SURPAC地质统计学矿体建模简明教材

-1-地质统计学矿体建模简明教材北京科技大学张树泉编2010年10月-2-1.三维建模平台本建模所依托的平台是澳大利亚Gemcom软件公司开发的Surpac矿业软件。该软件在矿体三维建模等方面应用非常成熟，是计算机技术在地质普查与勘探以及数字矿山上的成功应用。2.学习内容1）利用原始数据创建数据库，能够将原始数据导入和导出数据库，并能够对数据库进行管理。2）通过连接数据库，能够显示钻孔及钻孔属性。3）利用钻孔不同岩性做剖面圈矿体，将矿体保存为线文件，并通过创建三角网建立矿体的实体模型。4）进行样品组合获得组合样线文件。5）对线文件中数据进行基础统计分析、数据变换，处理特高品位值。6）计算变异函数进行结构分析，确定搜索椭球体及结构参数，最后利用交叉验证获取最佳的结构参数。7）利用已建好的实体模型创建块体模型，并能够对块体模型进行约束和增减各种属性。8）利用已获取最佳的结构参数，使用距离平方反比法和普通克立格法对矿块估值。9）对矿体储量进行分类统计，绘制品位—吨位曲线。-3-3.研究过程3.1准备原始数据本次三维建模所用的原始数据有：化验数据、岩性数据、开孔坐标和测斜数据文件。数据文件如图3-1所示。图3-1原始数据文件-4-3.2创建数据库首先选中原始数据所在的文件夹设为工作目录，如图3-2所示图3-2选择工作目录从菜单栏数据库-打开/新建,创建一个数据库。然后给新建数据库命名为“练习数据库.ddb”，如图3-3所示。图3-3创建一个数据库-5-根据需要添加缺少的数据表，例如化验表和岩性表。最后将每个数据表与原始数据文件进行对比，添加缺少的字段，注意类型和长度一致，如图3-4所示。图3-4为每个表添加缺少的字段3.2.1将原始数据导入已建好的数据库从菜单栏数据库-导入数据如图3-5所示。图3-5导入数据图3-6将数据从文本文件载入到数据库-6-选择对应的原始数据文件进行插入，这样所有的原始数据便导入到数据库中，如图3-6所示。最后生成一个数据库载入报告，如图3-7所示。图3-7数据库载入报告3.3显示钻孔从菜单栏数据库-显示-钻孔，绘制孔如图3-8所示，可见有很多选项设置，进行相关设置可显示钻孔的各种特征。-7-图3-8绘制钻孔然后从菜单栏数据库-显示-钻孔显示风格，如图3-9所示。图3-9编辑钻孔显示风格设置完相关参数，最终钻孔显示如图3-10所示。从图中可清晰明了看出钻孔-8-的各种属性。图3-10钻孔显示3.4作剖面从工具栏中选择定义剖面按钮，定义剖面宽度如图3-11所示图3-11定义剖面宽度-9-单击“执行”按钮便可以切剖面如图3-12和3-13所示。图3-12沿平面图中勘探线切剖面图3-13一个勘探线剖面图-10-3.5圈连矿体建立实体模型从工具栏上选择“数字化光标位置点”按钮开始圈连矿体，最后选择“闭合当前被数字化的段”按钮闭合矿体边界线，如图3-14所示。所有剖面圈完后，保存为线文件。图3-14圈连矿体从菜单栏实体模型-创建三角网-两个段之间，将所有剖面连接成如下所示的实体模型，并将两端封闭，如图3-15所示。图3-15创建矿体的实体模型-11-3.6样品组合从菜单栏数据库-数据提取-样品表数据，形成一个线文件。操作步骤如图3-16至图3-20所示。数据提取菜单可提取未组合的原始样品，用于绘图或计算。组合样的目的有二：一是地质统计学要求参加估值的样品支撑（尺寸）要一致，二是将样品组合后可减少样品的数量，加快计算速度。但组合后难免产生一些修匀的效果。图3-16图3-17图3-18-12-图3-19图3-20下一步是统计样品长度的分布，确定组合样的组合长度。从菜单栏数据库-分析-基础统计窗口，进入基础统计窗口做样品长度的直方图，如图3-21至3-23所示。注意线文件中坐标后D1是孔号，D2是金品位，D3是样长。从图3-23中可以看出绝大部分样长为2米。