三維可視化物探技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

魏華平，黃 忠

（四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊(duì)，四川 成都 610000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源資源的需求量也日漸擴(kuò)大。礦產(chǎn)資源短缺已經(jīng)成為對中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展產(chǎn)生制約的瓶頸。地質(zhì)工作者在未來的很長一段時間內(nèi)，必須要肩負(fù)起快速尋找接替資源，降低能源資源對外低存度的職責(zé)。如今，我國在礦山地質(zhì)勘查中所采取的技術(shù)手段日漸更新，但是在勘查時所面臨的難度也越來越大。大批的礦山面臨著嚴(yán)重的礦產(chǎn)資源短缺危機(jī)，解決危機(jī)的最好方法是通過合理的礦山地質(zhì)勘查工作，尋找詳細(xì)真實(shí)的地質(zhì)資料，對礦山展開化探、物探、鉆孔和地質(zhì)勘查。而合理的使用三維可視化物探技術(shù)可以對礦山地質(zhì)勘查工作提供助力。

1 三維可視化技術(shù)簡介

三維可視化技術(shù)在圖形圖像處理科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展之下而得到快速推廣，對模型的繪制與理解，借助于使用三維可視化技術(shù)是一種十分可行的手段，更是一種數(shù)據(jù)的表征形式。通過采取三維可視化技術(shù)，可以對地下以及地面諸多地質(zhì)特征和地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行描述，對區(qū)域環(huán)境形成最基本的認(rèn)知。三維可視化物探技術(shù)所構(gòu)建的模型，綜合圖像圖形處理學(xué)、地理信息科學(xué)、地質(zhì)學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等新技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為物質(zhì)保證，應(yīng)用其可視化功能展示三維環(huán)境下的地質(zhì)信息和地質(zhì)資料，預(yù)測和分析地質(zhì)空間、管理空間的信息，解釋地質(zhì)資料，分析與探討實(shí)體內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)信息。隨著三維可視化技術(shù)在地質(zhì)勘查與模型構(gòu)建方面所表現(xiàn)出來的功能越來越強(qiáng)大，在礦山地質(zhì)勘查領(lǐng)域當(dāng)中，已經(jīng)被廣泛使用，是必不可少的輔助性勘查工具[1]。

通過使用三維數(shù)據(jù)模型對空間世界中實(shí)體之間相互存在的關(guān)系進(jìn)行反映，是三維模型構(gòu)建的前提條件和基礎(chǔ)。在不同的空間情況下，應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可加快實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查結(jié)果準(zhǔn)確性提升。目前在地質(zhì)勘查中，應(yīng)用三維可視化技術(shù)構(gòu)建的模型分為三種類型，分別為基于實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型、基于面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型以及混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型綜合基于體和基于面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型優(yōu)點(diǎn)，綜合兩個模型或者是多個模型，也是當(dāng)前地質(zhì)勘查期間，應(yīng)用三維可視化技術(shù)時最為常用的模型。

