Surpac软件在三维地质建模中的应用

娄渝明，韩鹏，邓煜霖，王旭辉



Surpac软件在三维地质建模中的应用

娄渝明，韩鹏，邓煜霖，王旭辉

（成都理工大学地球科学学院，成都 610059）

当今矿业领域开始不断向着数字化、可视化的方向发展，“数字矿山”已成为矿山采矿行业未来发展的主要趋势。该文在基于某地区金矿的勘查数据，介绍了Surpac三维数学建模软件的主要功能，模块和在地学领域中的应用，并综合论证该软件未来的发展优势和前景。

可视化；数字矿山；Surpac；数学建模

随着信息化时代的不断进步，计算机图形学技术、数据库技术的飞速发展，地质行业以平面图和剖面图为主的传统地质信息将逐渐被三维地质建模及可视化技术所代替，向着矿山数字化的方向不断发展[1-3]。可视化技术的应用，能够将那些复杂抽象的地学信息，包括矿体的形态、围岩、地层、构造以及矿体与地层的空间分布简洁直观的展现出来，从而使地质工作者可以直接地观察地质现象间相互关系，有利于进行科学的分析与预测。矿山三维模型的建立相当于将整个矿山装入了一个统一数据库，里面包含了从地质勘查，地表模型，矿体模型，采矿设计，测量，生产规划，开采进度计划到最后的尾矿和复垦设计等大量的数据[4]，可实时监控整个矿山的开采过程。这样利于矿山的合理开采，减少了资源浪费，提高了生产人员的工作效率。

1 概述

Surpac是澳大利亚Surpac Software International（SSI）国际软件公司开发的矿山工程软件，可应用于地质勘探、采矿领域和测量领域。其主要功能包括：地质数据库、钻孔编录、实体模型建立、块体模型建立、图形的编制和地质统计学分析等[5]。Surpac能够将二维图形转为三维模型，把矿山地质勘探数据和测量数据导入数据库，通过已有的勘探线剖面图将其转换成三维坐标，并形成相应的三维矿体模型。Surpac可分为3个主要模块：建立数据库、实体模型的构建和块体模型的赋值。建立数据库是模型构建与储量计算的基础；实体模型的构建是完成三维可视化的关键模块；块体模型的赋值是对建立的模型予以量化，用以储量计算及完善计划编制等（如图1）。Surpac还具备强大的二次开发功能，核心程序采用C/C++语言编写，用户交互界面采用JAVA和TCL语言编写，用户可以根据具体的项目需求进行功能开发，以满足特殊要求。用户还可以利用其它软件建立复杂的三维模型，导入Surpac中实现对模型的查看和编辑，在很大程度上弥补了在建立三维复杂模型等方面的不足，最大的满足了用户的需求。

图1 三维地质建模流程图

2 数据库的建立

三维地质建模的基础和前提是地质数据库的建立，数据库中数据的完备性与可靠性将会影响后面实体模型的建立和块体模型的赋值，并会直接影响一个矿山的经营和决策。

2.1 数据的预处理

如探矿的数据一般以钻探，坑探，槽探三种形式获得，在进行数据导入时应进行如下处理：①删除没有品位信息的钻孔；②删除矿体范围之外的钻孔；③将钻孔名字符设置成大写；④向下钻孔的倾角设置为负值；⑤修正钻孔中由于人为因素造成的错误；⑥剔除不需要的元素品位数据[6]。

表1 地质模型数据库数据表结构

数据预处理之后，要根据Surpac中数据表格式将需要的数据导入，Surpac中提供了四张基本表：collar（钻孔表），survey（测斜表），geology（岩性表），sample（样品表）。他们通过钻孔号联系在一起（表1），有时也根据实际的项目需要添加其他的信息表。

2.2 创建地质数据库

数据库由若干表组成，每个表中包含若干字段，这些表和字段要与实际的数据相匹配，创建一个数据库结构，先要设置包含哪些表及哪些字段。在完成数据库基本数据信息的录入后就已经完成了一个基本地质数据库的创建，就可以通过数据库实现编辑、查看、更新、统计分析及钻孔三维可视化显示等操作。钻孔风格的设置和显示为矿体的圈定提供依据。以某金矿的28个钻孔为例，我们根据不同的岩性给钻孔设置不同的颜色，通过样品表获取金品位的最大最小范围，根据不同的品位区间设置不同的颜色，选取边界品位，区分矿与非矿，突出颜色对比，为后面矿体的圈定提供标识。设置钻孔风格是为了看起来习惯和方便后面的地质解译，孔迹线根据金品位着色，孔口标注孔号，地质图案标岩性，标注里面标岩性和品位（图2）。

图2 显示钻孔风格

Surpac提供了强大的数据库管理功能，用户在对数据录入的过程中如果有缺失或错误，系统能够自行检查并发送错误报告。此外，Surpac还能够通过接口或ODBC（开放式数据库护接）与诸多数据库进行连接，比如人们常用的Oracle，SQLserver，access等数据库软件，使数据的共享更加便捷。

