三維地質(zhì)建模及可視化在固體礦產(chǎn)儲量估算中的應(yīng)用

進入21世紀(jì)，經(jīng)濟和科技發(fā)展進入快車道，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，促進了計算機圖形學(xué)技術(shù)和三維GIS技術(shù)的發(fā)展，間接推動固體礦產(chǎn)儲量估算技術(shù)的發(fā)展。以往在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究中，通過平面圖、剖面圖等傳統(tǒng)技術(shù)手段進行固體礦產(chǎn)儲量研究，如今已經(jīng)無法滿足現(xiàn)下的找礦需求和對信息化和智能化應(yīng)用的需求。通過新興技術(shù)手段提高礦產(chǎn)儲量估計的精確度和礦產(chǎn)管理智能化水平對礦場開發(fā)具有重大意義。本文將針對三維地址建模和可視化技術(shù)的結(jié)合，探討其在固體礦產(chǎn)儲量估計中的重要應(yīng)用。

水下混凝土配合比需要結(jié)合理論計算以及相關(guān)實驗來進行驗證，當(dāng)前混凝土實驗強度要高于設(shè)計強度，實際坍落度需要控制在18～20cm之間，水灰比控制在0.5～0.6m，粗骨料可以選用礫石。目前水下混凝土輸送方式較多，比如混凝土輸送泵進行灌注，此類技術(shù)措施在目前高速公路以及橋梁工程中應(yīng)用范圍較廣。導(dǎo)管實際分節(jié)長度需要進行控制，這樣便于后續(xù)拆卸與運輸，對焊縫質(zhì)量進行控制。導(dǎo)管在吊裝之前需要進行試拼，確保接口位置連接具有良好的牢固性。

由于地理信息系統(tǒng)在各個行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，人們需要在一個統(tǒng)一的GIS系統(tǒng)中進行多種空間分析。目前GIS技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從以空間數(shù)據(jù)為主的應(yīng)用到以決策支持為主的應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，不僅是空間數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、顯示、輸出等方面的技術(shù)優(yōu)勢，還應(yīng)該包括信息綜合、空間分析、預(yù)測預(yù)報和輔助決策等方面。將地質(zhì)統(tǒng)計分析與GIS軟件包結(jié)合起來，將地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的方法和GIS的空間分析方法結(jié)合起來，使GIS具有更好的應(yīng)用前景。通過對礦體形態(tài)、質(zhì)量、品位、伴生元素分布、礦石量、金屬量等方面的科學(xué)估計，是一項比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

運用計算機技術(shù)對傳統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)進行更新與升級，是實現(xiàn)礦產(chǎn)資源儲量評估與管理的智能化、自動化，提高工作效率的關(guān)鍵。隨著計算機圖形學(xué)、三維地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨成熟，將三維地理信息技術(shù)、三維地質(zhì)建模技術(shù)和可視化技術(shù)與固體礦產(chǎn)資源儲量評估技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成了一套先進實用的儲量估算軟件。同時，礦山企業(yè)急需一套三維GIS應(yīng)用軟件，將三維礦體的建模與可視化、礦山信息管理相結(jié)合。

以往學(xué)者將孟子性善論理解為“孟子認(rèn)為人性是善的”，實際上《孟子》一書中只說“孟子道性善”“言性善”，而后者是不能等同于“人性是善的”。如果一定要用命題表述的話，也應(yīng)表述為：人皆有善性；人應(yīng)當(dāng)以此善性為性；人的價值和意義即在于充分?jǐn)U充與實現(xiàn)自己的性。

從某種程度上說，地質(zhì)統(tǒng)計是從一個特定的點和一定區(qū)域中各個點的品位的空間相關(guān)關(guān)系出發(fā)，以區(qū)域變量為理論依據(jù)，以變異函數(shù)為基本手段，采用克利格法，解決了具有隨機和結(jié)構(gòu)性特征的自然現(xiàn)象。在我國現(xiàn)有的“固體礦產(chǎn)資源儲量分級”準(zhǔn)則下，與其它儲量評估方法相比，采用地質(zhì)統(tǒng)計方法更為有效。首先，從地質(zhì)與采礦工作的實踐出發(fā)，通過對概率統(tǒng)計的某些概念的選擇、改造和創(chuàng)新，使之更符合礦產(chǎn)勘查、開采與評價的要求。