2 地質(zhì)勘查期間應(yīng)用三維可視化技術(shù)的意義

早在20世紀(jì)80年代，在數(shù)據(jù)信息處理領(lǐng)域以及科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，已經(jīng)逐漸開始使用計(jì)算機(jī)技術(shù)。彼時，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的水平還相對滯后，只能夠利用相應(yīng)的軟件統(tǒng)一批量處理相關(guān)數(shù)據(jù)，還沒有達(dá)到交叉處理數(shù)據(jù)信息和智能化處理數(shù)據(jù)信息的地步。除此之外，在運(yùn)行計(jì)算機(jī)的過程中也沒有合適的引導(dǎo)功能，操作者只可以靜靜地等待計(jì)算結(jié)果。數(shù)據(jù)信息的批量處理還必須要求操作人員進(jìn)行人工操作，最后輸出的圖像為二維圖像，難以對某些數(shù)據(jù)特征進(jìn)行直觀的反映。這種處理方法在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，雖然可以在一定程度上提升數(shù)據(jù)信息處理效率，但是卻難以在最短的時間內(nèi)為人們提供比較形象和直觀的數(shù)據(jù)認(rèn)識，甚至?xí)捎诓僮魅藛T的操作不當(dāng)以及計(jì)算機(jī)方面的問題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)遺失，造成數(shù)據(jù)信息的計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)問題[2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，關(guān)于地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)信息也持續(xù)增加。在當(dāng)前數(shù)據(jù)信息可視化分析期間，如何有效地運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)信息，已經(jīng)成為極待解決的主要問題之一。步入21世紀(jì)以后，關(guān)于計(jì)算機(jī)計(jì)算的科學(xué)技術(shù)獲得大幅度提升，計(jì)算機(jī)操作軟件和硬件也持續(xù)更新，電腦磁盤和內(nèi)存逐漸擴(kuò)大，使得計(jì)算機(jī)功能越來越全面。如今在重要和關(guān)鍵的圖像圖形處理時，選擇使用高配置的硬件進(jìn)行處理已變得可能。在可視化處理數(shù)據(jù)信息時，比較形象、直觀、快速的對海量且復(fù)雜的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。除此以外，還可以交互補(bǔ)化測繪數(shù)據(jù)和項(xiàng)目數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)處理操作。所以截止到目前，最為先進(jìn)的可視化處理技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確且快速地對海量復(fù)雜的抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，描述抽象而又復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息。通過使用三維可視化技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成為具體的圖像，并且激發(fā)人們的形象性思考，從更深層次的角度分析三維可視化技術(shù)，從復(fù)雜且海量的數(shù)據(jù)信息中快速尋找到信息數(shù)據(jù)的特征和規(guī)律，提升科學(xué)技術(shù)操作水平，診斷出問題存在的原因，并且為業(yè)務(wù)決策提供參考依據(jù)和借鑒。三維可視化技術(shù)，在一定程度上為處理數(shù)據(jù)信息的效率提升做出貢獻(xiàn)，也能夠保證抽象化的數(shù)據(jù)信息處理結(jié)果具有真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

3 礦山地質(zhì)勘查期間三維可視化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 建立地表地形模型

在地表和地形模型構(gòu)建的時候，其基本的依據(jù)是地表地形等高線。綜合運(yùn)用Auto CAD軟件的地形文件預(yù)處理功能、等高線編輯功能和閉合等高線副高程等功能完成相關(guān)操作。以生成的DTM表面命令完成地形DTM表面生成，同時要渲染表面文件，對表面文件進(jìn)行現(xiàn)實(shí)化處理以后，獲得與現(xiàn)場實(shí)際地表地形相符合的模型。在模型構(gòu)建時及步驟總體分為五步。

第一步，要對地形文件進(jìn)行整理、分層、管理、優(yōu)化，整理各個圖層文件，對不常用的圖層文件進(jìn)行合并或者刪除，對常用的圖層文件進(jìn)行保存處理。

第二步，等高線編輯。對重復(fù)點(diǎn)、重復(fù)線、間斷線以及釘子角等問題做出處理。

第三步，等高線賦高程。通過采取賦Z值命令和等值線附高程命令完成等高線高程賦值。

第四步，完成地表模型構(gòu)建。執(zhí)行生成DTM表面命令和Counmod渲染命令，圓滑處理構(gòu)建的模型。

第五步?，F(xiàn)實(shí)化處理。將衛(wèi)星圖片張貼在地表模型的表面，或者完成工業(yè)廣場建筑物模型構(gòu)建。

3.2 建立完成地質(zhì)勘探模型

為了地質(zhì)勘探模型構(gòu)建，首先要完成鉆孔數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，這是由于鉆孔數(shù)據(jù)庫可以為控制地質(zhì)模型走勢等頂?shù)装妩c(diǎn)提供支持。地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建可采取3Dmine完成，以勘探鉆孔資料為依據(jù)完成定位表建立、巖性表建立、測斜表建立和化驗(yàn)分析表建立。

表1 鉆孔數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)表

3.3 三維可視化模型構(gòu)建步驟

在具體構(gòu)建礦山地質(zhì)模型的實(shí)踐活動當(dāng)中，其所涉及到的流程有數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息的差值處理、數(shù)據(jù)信息組織以及綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)信息完成圖形繪制。

