數(shù)字礦山模型建設(shè)方法探討

湛睿 羅量 湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一四隊(duì)

1 引言

建設(shè)數(shù)字礦山是一項(xiàng)對于礦山企業(yè)、政府管理部門、社會(huì)地勘單位都有積極意義的工作。通過建立礦區(qū)三維空間地質(zhì)資料信息數(shù)據(jù)庫，建立礦山三維空間模型，能提高礦山企業(yè)資源管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，提供現(xiàn)代化的技術(shù)服務(wù)平臺和管理手段。本文以某礦山地質(zhì)模型建設(shè)為例，探討數(shù)字礦山模型的建設(shè)方法。

2 地質(zhì)資料的收集

開展數(shù)字礦山工作的第一步是進(jìn)行已有的礦區(qū)資料收集。在全面收集礦區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)資料、基礎(chǔ)地質(zhì)資料（地層、構(gòu)造、巖漿巖等）、物化遙感資料、勘查資料、各類樣品的測試資料、礦區(qū)的開發(fā)資料（礦業(yè)權(quán)設(shè)置、礦山設(shè)計(jì)、開采和資源利用概況、資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告、資源儲(chǔ)量檢測報(bào)告等）、分散到各個(gè)地勘單位、科研院所的原始資料、測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類及標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立礦區(qū)三維空間地質(zhì)資料信息數(shù)據(jù)庫。

組織人員到礦山及各相關(guān)單位收集資料，并對收集的資料進(jìn)行歸納整理，收集方式為赴保管單位拷貝或現(xiàn)場掃描數(shù)字化。為保證資料的清晰度及準(zhǔn)確度，老的原始及成果地質(zhì)資料沒電子數(shù)據(jù)的采用掃描或復(fù)印方式，地質(zhì)工作新形成的資料采取拷貝電子數(shù)據(jù)的方式收集。

3 鉆孔等勘探工程數(shù)據(jù)庫建設(shè)

勘探工程數(shù)據(jù)庫主要包括鉆孔數(shù)據(jù)庫和坑硐數(shù)據(jù)庫，建庫過程即為數(shù)據(jù)庫屬性表的錄入。建庫的方法為先錄入至電子表格中，然后由三維建庫軟件提供的工具導(dǎo)入生成勘探工程數(shù)據(jù)庫。

鉆孔數(shù)據(jù)庫記錄了鉆孔點(diǎn)位信息、取樣信息、測斜信息、分層編錄信息等，是生成鉆孔柱狀圖，在二維、三維中建立鉆孔圖形數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。將各屬性表通過手工錄入至Excel表格中保存為.CSV格式，再由Dimine數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)表格“導(dǎo)入”功能導(dǎo)入錄入的“.CSV”文件，保存為Dimine軟件的“.dmt”文件。通過Dimine 軟件中的“地質(zhì)”中的“校驗(yàn)”功能，對之前保存的“.dmt”文件進(jìn)行校驗(yàn)。進(jìn)行校驗(yàn)后如出現(xiàn)錯(cuò)誤記錄，對錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。修改驗(yàn)證后在“地質(zhì)”中“鉆孔DMD”功能中加載錄入“.dmt”文件后創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫。

坑硐數(shù)據(jù)庫記錄了坑硐孔口、測斜、樣品化驗(yàn)信息。數(shù)據(jù)錄入人員根據(jù)原始資料記錄的數(shù)據(jù)信息，一一對照將其錄入到上述相應(yīng)表格中對應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)，保存后即完成勘探工程數(shù)據(jù)庫建庫工作。在完成建庫工作后，我們可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入本次關(guān)聯(lián)開發(fā)的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)勘探工程三維軌跡顯示、信息查詢、自動(dòng)生成各種二維圖件等一系列相關(guān)應(yīng)用。