-13-图3-21进入基础统计窗口图3-22设置线文件及要统计的列-14-图3-23样品长度的直方图最后进行样品的组合，从菜单栏数据库-组合-根据勘探工程，如图3-24所示。打开组合钻孔窗口，设置组合样线文件名、组合样长为2米。如图3-25所示。组合后的线文件格式如图3-26所示。图3-24根据勘探工程组合样品-15-图3-25组合样品参数设置图3-26组合样品文件格式-16-3.7基础统计分析在组合样线文件的基础上进行基本的统计其中包括：样品的均值、方差、变异系数、服从什么分布及检验。从菜单栏数据库-分析-基础统计窗口，进入基础统计窗口。输入线文件名和要统计的字段（这里是D1代表金的品位）以及直方图的参数。如图3-27所示。图3-27设置金品位的直方图参数图3-28服从对数正态分布的金品位直方图-17-图3-29金品位分布的统计报告图3-30取自然对数金品位的直方图-18-图3-31取自然对数金品位分布的统计报告从图3-28和图3-29中了解到金品位服从典型的对数正态分布，图形是向右偏的。大多数贵金属的分布都服从对数正态分布。注意图3-29中的特高品位值为544克/吨，偏度等于19.71，峰度等于424.71（统计学中标准的正态分布，偏度应等于0，峰度应等于3）。图3-30是取自然对数金品位的直方图，效果大为改观。从图3-31中得到偏度等于-0.23，峰度等于3.4。这和偏峰度检验值0和3比较接近。所以结论金品位必须进行取对数变换。关于特异值的处理，我国一般用均值的6-8倍替换，西方矿业发达国家一般用97.5%分位数的值10.53（见图3-29）替换特异值。这里我们采用取对数的方法来完成特异值的处理。从菜单栏线文件工具-线串运算，打开线串运算对话框输入新线文件名和取对数公式log(d1+0.001)，如图3-32和图3-33所示。0.001叫第三参数，这里防止金品位为零时取对数出错。图3-32线串运算菜单-19-图3-33输入新线文件名和取对数公式图3-34对数组合线文件的内容从图3-34中可以看出金品位（D1字段）已经变成对数值。3.8空间变异结构分析计算变异函数确定搜索椭球体及结构参数，最后利用交叉验证获取最佳的结构参数。首先了解矿体的产状，矿体走向00、倾向1800、倾角大约450，如图3-35所示。1.在小滞后距（步长）尺度下，计算全向变异函数求块金常数C0如图3-36从菜单栏数据库-分析-变异函数建模窗口，进入变异函数建模窗口后，如图3-37所示选择“新建线文件变差图”菜单。进入“方差图计算窗口”按图3-38基础输入和图3-39高级输入分别输入参数。-20-图3-35矿体的产状图3-36变异函数建模窗口-21-图3-37选择新建线文件变差图图3-38基础参数输入图3-38中各参数说明如下：最大、最小值：对数据进行过滤。方位角：搜索的中线的方位角。倾伏角：搜索的中线的倾伏角，-90表示垂直向下，0度表示水平方向。展开：角度容许误差限，取900时计算全向（所有方向平均）变异函数。展开极限：柱体的半径，搜索圆锥到一定的距离，收敛到一个柱体。-22-滞后：滞后距（又叫步长）此处只选1米最大距离：指变异函数计算最大搜索长度图3-39高级参数输入图3-39中各参数说明如下：坐标范围最小值和最大值：可以在空间约束一个统计范围，不选代表全部对待负值方式：对于负的组合样，有三种处理方法：0，忽略和原值迟滞量滑动块：设置调整上下线及增量。图3-40和图3-41图示计算变异函数所用参数如下：Azumth：要计算变异函数的搜索的中线方向。Spread:角度容许误差限。SpreadLimit:圆锥到一定的距离，收敛到一个柱体，SpreadLimit为柱体的半径。Lag:滞后距（又叫步长）。Lagtolerance：滞后距容许误差限，软件默认为lag/2即滞后距的一半。γ(h)函数用于对给定的h，来计算滞后距离的整数倍距离值，直至给定的最大距离(MaxDist)。-23-图3-40计算变异函数所用参数示意图图3-41计算变异函数搜索圆锥经过变异函数的拟合块金常数C0取0.5，如图3-42和图3-41所示。