基于Surpac的內(nèi)蒙古哈達(dá)門(mén)溝金礦三維數(shù)字建模*

張 彪 陳光波 王 路

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院；2.中國(guó)科學(xué)院贛江創(chuàng)新研究院）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)黃金的需求也越來(lái)越大，但目前黃金儲(chǔ)量增長(zhǎng)速率較為緩慢，遠(yuǎn)不能達(dá)到國(guó)內(nèi)自身需求［1-2］，如何更好地利用已有勘探資料，在礦區(qū)尋找更多的金礦資源成為關(guān)鍵，其中對(duì)礦區(qū)進(jìn)行三維數(shù)字建模是一個(gè)很重要的手段［3］。本研究以此為出發(fā)點(diǎn)，梳理哈達(dá)門(mén)溝金礦的鉆探數(shù)據(jù)，建立了礦區(qū)的三維數(shù)字模型。通過(guò)模型能夠清晰地觀察出礦體的空間賦存狀態(tài)和資源分布，為下一步的采礦工作起到了支撐作用。

1 研究區(qū)概況

哈達(dá)門(mén)溝金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，是華北陸塊北緣重要的金礦集中區(qū)之一，所處位置為華北陸塊北緣成礦帶陰山隆起中段［4］。哈達(dá)門(mén)溝地區(qū)金礦多產(chǎn)生于烏拉山巖群變質(zhì)巖中，礦石類(lèi)型主要有3種，分別為鉀硅化蝕變巖型、石英—鉀長(zhǎng)石脈型和石英脈型，同時(shí)，還具有不同時(shí)期成礦的特點(diǎn)，主要成礦期是印支期［5］。對(duì)哈達(dá)門(mén)溝金礦區(qū)的成礦地質(zhì)條件、礦床地質(zhì)、成礦期特征、控礦因素等條件初步分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合最新的勘查成果，認(rèn)為該礦區(qū)深部和外圍具有很高的找礦潛力［6］。

2 數(shù)據(jù)處理及地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

2.1 原始數(shù)據(jù)獲取及處理

為保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，研究所用數(shù)據(jù)主要來(lái)自于內(nèi)蒙古自然資源廳和武警黃金部隊(duì)，所采用的數(shù)據(jù)均來(lái)自于實(shí)地勘探數(shù)據(jù)。收集到的數(shù)據(jù)主要包括154個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)、1 899個(gè)巖性數(shù)據(jù)、2 102個(gè)測(cè)斜數(shù)據(jù)、18 026個(gè)樣品數(shù)據(jù)。

2.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際上是將實(shí)際工程中所得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維建模軟件可識(shí)別的數(shù)據(jù)的過(guò)程，是礦山三維建模中最為關(guān)鍵的一步。數(shù)據(jù)庫(kù)是否具有準(zhǔn)確性、完整性和代表性，對(duì)之后三維建模能否順利進(jìn)行至關(guān)重要［7-8］。因此，在前期數(shù)據(jù)收集過(guò)程中花費(fèi)了大量的時(shí)間去歸納整理前期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)歸納成為4個(gè)可供Surpac識(shí)別的表格。Surpac軟件中運(yùn)用了多用戶、開(kāi)放等特點(diǎn)建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)軟件本身的搜索引擎用來(lái)訪問(wèn)第三方數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。Surpac軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中主要組成表格分為2種，分別為強(qiáng)制表和選項(xiàng)表［9］。其中強(qiáng)制表可分為轉(zhuǎn)換表、測(cè)斜表、孔口表；對(duì)于選項(xiàng)表，根據(jù)不同的研究對(duì)象以及其他設(shè)定條件而不統(tǒng)一［10］。一般來(lái)說(shuō)，選項(xiàng)表包括巖性表和樣品表。在Surpac軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，不同的表格擁有不同的強(qiáng)制字段和選項(xiàng)字段［11］。強(qiáng)制字段是軟件自動(dòng)生成的字段，且必須要有，但可根據(jù)不同對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的修改。根據(jù)哈達(dá)門(mén)溝金礦三維地質(zhì)模型建立的具體需要，在部分?jǐn)?shù)據(jù)表中加入了選項(xiàng)字段（表1）。

?

