用Surfer软件制作三维立体地形投影图的实践

张静 胡尊平 陈实 陶鹏飞 牛辉

摘   要：利用Surfer软件实现物探数据的三维可视化。通过数据网格化利用成果数据制作等值线图、据高程数据制作表面图、采用点位坐标制作张贴图，最后通过覆盖地图功能将物探异常数据投影在三维地形图上，实现三维可视化。同时介绍了一些成图细节，为物探异常推断解释提供参考。

关键词：Surfer;三维可视化;物探异常;物探数据;立体地形投影

物化探常用软件成图效果单一，往往是用鲜明颜色区分和突出异常成果，多为二维图形，无法清晰直观地表达地形和异常数据关系。常用地质软件流程复杂，不具备将异常成果图和实际点位图投影在三维地形图上的功能。Surfer软件较好的解决了此问题，其三维成图功能强大，操作简便，已广泛应用于教学、科研、测绘、地质等领域[1]。由于测区地形起伏使物探成果数据在激发和采集测量过程中发生了畸变，原来适用于水平地形条件下的异常解释方法，如不考虑起伏地形影响，直接用来解释物探异常，将导致较大误差。本文将物探异常直接套合在地形图上，为异常推断解释提供直观参考。

1  Surfer软件介绍

Surfer软件是美国Golden Software公司出品的一款著名地理数据网格化绘图软件，拥有强大插值功能和绘制图件能力，是地质工作者必备的绘图软件之一（图1）。该软件简单易学，可轻松制作基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图及三维表面图等。Surfer被广泛用于地形建模、测深建模、景观可视化、表面分析、等高线测绘、流域和3D曲面的绘制等[2-8]。

2  数据准备

在开始制作三维可视化立体地形投影图之前，需将投影成果数据准备好。本次绘图之前准备了调查区点位数据、磁法测量数据（ΔT）、视极化率数据（M1）、视电阻率数据和高程（地形）数据，即在excel表格中将横坐标、纵坐标、成果数据分别成列，保存为成果数据“.csv”格式。之所以不保存成“.xls”格式，是因为Surfer 8软件无法较好的识别其格式。而“.csv”格式文件会将其中公式及格式全部清除，方便Surfer软件识别。

3  绘图流程

3.1  将成果数据进行网格化处理

打开Surfer软件，点击菜单栏中的网格→数据，选择准备好的“成果数据.csv”，将XYZ轴分别对应设置。在高级选项中可根据实际测量点线距设置搜索椭圆半径和角度，其他参数可根据需要自行设置。本次实测数据采用线距100 m，点距20 m，方位角20°，将搜索半径设置为点线距的2～3倍既能反应出细小异常，又能使网格化数据较为平滑。选择“确认”则很快创建了“磁测数据（△T）”网格化数据。以此类推，再分别创建“视极化率M1（%）”、“视电阻率（Ω·m）”和“高程（m）”的网格化数据。

3.2  利用创建的成果数据网格         化文件，制作等值线图

在菜单栏中选择地图→等值线图→新建等值线图，选择打开“磁测数据（△T）.grd”，则在图形显示区生成了磁测等值线图[10]。右键点击等值线图，则可以进行标注和属性的设置。在属性设置中，选择“常规”菜单栏，将填充等值线和平滑等值线勾选，在“等级”菜单栏选择填充→前景色，进行颜色谱的设置。点击确定，则完成了等值线图的“上色”（图2）。制作其他等值线图以此类推，分别制作“视极化率M1（%）”、“视电阻率（Ω·m）”等值线图。

3.3  利用创建的高程网格化         文件（高程.grd），制作              “表面图”

在菜单栏中选择地图→表面图，选择打开“高程（m）.grd”文件，则在图形显示区生成三维地形图（图3）。

在对象管理器中，右键点击“3D Surface”，选择属性，可查看或调整图形显示颜色、网格、光照角度等。在绘图工具栏中，选择“3D轨迹球”或菜单栏“地图→轨迹球”可对图形进行旋转、翻动等操作，使图形更直观。

3.4  利用“成果数据.csv”，制作“张贴图”

在菜单栏中选择地图→张贴图→新建张贴图，选择“成果数据.csv”，则在图形显示区生成张贴图（图4）。在对象管理器中，右键点击“Post”，选择属性，可查看“X坐标”和“Y坐标”，同时可重新设置标注的符号类型、显示频率及符号大小等。

3.5  覆盖地图，完成三维可视化立体地形投影图的          制作

参考以上步骤，我们已经完成“等值线图”、“表面图”和“张贴图”的制作。接下来我们需将3幅图进行覆盖处理，让各元素呈现在一张图上。在对象管理器中，同时选中以上3幅图（利用“ctrl+”功能），然后在菜单栏中选择地图→覆盖地图，则在图形显示区生成“三维可视化立体地形投影图”（图5）。在对象管理器中，我们仍可以右键点击修改各类图件的属性，这为我们后期调整一些细节提供了方便。最后，如对某一幅图形效果不满意，可在对象管理器中选定该图形，然后在菜单栏中选择地图→拆解覆盖，即可将该图形取消覆盖。