1 三維地質(zhì)建模及可視化

2)擴孔鉆頭切削齒磨損嚴(yán)重不均勻，其領(lǐng)眼段切削齒的切削能力幾乎全部喪失，而擴孔段切削齒磨損較小，還具備較強的切削能力；

GIS是從20世紀(jì)60年代開始興起的一種基于地理空間數(shù)據(jù)的地理信息處理技術(shù)。目前已出現(xiàn)了ARC/INFO、TIGRIS、SICAD、MAPINFO等具有代表性的應(yīng)用。在這些軟件中，三維地質(zhì)體或?qū)傩泽w是以二維的方式表現(xiàn)的，也就是使用點、線、多邊形或帶有柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的像素，如：將地形模型表示為網(wǎng)格，將第3維坐標(biāo)與高度坐標(biāo)用數(shù)字模式DEM進行處理：專題地圖由數(shù)字層取代，通過數(shù)字組合記錄及電腦輔助疊加分析，能有效提高專題地圖的空間分析；真實世界中的物體通常是立體的，即除了高度和寬度之外，還包含了深度信息，若能將其表達(dá)出來，可以極大地提高圖像的真實感，并使其內(nèi)容更加豐富。隨著地理信息系統(tǒng)在地質(zhì)、地質(zhì)、石油等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化，對地質(zhì)、石油等領(lǐng)域的問題提出了更高的要求。

實體模型實際就是外框圖，在地層帶、礦體、煤層、采場設(shè)計中應(yīng)用廣泛。在三維地質(zhì)建模中應(yīng)用較多的三種模型是地層實體模型、礦體模型和巖體模型等。實體模型通過剖面多邊形對物體加以定義，這里的物體既可以是空心的也可以是實心的。三維實體表面的構(gòu)造是以剖面信息作為依據(jù)，并且以此為基礎(chǔ)進行可視化、體積計算等。準(zhǔn)確的定義各剖面的地質(zhì)解譯是實體模型得意準(zhǔn)確構(gòu)建的關(guān)鍵所在。

礦產(chǎn)資源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必需品，是提高國家整體實力、參與國際競爭的重要手段。一個國家的礦產(chǎn)資源豐富度與開發(fā)利用程度，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的發(fā)展和人民的生活質(zhì)量。在當(dāng)今信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)字礦山、礦山信息化已經(jīng)是時代發(fā)展的必然趨勢，許多大中型礦山已經(jīng)初步實現(xiàn)了利用計算機進行礦井管理的技術(shù)飛躍。其中，對采集到的原始地質(zhì)數(shù)據(jù)進行綜合，對資源儲量進行估計，是現(xiàn)代礦產(chǎn)勘探的一個重要環(huán)節(jié)。

目前，我國已經(jīng)初步形成了兩個主要的資源儲量評價系統(tǒng)和礦業(yè)權(quán)評價系統(tǒng)。在儲量評價中，除采用傳統(tǒng)的幾何分析方法外，還引入了國外的地質(zhì)統(tǒng)計方法，并結(jié)合國內(nèi)科研工作者首創(chuàng)的SD法，逐步推廣到儲量評價中。傳統(tǒng)的儲量估計方法經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，與地質(zhì)統(tǒng)計方法相比，已趨于完善，具有省工省時、計算簡單等特點。但是，由于它常常忽略了礦體的地質(zhì)剖面上的分布特征及其相互關(guān)系，將各井的品位看作是孤立的、沒有聯(lián)系的。因此，它的可信度較低，計算結(jié)果常常會產(chǎn)生難以預(yù)料的錯誤，尤其是礦體的形狀、礦化程度和工程控制不夠嚴(yán)密的情況下，很難用常規(guī)的估算方法求出高精度的儲量。

地質(zhì)解譯工作完成后，把主要勘查區(qū)域的所有勘查路線剖面布置在三維空間，按照具體礦床的特征,根據(jù)巖層模式和巖體模型，分析斷面結(jié)構(gòu)特征，并運用輪廓線重構(gòu)面技術(shù)在主要勘查線路中間，用三角形網(wǎng)連通三維礦體表面;在礦體的二段閉合出來后，即構(gòu)成了礦體的實物。利用礦體實物建模,人們能夠真實形象直接地認(rèn)識礦山礦體的產(chǎn)狀、幾何形狀、空間結(jié)構(gòu)布局,從而深入研究了礦體與圍巖、土層、空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相互關(guān)系以及礦體產(chǎn)生的規(guī)律性,從而可以對臨近地區(qū)進行更為精確的預(yù)報,也就給資源儲量預(yù)測約束了更具體的適用范圍。如圖是在SURPAC軟件環(huán)境下構(gòu)建實體模擬的效果圖。