為了使數(shù)據(jù)庫(kù)更加清晰直觀地顯示出來(lái)，還需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行加工處理。在本次建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)哈達(dá)門(mén)溝金礦的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，對(duì)鉆孔風(fēng)格、圖案類(lèi)型、孔口類(lèi)型等進(jìn)行設(shè)置，鉆孔在空間中能更清晰直觀地展現(xiàn)出來(lái)，可以通過(guò)各個(gè)位置和角度觀察鉆孔。

3 礦區(qū)三維地質(zhì)模型構(gòu)建

3.1 礦體實(shí)體模型

礦體實(shí)體模型是三維建模中首先建立的模型。實(shí)體三維模型的建立能夠詳細(xì)地了解空間中礦體的實(shí)際形態(tài)及分布情況，還可以為之后的塊體模型和品位模型建立基礎(chǔ)。哈達(dá)門(mén)溝金礦脈礦體模型主要根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)建立，結(jié)合導(dǎo)入的勘探線剖面圖，生成各剖面的礦體輪廓線，具體做法如下。

（1）首先用金品位定義所在鉆孔的顯示狀態(tài)；后通過(guò)Surpac軟件特有的“定義剖面”功能，切割所在鉆孔的剖面。然后將處理過(guò)的剖面進(jìn)行解譯，最后按順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行礦體圈連。

（2）在進(jìn)行礦體圈連后，得到了礦體輪廓線。通過(guò)Surpac的“創(chuàng)建三角網(wǎng)”的功能并結(jié)合具體的地質(zhì)信息，建立實(shí)體模型。為了保證所建立實(shí)體模型準(zhǔn)確，還需要通過(guò)“驗(yàn)證實(shí)體/三角網(wǎng)”功能進(jìn)行驗(yàn)證。如顯示不閉合，需要進(jìn)行校正，使之成為閉合的實(shí)體，當(dāng)顯示全部閉合，即所建立的實(shí)體模型驗(yàn)證合格。

實(shí)體模型建立后得出研究區(qū)域共圈定礦體11條，編號(hào)分別為1-1、1-2、1-3、1-4、2-1、2-2、2-3、4-1、4-2、5-1、5-2，其中1-1和4-1為主礦體，礦體整體SEE走向，傾角為50°～70°（圖1）。

3.2 地表模型

建立地表模型一般有2種常用方法，一是利用高程散點(diǎn)建立，二是利用等高線數(shù)據(jù)建立。使用高程散點(diǎn)往往所需要的數(shù)據(jù)量比較龐大，否則所建立的模型不夠精確。在本次建模中采用1∶2 000地質(zhì)圖中的等高線數(shù)據(jù)，以此建立哈達(dá)門(mén)溝金礦脈地表模型。

建立三維地表模型主要步驟如下：

（1）提取CAD文件中的哈達(dá)門(mén)溝金礦區(qū)金礦脈地形地質(zhì)圖等高線，共有3個(gè)圖幅（名為1、2、3），按照首曲線（線高差10 m）和計(jì)曲線（線高差2 m）進(jìn)行分別提取，另存dxf格式文件，然后對(duì)全部高程點(diǎn)進(jìn)行提取，另存為dxf格式文件。

（2）將dxf格式的各地層界線分別導(dǎo)入Surpac軟件，另存為str格式文件，然后進(jìn)行錯(cuò)誤檢查并將其修正，導(dǎo)入高程控制點(diǎn)，依次對(duì)所有線文件進(jìn)行高程賦值（圖2）。

（3）選擇DTM工具欄下“由當(dāng)前層創(chuàng)建DTM面”，生成地表等高線（圖3），本區(qū)高程范圍在1 700～1 925 m，屬于高切割高起伏地區(qū)，中間有1條河流通過(guò)。

（4）為了使建立的模型更加直觀反映礦區(qū)地表的高低起伏變化，對(duì)所建立的地表模型進(jìn)行“DTM著色”（圖4）。

3.3 塊體模型

塊體模型是以之前建立的實(shí)體模型為基礎(chǔ)，也因此在建立塊體模型時(shí)可參照實(shí)體模型，確定其范圍大小和形態(tài)，以此來(lái)設(shè)置塊體模型的具體參數(shù)，具體操作如下。

（1）設(shè)置塊體模型中具體參數(shù)的數(shù)值。塊體模型的范圍確定一般是2種方法，一種是以“最大、最小坐標(biāo)”為條件，另一種是以“原點(diǎn)坐標(biāo)范圍”來(lái)確定。這2種方法根據(jù)搜集的地質(zhì)資料具體情況選用。在本次建立塊體模型中，由于最大和最小坐標(biāo)數(shù)據(jù)更加完整，采用第一種方法進(jìn)行建模。

