计后的均值、方差、标准离差、偏度等变化较大，但表2较为合理。

2)变异函数的计算和统计分析。变异函数计算是品位估值计算的基础，一般沿矿体走向、倾向和垂向进行实验变异函数计算，通过变异函数建模窗口设置参数并输入矿体走向、倾向和垂向基础数据，运行后得到Zn，Cu，Ag的变异函数散点，经拟合后可得理论变异函数曲线，这些参数将为克立格赋值提供依据。

3)变异函数验证。变异函数验证选择方差验证法，判断条件如下:a.计算的残差均值要基本接近于0;b.实际方差与理论方差间的误差要求小于15%;c.计算的两标准的残差参数要基本接近95%;d.绘出的两类直方图要基本服从正态分布。进行验证后的结果均服从这4个条件时，说明拟合的数据是比较正确的。

运行“地质统计—方差验证”，输入理论变异参数值，执行后获得残差直方图及验证统计分析报告(见表3)，由统计结果可知Zn，Ag方差验证基本符合条件，说明Zn，Ag变异函数曲线拟合是正确的，而Cu的方差验证有一定的误差，这与Cu品位的分布特性有关，可多次拟合其变异曲线，直到基本符合要求。

表3 克立格残差验证结果统计表

4 矿体实体模型的建立与研究

矿体实体模型是Surpac三维模型的基础，它的构建一般有三种方法:1)勘探线法;2)矿体的边界线法;3)钻孔数据法，一般综合采用以上几种方法，本次综合采用了方法1)，3)，即通过钻孔数据建立钻孔三维模型，按相邻勘探线间矿体的展布趋势，大致确定矿体的范围并连三角网，然后封闭后形成矿体实体，步骤如下:

1)利用建好的三维地质数据库，在2D网格显示图上，执行“数据库—剖面—定义剖面”操作，定义面前、面后及步距，大致沿着勘探线画一条剖面线，完成定义剖面;2)在剖面方向上，根据矿体品位的数值(用不同颜色表示)及矿体的趋势用线段连接大致圈定矿体，并保存为.str文件;3)执行“实体模型—创建三角网”连接段，最后封闭形成矿体实体模型(见图2)。矿体三维实体模型建立后利用Surpac软件可以进行以下操作:1)矿体三维可视化显示;2)生成矿体表面积和体积报告;3)任意方向切制剖面;4)在模型上叠加地质数据库数据后，可创建块模型、品位模型;5)将钻孔、坑道等的数据叠加后，可分析矿山工程布置情况。

图2 矿体三维实体显示

5 矿体品位块体模型的创建与研究

为了表达矿体的品位分布情况，需建立品位块体模型，模型的范围覆盖了矿山所有钻孔控制的区域，结合矿山现有采矿方法、勘探网度及变异函数的分布特征等因素进行定义，确定参数后通过添加模型属性值，选择已建立的实体模型为定义约束对象，执行后调入块体模型并显示，同时加载定义的约束文件，即可显示该矿体块体模型(见图3)。

图3 矿体块体模型

矿床品位模型建立后，利用Surpac软件块体模型部分的距离幂次反比法进行块体估值计算，包括Zn，Cu，Ag的品位、金属量以及块体积和矿石量，还可用不同颜色、图案表示各金属元素品位的分布情况，也能生成任意方向的品位分布剖面图，揭示矿体内部品位的分布变化情况。

6 矿体储量的计算

根据创建的品位块体模型，计算各金属储量，并生成各元素的品位—吨位曲线分别如图4～图6所示。

图4 Zn品位—吨位图

图5 Cu品位—吨位图

图6 Ag品位—吨位图

由图4～图6可知，矿体平均品位随矿体边界品位的增大而增大，而金属量随矿体边界品位的增大而下降。由于矿床相关工业指标的任何变化(如边界品位)都会导致矿体形态、平均品位、矿体储量、矿山生产能力及服务年限等的变化，最终可导致矿山生产经济效益等的变化，所以对矿床建模后可以选择不同的方案来圈定矿体，并根据生产成本、生产规模、市场价格及投资费用等，综合考虑资源的开发利用，最终选出适合矿山具体实情的矿体圈定方案，以便矿山企业能够获得更多的利润。

7 结语

本次通过三维建模软件Surpac创建了某矿山地质数据库，建立了矿体三维实体模型、矿体品位块体模型等，并采用普通克立格法对品位进行估值，根据估值结果计算矿体储量。本次应用研究表明，利用Surpac软件所建模型可靠，计算结果准确，是矿山企业进行矿床建模较好的开发工具，适合于在地质、测量、采矿等相关行业用于辅助矿山进行资源评估、采矿设计以及计划编制等工作，能够动态管理矿山的实时生产情况，具有广泛的应用前景。

［1］Surpac Software International国际软件公司.Surpac Vision软件用户使用手册(第5版)［Z］.2003.

［2］张仁铎.空间变异理论及应用［M］.北京:北京科技出版社，1993.

［3］陈建宏，古德生.矿业经济学［M］.长沙:中南大学出版社，2007.