图3-42小尺度全向变异函数-24-图3-43变异函数模型2.求主轴方向变异函数进入变异函数建模窗口，选择“新建变差图”求主轴方向变异函数，如图3-44所示进入“变差图计算窗口”。参数设置见图3-45和图3-46。主轴方向变异函数拟合图和主轴方向球状模型如图3-47和3-48所示。下一步保存主轴理论的和试验的变异函数。图3-44求最大主轴方向变异函数菜单-25-图3-45基础参数设置图3-46高级参数设置-26-图3-47主轴方向变异函数拟合图图3-48主轴方向球状模型3.选择最大连续性方向在“方差图”菜单，单击“选择具有最大连续性方向”菜单，转动右下角“方差图”中红线到180-360方向，如图3-49所示。-27-图3-49选择最大连续性方向4.选择次轴方向图3-50图3-51选择次轴方向确定主轴方向后继续选“次变差图”，确定次轴方向后，再单击“选择具有最大连续性方向”菜单，转动右下角“方差图”中红线到次轴方向，如图3-50-28-和图3-51所示。5.沿轴提取试验方差图下一步单击“沿轴提取试验方差图”，则自动确定了最大、次轴和最小轴，如图3-52和图3-53所示。图3-52.沿轴提取试验方差图菜单图3-53.沿轴提取的3根轴试验变异函数-29-6.改变各项异向性通过改变个“改变各项异向性”获取主轴和次轴以及最小轴的比值。如图3-54和图3-55所示。图3-54改变各项异向性菜单图3-55获取主轴和次轴以及最小轴的比值7.创建格向异性椭球体报告接着单击“创建格向异性椭球体报告”菜单，输入文件名，各向异性椭球体参数到文件中备用。如图3-56和图3-57所示。-30-图3-56创建格向异性椭球体报告图3-57各向异性椭球体参数-31-8.椭球体观察仪最后单击“.椭球体观察仪”，查看.椭球体的各个参数。图3-58椭球体观察仪菜单图3-59椭球体的各个参数-32-9.交叉验证交叉验证的目的是检验结构分析的正确性，菜单及输入参数如图3-60至图3-61所示。图3-60交叉验证菜单图3-61交叉验证椭球体参数-33-图3-62交叉验证拟合模型参数3.9创建块体模型菜单栏块体模型-新建/打开，输入块体名称块体模型。这里填块体最小最大坐标前，先查询-报告层范围，出矿体三个坐标范围的报告。用户块尺寸为10，10，5，次级分块为标准的，最小块尺寸为用户块尺寸的一半。如下图所示-34-从块体模型-显示显示所创建的块体模型如下图所示单击应用，所创建的块体模型显示出来，如下所示-35-块体模型和矿体可以同时显示，查看矿体的大致位置，如下图所示3.9.1为块体模型添加属性菜单栏块体模型-属性-新建，弹出添加属性对话框，如下图所示-36-可以为块体模型添加各种必要的属性，如体重，金品位等。3.9.2为块体做约束文件菜单栏块体模型-约束-新建约束文件，输入约束，如图所示这样，块体模型约束做好了，可显示，如下图-37-4.0距离平方反比法算储量菜单栏块体模型-估值-距离幂次反比法，打开数据源说明对话框，选择线文件，赋值属性为金，到最近样本点的各向异性距离为最近距离，平均各向异性距离为平均距离，样本数量为样本数量，这样为块体增加了最近距离，平均距离和样本数量三个属性，可进行查询。点应用出现搜索参数对话框，搜索类型为椭球体，其余参数如图所示设置。-38-单击应用弹出距离反比参数对话框，距离反比幂为2，即平方反比法，描述点数目都为2，即将一块体分为8小块。继续下一步，出现块体模型报告对话框，报告属性选择金，报告分别作一个平均和合计，比重值选择sg属性，属性分组选择z轴和金品位，即报告将沿z轴和金不同品位值分别显示。-39-最后，从菜单栏块体模型-报告，输出矿体储量的报告文件，如下图从上面处理结果可以看出，该矿体体积，吨位，金品位都已计算出来。到这里，-40-矿体三维建模及储量报告均已成功实现。4.1普通克立格法菜单块体模型-估值-普通克立格法，为