3.3.1 原始數(shù)據(jù)信息采集

原始數(shù)據(jù)信息采集的對象，包含有地表數(shù)據(jù)信息、礦體數(shù)據(jù)信息以及判斷層數(shù)據(jù)信息，其中礦底數(shù)據(jù)信息采集的時候，是基于勘探線剖面圖，在平面圖上投影各個礦帶邊界線控制點(diǎn)，結(jié)合剖面圖，從而獲取礦帶邊界數(shù)據(jù)，礦體數(shù)據(jù)信息在進(jìn)行表現(xiàn)時，主要為離散點(diǎn)三維坐標(biāo)[3]。地表樣本數(shù)據(jù)信息采集時，通常是以測量為主，通過采取彩境界圖測量人工邊坡，最主要的是坡底線上的點(diǎn)和臺階坡頂線，伴隨著采樣點(diǎn)密度上升，地貌特點(diǎn)所反映的現(xiàn)象也更加具有真實(shí)性。斷層數(shù)據(jù)信息采集時，其依據(jù)是勘探線剖面圖，結(jié)合剖面圖信息獲取斷面從數(shù)據(jù)，其表現(xiàn)也是離散點(diǎn)三維坐標(biāo)。

3.3.2 數(shù)據(jù)插值

基于露天礦場為例，這種類型的礦場操作范圍相對比較大，倘若在施工期間采集基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，單純憑借著勘探技術(shù)人員是難以滿足生產(chǎn)需求的。若是想要表達(dá)斷層和礦坑的信息更加清晰，那么就必須要靈活性的采取空間插值技術(shù)。就露天的礦場而言，在前期階段的數(shù)據(jù)信息采集時，可選擇使用Kriging插值方法。采集數(shù)據(jù)之后，再運(yùn)用雙線性插值獲取數(shù)據(jù)信息，如此一來，不僅可以減少時間浪費(fèi)，也可以保證各類數(shù)據(jù)信息真實(shí)性。

3.3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織

就勘查礦體地表而言，電表上所描述的點(diǎn)線特征都擁有十分重要的意義和作用。但是在模型當(dāng)中描述這些點(diǎn)、線時，卻難以實(shí)現(xiàn)其真實(shí)性和生動性，因而在描述這些地表面上的點(diǎn)、線特征時，可選擇應(yīng)用不規(guī)則網(wǎng)格模型。就露天礦場而言，不規(guī)則網(wǎng)格模型是最為合適的模型，可通過使用不規(guī)則模型的多邊形態(tài)轉(zhuǎn)化成為三角形網(wǎng)格形態(tài)，并且為繪制圖形提供重要的參考[4]。

3.3.4 繪制圖形

通過使用三維可視化技術(shù)，可以生成任何地質(zhì)的平面圖和剖面圖。以生成的剖面圖繪制工作為例，在確定剖面線位置以后，通過應(yīng)用剖面線切割實(shí)體模型，獲得面域模型。隨后將面域模型展開，得到首尾相連的直線段之后，再以直線段為對象，進(jìn)行逐一連接，從而獲得連續(xù)剖面線。最后以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操作所獲得的剖面線為依據(jù)，添加完成坐標(biāo)網(wǎng)格以后，繪制完成剖面圖。

4 結(jié)語

將三維可視化技術(shù)應(yīng)用到礦山地質(zhì)勘查工作中，可以綜合性的分析與展示采礦工程三維信息和地質(zhì)體三維信息，為地質(zhì)勘查和采礦工作簡化提供幫助，并且保障地質(zhì)勘查工作和采礦工作安全施工，由此以來，也能夠最大程度上推動采礦工作深入發(fā)展實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)實(shí)意義。本文以礦山地質(zhì)勘查的現(xiàn)實(shí)情況為出發(fā)點(diǎn)，首先分析三維可視化技術(shù)的基本概念和特征，了解賽維可視化技術(shù)在當(dāng)前實(shí)際工程施工中應(yīng)用的必要性。其次探究三維可視化技術(shù)應(yīng)用的重要意義，得知可以為地質(zhì)勘探提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)勘查效率提升。最后，從地表地形模型構(gòu)建、地質(zhì)模型構(gòu)建以及三維模型構(gòu)建流程三個角度展開綜合性的分析，探究礦山地質(zhì)勘查當(dāng)中三維可視化物探技術(shù)的應(yīng)用方式。