3.6  细节调整

显示高程差  在对象管理器中右键点击3D Surface→属性→勾选显示基面，可用所需颜色显示高程差。

增加图例单位  在图形显示区右键点击图例，选择属性→格式，在“后缀”栏输入对应的单位。

增加XYZ軸坐标  在对象管理器相应的轴属性中可显示、隐藏、调整、加密刻度值。

成果圖件的输出  点击菜单栏→文件→输出，可将成果图件保存成20多种格式的文件。

白化文件的建立与应用  成图后，图形有时会出现边界有毛刺现象，这是因为在开始数据网格化时，选择的网格搜索半径过大或过小，这时就需进行白化处理，即将某范围内或以外线条进行剪裁。方法如下：①利用Excel（如用WPS软件，可能出现无法复制数据现象）建立白化节点表格，节点要有顺序（表1）;②在菜单栏点击文件→新建→工作表，将Excel中的数据复制到上表中，文件→另存为，在保存类型中选择“*.bln”格式;③在菜单栏点击网格→白化，选择需要白化的“*.grd”文件，再打开相应的“*.bln”文件，修改文件名，保存;④在菜单栏点击地图→等值线图→新建等值线图，选择并打开上述完成的文件，即可得到白化后的图形。

4  成图效果分析

利用以上流程，可将各项异常成果进行三维可视化处理，并按需排列放置在一个Surfer文件中，利于成果对比分析研究。图6-a反应了调查区地形变化情况，同时也反应了物探测量点位在不同海拔高度上的位置情况;图6-b为磁测异常在调查区空间位置上的反应，由此可较清晰判断磁异常形态分布特征是否与地形变化有关;图6-c，e分别为视极化率和视电阻率特征，它们主要分布在地形较低的南部，异常走向为EW向。同时，调查区东部云海调查区均能看到弱异常反应。图6-d，f分别为布格重力和剩余重力异常特征。图6-e显示布格重力异常值由南向北，由低到高逐渐增大;图6-f显示剩余重力异常在云海矿区及海拔不同地区均有所反应。

综上，三维立体地形投影图清晰、直观的反应了各类物探异常的空间位置及分布形态，为物探解释和地质推断工作提供了助力。

5  结语

（1） 利用Surfer软件分别生成等值线图、张贴图、表面图。通过调整图形属性及覆盖地图功能，很好地实现了将物探异常成果投影在三维地形图上的功能。且可在软件中任意角度旋转图件，成图过程简单易学，成图效果美观易懂，是物化探工作者展示成果的又一得力助手。存在的不足之处，主要有：生成的成果文件无法直接使用“MapGIS”软件打开，不能进一步加工，需进行相应的格式转换。

（2） 同一岩性相同地质条件下，地形凹陷与地形隆起处对应的物探异常，认为是由地形参与引起的变化，这为排除干扰异常，消减多解性，研究异常原因，做出推断解释具重要作用。

（3） 三维地形图的制作对高程数据要求较高，普通的GPS精度可能无法满足数据质量的要求，建议采用RTK（高精度测量仪）进行高程数据的采集。

参考文献

[1]    马肖波.综合物探数据的联合成图技术及应用[D].成都理工大学.

[2]    朱庆俊， 李风哲. Surfer软件在地球物理资料处理中的应用[J]. 物   探与化探，2007（3）：250-251.

[3]    陈少强， 宋利好， 姚敬金，等. 可视化技术在物化探找矿中的应用及 前景[J]. 物探与化探， 2002.

[4]    任印国， 魏永强. 使用Surfer软件绘制地质图件和处理地质数据的方法[J]. 测绘技术装备， 2006， 8（1）：34-36.

[5]    刘宏伟， 徐明， 苌沙沙，等. ArcGIS、MapGIS与Surfer软件联合构建三维地形及其可视化[J]. 地理空间信息， 2012， 10（3）：67-69.

[6]    蒋伟. Surfer在绘制物探图件中的新方法技术[J]. 矿产勘查， 2019.

[7]    密蓓蓓， 徐涛， 陆凯，等. 基于MapGIS和Surfer软件的三维地质图制作[J]. 海洋地质与第四纪地质， 2014， 34（6）：181-185.

[8]    陈欢欢， 李星， 丁文秀. Suffer 8.0等值线绘制中的十二种插值方法[J]. 工程地球物理学报， 2007， 4（1）：52-57.

[9]    刘兆平， 杨进， 武炜. 地球物理数据网格化方法的选取[J].物探与化探， 2010（1）：97-101.

[10]  宋明艺， 张春灌. 借助Suffer软件实现快速绘制平面等值线图[J].工程地球物理学报， 2009.

Application of Surfer Software in Making 3D Visualization Stereo Topographic Projection Map

——Take Geophysical Data of Yunhai as an Example

Zhang Jing，Hu Zunping，Chen Shi，Tao Pengfei，Niu Hui

（Geological Survey Institute of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Surfer software is used to realize the three-dimensional visualization of geophysical data. Through data gridding， contour map is made by using results data， surface map is made by using elevation data， and post map is made by using point coordinates. Finally， the geophysical anomaly data is mapped on the three-dimensional topographic map by covering map function to realize three-dimensional visualization. At the same time， some drawing details are introduced to make the results figures more beautiful and high-definition. It provides a reference for geophysical anomaly inference and interpretation.

Key words：Surfer;Three-dimensional visualization;Geophysical anomaly;Geophysical data;Stereo terrain projection