固体矿产资源储量估算是矿业价值链中的重要环节，随着计算机三维可视化技术的发展，矿业领域建立了矿产资源储量三维估算方法（Rossi et al，2012）。三维资源储量估算涉及大量计算，必须借助计算机软件完成，Surpac软件是由达索公司推出的一款大型三维地质软件，目前已在全球矿业领域得到广泛应用，该软件内建有多种资源储量估算方法，能够方便快速地开展三维资源储量估算工作（李晓晖等，2015）。许多学者在黑色金属（铁、锰矿）（侯志刚，2020；陈甲才，2020）、有色金属（铜、铀、铝土、铅锌、金矿）（安诚瑞，2020；朱春梅等，2017；Sahoo et al，2017；Huang et al，2011；Huang et al，2012）及非金属（石墨、大理石矿）（田修启等，2017；Kapageridis et al，2018；赖传隆，2016）矿山开展了Surpac软件三维地质建模研究工作，完成了不同类型矿床的三维地质模型构建，并将Surpac软件与三维地质建模成果相结合开展找矿预测（安乐等，2018；）和三维采矿设计工作（赵翔等，2014），取得了若干成果。另外，中国地质大学（武汉）等国内高校建立了Surpac软件教学实验室，以Surpac软件地质建模的常规操作完成教学工作（石文杰等，2019）。近年来，一些地勘单位也尝试采用Surpac软件编制三维资源储量报告，如：“云南省鹤庆县北衙铁金矿资源储量核实报告”（杨锐等，2014）和“西藏自治区江达县玉龙矿区铜矿资源储量核实报告”（王毅等，2018），均通过了自然资源管理部门的评审备案。上述研究工作总体上是通过建立勘查资料的地质数据库、剖面和中段解译、形成实体、品位统计、创建块模型并估值以及资源储量报告等步骤实现的，通过人机交互逐个调用软件功能来完成资源储量估算，其估算效率明显高于传统二维储量估算方法。但是，目前采用Surpac软件编制三维资源储量报告的方法仍存在步骤多和操作繁琐等不足，在一定程度上影响了储量估算的工作效率，尤其在进行多矿体储量估算时，这一弊端更加明显。

为了提高三维地质建模工作的效率和成果的规范化程度，在总结Surpac软件的最新研究成果和执行《固体矿产资源储量估算规程》（中华人民共和国自然资源部，2020）的基础上，建立了固体矿产资源储量半自动化估算方法。首先，判断Surpac软件三维地质建模的所有操作可由计算机自动化完成的可行性，将所有操作划分为计算机自动化操作和需要手工干预操作2种类型；其次，编制符合《固体矿产资源储量估算规程》的Surpac三维软件地质建模流程；然后，准备示例数据，通过Surpac软件的二次开发接口，采用TCL/SCL（Dassault Systèmes GEOVIA Inc，2013）和VC++编程语言（李琳娜，2014）开发系列功能，完成建模流程中的自动化操作任务；最后，将储量半自动化估算方法应用于“内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗巴彦包勒格矿区银多金属矿地质勘探报告”的编制工作中（宋文明等，2021），并采用地质块段法对该矿床1号银矿体进行资源储量估算，以验证固体矿产资源储量半自动化估算方法的可行性。

Surpac软件具有提供二次开发接口和以对象方式构建空间数据结构的特性，为实现半自动化资源储量估算提供了基础条件。

（1）提供二次开发接口。Surpac软件内嵌了TCL编程语言作为脚本语言，把自身的程序功能以API函数方式扩展到TCL脚本语言中，形成SCL语言，供用户开发时通过API调用Surpac软件功能（GEOVIA Surpac，2013）。

（2）以对象方式构建空间数据结构。Surpac软件以对象的方式构建点（Point）、线段（Segment）和线串（String）数据，一个空间数据点是组成三维空间数据的最小单位，点对象的属性信息包括该点所在线串的线串ID号（StrNo）、北坐标（Y）、东坐标（X）和高程（Z）三维空间坐标，以及其他的一些信息作为属性字段（D1，D2，…，Dn），如该数据点处的地质品位和比重等。由一个或多个点构成一个线段对象，由一个或多个线段构成一个线串对象（图1）。

为了设计符合《固体矿产资源储量估算规程》要求的地质建模流程，梳理了Surpac软件三维地质建模工作的操作步骤，将建模工作流程按照操作性质划分为2类：一类是根据地质规律在三维剖面或中段上圈连地质界线，形成矿体、地层和岩体实体，这类操作属于三维图形编辑，可以通过人机交互方式来实现，制作变异函数也属于这一类；另一类为地质数据建立、样品的数理统计、样品组合、产状统计、特高品位处理、块体模型估值与报告、模型检验以及资源储量估算图件绘制等流程。本文通过总结第2类建模工作流程操作的特点，利用Surpac二次开发技术开发相应的功能，自动完成该类流程的操作，从而实现整个三维地质建模工作的半自动化。

