0 引言

在以往地质勘查和资源量估算过程中，受技术条件所限，地质技术人员对地质数据的表达主要依赖于地形地质图、地质剖面图、钻孔柱状图等二维数据方式，单一且不直观。在矿山实际勘探设计时，方案往往存在多次变更及繁琐的计算，过程复杂、耗时耗力。

计算机在各行各业的应用，尤其是在地质、勘探和采矿领域，极大地提高了人们处理数据的效率，加快了矿山企业的现代化和数字化进程。和传统的人工处理相比，计算机在大量数据的处理、运算速度快、精度高以及成本低廉等方面拥有很大的优势。计算机技术进入各个行业领域后，适用于各自的行业软件随之兴起，极大地减轻了工程技术人员的劳动强度，提高了工作效率。通过使用软件可快速处理海量数据、实现隐伏矿体模型构建、储量估计以及境界优化（Ghadyani et al.，2000； Timothy et tal.，2012；Wang and Huang，2012）。

矿山三维地质建模是数字矿山的关键技术之一（潘冬和李向东，2006；杨生吉，2013），Surpac是一种广泛应用于地质工程领域的三维地质建模软件。它在矿床模型构建和资源量估算方面具有多种优势。首先，Surpac提供了强大而灵活的工具，能够帮助地质工程师以精确的方式构建矿床模型，该软件支持多种地质建模方法，包括晶体形态建模、体素建模和三角网格建模等。这些工具使得地质工程师能够根据实际采样数据和地质信息，准确地描绘矿床的几何形态和特征。其次，Surpac 提供了强大的资源量估算功能。通过与采样数据和地质模型的结合，该软件可以进行准确的矿床资源量计算。 Surpac支持多种资源量估算方法，包括等级切割法、多普勒方法和克里格法等。这些方法可根据不同的地质背景和矿床类型，为地质工程师提供多个选择，以更好地估算矿床的资源量（程天赦和杨文静， 2007；贾慧敏等，2020）。

本文利用 Surpac 三维软件成功建立了老挝 Luangprobang Phabon 金矿床的地质数据库，并基于此数据库构建了矿区地表模型、矿体模型、块体模型以及金品位空间变异椭球体（樊忠平等，2010；田修启等，2019），可更好地描绘矿区的地质特征和资源潜力，并可通过对比实际采样数据和模型估算结果，评估 Surpac软件在矿床建模和资源量估算方面的优势和局限性，为今后的研究和实践提供指导。

1 矿床地质概况

Luangprobang Phabon金矿床位于老挝北部琅勃拉邦省巴乌县境内（图1），大地构造位于特提斯构造域东段与西太平洋构造域交接地带琅勃拉邦— 黎府华力西褶皱带北段，西邻丰沙里—帕府中生代坳陷带，东邻长山褶皱带和奠边府—荣市岛弧带。该矿床具有明显的成矿特征，其控矿构造为脆-韧性断裂构造，受多期次构造活动影响，构造性质和形式多样，前人研究认为其属低温热液型金矿床 （杨昌正等，2017）。

研究区岩浆岩不发育，出露地层有泥盆系—石炭系黑色薄层状泥岩、下二叠统厚层灰岩、上二叠统安山岩、中上三叠统浅粉色厚层粉砂岩、第四系等，其中下二叠统是区内矿床的赋矿层位。该层位灰岩呈NNE向不规则透镜状断续分布，与黑灰色石灰岩、泥岩不整合接触，岩层厚度 350～1500 m，产状 100°～150°∠30°～50°。研究区 NE 向、NNW 向、 NW 向断裂较为发育，其中 F1、F2 断裂为琅勃拉邦深大断裂次级断裂，NNW 向断裂为容矿断裂，NW 向断裂多为后期小规模断裂，对矿体具有一定程度的破坏作用。

