基于Surpac的内蒙古哈达门沟金矿三维数字建模*

张 彪 陈光波 王 路

（1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院；2.中国科学院赣江创新研究院）

随着我国经济的不断发展，对黄金的需求也越来越大，但目前黄金储量增长速率较为缓慢，远不能达到国内自身需求［1-2］，如何更好地利用已有勘探资料，在矿区寻找更多的金矿资源成为关键，其中对矿区进行三维数字建模是一个很重要的手段［3］。本研究以此为出发点，梳理哈达门沟金矿的钻探数据，建立了矿区的三维数字模型。通过模型能够清晰地观察出矿体的空间赋存状态和资源分布，为下一步的采矿工作起到了支撑作用。

1 研究区概况

哈达门沟金矿位于内蒙古自治区境内，是华北陆块北缘重要的金矿集中区之一，所处位置为华北陆块北缘成矿带阴山隆起中段［4］。哈达门沟地区金矿多产生于乌拉山岩群变质岩中，矿石类型主要有3种，分别为钾硅化蚀变岩型、石英—钾长石脉型和石英脉型，同时，还具有不同时期成矿的特点，主要成矿期是印支期［5］。对哈达门沟金矿区的成矿地质条件、矿床地质、成矿期特征、控矿因素等条件初步分析的基础上，并结合最新的勘查成果，认为该矿区深部和外围具有很高的找矿潜力［6］。

2 数据处理及地质数据库的建立

2.1 原始数据获取及处理

为保证原始数据的准确性，研究所用数据主要来自于内蒙古自然资源厅和武警黄金部队，所采用的数据均来自于实地勘探数据。收集到的数据主要包括154个钻孔数据、1 899个岩性数据、2 102个测斜数据、18 026个样品数据。

2.2 地质数据库的构建

建立地质数据库实际上是将实际工程中所得到的数据转化为三维建模软件可识别的数据的过程，是矿山三维建模中最为关键的一步。数据库是否具有准确性、完整性和代表性，对之后三维建模能否顺利进行至关重要［7-8］。因此，在前期数据收集过程中花费了大量的时间去归纳整理前期的基础数据，并将收集到的数据归纳成为4个可供Surpac识别的表格。Surpac软件中运用了多用户、开放等特点建立了数据库，通过软件本身的搜索引擎用来访问第三方数据库中的数据。Surpac软件的数据库中主要组成表格分为2种，分别为强制表和选项表［9］。其中强制表可分为转换表、测斜表、孔口表；对于选项表，根据不同的研究对象以及其他设定条件而不统一［10］。一般来说，选项表包括岩性表和样品表。在Surpac软件建立数据库时，不同的表格拥有不同的强制字段和选项字段［11］。强制字段是软件自动生成的字段，且必须要有，但可根据不同对象进行相应的修改。根据哈达门沟金矿三维地质模型建立的具体需要，在部分数据表中加入了选项字段（表1）。

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为了使数据库更加清晰直观地显示出来，还需要对数据库进行加工处理。在本次建立的数据库中，根据哈达门沟金矿的数据特点，对钻孔风格、图案类型、孔口类型等进行设置，钻孔在空间中能更清晰直观地展现出来，可以通过各个位置和角度观察钻孔。

3 矿区三维地质模型构建

3.1 矿体实体模型

矿体实体模型是三维建模中首先建立的模型。实体三维模型的建立能够详细地了解空间中矿体的实际形态及分布情况，还可以为之后的块体模型和品位模型建立基础。哈达门沟金矿脉矿体模型主要根据钻孔数据建立，结合导入的勘探线剖面图，生成各剖面的矿体轮廓线，具体做法如下。

（1）首先用金品位定义所在钻孔的显示状态；后通过Surpac软件特有的“定义剖面”功能，切割所在钻孔的剖面。然后将处理过的剖面进行解译，最后按顺时针方向进行矿体圈连。

（2）在进行矿体圈连后，得到了矿体轮廓线。通过Surpac的“创建三角网”的功能并结合具体的地质信息，建立实体模型。为了保证所建立实体模型准确，还需要通过“验证实体/三角网”功能进行验证。如显示不闭合，需要进行校正，使之成为闭合的实体，当显示全部闭合，即所建立的实体模型验证合格。

实体模型建立后得出研究区域共圈定矿体11条，编号分别为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为主矿体，矿体整体SEE走向，倾角为50°～70°（图1）。

3.2 地表模型

建立地表模型一般有2种常用方法，一是利用高程散点建立，二是利用等高线数据建立。使用高程散点往往所需要的数据量比较庞大，否则所建立的模型不够精确。在本次建模中采用1∶2 000地质图中的等高线数据，以此建立哈达门沟金矿脉地表模型。

