基于Surpac軟件的礦體三維模型的構(gòu)建

趙新月　周楊楊　王思?jí)簟±钤娺_(dá)

摘要：“數(shù)字礦山”“智慧礦山”和“無人礦山”是現(xiàn)代礦山信息化研究的熱點(diǎn)，礦體三維模型的構(gòu)建提升了礦山地質(zhì)三維信息的可視化程度，是實(shí)現(xiàn)“數(shù)字礦山”“智慧礦山”和“無人礦山”核心基礎(chǔ)。本文借助國(guó)際礦業(yè)軟件Surpac建立了四川省冕寧縣太洋溝鉛鋅礦礦體三維模型，重點(diǎn)探討了建模過程中原始地質(zhì)數(shù)據(jù)的處理、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、模型的構(gòu)建中涉及的方法與技術(shù)。礦體三維模型的構(gòu)建，更有利于掌握礦體形態(tài)及資源儲(chǔ)量的分布，為今后礦床的勘查開發(fā)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提供重要的指導(dǎo)幫助。

關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模；Surpac；地質(zhì)數(shù)據(jù)庫；礦體模型

在地學(xué)領(lǐng)域，以平面圖和剖面圖為主的傳統(tǒng)的二維地質(zhì)信息的模擬與表達(dá)已經(jīng)很難跟上現(xiàn)代信息化發(fā)展趨勢(shì)的步伐，在計(jì)算機(jī)硬件性能不斷改進(jìn)的同時(shí)，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、GIS等技術(shù)快速崛起，三維地質(zhì)建模及可視化的研究所占比重越來越大。對(duì)比于傳統(tǒng)地質(zhì)數(shù)據(jù)的表示方法，三維立體模型具有更多的優(yōu)勢(shì)，它能夠更加客觀準(zhǔn)確地表達(dá)各種地質(zhì)現(xiàn)象，快速直觀地表現(xiàn)地質(zhì)單元的空間展布關(guān)系，使得地質(zhì)問題的解決和地質(zhì)圖件的繪制變得便捷。

1.Surpac軟件簡(jiǎn)介

1981年，澳大利亞SSI公司開發(fā)了Surpac這一大型礦山工程軟件，其采用java語言開發(fā)圖形界面，且具有多個(gè)功能模塊，如數(shù)據(jù)庫、實(shí)體模型、塊體模型、測(cè)量、采礦設(shè)計(jì)等。20世紀(jì)末，我國(guó)的礦山企業(yè)和地勘行業(yè)逐步引進(jìn)Surpac等三維地質(zhì)軟件并應(yīng)用于實(shí)踐，關(guān)于Surpac等三維地質(zhì)軟件在礦山應(yīng)用研究的理論成果也來越多，國(guó)內(nèi)的科研院校和公司也陸續(xù)開發(fā)了DIMINE、3DMine等三維地質(zhì)軟件。在建立礦床模型方面，Surpac軟件基于地質(zhì)數(shù)據(jù)庫提供了功能強(qiáng)大的建模工具及模塊，具備多種建模方式，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)操作，模型具有良好的閉合空間結(jié)構(gòu)，是進(jìn)行礦床建模較好的開發(fā)工具，是礦床三維建模的最常用的工具之一。

2.礦床地質(zhì)概況

四川省冕寧縣太洋溝鉛鋅礦床位于四川省冕寧縣冶勒鄉(xiāng)冶勒雜巖片、拉谷盆子剪切帶上。礦體賦存于拉谷盆子韌性剪切帶Cu-Pb-Zn礦帶中的石英脈中，受剪切帶以及帶中巖性控制。該礦體的頂?shù)装寰鶠槊永鈳r化的閃長(zhǎng)質(zhì)混雜巖。

礦體賦存標(biāo)高為+3995m～+4115m，由4個(gè)中段水平巷道控制。總體呈脈狀，在采礦權(quán)范圍內(nèi)長(zhǎng)184m，傾向上延伸長(zhǎng)度112m，平均厚度2.79m。礦體傾向?yàn)?0°～110°，傾角47°～59°。該礦床為石英脈型硫化物礦床，其主要礦物為黃銅礦、閃鋅礦和方鉛礦，其次為黃鐵礦等。各組分平均品位Cu0.65%、Pb5.16%、Zn2.39%。

