三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例

劉曉芳+田蘭芬

摘 要：隨著經(jīng)濟水平的快速提高，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)也有了明顯的提高。本文首先簡單介紹了三維地質(zhì)建模在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；然后筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗總結(jié)分析了該技術(shù)在實際應(yīng)用中存在的主要問題；最后對三維地質(zhì)技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用實例進行介紹，對其在實際應(yīng)用中的建模流程和適用的范圍進行研析，并從數(shù)據(jù)可視性和三維動態(tài)的角度展示三維地質(zhì)建模技術(shù)的整體優(yōu)勢，并針對該項技術(shù)在具體應(yīng)用中的問題和未來的發(fā)展趨勢進行研究，以期能夠促進三維地質(zhì)建模技術(shù)在實際中的應(yīng)用效能，為該技術(shù)今后的應(yīng)用和發(fā)展提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模 現(xiàn)狀 問題 應(yīng)用

中圖分類號：P627 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0126-02

隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對地球中各項資源和能源的利用程度在不斷加深，資源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為當今社會發(fā)展的重要問題，越來越多的國家和研究中心也都對地球空間給予了高度關(guān)注。在這種背景下，地球空間信息科學(xué)這門學(xué)科也逐漸發(fā)展起來。該學(xué)科中涵蓋了各種的技術(shù)，比如全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)等，技術(shù)支撐一般是以計算機技術(shù)與通訊技術(shù)為主。在該門學(xué)科中，三維地質(zhì)建模技術(shù)是非常重要的一部分，該技術(shù)將地質(zhì)理論知識、計算機三維可視化融合在一起，進而在三維條件下通過這些信息技術(shù)達到地址空間建模的目的，并對各類地質(zhì)空間和結(jié)構(gòu)進行解釋。近年來，各國的三維技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，具體實踐和應(yīng)用研究也取得了一些成果。

1 三維地質(zhì)建模國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

1.1 三維地質(zhì)建模國外的研究現(xiàn)狀

20世紀中期，西方研究學(xué)者首先開創(chuàng)了對地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的研究，而三維建模理論的提出是在20世紀末期由加拿大學(xué)者研究提出的，最早的應(yīng)用是在油田工程中的油儲藏動態(tài)模擬建模。20世紀80年代，GALSON.F提出了三維模型應(yīng)用到地下空間結(jié)構(gòu)的建模中，隨后幾年的時間里西方學(xué)者又解決了不規(guī)則輪廓線的三維物體建模技術(shù)，到20世紀末期，針對三維技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)曲面的技術(shù)逐漸得到研究和突破，眾多研究學(xué)者又對空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與模型、數(shù)據(jù)的三維可視化等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了大量的研究，為三維地質(zhì)建模的理論發(fā)展和實際應(yīng)用做出了巨大的貢獻[1]。

1.2 三維地質(zhì)建模國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

我國對三維建模技術(shù)的研究最早開始于20世紀80年代，隨著西方研究的深入，我國眾多的研究學(xué)者分別在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)θS地質(zhì)建模技術(shù)的方式方法和理論可行性進行研究，為基于三維技術(shù)的地下空間描述提出了很多的建模方式。在不同領(lǐng)域開展的三維技術(shù)的研究，側(cè)重點也是有所不同的。相關(guān)學(xué)者對三維地質(zhì)建模在水利工程中應(yīng)用進行一系列的研究，天津大學(xué)某實驗室人員研發(fā)了一套水利工程地質(zhì)三維建模分析系統(tǒng)；黃地龍、柴賀軍等人研發(fā)出了一套關(guān)于巖體結(jié)構(gòu)的三維可視化系統(tǒng)。相關(guān)學(xué)者根據(jù)城市地下空間的具體情況，將三維地質(zhì)建模應(yīng)用到城市建設(shè)中，并研發(fā)出了一套三維地質(zhì)模擬和可視化的操作系統(tǒng)。此外，也有學(xué)者根據(jù)各種類工程地質(zhì)的特點，將三維地質(zhì)建模應(yīng)用到地質(zhì)工程中，并研發(fā)出了一套三維可視化分析系統(tǒng)。除了以上提到的領(lǐng)域外，相關(guān)研究人員也逐漸將三維地質(zhì)建模應(yīng)用到油田開發(fā)、礦山開采等各個領(lǐng)域[2]。

2 三維地質(zhì)建模技術(shù)實際應(yīng)用中存在的問題

三維地質(zhì)建模技術(shù)應(yīng)用的研究雖然已經(jīng)取得了很多的成果，但在實際應(yīng)用中還是面臨著很多的困難。目前我國的三維地質(zhì)建模的研究更多的是對國外三維地質(zhì)軟件的二次開發(fā)上，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)框架還不是太完整，在數(shù)據(jù)處理過程、三維建模和分析的過程中同國外技術(shù)水平都存在一定的差距，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對地質(zhì)空間進行三維建模時，由于地下各類物體形狀的不規(guī)則性和多變性，所呈現(xiàn)出來的模型和實際形狀往往存在著偏差；第二，對地質(zhì)空間中各類地質(zhì)體的三維建模過程工作量繁重，尤其是在各類信息數(shù)字化的過程中，工作量更為繁重；第三，對三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)更新耗時長較為困難，在工程開展過程中的實用性能較低；第四，模型的精確度不夠，當?shù)刭|(zhì)工作進行到中期后期時，數(shù)據(jù)信息越來越復(fù)雜，無論是地質(zhì)形狀的描繪還是各項數(shù)據(jù)信息的計算，都不夠精確。