图3 矿体解译线

图4 矿体实体模型

3 实体模型

建立数据库后，接下来就是三维建模最重要的一个步骤，实体模型的建立。这一步我们可以实现对矿体的可视化操作。Surpac建立实体模型的方法一般有三种[7]：勘探线法、矿体边界线法、钻孔数据法，往往根据实际情况需要结合多种方法。我们就利用该金矿钻孔数据和勘探线对矿体实体模型的建立步骤做以详细介绍[8-9]。

1）矿体或岩体按有益元素含量着色，在三维空间将钻孔显示出来。

2）导入地质文件，定义一个剖面，在该剖面上进行地质解译。如剖面上将大于1g/t的点用直线相连，有矿无矿工程间有限外推工程间距的一半，无限外推工程基本间距的四分之一。依次按照钻孔上的矿体边界分别对各剖面进行地质解译，生成一系列闭合线（图3）。

3）对每一个剖面进行地质解译后综合所有解译线，形成矿体轮廓的线文件。利用这个线文件，创立三角网，但之前要检查和处理线文件。实际建模中，可根据不同的情况选择不同的方式建立矿体的实体模型（图4）。

实体模型不仅仅有矿体模型，还包括地貌、断层、巷道等模型。一个好的矿体模型既显示了矿体的三维形态，还能进行表面积和体积运算，在任意方向生成剖面，进行体与体之间和体与面之间的运算、与地质数据库的数据交互生成块体模型等，为后面的品位估值和资源储量估算奠定了基础[10]。

4 块体模型与储量估算

4.1 选择块段尺寸

矿体的实体模型能够很好的展现其空间形态，反映其坐标位置。矿体的品位分布，矿体资源储量可通过模型予以量化赋值，也就是建立块体模型。块体模型是进行品位和矿岩量计算，编制采掘计划，露天境界优化等的基础。

三维块体模型就是将矿体划分为许多单元块，然后对每一小块的平均品位进行估算（见图5）。单元块尺寸的选取会影响实际工程效率，单元块越小，工作效率越低，单元块尺寸越大，则损失的贫化就越大[11]。因此确定单元块的大小要考虑采矿效率、矿石损失贫化率、采矿方式和矿体的形状等诸多因素。

4.2 模型的赋值与储量计算

确定了恰当的单元块大小后，可建立块体模型。

1）为要建立的块体模型定义属性。以金矿为例，给单元块定义了比重、品位和估值次数三个属性。对不同的矿体类型，可定义不同的属性。

2）建立约束，显示矿体内部和所要进行报告的块。

3）块体模型的赋值。Surpac提供了多种属性赋值方法，常用的主要有距离幂次反比法、普通克里格法、简单克里格、最近距离法[12]等。

对金矿块体模型赋值时，需从数据库中提取样品组合得到的一个数据源线文件，通过已知金品位对矿体内部的块进行赋值，最后还可根据赋值结果对不同金品位的块进行着色（图5）。建立块体模型的目的是得到矿体内部每一个块的比重，品位等信息，通过软件中的查看任意块属性功能可进行查看。

图5 块体模型

块体模型建立后Surpac可以进行资源储量估算并生成储量报告，相比传统资源储量计算方法更加简单准确。

5 结论

目前国内在打造数字矿山，三维建模技术在地质领域中的应用方面还处于发展阶段，在当今的数字信息化时代背景下，这种发展必定成为一种趋势。文中介绍了suapac这款非常成熟的地质三维建模软件，论述了对矿体实现三维模型建立的一般过程，实现了从传统的二维找矿向三维空间发展的突破，能够使矿体及整个矿区形象的呈现出来，帮助地质工作者全视角认识矿区的形态、构造、地层、产状及地质体之间的相互关系等，为将来矿山的合理规划和生产提供依据，还可为将来的深部找矿工作提供一定的指导意义。

[1] 吴立新，朱旺喜，张瑞新．数字矿山与我国矿山未来发展[J]．科技导报，2004(07):29-31．

[2] 吴立新，古德生．数字矿山技术-第1版[M]．长沙: 中南大学出版社，2009

[3] 高翔．Surpac软件建模与可视化技术在矿山勘探中的应用研究[J]．科技论坛2015(75)．

[4] 罗周全，鹿浩，刘晓明，等．矿山三维实体建模[J]．南华大学学报:自然科学版，2007，21(4)．

[5] Surpac用户手册(第五版)[M]．SURPAC Software International国际软件公司发行，2003．

[6] 罗周全，刘晓明，苏家红，等．基于 surpac的矿床三维模型构建[J]．采矿技术，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，李刚．Surpac软件在矿山中的应用[J]．中国矿业，2011(4)．

[9] 杨小坤，秦德先，冯美丽，等．基于Surpac的矿山三维地学模型及综合信息成矿预测研究[J]．地质与资源，2008(1)．

[10] 王银秀，李业伟．Surpac软件在三维地质建模中的应用[J]．地质学刊，2014(3):445-450．

[11] 王建卫． 基于surpac的矿床三维模型构建及储量计算[J]．铜业工程，2014(4):60-63．

[12] 潘冬，李向东．基于Surpac的矿山三维地质模型开发[J]．采矿技术，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

四川省大学生创新创业训练计划项目（编号：201510616090）

娄渝明（1993- ），男，甘肃张掖人，硕士研究生，主要从事矿床三维建模研究