基于Datamine的三維可視化建模在銀坑礦田的應(yīng)用研究

張 艷，黑 歡

（1.中陜核工業(yè)集團二一一大隊有限公司，陜西 西安 710024；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054）

了解地質(zhì)體的空間展布規(guī)律，對礦產(chǎn)勘查和合理開采都具有非常重要的意義。傳統(tǒng)的二維手段和方法，既難以表達地質(zhì)現(xiàn)象的復雜性，也難于對其進行空間分析，因此三維地質(zhì)建模技術(shù)應(yīng)運而生。三維地質(zhì)建模是運用現(xiàn)代空間信息理論來研究地層及其環(huán)境的信息處理、數(shù)據(jù)組織、空間建模與數(shù)字表達，并運用科學可視化技術(shù)，來對地層及其環(huán)境信息進行真三維再現(xiàn)和可視化交互的科學與技術(shù)[1]，它可以有效、直觀、靈活的展示地形及礦體的空間展布及成礦規(guī)律。

三維地質(zhì)建模軟件比較豐富，常用的國外軟件有Datamine、Micromine、Vulcan、Surpac等，這些軟件具有強大的作圖、建模及顯示功能，采用通用的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，支持常用的數(shù)據(jù)格式便于共享。常用的國內(nèi)軟件有3Dmine、IMAGIS、MAPGIS-TDE、GeoMO3D、Geoview等。

在國外，很多學者采用三維建模軟件建立了礦床的三維模型，實現(xiàn)了礦山生產(chǎn)的動態(tài)管理和資源的合理利用。在國內(nèi)，吳健生、黃浩、陳鄭輝等[2]利用Vulcan軟件建立了新疆阿舍勒銅鋅礦的三維礦體和地質(zhì)模型，直觀研究和分析礦體的形態(tài)變化規(guī)律，并對礦體進行品位估算和儲量計算；修群業(yè)，王軍，高蘭等人[3]利用Surpac軟件建立了可從任意角度觀察的金頂?shù)V床礦體三維模型。

1 礦區(qū)概況

本文三維可視化建模對象銀坑鉛鋅礦田，礦田位于江西省南部的贛州市于都縣，出露地層主要有晚元古代青白口紀、震旦紀、晚古生代泥盆—石炭紀、二疊紀、中生代侏羅紀及新生代第四紀。

礦田構(gòu)造以基底褶皺、蓋層褶皺和一系列北東向疊瓦式推覆斷裂構(gòu)造為主，基底褶皺是由晚元古代老地層構(gòu)成，蓋層褶皺是由古生代地層構(gòu)成的向斜盆地構(gòu)造。礦田內(nèi)巖漿活動較為頻繁，具多期多階段侵入特征。巖石類型為酸—中酸性，除北西角的長潭巖體屬于志留紀產(chǎn)物外，其余為侏羅—白堊紀侵入產(chǎn)物。本區(qū)長期的建造、構(gòu)造巖漿活動為本區(qū)多成因、多類型的金屬、非金屬礦的形成提供了十分有利的條件，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的主要金、銀、鉛鋅等貴多金屬礦產(chǎn)，分布廣、數(shù)量多，而且本礦區(qū)研究力度較高，資料豐富，是一個找礦遠景巨大的礦產(chǎn)資源地[4]。

2 三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 GIS數(shù)據(jù)提取、融合與空間分析技術(shù)

GIS可以對不同來源、不同類型的數(shù)據(jù)進行提取與融合，將地質(zhì)體的地理位置與地質(zhì)屬性結(jié)合起來，按照實際需要準確、真實、圖文并茂地輸出給用戶；同時，其獨有的空間分析功能既可以查詢和檢索所需要的數(shù)據(jù)，又可以對不同的專題數(shù)據(jù)進行疊加分析，是一種可以超越傳統(tǒng)解決方法的先進手段。

2.2 可視化建模技術(shù)

根據(jù)對空間對象的描述方式不同，三維數(shù)據(jù)模型為：表面模型、實體模型和混合模型[5]。表面模型最常用的模型是不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)和網(wǎng)格模型(Grid)，側(cè)重于空間對象的視覺三維效果，模型內(nèi)部是空的，難以進行空間分析和操作；實體模型側(cè)重于三維空間體的表示，適用于空間分析和操作；表面模型和實體模型取長補短，為混合模型提供了基礎(chǔ)。

2.3 空間插值

三維地質(zhì)數(shù)據(jù)具有稀少性、離散性、不均勻性、不確定性，無法直接開展三維建模工作，必須要通過空間插值來生成完整連續(xù)的三維地質(zhì)體數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)三維表達和展示?？臻g插值[6]指：給定一組已知空間離散點數(shù)據(jù)，找到一個函數(shù)關(guān)系式，使其最好地逼近已知的空間數(shù)據(jù)，并推求出區(qū)域內(nèi)其他任意點的值。常用的有泰森多邊形法、距離冪次反比法、Delaunay三角網(wǎng)法和克里格法。

3 銀坑礦區(qū)的三維地質(zhì)建模

3.1 軟件介紹

Datamine軟件公司的前身是礦業(yè)計算有限公司，后來與澳大利亞的Earthworks公司合作組成集團公司。該軟件可以通過建立線框模型和塊體模型來精確描述礦床內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造和品位變化，還可以對建立的線框模型進行一系列的布爾運算，對其進行交、并、差等操作，從而建立復雜的地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)體。