3 三維地質(zhì)建模于礦山開采中的應(yīng)用

在不同領(lǐng)域的工程應(yīng)用中，面臨的實際情況往往都是復(fù)雜多變的，而目前市場上存在的建模軟件一般都具有專業(yè)偏向性，不能兼容所有的地質(zhì)工程類型，所以，在建模軟件的選擇過程中，需要根據(jù)工作的具體要求和地質(zhì)問題靈活選擇。近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山的數(shù)字化進程正在加快發(fā)展腳步，國內(nèi)外相關(guān)的礦業(yè)軟件數(shù)不勝數(shù)，將這些軟件應(yīng)用到工程三維模型中，可以實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的動態(tài)管理，并且對各項資源合理調(diào)配與利用。目前市面上成熟的礦業(yè)三維軟件較多，為礦山的三維可視化建模工程奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

地下采礦的工程一般都較為復(fù)雜，想要利用規(guī)則的幾何體對地下空間進行描述是比較困難的，需要采用多種方式相結(jié)合才能將地質(zhì)空間完整地描述表達出來。本文以3DMINE、SOLIDWORKS兩種建模軟件為例，探討了礦山開采中三維地質(zhì)模型的建模過程[3]。

3.1 SOLIDWORKS建模過程

采用線框構(gòu)建三維數(shù)字模型，利用該軟件可以實現(xiàn)對自然體模型的快速創(chuàng)建，對地下空間各類復(fù)雜的礦體都可以較為精準地描述。同時，在SOLIDWORKS軟件平臺上，將礦體的剖面圖輸入到平臺中，可以形成初步的礦體三維模型，然后根據(jù)實際情況進行局部的修改，使模型逐漸貼近礦體的實際情況。比如在石菉礦區(qū)某礦體種根據(jù)以下流程進行SOLIDWORKS建模。具體流程是：首先，對礦體地下空間的資料進行收集和錄入；第二，于軟件平臺上形成礦體的剖面圖；第三，各剖面圖逐漸形成礦體的三維模型；第四，依據(jù)該礦山實際情況修改建立的三維模型（見圖1）。

3.2 3DMINE建模過程

礦體空間建模的原理為：利用各種相鄰的三角面，各自包裹成一個內(nèi)外不透氣的實體，從而建立起一個礦體模型。而實際上每個面又是由一系列的點相互連接，構(gòu)成內(nèi)外不透氣的三角形的網(wǎng)面。比如在大孤山I（主礦體）、II、III礦體中，根據(jù)以下流程進行3DMINE建模。首先，將礦體各個水平面的剖面線輸入到平臺軟件中；第二，在眾多剖面線條之間連接組成三角網(wǎng)，選擇兩個需要連接三角網(wǎng)的閉合線（見圖2）。這個過程可以依次連接多個線段，連續(xù)點擊即可完成多個段的組合，按ESC即可完成退出，進而形成完整的礦體模型；第三，對初步完成的礦體模型進行編輯；第四，系統(tǒng)可以模擬出礦體的最小坐標和最大坐標，形成單元塊對礦體進行填充；第五，對填充的各個單元塊都添加上三維坐標、礦石類型等屬性信息。

4 結(jié)語

三維地質(zhì)建模技術(shù)可以將復(fù)雜的地下空間的各項信息通過模型的方式完整地表達出來，強調(diào)了地質(zhì)成果表達的可視化、立體化和數(shù)字化，并逐步實現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)的智能化使用，所呈現(xiàn)出來的模型和圖像生動直觀，方便非專業(yè)人士的應(yīng)用和理解。伴隨著信息技術(shù)研究的深入發(fā)展，三維地質(zhì)建模技術(shù)可以說是未來地質(zhì)工程發(fā)展的必然趨勢。本文主要對三維地質(zhì)建模技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，對三維建模技術(shù)實際引用中存在的問題進行研究，結(jié)合技術(shù)條件提出了該項技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用。未來，對三維地質(zhì)建模技術(shù)的實際應(yīng)用研究還應(yīng)繼續(xù)加強，加強在建模方法的普遍性、模型反映的真實性和地質(zhì)空間的變化規(guī)律、模型信息的準確性等方面的研究。

參考文獻

[1] 孫江浩，胡洪飛.三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例的分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（3）：278.

[2] 張洋洋，周萬蓬，吳志春.三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2015（6）：216.

[3] 王亞靜.三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例[J].石化技術(shù)，2015（6）：309.endprint