4 三維空間地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

利用工作程度最高的勘查（探）資料及最新的礦山生產(chǎn)勘探資料、開采資料、儲(chǔ)量年報(bào)和各階段的儲(chǔ)量檢測報(bào)告，建立反映礦山實(shí)際情況的三維空間地質(zhì)數(shù)據(jù)庫[2]。在進(jìn)行三維數(shù)據(jù)庫建設(shè)之前，首先需要對建庫數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。由于本次三維建庫主要采用相鄰剖面圖（或中段圖）之間同屬性地質(zhì)體輪廓線進(jìn)行連接的方法。因此，在建庫前需對剖面圖（或中段圖）進(jìn)行校正、拓?fù)錂z查等預(yù)處理。經(jīng)過矯正后的地質(zhì)剖面在誤差校正和拓?fù)湓靺^(qū)后，建立地質(zhì)體和礦體連接等方面信息的屬性字段結(jié)構(gòu)，錄入相應(yīng)屬性，例如巖石的地層代號，礦體的編號、礦石品級、礦體塊段編號、礦石品位、礦體連接等信息，為三維巖石和礦體的連接提供輔助信息。數(shù)據(jù)處理包括掃描圖件的地質(zhì)要素的矢量化、拓?fù)錂z查、圖幅誤差校正、要素分層、投影變換（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。

選用1：5000地形地質(zhì)圖建立礦區(qū)三維空間地表模型，生成地形模型后，將礦區(qū)地形地質(zhì)（平面）圖和地理圖疊加到地形模型上，形成地表三維模型（圖1）。

圖1 礦區(qū)三維空間地表模型

基于地表及鉆孔等探（采）礦工程獲得的地質(zhì)體信息形成的地質(zhì)剖面經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理之后導(dǎo)入到三維視圖中進(jìn)行交互式連接生成地質(zhì)體及賦屬性，從而生成地質(zhì)體三維空間數(shù)據(jù)庫。具體步驟為：

首先構(gòu)建剖面間的地質(zhì)體面，構(gòu)建方法是在兩個(gè)相鄰的地質(zhì)剖面上選擇一組對應(yīng)的地質(zhì)體邊界線，采用輪廓線拼接的方式建立剖面間地質(zhì)體面。當(dāng)剖面間的地質(zhì)體面生成后，創(chuàng)建一個(gè)空的待構(gòu)地質(zhì)體，錄入相應(yīng)的巖石地層代號或其它信息（也可通過關(guān)鍵字段導(dǎo)入屬性）。然后把剖面間和剖面上的地質(zhì)體面添加至該塊體，形成封閉的具有相應(yīng)屬性的地質(zhì)體塊體，按照要求調(diào)整（或根據(jù)巖石名稱或代號屬性統(tǒng)改）地質(zhì)體的顏色等，最終形成地質(zhì)體三維空間數(shù)據(jù)庫。對于礦體三維空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)，首先將處理完成的二維地質(zhì)剖面和中段平面圖導(dǎo)入生成三維地質(zhì)剖面和三維中段平面圖，以剖面圖及平面圖中的礦體邊界為基礎(chǔ)，按照勘探報(bào)告中提供的儲(chǔ)量估算方法及礦區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算表中的信息，連接相鄰剖面及中段平面圖間的礦體邊界。兩條剖面的礦體如為同一個(gè)礦體或塊段則直接相連，如為不同礦體（礦體不連續(xù)），則平推或楔形或錐形尖滅，生成三維礦體實(shí)體。從礦區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算表中提取礦體體重，塊段和礦體的體積、礦石量、金屬量屬性信息，錄入已生成的三維礦體實(shí)體中，完成礦體三維空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)（圖2）。

圖2 礦體三維空間數(shù)據(jù)庫

5 成果應(yīng)用及創(chuàng)新

實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)地質(zhì)資料信息的集群，使地勘單位能充分利用地質(zhì)資料，避免地勘實(shí)物工作量的重復(fù)投入，節(jié)約地勘經(jīng)費(fèi)，提高工作效率和效益。三維空間地質(zhì)數(shù)據(jù)庫反映了礦區(qū)地下空間形態(tài)，地層、構(gòu)造、巖體和礦體的分布規(guī)律，為地勘工作部署提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)亦可指導(dǎo)科研工作者開展礦山及外圍成礦規(guī)律研究，指導(dǎo)礦山的深、邊部找礦工作和礦山生產(chǎn)。