按照固体矿产资源储量估算规律，分析总结国内外资源储量估算方法的特点，将整个资源储量估算过程科学合理地分解为若干个流程节点。图2所示为利用Surpac软件编制三维资源储量报告的工作流程。

由图2可知，利用Surpac软件编制三维资源储量报告包括9个步骤，分别是原始数据录入、地质数据库、地质解译、实体模型、基础统计分析、样品组合、变异函数、块体模型和地质绘图。

根据Surpac软件建立地质数据库的要求，将构建数据库所需要的地质信息规划为相互有逻辑关系的若干二维数据表格的形式，在Excel软件中形成原始数据录入模板，利用Excel软件强大的数据录入和编辑功能，快速完成数据录入（图3）。在模板中使用VBA编程语言编制宏命令，遍历工作薄中的所有表单，分别保存为文本文件，供建立地质数据库调用。

在该模板中，新增了元素信息表，将矿床的成矿元素、工业指标、主伴生元素、品位数值小数点后保留有效数字的位数以及资源储量报告的单位等信息一并录入，用开发程序通过遍历该表中的成矿元素信息，自动完成各矿体按元素的分析统计、估值和资源储量报告，是实现资源储量半自动化估算的关键举措。

通过开发TCL/SCL程序建立地质数据库并导入数据。用对话框选择原始数据文件，读取井口坐标表、测斜表、样品表、岩性表和元素表的字段名称，由程序根据元素信息表中的元素种类，调用Surpac软件的建库功能，自动创建1种到多种分析元素的地质数据库结构，自动导入井口坐标数据、测斜数据、元素信息数据、化验数据和岩性数据。对岩性数据中的岩性名称进行唯一性检索，根据检索结果和各元素的品位指标值自动设置数据库的显示风格。

以人机交互的方式创建矿体解译线。充分利用Surpac软件用小于32000的正整数作为线串数据的线串编号或实体数据的实体编号来管理线串数据和实体数据的技术特点，结合矿床地质信息种类，制定一个涵盖矿区所有地质信息且具有普遍性的编号方案（表1）。表1中“110，32000，100”表示从110号开始到32 000号结束，每隔100选定一个数，即110，210，310，…，31910，32000，可用于表示矿区1号至319号矿体的线串号。该方案的策略是，编号由三位数至五位数组成，分为2个部分，编号的后两位数表示地质信息的种类，如地层、岩体和矿体等，最多能表示99种地质信息；去掉编号后两位数字，剩余的1~3位数字表示该类地质信息中的不同个体。

根据矿区的勘探线和中段信息，为每个剖面或中段自动创建一个文件夹，将各剖面或中段的地层、岩体、断层、矿体轮廓线、矿体中心线和数据分布范围线等解译数据保存在对应文件夹中。与常规做法相比，增加解译矿体中心线，用于形成矿体中心面，自动统计矿体的总体产状；增加解译数据范围线，用于自动绘图时检测图幅范围、设置纸张大小。

将各剖面和中段解译结果按照地质信息的种类进行合并，分别在Surpac软件的三维图形工作区建立地层、岩体、矿体和断层等地质体空间实体。当形成矿体实体之后，把矿体的实体信息写入数据库，包括矿体号和矿体实体编号等。

若项目需要绘制纵投影图，则在完成块体模型的资源储量分类之后，以矿体为单位解译矿体的资源储量类别分类边界线和矿体轮廓线，用于绘制投影图。

Step 1：全区样品统计。调用Surpac软件数据提取功能，将全部的样品信息从数据库中提取出来，得到包含元素品位信息和样长的线串数据，调用软件的基本统计功能对线串数据进行统计，报告样长和各成矿元素品位的均值、方差和变化系数等统计参数。

Step 2：矿体内样品统计。编制TCL/SCL程序，根据数据库矿体表中的矿体信息，依次调用各矿体实体与数据库中的探矿工程轨迹进行相交运算，相交结果即为钻孔中的见矿部位，保存到数据库；对照各矿体的见矿工程部位，以矿体为单位在样品表中提取各矿体内的样品。为克服Surpac软件无法生成批量数据统计结果汇总表的不足，用VC++语言编制数据的基础统计模块，批量统计矿体内的样品数据，形成统计汇总表，包括各矿体的控制工程数量以及工程列表、品位均值、均方差、变化系数和西舍尔T估值等统计参数。

Step 3：特高品位确定与处理。对需要处理特高品位的成矿元素，调用Surpac软件基本统计功能，形成各矿体的品位对数概率图，用于识别矿体的特高品位；开发程序将全区各矿体的均值、方差、变化系数、百分位数（97.5%、98%、99%）对应值、矿体品位平均值的6倍、7倍和8倍值等参数显示在对话框中，用于确定特高品位下限。选择百分位法或采用品位变化系数法的倍数法确定特高品位下限，也可采用品位对数概率图法确定特高品位下限；采用截取法或矿体平均品位代替法处理特高品位。