我國數(shù)理地質(zhì)學(xué)家在地質(zhì)統(tǒng)計儲量的計算上也做出了很大的貢獻(xiàn)，中國地質(zhì)調(diào)查局李裕偉院士主持研制了KPX礦產(chǎn)資源勘查與評價軟件。北京科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯景儒教授還研制了一套三維地質(zhì)統(tǒng)計軟件.該工作使儲量的科學(xué)計算方法更加完善，為今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。因此，對中國具有自主產(chǎn)權(quán)的、實用的三維計算機仿真和可視化軟件進行研究和發(fā)展是十分必要的。

2 基于鉆孔數(shù)據(jù)的固體礦產(chǎn)儲量估算過程

對固體礦產(chǎn)儲量的估計過程實際是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要將勘查所獲得的基礎(chǔ)的地質(zhì)信息在三維模型與可視化結(jié)合的基礎(chǔ)上對礦藏的含量、元素種類、礦體形態(tài)的重要信息進行科學(xué)估算。

2.1 基于鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立與顯示

礦產(chǎn)儲量的估算需要以勘查數(shù)據(jù)結(jié)果作為估算的依據(jù)，通常需要的數(shù)據(jù)種類復(fù)雜繁多、數(shù)據(jù)量巨大。以上所需數(shù)據(jù)通常以鉆探的形式獲得，除此之外還有坑探、槽探也是獲取數(shù)據(jù)的常用方法。將獲得的鉆孔定位信息、軌跡數(shù)據(jù)、巖石的基本信息等進行綜合數(shù)據(jù)分析。隨著礦產(chǎn)開發(fā)的進行和勘查工作的推進，需要根據(jù)實際情況對數(shù)據(jù)進行增加和更新。由于數(shù)據(jù)量巨大且復(fù)雜，因此以上獲得的數(shù)據(jù)需要通過地址數(shù)據(jù)庫進行存儲，為查閱和管理提供便利，提高工作效率和準(zhǔn)確性，為礦產(chǎn)儲量估計提供數(shù)據(jù)保障。

語文課外拓展閱讀是語文課堂教學(xué)中一項重要而艱巨的任務(wù)，老師應(yīng)該充分利用課外閱讀的特點和優(yōu)勢來豐富小學(xué)課堂的形式和內(nèi)容，做到真正以學(xué)生為本為學(xué)生考慮，努力培養(yǎng)小學(xué)生從小閱讀的好習(xí)慣，讓讀書真正成為學(xué)生的樂趣源泉。

數(shù)據(jù)具有冗余性、參照完整性等基本性質(zhì)，因此將數(shù)據(jù)庫通過關(guān)系模式實現(xiàn)地址數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，并形成四個表格，分別是基本關(guān)聯(lián)表，鉆孔表，測斜表,巖性表和樣品表。鉆孔表主要用于儲存開口的位置，包括鉆孔的標(biāo)號、三維坐標(biāo)位置、鉆孔的最大深度，鉆孔的孔跡。鉆孔的孔跡實際是通過數(shù)學(xué)方法表示鉆孔特征，鉆孔的軌跡一般包括直線、曲線和垂直三種類型。在鉆孔描述中一個非常重要的信息是鉆孔測斜信息，其主要作用是通過鉆孔號、測斜深度、鉆孔的方位角和傾角等基礎(chǔ)信息，經(jīng)過計算機系統(tǒng)的精確運算，從而得到科學(xué)的鉆孔位置。地質(zhì)巖性信息存儲于巖性表中，而樣品表的主要作用是存儲樣品的化驗數(shù)據(jù)。四個數(shù)據(jù)表之間通過鉆孔號建立聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互調(diào)用。以上四個表的鉆孔信息是最為基本的信息，根據(jù)項目的實際情況和需求，可以增加數(shù)據(jù)表格，更加詳盡的表示鉆孔有關(guān)信息。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)信息，可以建立三維地質(zhì)模型，將以上的信息通過三維模型直觀的顯示出來。通過計算機進行數(shù)據(jù)分析以及認(rèn)為的經(jīng)驗分析，從而得出有關(guān)結(jié)論。在建立模型的過程中還需要注意一些細(xì)節(jié)問題，例如為了區(qū)分不用鉆孔可以功過軟件功能設(shè)計不同的鉆孔風(fēng)格，不同巖性選用不同的顏色作為標(biāo)識，方便觀察和區(qū)分，為地質(zhì)解釋工作提供更多便利。

