Surfer軟件在羅布泊地下含鉀鹵水資源管理中的應(yīng)用探討

馬寶成，李文學(xué)

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司礦產(chǎn)資源部，新疆 哈密 839000）

羅布泊鹽湖是我國繼青海察爾汗后迄今發(fā)現(xiàn)的超大型的含鉀鹵水礦床，位于塔里木盆地東部，地處新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)，是一個以液相礦為主、固液并存，并以鉀、鈉、鎂鹽等為主的大型礦床，其地下鹵水共分7層，為1層潛鹵水層（W1）和6層承壓鹵水層（W2-W7）[1]。

目前，國投羅鉀公司在羅北礦區(qū)近2 000km2范圍內(nèi)共布設(shè)6條輸鹵渠，147口采鹵井，抽取W1層潛鹵水，2017年生產(chǎn)硫酸鉀160萬t。國投羅鉀自2008年開始規(guī)模生產(chǎn)至今已近10年，年采鹵量約2.5億m3。不同于固體礦產(chǎn)資源的開采，在2 000 km2范圍內(nèi)大規(guī)模采鹵，要精確掌握地下鹵水水位及鉀資源儲量變化情況非常困難。本文以Surfer軟件在羅布泊地下含鉀鹵水資源管理中的應(yīng)用為例，探討了一種更為便捷、直觀、準(zhǔn)確的地下鹵水資源管理方法。

1 Surfer軟件簡介

Surfer是美國Golden Software公司編制的一款以畫三維圖為主的軟件，它具有強大的插值功能和繪制圖件能力，它已被廣泛地應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域。Surfer內(nèi)設(shè)12種插值方法，用戶可以根據(jù)不同的需要選擇不同方法來進行插值，它能迅速將離散點的測量數(shù)據(jù)通過插值轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，進一步生成等值線圖、矢量圖、三維立體圖等。另外，其還具有體積和面積計算、坡度、坡向、趨勢面分析、剖面、平面、水平曲率分析等功能[2]。Surfer可以與主流的地質(zhì)行業(yè)繪圖軟件MapGIS進行圖件轉(zhuǎn)換，這更增加了它的便捷性。

2 Surfer在羅布泊地下含鉀鹵水礦動態(tài)長觀中的應(yīng)用

目前，國投羅鉀公司在羅北、東臺地、西臺地近5 000km2范圍內(nèi)共設(shè)有96個水位觀測孔，其中羅北45個，東臺地27個，西臺地24個，用來觀測地下鹵水水位變化，觀測周期為月。利用Surfer對鹵水動態(tài)長觀數(shù)據(jù)處理步驟如下：

（1）在取得測量數(shù)據(jù)并去除異常值后，以長觀孔坐標(biāo)為X、Y，地下鹵水水位高程為Z值，在全面分析了Surfer自帶的12種插值方法優(yōu)缺點后，采用克里金法對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化操作，得到GRD文件[3]。

（2）在得到GRD文件后，利用Surfer新建一個3D曲面圖，其顏色、采光、反光等屬性均可自行調(diào)節(jié)，以滿足不同需求。

（3）在3D曲面圖的基礎(chǔ)上，利用相同的GRD文件，添加生成等值線圖形，這使得高程數(shù)據(jù)更直觀。等值線圖的顯示頻次、間隔、透明度等均可調(diào)節(jié)。

（4）在完成三維表面圖和等值線圖后，以長觀孔坐標(biāo)為X、Y，在圖上添加Surfer散點圖，這樣觀測孔點位便一目了然。

筆者以2017年12月羅布泊羅北、騰龍、新慶礦區(qū)地下鹵水水位數(shù)據(jù)處理為例，生成的效果圖如圖1所示。

利用此長觀數(shù)據(jù)制作成三維圖效果圖，人們能更直觀地掌握水位及大規(guī)模開采時地下鹵水漏斗中心、影響范圍等變化情況，并且指導(dǎo)采鹵井、渠開啟與轉(zhuǎn)換等采輸鹵系統(tǒng)關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對地下鹵水資源更高效、可持續(xù)的利用。