建立三维地表模型主要步骤如下：

（1）提取CAD文件中的哈达门沟金矿区金矿脉地形地质图等高线，共有3个图幅（名为1、2、3），按照首曲线（线高差10 m）和计曲线（线高差2 m）进行分别提取，另存dxf格式文件，然后对全部高程点进行提取，另存为dxf格式文件。

（2）将dxf格式的各地层界线分别导入Surpac软件，另存为str格式文件，然后进行错误检查并将其修正，导入高程控制点，依次对所有线文件进行高程赋值（图2）。

（3）选择DTM工具栏下“由当前层创建DTM面”，生成地表等高线（图3），本区高程范围在1 700～1 925 m，属于高切割高起伏地区，中间有1条河流通过。

（4）为了使建立的模型更加直观反映矿区地表的高低起伏变化，对所建立的地表模型进行“DTM着色”（图4）。

3.3 块体模型

块体模型是以之前建立的实体模型为基础，也因此在建立块体模型时可参照实体模型，确定其范围大小和形态，以此来设置块体模型的具体参数，具体操作如下。

（1）设置块体模型中具体参数的数值。块体模型的范围确定一般是2种方法，一种是以“最大、最小坐标”为条件，另一种是以“原点坐标范围”来确定。这2种方法根据搜集的地质资料具体情况选用。在本次建立块体模型中，由于最大和最小坐标数据更加完整，采用第一种方法进行建模。

（2）增加模型属性值。在本次建模中，块体模型的建立主要是为了之后建立品位模型，并且生成具体的储量信息。所以加入了资源量级别、金品位、块体编号、属性值比重、平均距离等约束条件。

3.4 品位模型

（1）统计分析。对刚建立的块体模型进行金品位赋值。由于哈达门沟金矿脉岩性复杂，采用的是比较成熟的距离幂次反比法进行金品位估值。

（2）样品组合。对原始数据样长统计分析发现，样品原始长度为0.8～1.5 m，中值为1.0 m，平均值为1.15 m，为了尽可能不改变原有数据，使用样品的原始信息，采用1 m作为组合样品长度：即在每个矿体地质域的每个工程中，从域的上边界开始到本域的下边界结束，每1 m为一个样品段，生成样品组合文件，新样品段的品位值由原始样品段的品位值长度加权平均求得，直到最后剩下的样长若大于0.5 m，则单独作为1个组合样品位，否则舍弃，新组合的样品将参与后期的样品插值估算。

（3）模型估值。选择样品组合文件后，对其搜索椭球体参数进行设置，一般是选择矿体的走向方向为长轴，倾向方向为半主轴，侧伏方向（走向倾角）为短轴，设置各个参数比值。依据矿体平均距离对其资源量进行约束，估值样品平均距离≤50 m属于探明资源量级别，50～100 m属于控制资源量级别，＞100 m属于推断资源量级别。

（4）属性着色。在此步骤对插值后的块体模型进行着色，为了保证全部的块体完成插值，需要一一进行检验。如有块体金品位属性显示仍然是0，则再一次进行估值，并依次重复，直到所有块体完成插值。

4 建模成果分析

上述步骤完成后得到了哈达门沟的1号、2号、4号和5号矿脉群的品位模型。

1号矿脉群是此次建模工作圈定的主矿体之一，包含4个此次圈定的工业矿体，分别为1-1、1-2、1-3和1-4，由其矿脉群品位模型可知（图5），该矿脉群红色区域较多并且较集中，高品位金矿储量较丰富。

2号矿脉群包含3个此次圈定的工业矿体，分别为2-1、2-2、2-3，由2号矿脉品位模型可知（图6），此矿脉较为分散，金矿储量较低。

4号矿脉群也是此次建模工作圈定的主矿体之一，它包含2个此次圈定的工业矿体，分别为4-1和4-2，同时也是此次建模中发现的金矿最为集中的区域。由其矿脉群品位模型可知（图7），该矿脉群红色区域较多并且较集中，深色区域面积较大，该区域高品位金矿储量较丰富，具有极强的开采价值。

5号矿脉群包含2个此次圈定的工业矿体，分别为5-1、5-2，由5号矿脉品位模型可知（图8），该区域几乎无深色区域，高品位金矿储量极少，开采价值较低。

5 结论

利用Surpac三维软件对哈达门沟金矿某矿段进行了三维模型构建，将原有地质资料进行分类整理，将之转化为地质信息数据库，从而建立起三维实体模型，为矿山后续精细化采矿工作布置提供支撑。