2.2 地質(zhì)解譯及礦體實體建模

三維地質(zhì)建模是一個多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。三維地址模型的構(gòu)建和運用是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立三維立體模型。在三維立體模型的基礎(chǔ)上通過運用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)代空間信息理論和計算機技術(shù)等將空間信息管理、地質(zhì)解譯、空間分析和預(yù)測、地學(xué)統(tǒng)計、實體內(nèi)容分析以及圖形可視化等有機結(jié)合。該技術(shù)主要用于地質(zhì)內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)的研究，在能源儲量研究方面也有廣泛應(yīng)用。作為一項新興技術(shù)手段，三維地質(zhì)模型是Houlding首次于1993年提出的。三維地址模型相較于傳統(tǒng)的二維模型，在諸多方面都取得了巨大進步，對于地址現(xiàn)象的表示更加的精確、形象，可以更加直觀的體現(xiàn)各種地質(zhì)單元之間的位置關(guān)系和空間分布，有利于發(fā)現(xiàn)隱藏的地質(zhì)信息。以上進步可以為礦產(chǎn)的開發(fā)提供更加科學(xué)、準(zhǔn)確的理論依據(jù)，提高開發(fā)的效率和決策的科學(xué)性，也為地質(zhì)工作從業(yè)者提供更多的便利，方便地質(zhì)分析和制圖工作，最終實現(xiàn)提高礦產(chǎn)儲量估算的準(zhǔn)確性的目的。

在巖性或鉆孔分析樣品等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并以此作為控制特征條件，通過數(shù)學(xué)方法對信息進行離散話處理，最終得到地質(zhì)、礦體邊界等相關(guān)性質(zhì)特征。地質(zhì)解譯需要綜合運用各種地質(zhì)學(xué)知識和分析手段，通過已有的數(shù)據(jù)進行深入研究，得到所需要的地質(zhì)信息的過程。礦床模型需要將礦床工業(yè)指標(biāo)與地層、構(gòu)造及巖體等有關(guān)信息進行結(jié)合，從而實現(xiàn)對地層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造的推測分析。通過對鉆孔數(shù)據(jù)進行分析研究最終確定礦體的形態(tài)、厚度和位置。

三維地質(zhì)信息的表現(xiàn)形式被稱作“三維地質(zhì)仿真”，是指由地質(zhì)勘探，數(shù)學(xué)，地球物理，礦山測量，礦井地質(zhì)，地理信息，圖形圖像學(xué)，科學(xué)可視化等學(xué)科的交叉。在90年代中葉，沒過動態(tài)圖形公司發(fā)布了eadthVision的全新版本，搭載的空間地質(zhì)建模系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的VULCAN模塊可在礦山環(huán)境等復(fù)雜環(huán)境進行信息統(tǒng)計，對市政管理、三維空間信息仿真、可視化和分析等功能的完善也收到廣泛好評。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下幾個方面：地質(zhì)模型；礦山設(shè)計和規(guī)劃；礦產(chǎn)資源開發(fā)；國外的礦山地質(zhì)儲量三維分析軟件已經(jīng)形成了澳大利亞VULCAN、美國DATAMING、EVISION等價格昂貴的計算機軟件。我國目前還沒有自主研發(fā)的產(chǎn)品，長期下去，將會被國外企業(yè)所束縛。隨著我國地質(zhì)勘查技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)庫類型及信息處理算法也在不斷完善，高精度的系統(tǒng)可以對地質(zhì)空間信息（點、線、面、體）的三維可視化數(shù)字模型進行任意需求的建模，目前已經(jīng)成為中國地質(zhì)信息領(lǐng)域的一個重要課題。