Step 4：矿体总体产状计算。将矿体中心面（图4）拟合为一个平面，用该平面的产状表示矿体的总体产状（图5）。

图4是矿体中心面n个三维空间控矿点（x_i，y_i，z_i）（i=1，2，…，n）示意图，求解拟合平面产状的运算如下：

设空间平面方程为

采用下列最小二乘法推导出的公式求平面方程的a，b，c的值：

式中：a，b，c为空间平面方程的系数；x_i，y_i，z_i为矿体中心面控矿点的三维空间坐标。

矿体走向β和倾角α的计算公式分别为

从数据库中遍历矿体信息和元素信息，依次调用Surpac软件的样品组合功能，分矿体按照元素种类进行组合。依据我国资源储量估算的要求，将样品组合操作放在特高品位处理操作之后。

对于采用普通克立格法估算资源量的情形，根据各矿体的组合样品，利用Surpac软件的变异函数制作功能，手动交互式制作各矿体的变异函数，并通过交叉验证功能对变异函数进行检验，将各矿体的变异函数的参数记录在CSV格式文件中，以备块体模型自动估值时调用。

Step 1：建立块体模型。自动检索所有矿体和地形的空间极值范围，建立块体模型，添加矿体号、元素、矿石类型、资源储量类别、比重、倾向和倾角等属性字段用于估值。

Step 2：品位估值。在自动化估算流程中，考虑了2种最常用的估算方法，即距离幂次反比法和普通克立格法。距离幂次反比法估值参数采用经验参数，普通克立格法估值参数由变异函数确定。

在估值过程中，采用动态搜索技术在块质心周边搜索参与估值的样品。根据矿体中心面，计算矿体的总体产状，形成矿体总体产状平面。根据矿体中心面，计算组成中心面的三角形面的产状，将该三角形面的倾向和倾角储存于三角形边的属性中。沿矿体总体产状平面法线方向，扩展矿体中心面的每一个三角形，形成三棱柱，将三角形的倾向和倾角赋值到落入该三棱柱内的矿体块模型的倾向和倾角属性字段，用于估值时定义搜索椭球体产状（图6）。在估值时，调用距离幂次反比法估值功能或普通克立格法估值功能进行估值（图7）。

Step 3：块体模型检验。估算完成后，还需要对估算结果进行可靠性验证。根据勘探线的位置，绘制到相邻勘探线1/2距离的勘探线扩展范围线示意图，如图8所示。依次统计落在各勘探线范围线内的矿体组合样品和矿体块模型的品位平均值，进行对比分析，依据二者平均品位变化趋势是否一致来判断估值的合理性。

Step 4：资源储量分类。利用钻孔的轨迹线与矿体的空间实体做相交运算，得到钻孔轨迹线落在矿体内的部分（即矿截），根据矿体的勘查类型与矿截之间的距离，划分矿体的不同资源量类别的范围。然后将矿截连接成空间实体，作为在对块体模型赋资源量类别时的空间限定范围（图9）。

Step 5：资源储量报告。调用Surpac软件的块模型报告功能，按照矿体、矿种、资源量类别和标高范围等分类方式报告资源储量。

地质建模项目中地质剖面图、中段图和矿体投影图的图面信息量非常丰富，绘制工作复杂，且每类图件的图幅数量多又具有高度重复性。创建每类图件的绘图模板，编制程序，循环访问所有剖面、中段和矿体的地质信息，调用模板，完成图件的绘制。

Step 1：设置页面。为每类图件定义一个默认的纸张，划分绘图区域，然后定义一个符合规范要求的图签。

Step 2：设置图元绘制方式。定义符合规范要求的所有图元类型的绘制方式，包括勘探线、地质界线、矿体轮廓线和钻塔符号等图元。

Step 3：定义绘图映射。将每类图件的所有地质信息与相对应的绘制方式匹配起来，形成绘图定义文件。

Step 4：出图。由程序遍历所有剖面、中段和矿体信息，检测各副图件的绘制范围，动态调整纸张的大小，调用Surpac软件的绘图功能，完成所有剖面图、中段图和投影图的绘制。

内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗巴彦包勒格矿区银多金属矿是一个正在勘探的项目，以银、锌矿为主，铅矿分布极少。该矿床中已发现的银、锌矿体共有数十条，矿区从西南到东北划分为银矿带和锌矿带。目前该矿区内已部署的探矿工程只有探槽和钻孔工程，分布在36个勘探线上，按照50 m标高划分了10个中段。采用本文所提出的固体矿产资源储量半自动化估算方法编制了巴彦包勒格矿区银多金属矿勘探报告的资源储量估算部分，已通过国土资源管理部门的评审。以矿区1号银矿体的数据为例，说明固体矿产资源储量半自动化估算方法进行储量估算的应用过程和成果。

