Surpac 在金屬礦山三維建模中的應(yīng)用研究

任志遠(yuǎn) 靳 洋 熊章華 熊開治

(1.重慶市地勘局208地質(zhì)隊，重慶 400700;2.重慶一三六地質(zhì)隊，重慶 401147;3.重慶市江津區(qū)國土局，重慶 402200)

1 礦床地質(zhì)概況

本次研究的鋅銅礦體屬似層狀矽卡巖型鋅銅礦床，共有7個主要礦體，平均控制長685 m，寬831 m～1 747 m，平均厚度5.56 m。礦床中最主要的有用金屬元素為Zn，占探獲資源總量的49%，平均品位為4.23%，其次為 Cu，Ag，平均品位分別為0.17%，320×10－6，伴生礦產(chǎn)有硫、砷、銦、鎘、鎵等，含量達(dá)到綜合利用的要求。

2 三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

2.1 原始資料的處理

本次收集了礦山勘探工程數(shù)據(jù)，按照Surpac軟件格式要求對鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:1)刪掉無品位信息的鉆孔;2)刪掉礦體外的鉆孔資料;3)將所有鉆孔名的第一個字符設(shè)置為大寫;4)將向下鉆孔的傾角設(shè)置為負(fù)值;5)修正因人為因素造成的錯誤數(shù)據(jù);6)保留本次研究的鋅(Zn)、銅(Cu)、銀(Ag)三種元素的品位數(shù)據(jù)值，其他的刪除;7)因缺少圍巖巖性資料，最后將數(shù)據(jù)表分成3個表，分別為鉆孔表(Collar)、測斜表(Survey)和品位分析表(Sample)。通過處理后，得到44個鉆孔數(shù)據(jù)資料，739組測斜數(shù)據(jù)和2 473個樣品化驗數(shù)據(jù)，并保存為.csv或.txt格式。

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

通過Surpac導(dǎo)入Zn，Cu，Ag三種元素數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫.ddb，建立了鉆孔表(Collar)、測斜表(Survey)和品位分析表(Sample)，各表儲存的信息如圖1所示。

圖1 鉆孔數(shù)據(jù)庫

2.3 數(shù)據(jù)庫后期處理

鉆孔數(shù)據(jù)庫是礦床三維數(shù)字建模的基礎(chǔ)，后續(xù)實體模型、品位模型的創(chuàng)建及統(tǒng)計分析、儲量計算等都離不開該數(shù)據(jù)庫。另外，該數(shù)據(jù)庫還具有數(shù)據(jù)編輯、審核、更新、查詢、統(tǒng)計分析以及三維可視化顯示等操作。

3 礦體數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建及研究

3.1 樣品的統(tǒng)計分析

本次采用普通克立格法進(jìn)行樣品的統(tǒng)計分析，根據(jù)勘探線產(chǎn)生組合點，取樣長為1 m，組合樣品點后，利用Surpac軟件的基礎(chǔ)統(tǒng)計窗口對樣品品位的離散值進(jìn)行平均值、方差值等統(tǒng)計，生成Zn，Cu，Ag三種元素的品位統(tǒng)計分析直方圖，并根據(jù)統(tǒng)計報告得到該礦區(qū)Zn，Cu，Ag三種元素的統(tǒng)計分析結(jié)果(見表1)。

表1 樣品統(tǒng)計分析結(jié)果

3.2 變異函數(shù)統(tǒng)計分析及驗證

1)特高品位的處理方法。由表1得Zn，Cu，Ag變化系數(shù)均大于150%，屬不均勻礦床，應(yīng)對特高品位處理，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)的品位為特高品位，以 23.43代替;Cu品位高于26.13(174.2% ×15)的樣品品位視為特高品位，以26.13代替;Ag品位高于44.67(297.8% ×15)的樣品品位視為特高品位，以44.67代替。由鉆孔數(shù)據(jù)可知，Cu品位最大值為3.8，沒有特高品位，而 Zn品位最大值為24.366，Ag品位最大值為1 044.74，均屬于特高品位，應(yīng)對Zn，Ag進(jìn)行特高品位處理。通過Surpac軟件編輯菜單設(shè)置運算字段后，得到處理后的Zn，Ag品位統(tǒng)計分析直方圖并生產(chǎn)統(tǒng)計分析結(jié)果(見表2)。

表2 特高品位處理后的統(tǒng)計分析結(jié)果

對比表1和表2可知，由于Zn品位中大于特高品位的樣品很少，經(jīng)過處理后統(tǒng)計直方圖變化不大，而Ag的變化比較大，雖然統(tǒng)計后的均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)離差、偏度等變化較大，但表2較為合理。

2)變異函數(shù)的計算和統(tǒng)計分析。變異函數(shù)計算是品位估值計算的基礎(chǔ)，一般沿礦體走向、傾向和垂向進(jìn)行實驗變異函數(shù)計算，通過變異函數(shù)建模窗口設(shè)置參數(shù)并輸入礦體走向、傾向和垂向基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運行后得到Zn，Cu，Ag的變異函數(shù)散點，經(jīng)擬合后可得理論變異函數(shù)曲線，這些參數(shù)將為克立格賦值提供依據(jù)。

3)變異函數(shù)驗證。變異函數(shù)驗證選擇方差驗證法，判斷條件如下:a.計算的殘差均值要基本接近于0;b.實際方差與理論方差間的誤差要求小于15%;c.計算的兩標(biāo)準(zhǔn)的殘差參數(shù)要基本接近95%;d.繪出的兩類直方圖要基本服從正態(tài)分布。進(jìn)行驗證后的結(jié)果均服從這4個條件時，說明擬合的數(shù)據(jù)是比較正確的。