2.3 地質(zhì)統(tǒng)計及品位塊體建模

地質(zhì)解譯工作完成后,把主要勘查區(qū)域的所有勘查路線剖面布置在三維空間,按照具體礦床的特征,根據(jù)巖層模式和巖體模型,分析斷面結(jié)構(gòu)特征,并運用輪廓線重構(gòu)面技術(shù)在主要勘查線路中間,用三角形網(wǎng)連通三維礦體表面;在礦體的二段閉合出來后,即構(gòu)成了礦體的實物。利用礦體實物建模,人們能夠真實形象直接地認(rèn)識礦山礦體的產(chǎn)狀、幾何形狀、空間結(jié)構(gòu)布局,從而深入研究了礦體與圍巖、土層、空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相互關(guān)系以及礦體產(chǎn)生的規(guī)律性,從而可以對臨近地區(qū)進行更為精確的預(yù)報,也就給資源儲量預(yù)測約束了更具體的適用范圍。如圖是在SURPAC軟件環(huán)境下構(gòu)建實體模擬的效果圖。

通過離散化鉆孔實物建模方法得到了礦體的空間幾何形態(tài)資料信息數(shù)據(jù)結(jié)果,但如何確立礦體實物建模方法和數(shù)據(jù)結(jié)果之間的密切聯(lián)系呢？這就是正確進行資源儲量評價的關(guān)鍵問題。隨著估算體積方式的差異和劃分計算單位方式的不同,就產(chǎn)生了幾種不同的資源儲量評價方式，比較常見的方法有算術(shù)平均法、地質(zhì)塊段法、開釆塊段法和斷面法(包含垂直于切面法和水平斷面法)等。在這里采用了三個礦體的資料品質(zhì)塊體建模方式。三維塊體建模是把礦體分割為由多個單位塊所組成的離散化模式。單位塊通常為長度相同的正方體。隨著計算機技術(shù)在礦山的普遍運用以及電子計算機的容量和速率的日益增加，三維塊狀模擬在國際上獲得日益普遍的使用。

多媒體時代下的美術(shù)教育不但可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，還可以增強學(xué)生的主動性和自信心。學(xué)生在上美術(shù)課之前，可以搜集大量的圖片資料，并將這些圖片資料進行篩選、整理出自己所需的美術(shù)信息，從而增強學(xué)生的主動性。學(xué)生在上美術(shù)課之后，可以在宿舍、在自習(xí)室、在家里通過手機、平板電腦、ipad等設(shè)備連接平臺獲取教學(xué)資源、提交課堂作業(yè)、和老師、同學(xué)們進行交流互動，從而提高學(xué)生的膽量，增強學(xué)生的自信心。

(2)高磁、激電兩種地球物理方法是尋找隱伏、半隱伏接觸交代矽卡巖礦體的常用方法，但在物探異常解釋過程中，需對獲取的疊加異常進行處理。通過向上、向下延拓，正確區(qū)分深、淺部異常，綜合各類異常特征，進行綜合評價和解釋，推測成礦富集的有利地段。

把礦體分成單元區(qū)塊之后,就必須使用一定辦法對每一小區(qū)塊的一般品位加以估算。目前使用的辦法大致有三類,即最近樣品法、平均距離的N次方反比法和地理統(tǒng)計法。三者方法都采用了試樣質(zhì)量加權(quán)平均的概念。但三者方法的根本差異就是所用連接權(quán)值不同,其中最重要也應(yīng)用的最廣泛的是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)法。

3 結(jié)論

礦區(qū)信息化、智能化水平顯著提高，促進三維地質(zhì)模型可視化技術(shù)的問世并逐步走向成熟，成為越來越多學(xué)者研究的重點領(lǐng)域。三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)的聯(lián)合使用極大的提高礦產(chǎn)儲量估計得科學(xué)性和準(zhǔn)確性，同時可視化技術(shù)的使用能夠更加直觀的顯示地質(zhì)特征，更加有利于礦區(qū)成礦規(guī)律的研究，為礦產(chǎn)的開采方法提供有效依據(jù)，減少勘探風(fēng)險和開采意外的發(fā)生。提高開采的效率和安全性，因此，對于三維地質(zhì)模型和可視化技術(shù)的研究十分必要，希望以此文的研究結(jié)果，為我國礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到促進作用。

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