研究区共圈定Ⅴ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-4、Ⅱ-5、Ⅲ-1、 Ⅳ、Ⅵ号 7 条岩金矿体和 11 处表层红土型金矿体 （图2），其中岩金矿体产于下二叠统厚层状灰岩中，受 NNW 向（倾向 SW）构造控制，呈现大小不一的扁豆状形态，可见分支复合、尖灭再现现象（樊忠平等，2010）。V-1 号矿体是主要矿体，产状 255°～265°∠39°～86°。矿体于 PD787 中段以上较连续； PD787～PD687中段存在无矿地段；PD687中段以下存在夹层（石）。矿体整体侧伏方位 215°，侧伏角 45°，沿侧伏向品位升高（牛英杰等，2020^①；辛建伟等，2012^②）。

2 研究区地质数据库

2.1 原始数据收集与数字化

收集研究区历年勘查和正在进行的采掘生产过程中的地表数据、山地工程数据、样品检测数据等，并将钻探工程、巷道工程等以统一的数据表格形式进行存储，以获取和研究有关地质体、地质构造状况等地质信息。

（1）钻探工程、槽探工程、生产数据：为进行矿体三维建模及找矿预测等研究工作，将该部分地质数据统一用地质勘探工程模型进行标示，主要包括开孔坐标（Collar）、测斜数据（Survey）、化验数据 （Sample）等，通过开孔坐标进行关联。

（2）勘查与开采过程中形成的中段地质平面图主要以 MapGIS 格式为主，可以直接提取中段平面图相应勘探工程数据，对其预处理后利用 Surpac导入工具转换投影，准确快速提取工程内中段图沿脉、穿脉等工程数据。数据的准确性在研究区范围内，对录入的钻孔数据和坑探数据进行检查，防止数据逻辑上或数据越界的错误出现，保证起始值的数据连续，钻孔或坑道的最终长度要在钻孔或坑道的范围内等要求。

2.2 地质数据库的构建

使用 Access 软件构建数据库，并将其命名为“钻孔数据库”以方便标识。基于 Phabon 金矿床地质数据，除了必需的表格之外，主要用于存储钻孔、槽探、巷道工程的孔口坐标、勘探类型等信息； Survey 表格主要用于存储工程轨迹线的方位、倾角和测斜深度等信息；Translation 表格用于存储需要转换的数据信息；化验表格主要用于存储矿石品位等相关信息。完成数据库结构的构建并以 . mdb格式和 . ddb 格式存储。其中，. mdb 格式文件是基于 Access数据库构建的，而. ddb格式文件则用作数据库和Surpac软件之间的连接接口。

1—第四系；2—中—上三叠统浅粉色厚层粉砂岩；3—下二叠统厚层灰岩；4—泥盆系—石炭系黑色薄层状泥岩；5—岩金矿体及编号； 6—红土型金矿；7—断裂构造及编号；8—韧性剪切带；9—产状

所有的数据库表格及字段内容按照下图所示进行设置（图3）：Collar表格初步建立的钻孔数据库结构中不包含实际数据信息，需要根据实际需求录入相关数据。通过与 Surpac软件的连接，钻孔数据库可以实现与孔口表、测斜表和化验表的关联，从而展示钻孔的三维模型。在 Surpac平台下，可以通过图4和图5展示实现钻孔的三维可视化功能。对研究区内钻孔的样品属性和钻探轨迹等一目了然，可以在三维空间中依据样品的品位范围进行地质体的连接和矿体的圈定等工作（丁红岗，2017）。

通过地质数据库的构建，可以实现对地质数据的系统管理，解决了以往地质生产数据管理效率低下的问题。Surpac 软件不仅可以查询、调用和编辑地质勘探数据，还可以更新后期增储勘查设计等数据。该软件具有强大的显示处理功能，能够将地质勘探数据转化为实体工程进行展示和处理。相较于传统的地质勘探数据管理模式，Surpac 地质数据库具有更强的数据系统性和高效的管理方便性，同时还能够实现三维显示，更加真实地反映勘探工程及数据信息在三维空间下的状态（穆承斌，2019；安诚瑞，2020；胡建明，2008；罗周全等，2007；向中林等，2009）。

3 矿山模型的建立

3.1 地表模型

地表模型 DTM 的构建对矿山生产工作意义重大，可有效的模拟地表地理起伏变化，直观地表达研究区地表形态，清楚的展示地质图的空间位置及其相互关系。以研究区地形地质图为基础，在 Autocad中提取等高线及其属性，利用Surpac软件读取 dxf 文件后导入程序，利用文件转换功能转换可编辑的str文件从而生成地表模型即DTM。

