地质统计学矿体建模简明教材.pdf

- 1 - 地质统计学矿体建模地质统计学矿体建模地质统计学矿体建模地质统计学矿体建模 简明教材简明教材简明教材简明教材 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 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-打开打开打开打开/新建新建新建新建,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 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-导入数据导入数据导入数据导入数据 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 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-显示显示显示显示-钻孔钻孔钻孔钻孔， 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数据库数据库数据库-显示显示显示显示-钻孔显示风格钻孔显示风格钻孔显示风格钻孔显示风格，，，，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定义剖面定义剖面定义剖面按钮，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“数字化光标位置点数字化光标位置点数字化光标位置点数字化光标位置点”按钮开始圈连矿体，最后选择“闭闭闭闭合合合合 当前被数字化的段当前被数字化的段当前被数字化的段当前被数字化的段”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 从菜单栏实体模型实体模型实体模型实体模型-创建三角网创建三角网创建三角网创建三角网-两个段之间两个段之间两个段之间两个段之间， 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库数据库数据库-数据提取数据提取数据提取数据提取-样品表数据样品表数据样品表数据样品表数据，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。从菜单栏数据库数据库数据库数据库- 分析分析分析分析-基础统计窗口基础统计窗口基础统计窗口基础统计窗口， 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， 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-组合组合组合组合-根据勘探工程根据勘探工程根据勘探工程根据勘探工程，，，，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。 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-分析分析分析分析-基础统计窗口基础统计窗口基础统计窗口基础统计窗口，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文件工具线文件工具线文件工具-线串运算线串运算线串运算线串运算，打开线串运算对话框 输入新线文件名和取对数公式 logd10.001，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 从菜单栏数据库数据库数据库数据库-分析分析分析分析-变异函数建模窗口变异函数建模窗口变异函数建模窗口变异函数建模窗口， 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 90 0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。 Spread Limit 圆锥到一定的距离，收敛到一个柱体，Spread Limit 为柱体 的半径。 Lag 滞后距（又叫步长）。 Lag tolerance滞后距容许误差限，软件默认为 lag/2 即滞后距的一半。 γh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Max Dist。 - 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