（1）按照数据录入模板的格式录入数据，运用北京中矿智信科技有限公司自主研发的地质建模大师Master程序建立地质数据库。

（2）根据勘探线自动创建36个剖面解译文件夹，以剖面为单位，在Surpac软件图形空间上解译矿体轮廓、矿体中心线、地层界线、岩体和绘图范围线等信息。

（3）创建地表、矿体和岩体等模型，将矿体信息导入到数据库。

（4）创建10个中段解译文件夹，通过对矿体实体剖切，得到中段上的矿体解译线。

（5）调用开发的程序自动完成全区样品和矿体内样品的基础统计，其中1号银矿体的统计结果如下：矿体内有509件样品，样品品位的最小值和最大值分别为3.6×10^-6和2 516×10^-6，平均品位为160.21×10^-6，变化系数为1.18，西舍尔T估值为160.68×10^-6。由统计结果可知，1号银矿体的品位变化系数低于1.6，适合距离幂次反比法的估算条件，确定选用距离幂次反比法进行估值。

（6）特高品位确定与处理。分别绘制各矿体的银品位（或锌品位）的对数概率曲线，用对数概率图法确定银和锌的特高品位下限，在矿体对数概率图上查找曲线斜率的突变处作为特高品位的下限。图10所示为巴彦包勒格矿区1号矿体银品位对数概率曲线图，从图上可查询到对应斜率突变处的品位为944.02×10^-6。

采用截取法处理特高品位，即用特高品位下限值代替特高品位值，1号银矿体用944.02×10^-6替代大于944.02×10^-6的品位值（图11）。

（7）根据处理特高品位后的样品品位，按矿体分元素进行样品组合。

（8）自动检查矿体的空间位置，创建块体模型，遍历数据库中矿体信息，完成块模型的矿体编号赋值和距离幂次反比法估值等操作。按照工程间距和矿体的勘查类型划分矿体的资源量类型，并赋到块模型中；调用程序自动报量。表2为巴彦包勒格矿区1号银矿体的资源储量估算结果。

（9）模型全局检验。根据勘探线的位置，创建勘探线范围线，统计各勘探线范围内块模型和组合样品的平均品位，然后结合统计结果，在Excel表中绘制品位对比图（图12）。由图12可知，2条平均品位的曲线变化规律基本一致，表明本区的块体模型估值是合理的。

（10）绘图。调用所开发的剖面图、中段图和投影图的模板，将每类图的图签信息整理成CSV格式的文件，由程序自动完成图件的绘制，在半天时间内完成了巴彦包勒格矿区36张地质剖面图、10张水平断面图和12张垂直纵投影图的绘制。

为了检验利用三维软件估算资源储量结果的可靠性，采用地质块段法对1号银矿体进行了资源储量估算，结果列于表3。

通过对比2种估算方法所获得的1号银矿体的资源储量估算结果（表2和表3），可知距离幂次反比法估算的矿石量比地质块段法少11.4×10⁴t（-6.52%），品位低0.79×10^-6（-0.53%），金属量少18 t（-6.90%），2种估算方法所得结果的相对偏差均在合理范围内，说明本区应用距离幂次反比法进行资源量估算是合理的，估算结果可靠。

2种估算方法所得估算结果的偏差主要是由体积变化引起的，其原因有2个方面：一是地质块段法的矿体外推都是板状1/4外推，而三维矿体实体有些外推是1/2尖推；二是三维软件估算块体模型时，矿体实体内的一小部分块体品位低于矿体品位要求，在报告资源量时不进行统计，导致块模型的体积略小于地质块段法的体积。

利用Surpac软件地质建模技术，结合我国资源储量估算规范的有关要求，提出了利用Surpac软件二次开发固体矿体资源储量半自动化估算方法，并将该方法应用于巴彦包勒格银多金属矿资源量估算中。得到如下结论：

（1）Surpac软件地质建模存在操作步骤多、效率低且成果难统一等不足，在一定程度上制约了三维软件在矿业领域的推广应用。因此，开展标准化建模流程和半自动化估算技术的研究工作，是推进矿业信息化和智能化建设的需要。

（2）固体矿产资源储量半自动化估算方法，除了地质解译、实体模型和变异函数外，其余所有操作均由程序自动化完成，大幅提高了储量估算效率和地质建模成果标准化程度。

（3）本文所提出的储量半自动化估算方法仅仅考虑了矿体的三维估算，未来应加强利用三维地质模型数据编制二维地质块段法和断面法资源储量估算报告的研究，推进固体矿产资源储量二维估算和三维估算一体化建设。