3.2 數(shù)據(jù)收集及預(yù)處理

收集到的原始數(shù)據(jù)有：27個鉆孔的紙質(zhì)資料，用于建立三維鉆孔模型；MapGIS格式的1：1萬地形地質(zhì)圖，用于建立三維地表模型；MapGIS格式的三條（A、B、C）實測剖面及五條勘探線圖，用于建立三維地層模型。

首先，將27個鉆孔的紙質(zhì)資料錄入到四個表格：定位表（鉆孔編號、XYZ坐標、最大孔深）、測斜表（鉆孔編號、深度，方位角、傾角）、巖性表（鉆孔編號、自、至、巖性描述）、化驗表（鉆孔編號、自、至、礦體品位），四個表格根據(jù)鉆孔編號進行一一對應(yīng)。

其次，從1：1萬地形地質(zhì)圖中提取出等高線并為每條線賦高程值；然后進行誤差校正，將坐標校正到實際的坐標位置，以便與鉆孔、實測剖面等數(shù)據(jù)相匹配；最后利用文件轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Datamine可以識別的.dxf格式。同理，用相同的方法，提取并處理河流、公路、房屋等有用信息，用于三維建模。

最后，將A、B、C剖面圖和五條勘探線圖數(shù)據(jù)進行拓撲重建，檢查拓撲錯誤；再進行誤差校正，將其坐標轉(zhuǎn)換到實際坐標；再轉(zhuǎn)換為.dxf格式，導入Datamine軟件。

3.3 鉆孔三維建模

將整理好的表格分別導入Datamine，合成一個空間數(shù)據(jù)庫，即可建立鉆孔三維模型，其坐標、高程、巖性、化驗、樣品等數(shù)據(jù)信息，均可以圖形的方式顯示、查詢、修改和更新。通過三維鉆孔模型，不僅可以任意旋轉(zhuǎn)，縮放，在任意方位動態(tài)地觀察鉆孔，還可以直觀顯示鉆孔的空間位置及空間變化形態(tài)，分析主要成礦元素的空間變化規(guī)律。另外，還可以按照分析結(jié)果或品位大小對鉆孔進行分段賦色，任意方向切割剖面，為圈定不同剖面的礦體提供依據(jù)。

3.4 地形數(shù)據(jù)的三維建模

將轉(zhuǎn)換后的.dxf地形數(shù)據(jù)導入到Datamine，再生成線框模型，生成的線框模型就可以直觀的顯示地形的連續(xù)起伏，模擬地表的形態(tài)，然后設(shè)置不同的顯示風格，用不同的顏色表示不同的高度，使其更具有立體感。

3.5 地層數(shù)據(jù)的三維建模

利用Datamine的框體連接工具，將三個剖面上的地層一一對應(yīng)連接起來，使其成為連續(xù)的地層。地層模型建立的依據(jù)主要是礦區(qū)剖面圖、勘探線圖和鉆孔柱狀圖、坑道平面圖等，實際構(gòu)建過程中，通常是將礦區(qū)所有的數(shù)據(jù)綜合利用完成的。

先利用A、B、C剖面圖建立地層的大概模型，再利用鉆孔柱狀圖和勘探線剖面圖上的地質(zhì)界線進行優(yōu)化處理，精細區(qū)分各個地層的邊界位置。

最后，將礦區(qū)建立好的三維鉆孔、三維地形、三維地層全部添加到圖形窗口，綜合顯示銀坑礦田的三維立體模型，見圖1。

圖1 銀坑礦田三維可視化模型

通過銀坑礦田的三維可視化模型，不僅可以任意旋轉(zhuǎn)、縮放，切割剖面，直觀、形象的觀察該礦區(qū)的地形、地質(zhì)情況，后期還可以在此基礎(chǔ)上建立塊體模型，估算礦體品位，并為礦區(qū)下一步的研究和管理提供依據(jù)和決策。

4 結(jié)論

本文成功建立了于都縣銀坑礦田的鉆孔、地形、地層三維可視化模型，可以得到以下結(jié)論。

（1）三維建模技術(shù)突破了傳統(tǒng)的二維展示方法，不僅可以從三維角度更加直觀、形象、生動的顯示礦區(qū)的鉆孔、地形、地層及礦體的空間分布規(guī)律，還為進一步的研究和生產(chǎn)提供了一種新的思路和方法。

（2）銀坑礦田鉆孔、地形、地層三維模型與礦區(qū)實際的地質(zhì)情況相吻合，證明了該方法在礦區(qū)（田）研究應(yīng)用中的可行性。

（3）依據(jù)建立的三維模型，不僅可以從不同空間方位來研究工程間距及鉆孔對礦體的控制程度，還可根據(jù)需要隨意切割剖面，為下一步勘查工程設(shè)計奠定了基礎(chǔ)指導。

（4）實現(xiàn)礦田的三維可視化，不僅可以動態(tài)、實時的管理礦田的鉆孔、剖面、坑道、探槽、露山采場等資料，還為深部成礦預(yù)測提供了科學根據(jù)。