基于Surpac軟件的礦體三維模型的構建

趙新月　周楊楊　王思夢　李詩達

摘要：“數字礦山”“智慧礦山”和“無人礦山”是現代礦山信息化研究的熱點，礦體三維模型的構建提升了礦山地質三維信息的可視化程度，是實現“數字礦山”“智慧礦山”和“無人礦山”核心基礎。本文借助國際礦業軟件Surpac建立了四川省冕寧縣太洋溝鉛鋅礦礦體三維模型，重點探討了建模過程中原始地質數據的處理、地質數據庫的設計、模型的構建中涉及的方法與技術。礦體三維模型的構建，更有利于掌握礦體形態及資源儲量的分布，為今后礦床的勘查開發、經濟評價提供重要的指導幫助。

關鍵詞：三維地質建模；Surpac；地質數據庫；礦體模型

在地學領域，以平面圖和剖面圖為主的傳統的二維地質信息的模擬與表達已經很難跟上現代信息化發展趨勢的步伐，在計算機硬件性能不斷改進的同時，地質數據庫、GIS等技術快速崛起，三維地質建模及可視化的研究所占比重越來越大。對比于傳統地質數據的表示方法，三維立體模型具有更多的優勢，它能夠更加客觀準確地表達各種地質現象，快速直觀地表現地質單元的空間展布關系，使得地質問題的解決和地質圖件的繪制變得便捷。

1.Surpac軟件簡介

1981年，澳大利亞SSI公司開發了Surpac這一大型礦山工程軟件，其采用java語言開發圖形界面，且具有多個功能模塊，如數據庫、實體模型、塊體模型、測量、采礦設計等。20世紀末，我國的礦山企業和地勘行業逐步引進Surpac等三維地質軟件并應用于實踐，關于Surpac等三維地質軟件在礦山應用研究的理論成果也來越多，國內的科研院校和公司也陸續開發了DIMINE、3DMine等三維地質軟件。在建立礦床模型方面，Surpac軟件基于地質數據庫提供了功能強大的建模工具及模塊，具備多種建模方式，實現了動態操作，模型具有良好的閉合空間結構，是進行礦床建模較好的開發工具，是礦床三維建模的最常用的工具之一。

2.礦床地質概況

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。該礦體的頂底板均為糜棱巖化的閃長質混雜巖。

礦體賦存標高為+3995m～+4115m，由4個中段水平巷道控制。總體呈脈狀，在采礦權范圍內長184m，傾向上延伸長度112m，平均厚度2.79m。礦體傾向為80°～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.地質數據庫的建立

3.1原始資料收集與處理

建立礦體地質數據庫，首先要收集原始勘探工程數據。由于礦區主要探礦工程為坑道工程，故數據必須以巷道工程形式進行采集。在建立數據庫之前，需要對井巷工程數據做相應處理，具體內容如下：①找出因主觀因素造成的錯誤數據并修改；②井巷名字的字符設置為大寫；③將向下井巷的傾角設為負值。

處理后的數據信息可分為四類，即井巷孔口信息、井巷測斜信息、巖性信息、取樣信息。這種做法具有數據清晰、結構簡單且符合關系數據庫格式，方便進行數據管理。

3.2地質數據庫的建立

建立礦體三維模型的基礎是構建研究區的地質數據庫。地質數據庫是指以勘查或工程的方式所獲取的巖性、樣品分析等數據為基礎而建立起來的數據庫。在Surpac軟件中建立地質數據庫的基本流程見圖1。

在導人數據之前，首先需要建立一個數據庫結構作為框架。在Surpac的地質數據庫中，包含軟件自動建立的三個強制性表，分別為：開孔坐標表（Collar）、測斜數據表（Survey）和轉換表（Translation）。因本次建模收集了樣品的.化驗數據和巖性數據，故手動添加巖性分析表和樣品分析表即可。將表格整理和設置好之后，可以依次導人“開孔坐標表”“測斜數據”“化驗數據”“巖性數據”。完成信息的導人工作后，將礦山的4個中段的井巷數據信息存放于CSV格式文件中，導入后所創建的礦體地質數據庫表格數據簡要關系見下圖2。

4.三維模型的構建

4.1巷道模型

礦體與巷道的空間位置關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搜集到的礦山的中段平面圖和坑道素描圖等圖表數據材料構建。數據庫成功建立后，便可以設置軟件中孔跡線、巖性情況、巖層走向等工程信息，以不同的風格呈現。此外，由于該礦床礦石類型為硫化物礦石，根據《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質勘查規范》DZ/T0214-2002，并結合開采選冶指標的實際情況，采用的工業指標確定為：礦床最低工業品位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根據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據為主，勘探線剖面為輔的方法。步驟如下：①根據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對各剖面進行地質解譯，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所圈礦體進行修改，并以線文件形式保存；④選取多種礦體連接的方法準確連接礦體邊界線，并生成礦體模型；⑤驗證并修正模型。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礦體與工程的相對位置關系，可以在Surpac軟件中將它們同時顯示，如圖5所示。

5.結論

礦體的形成具有復雜性、整體性、系統性等特點，傳統二維地質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信息。而利用Sur-pac軟件構建出的礦體實體模型，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，有助于提升研究區地質的信息可視化程度，更全面準確地掌握礦體外部及內部特征，進而有效指導勘查部署和開采管理，對礦產資源合理開發利用與礦床經濟評價起到重要的指導作用。