3 Surfer在羅布泊地下含鉀鹵水礦儲量管理中的應(yīng)用

根據(jù)國土資源管理部門提出的《礦山儲量動態(tài)管理要求》規(guī)定及企業(yè)生產(chǎn)管理所需，國投羅鉀公司每年都要編制礦山儲量年報，目的是適時、準(zhǔn)確掌握礦山資源儲量保有、變化情況及變化的原因。在編制新疆若羌縣羅北凹地鉀鹽礦儲量年報的過程中，編制單位沿用了編制詳查報告的估算方法——地質(zhì)塊段法[4]。其儲量計算公式為：

圖1 2017年12月羅北、騰龍、新慶礦區(qū)地下水位效果圖

式中，Pk、Pg分別為孔隙度儲量、給水度儲量（×106t）；S為礦體塊段水平投影面積（km2）；為礦體塊段平均厚度（m）；礦體塊段平均密度（t/m3）；為礦體塊段有用組分平均品位（%）；為礦體塊段平均孔隙度（%）；為礦體塊段平均給水度（%）。

在編制礦山儲量年報時，為了確保儲量估算與前人工作的對應(yīng)性，塊段分割沿用前人詳查報告。由于目前開采僅限于W1層潛鹵水，并未涉及下部承壓鹵水，密度、品位、孔給度等均沿用詳查報告，所以人們僅需計算各塊段厚度變化，而平均厚度為所計算塊段內(nèi)各工程礦體厚度的算術(shù)平均值。

該方法具有兩個缺點：（1）在羅北凹地近1 600 km2范圍內(nèi)僅有45個點位觀測數(shù)據(jù)，而詳查時參與儲量計算的鉆孔個數(shù)達(dá)到115個，塊段厚度計算時鉆孔數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏少；（2）在羅北凹地近1 600 km2范圍內(nèi)大規(guī)模開采過程中，鹵水礦層形態(tài)由詳查時的似層狀特征變?yōu)槁┒沸螤睿a(chǎn)狀并非層礦、水平，鹵水具有動態(tài)連續(xù)變化特征，而利用塊段法并不能反映鹵水空間變化特征。

以計算2017年羅北凹地礦區(qū)鹵水變化量為例，為了克服以上兩個缺點，更準(zhǔn)確地計算鹵水儲量變化，筆者利用Surfer對2016年12月和2017年12月羅北礦區(qū)長觀觀測數(shù)據(jù)進行以下操作：

（1）利用Surfer自帶的克里金插值法分別對2016年12月及2017年12月羅北礦區(qū)長觀數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理，形成GRD文件；（2）用W1層潛鹵水礦體邊界數(shù)據(jù)生成一個BLN文件，利用此BLN文件將GRD文件進行白化處理；（3）利用Surfer自帶的體積計算功能，分別用白化后的2016年12月羅北長觀GRD文件及2017年12月羅北長觀GRD文件計算體積。將得到的體積相減，就得到2017年羅北凹地W1層潛鹵水變化體積量。再乘以詳查報告時的孔隙度、給水度各塊段加權(quán)平均值，即得到了2017年羅北凹地W1層潛鹵水孔隙度、給水度變化量。

地質(zhì)塊段法與Surfer計算體積法所得2017年羅北凹地W1層潛鹵水孔隙度、給水度變化量對比結(jié)果如表1所示。根據(jù)對比結(jié)果可見，孔隙度鹵水變化量差0.96%，給水度鹵水變化量相差0.37%，二者差值幾乎可以忽略不計。考慮到后期開采過程中，礦區(qū)地下鹵水漏斗影響范圍逐漸擴大，界時，地質(zhì)塊段法計算鹵水化量的缺點會進一步放大，利用Surfer計算鹵水體積變化量方法會更有價值。

表1 羅北凹地W1層潛鹵水2017年變化量計算對比

4 結(jié)語

在地下鹵水動態(tài)長觀中，利用Surfer將長觀數(shù)據(jù)制作成三維圖，能更直觀地掌握水位及大規(guī)模開采時地下鹵水漏斗中心、影響范圍等變化情況，并且指導(dǎo)采鹵井、渠開啟與轉(zhuǎn)換等采輸鹵系統(tǒng)關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對地下鹵水資源更高效、可持續(xù)的利用。同時，利用Surfer自帶體積計算功能，結(jié)合礦體密度、品位、給水度等數(shù)據(jù)，能更能便捷、及時、準(zhǔn)確地掌握其所含資源儲量變化情況。相比于地質(zhì)塊段法，它克服了塊段計算時數(shù)據(jù)少、沒有考慮地下鹵水動態(tài)連續(xù)性等缺點。