3.2 矿体模型

作为三维建模的核心部分，矿体模型对于三维建模工作极为重要，矿体建模可以作为生产计划设计的参照，可以在计算机中辅助采矿方案设计，最重要的是可以在三维空间内展示矿体的形态和特征，是储量估算的理论依据。

本次工作采用剖面线法建立实体模型，首先对 MapGIS、Autocad格式地质图件进行格式转换，按照 1∶1 比例保存为 dxf 文件。之后将转换好的地质图件调入到 Surpac软件中，按顺序展示研究区内各矿体和地质体的圈边连线。以三角网理论为基础，在 Surpac中可以在三角网功能的帮助下完成对矿体模型的构建。对建立后的矿体模型进行着色，依据模型属性赋值不同的颜色。本次矿体模型构建，选择不同期次矿体赋予不同颜色作为矿体渲染颜色，依据统计学方法，对矿体表面积、体积进行统计分析，待赋值元素属性后可进一步进行矿体模型展示（丁红岗，2017；张巨伟等，2022）。

3.3 数理统计分析

3.3.1 区域变量及统计分析

利用Surpac软件进行V-1矿体内任意空间位置处Au元素品位的估算，以圈定范围并进行资源储量估算。根据区域化变量理论，较小的区域具有更相似的数据分布，使得样品的品位分布趋近于正态分布。根据地质统计学原理，为了确保参数估计的无偏性，同类参数的地质样品段应具有一致的长度。通过数据库的数据提取功能，提取样品表中的数据并获取采样长度，以提供组合样样长分析和确定参数的依据。利用“基础统计”功能进行样长分析（王中民，2010；阮诗昆，2017；贾慧敏等，2020）。符合要求样品为 5471 件，结果显示样长均值为 1.13 m、变化系数为31.87%，偏度3.89，峰度54. 03，确定最佳的样品组合长度为 1. 00 m。通过提取钻孔与矿体相交的线段，生成相交线文件，并进行样品筛选。按照每 1 m 一个样本的方式重新组合样品，并提取这些样品数据以进行矿体品位的插值分析。矿体组合样变异函数、正态分布及直方图如图7、表1 所示。

3.3.2 变异函数结构分析

实验变异函数按下式计算：N（h）为滞后距为 h 时参加实验变异函数计算的样品个数，h为滞后距， Z为区域化变量在空间上的品位值。在进行金元素品位变异函数分析时，分别沿矿体走向、倾向、厚度三个方向进行变异函数分析，根据矿床产出特征，确定各分析方向计算时变异函数角度及距离参数。经统计，V-1 号矿体产状 PD687 中段以下总体走向 355°、倾向265°、倾角70°。

为了在三维空间中展现矿体品位分布的特征，建立了块体模型，并利用三轴变异函数和椭球体参数对块体的品位进行估值。块体的属性主要包括品位、体积、估值次数等信息，并可以增加其他属性。质心是指块体的几何中心位置，通过坐标确定了质心在模型中的空间位置。每个块体都具有 X、 Y、Z 三个方向的尺寸，其大小主要由勘探工程间距和矿体产状等因素确定。在建立块体模型的过程中，赋予块体属性值是一项重要的任务，传统的资源储量估算方法包括地质块段法、算术平均法、断面法等，传统方法在推估矿石品位和资源储量时基于各向同性原则。然而，在实际的成矿过程中，地质条件非常复杂，矿石品位在各个方向上往往存在差异，即各向异性。Surpac 软件可以根据矿石品位在空间中的分布特征，对块体的品位进行插值，从而估算资源储量。

（1）在三维图形窗口中，同时将全部 Au 矿体模型（687 m 以下）调入，生成全部 Au 矿体的 DTM 文件。

（2）选择：查询>>报告层范围，得出矿体范围及走向。在信息栏中可以得到 X、Y、Z的范围。报告： X 最小=228890.577；X 最大=228992.495；Y 最小= 2231658.321；Y 最大 =2232158.784；Z 最小 = 416.71；Z最大=754.402。