（2）增加模型屬性值。在本次建模中，塊體模型的建立主要是為了之后建立品位模型，并且生成具體的儲(chǔ)量信息。所以加入了資源量級(jí)別、金品位、塊體編號(hào)、屬性值比重、平均距離等約束條件。

3.4 品位模型

（1）統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)剛建立的塊體模型進(jìn)行金品位賦值。由于哈達(dá)門(mén)溝金礦脈巖性復(fù)雜，采用的是比較成熟的距離冪次反比法進(jìn)行金品位估值。

（2）樣品組合。對(duì)原始數(shù)據(jù)樣長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，樣品原始長(zhǎng)度為0.8～1.5 m，中值為1.0 m，平均值為1.15 m，為了盡可能不改變?cè)袛?shù)據(jù)，使用樣品的原始信息，采用1 m作為組合樣品長(zhǎng)度：即在每個(gè)礦體地質(zhì)域的每個(gè)工程中，從域的上邊界開(kāi)始到本域的下邊界結(jié)束，每1 m為一個(gè)樣品段，生成樣品組合文件，新樣品段的品位值由原始樣品段的品位值長(zhǎng)度加權(quán)平均求得，直到最后剩下的樣長(zhǎng)若大于0.5 m，則單獨(dú)作為1個(gè)組合樣品位，否則舍棄，新組合的樣品將參與后期的樣品插值估算。

（3）模型估值。選擇樣品組合文件后，對(duì)其搜索橢球體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，一般是選擇礦體的走向方向?yàn)殚L(zhǎng)軸，傾向方向?yàn)榘胫鬏S，側(cè)伏方向（走向傾角）為短軸，設(shè)置各個(gè)參數(shù)比值。依據(jù)礦體平均距離對(duì)其資源量進(jìn)行約束，估值樣品平均距離≤50 m屬于探明資源量級(jí)別，50～100 m屬于控制資源量級(jí)別，＞100 m屬于推斷資源量級(jí)別。

（4）屬性著色。在此步驟對(duì)插值后的塊體模型進(jìn)行著色，為了保證全部的塊體完成插值，需要一一進(jìn)行檢驗(yàn)。如有塊體金品位屬性顯示仍然是0，則再一次進(jìn)行估值，并依次重復(fù)，直到所有塊體完成插值。

4 建模成果分析

上述步驟完成后得到了哈達(dá)門(mén)溝的1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)和5號(hào)礦脈群的品位模型。

1號(hào)礦脈群是此次建模工作圈定的主礦體之一，包含4個(gè)此次圈定的工業(yè)礦體，分別為1-1、1-2、1-3和1-4，由其礦脈群品位模型可知（圖5），該礦脈群紅色區(qū)域較多并且較集中，高品位金礦儲(chǔ)量較豐富。

2號(hào)礦脈群包含3個(gè)此次圈定的工業(yè)礦體，分別為2-1、2-2、2-3，由2號(hào)礦脈品位模型可知（圖6），此礦脈較為分散，金礦儲(chǔ)量較低。

4號(hào)礦脈群也是此次建模工作圈定的主礦體之一，它包含2個(gè)此次圈定的工業(yè)礦體，分別為4-1和4-2，同時(shí)也是此次建模中發(fā)現(xiàn)的金礦最為集中的區(qū)域。由其礦脈群品位模型可知（圖7），該礦脈群紅色區(qū)域較多并且較集中，深色區(qū)域面積較大，該區(qū)域高品位金礦儲(chǔ)量較豐富，具有極強(qiáng)的開(kāi)采價(jià)值。

5號(hào)礦脈群包含2個(gè)此次圈定的工業(yè)礦體，分別為5-1、5-2，由5號(hào)礦脈品位模型可知（圖8），該區(qū)域幾乎無(wú)深色區(qū)域，高品位金礦儲(chǔ)量極少，開(kāi)采價(jià)值較低。

5 結(jié)論

利用Surpac三維軟件對(duì)哈達(dá)門(mén)溝金礦某礦段進(jìn)行了三維模型構(gòu)建，將原有地質(zhì)資料進(jìn)行分類(lèi)整理，將之轉(zhuǎn)化為地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而建立起三維實(shí)體模型，為礦山后續(xù)精細(xì)化采礦工作布置提供支撐。