3.地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

3.1原始資料收集與處理

建立礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，首先要收集原始勘探工程數(shù)據(jù)。由于礦區(qū)主要探礦工程為坑道工程，故數(shù)據(jù)必須以巷道工程形式進(jìn)行采集。在建立數(shù)據(jù)庫之前，需要對(duì)井巷工程數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，具體內(nèi)容如下：①找出因主觀因素造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)并修改；②井巷名字的字符設(shè)置為大寫；③將向下井巷的傾角設(shè)為負(fù)值。

處理后的數(shù)據(jù)信息可分為四類，即井巷孔口信息、井巷測(cè)斜信息、巖性信息、取樣信息。這種做法具有數(shù)據(jù)清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且符合關(guān)系數(shù)據(jù)庫格式，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

3.2地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立

建立礦體三維模型的基礎(chǔ)是構(gòu)建研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是指以勘查或工程的方式所獲取的巖性、樣品分析等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而建立起來的數(shù)據(jù)庫。在Surpac軟件中建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的基本流程見圖1。

在導(dǎo)人數(shù)據(jù)之前，首先需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)作為框架。在Surpac的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中，包含軟件自動(dòng)建立的三個(gè)強(qiáng)制性表，分別為：開孔坐標(biāo)表（Collar）、測(cè)斜數(shù)據(jù)表（Survey）和轉(zhuǎn)換表（Translation）。因本次建模收集了樣品的.化驗(yàn)數(shù)據(jù)和巖性數(shù)據(jù)，故手動(dòng)添加巖性分析表和樣品分析表即可。將表格整理和設(shè)置好之后，可以依次導(dǎo)人“開孔坐標(biāo)表”“測(cè)斜數(shù)據(jù)”“化驗(yàn)數(shù)據(jù)”“巖性數(shù)據(jù)”。完成信息的導(dǎo)人工作后，將礦山的4個(gè)中段的井巷數(shù)據(jù)信息存放于CSV格式文件中，導(dǎo)入后所創(chuàng)建的礦體地質(zhì)數(shù)據(jù)庫表格數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要關(guān)系見下圖2。

4.三維模型的構(gòu)建

4.1巷道模型

礦體與巷道的空間位置關(guān)系可由巷道工程的三維模型直觀地反映。巷道工程的三維模型可根據(jù)搜集到的礦山的中段平面圖和坑道素描圖等圖表數(shù)據(jù)材料構(gòu)建。數(shù)據(jù)庫成功建立后，便可以設(shè)置軟件中孔跡線、巖性情況、巖層走向等工程信息，以不同的風(fēng)格呈現(xiàn)。此外，由于該礦床礦石類型為硫化物礦石，根據(jù)《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》DZ/T0214-2002，并結(jié)合開采選冶指標(biāo)的實(shí)際情況，采用的工業(yè)指標(biāo)確定為：礦床最低工業(yè)品位Ph≥0.7%、Zn≥1%、Cu≥0.4%。建立的巷道三維模型見下圖3。

4.2礦體模型的建立

建立礦體模型首先應(yīng)根據(jù)建模目的來選擇適合的方法。通常采用以下3種方法：剖面線法、合并法和相連段法。

本次建模采用以井巷數(shù)據(jù)為主，勘探線剖面為輔的方法。步驟如下：①根據(jù)Cu的品位顯示井巷（為不同品位不同顏色），并沿勘探線位置作剖面；②對(duì)各剖面進(jìn)行地質(zhì)解譯，通過一系列閉合的線將礦體圈出；③比照原勘探線剖面圖中礦體的邊界對(duì)所圈礦體進(jìn)行修改，并以線文件形式保存；④選取多種礦體連接的方法準(zhǔn)確連接礦體邊界線，并生成礦體模型；⑤驗(yàn)證并修正模型。最后生成的礦體模型如圖4所示。完成后，為了便于檢查研究區(qū)礦體與工程的相對(duì)位置關(guān)系，可以在Surpac軟件中將它們同時(shí)顯示，如圖5所示。

5.結(jié)論

礦體的形成具有復(fù)雜性、整體性、系統(tǒng)性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)二維地質(zhì)圖的展示方法只能通過平面圖、剖面圖、素描圖及各類文字表格匯總展示礦體的各類地質(zhì)信息。而利用Sur-pac軟件構(gòu)建出的礦體實(shí)體模型，有利于快速獲取礦體各類信息，具有更直觀、更形象、多角度觀察的特點(diǎn)，有助于提升研究區(qū)地質(zhì)的信息可視化程度，更全面準(zhǔn)確地掌握礦體外部及內(nèi)部特征，進(jìn)而有效指導(dǎo)勘查部署和開采管理，對(duì)礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用與礦床經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)起到重要的指導(dǎo)作用。