運行“地質(zhì)統(tǒng)計—方差驗證”，輸入理論變異參數(shù)值，執(zhí)行后獲得殘差直方圖及驗證統(tǒng)計分析報告(見表3)，由統(tǒng)計結(jié)果可知Zn，Ag方差驗證基本符合條件，說明Zn，Ag變異函數(shù)曲線擬合是正確的，而Cu的方差驗證有一定的誤差，這與Cu品位的分布特性有關(guān)，可多次擬合其變異曲線，直到基本符合要求。

表3 克立格殘差驗證結(jié)果統(tǒng)計表

4 礦體實體模型的建立與研究

礦體實體模型是Surpac三維模型的基礎(chǔ)，它的構(gòu)建一般有三種方法:1)勘探線法;2)礦體的邊界線法;3)鉆孔數(shù)據(jù)法，一般綜合采用以上幾種方法，本次綜合采用了方法1)，3)，即通過鉆孔數(shù)據(jù)建立鉆孔三維模型，按相鄰勘探線間礦體的展布趨勢，大致確定礦體的范圍并連三角網(wǎng)，然后封閉后形成礦體實體，步驟如下:

1)利用建好的三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，在2D網(wǎng)格顯示圖上，執(zhí)行“數(shù)據(jù)庫—剖面—定義剖面”操作，定義面前、面后及步距，大致沿著勘探線畫一條剖面線，完成定義剖面;2)在剖面方向上，根據(jù)礦體品位的數(shù)值(用不同顏色表示)及礦體的趨勢用線段連接大致圈定礦體，并保存為.str文件;3)執(zhí)行“實體模型—創(chuàng)建三角網(wǎng)”連接段，最后封閉形成礦體實體模型(見圖2)。礦體三維實體模型建立后利用Surpac軟件可以進(jìn)行以下操作:1)礦體三維可視化顯示;2)生成礦體表面積和體積報告;3)任意方向切制剖面;4)在模型上疊加地質(zhì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)后，可創(chuàng)建塊模型、品位模型;5)將鉆孔、坑道等的數(shù)據(jù)疊加后，可分析礦山工程布置情況。

圖2 礦體三維實體顯示

5 礦體品位塊體模型的創(chuàng)建與研究

為了表達(dá)礦體的品位分布情況，需建立品位塊體模型，模型的范圍覆蓋了礦山所有鉆孔控制的區(qū)域，結(jié)合礦山現(xiàn)有采礦方法、勘探網(wǎng)度及變異函數(shù)的分布特征等因素進(jìn)行定義，確定參數(shù)后通過添加模型屬性值，選擇已建立的實體模型為定義約束對象，執(zhí)行后調(diào)入塊體模型并顯示，同時加載定義的約束文件，即可顯示該礦體塊體模型(見圖3)。

圖3 礦體塊體模型

礦床品位模型建立后，利用Surpac軟件塊體模型部分的距離冪次反比法進(jìn)行塊體估值計算，包括Zn，Cu，Ag的品位、金屬量以及塊體積和礦石量，還可用不同顏色、圖案表示各金屬元素品位的分布情況，也能生成任意方向的品位分布剖面圖，揭示礦體內(nèi)部品位的分布變化情況。

6 礦體儲量的計算

根據(jù)創(chuàng)建的品位塊體模型，計算各金屬儲量，并生成各元素的品位—噸位曲線分別如圖4～圖6所示。

圖4 Zn品位—噸位圖

圖5 Cu品位—噸位圖

圖6 Ag品位—噸位圖

由圖4～圖6可知，礦體平均品位隨礦體邊界品位的增大而增大，而金屬量隨礦體邊界品位的增大而下降。由于礦床相關(guān)工業(yè)指標(biāo)的任何變化(如邊界品位)都會導(dǎo)致礦體形態(tài)、平均品位、礦體儲量、礦山生產(chǎn)能力及服務(wù)年限等的變化，最終可導(dǎo)致礦山生產(chǎn)經(jīng)濟效益等的變化，所以對礦床建模后可以選擇不同的方案來圈定礦體，并根據(jù)生產(chǎn)成本、生產(chǎn)規(guī)模、市場價格及投資費用等，綜合考慮資源的開發(fā)利用，最終選出適合礦山具體實情的礦體圈定方案，以便礦山企業(yè)能夠獲得更多的利潤。

7 結(jié)語

本次通過三維建模軟件Surpac創(chuàng)建了某礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，建立了礦體三維實體模型、礦體品位塊體模型等，并采用普通克立格法對品位進(jìn)行估值，根據(jù)估值結(jié)果計算礦體儲量。本次應(yīng)用研究表明，利用Surpac軟件所建模型可靠，計算結(jié)果準(zhǔn)確，是礦山企業(yè)進(jìn)行礦床建模較好的開發(fā)工具，適合于在地質(zhì)、測量、采礦等相關(guān)行業(yè)用于輔助礦山進(jìn)行資源評估、采礦設(shè)計以及計劃編制等工作，能夠動態(tài)管理礦山的實時生產(chǎn)情況，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］Surpac Software International國際軟件公司.Surpac Vision軟件用戶使用手冊(第5版)［Z］.2003.

［2］張仁鐸.空間變異理論及應(yīng)用［M］.北京:北京科技出版社，1993.

［3］陳建宏，古德生.礦業(yè)經(jīng)濟學(xué)［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2007.