（3）选择：块体模型>>新建/打开。模型名为 “Au矿体（687 m以下）”。

（4）创建新的块模型定义。将矿体的 X、Y、Z输入新的块模型定义中。

（5）选择：块体模型>>保存，保存刚才新建的块体模型“Au 矿体（687 m 以下）”。状态栏里会出现Au矿体的按钮，表示块体模型已经创建成功。

为了对块体模型进行空间操作及逻辑组合，需要对其进行约束，并可以进行修改。本次模拟为了对矿体储量进行估算，需要建立块体模型并对其进行约束。新建约束文件，并输入约束。之后就可以在三维工作面中将添加了约束条件的块体模型显示出来，显示被添加约束后的块体模型如图8。

4 资源量动态管理

本次资源量估算在确定 V-1 矿体（200～687 m 标高）单元块尺寸时，综合考虑矿体的品位变异程度、研究区勘探密度（100 m×100 m）、赋存状态和最小采矿单元等因素，通过多次建模实验与矿山生产实际相结合，确定了 5 m×5 m×1 m（北×东×高程）的立体块体尺寸作为基本单元，能够较好地满足条件并模拟矿体形态，次级块尺寸为主尺寸的一半。

为准确表示模型属性，在建立块体模型之前，首先为块体属性建立附带背景值的模型。通过分析各项参数、实体模型和测量模型等，采用普通克里金法对 V-1矿体的块体进行品位估值，并赋予估值次数、体积和品位属性。建立带有参数属性的块体模型（图8），为储量估算提供属性约束基础（邓明国等 .2006；冯超东等，2007；贾俊平等，2007；阮诗昆，2017）。估值过程中，考虑到坑内钻探工程沿倾向存在控制网度偏大，为兼顾矿体的连续性，搜索椭圆体的搜索半径略大于变异函数的变程。确定搜索椭球体长轴方向为 352°，主轴倾角 70°，主轴搜索半径设定为125 m（勘查线网度1.25倍）。

依据块体模型可以根据需求创建一个报告格式，利用块体模型菜单中的报告功能，设置限制参源（储量）数据，实现资源（储量）DTM、3DM、线文件等约束，获得所需求的相关资源（储量）数据，实现了动态管理的目的（王波，2011；肖克炎等，2012）。

地质统计学资源量估算结果，经与地质块段法估算结果比对，矿石量相差百分比为 1.89%，Au 金属量相差百分比为 3.98%，平均品位相差百分比为 2. 05%，均在10%的允许误差范围内，根据中华人民共和国地质矿床行业标准（DZ/T 0338.3-2020）固体矿产资源量估算规程，本次资源储量估算结果准确可靠。

5 结论

（1） Phabon 金矿地表模型、矿体模型和块体模型的建立直观展示了矿床的几何形态、内部结构以及各地质体的空间赋存状态和相互关系。

（2）Surpac 软件构建的三维模型在数理统计学分析中准确可靠地估算了深部矿体（V-1矿体 200-687米标高）的品位，优于传统地质块段法。

（3）三维数字化动态数据的应用提高了矿山生产效率，支持矿山设计的优化、开采路径的规划以及矿体变化的实时监测，更有效地管理和利用矿产资源。

（4）本研究为矿床勘探和开发提供了科学依据和技术支持，基于 Surpac软件的三维模型构建和资源量估算方法为未来类似矿床的研究和开发提供了有价值的经验和方法。

致谢 感谢北京中矿智信科技有限公司在建立数据库的过程中给予的指导；感谢匿名审稿专家和编辑部老师提出的宝贵意见。

注释

① 牛英杰，贾琦，孙佳，王自力，刘威，王艳辉，王居松，张志军 .2020. 老挝琅勃拉邦省巴乌县爬奔金矿 L1 区Ⅱ号矿体（500～800 m 标高）、Ⅴ-1 号矿体（200～687 m 标高）详查地质报告 （2018—2019年度）[R]. 天津：天津华勘矿业投资有限公司.

② 辛建伟，胡金才，牛英杰，韩志伟，张泰.2012. 老挝琅勃拉邦省巴乌县爬奔金矿区详查地质报告[R]. 天津：天津华勘矿业投资有限公司.

参考文献