固體礦產三維地質建模研究現(xiàn)狀及應用前景

摘要：本文旨在探討固體礦產三維地質建模的研究現(xiàn)狀，分析其技術發(fā)展趨勢，并展望未來的發(fā)展方向?；趯ΜF(xiàn)有文獻進行深入的分析及相關技術發(fā)展的調研，總結了三維地質建模中建模技術方法的研究進展，簡述了固體礦產三維地質建模技術方法相關標準制定情況、不同三維地質建模的軟件工具特點，重點研究了三維地質建模在固體礦產資源勘探、開發(fā)和利用中的應用及發(fā)展趨勢。研究認為三維地質建模在數(shù)據(jù)源、建模技術方法、標準研制、軟件工具開發(fā)中都取得了顯著的進步及成果；三維地質建模在礦產開發(fā)中有效提高了礦山生產管理效率、成礦預測科學性及儲量計算精準度，并逐漸向著引入人工智能技術，向著高精度計算、智能化建模及交互的利用方向發(fā)展；未來研究的趨勢和方向主要是提高數(shù)據(jù)精度，建立基于虛擬現(xiàn)實（VR，Virtual Reality）和增強現(xiàn)實（AR，Augmented Reality）等技術的可交互三維地質模型。本研究可對未來礦山三維地質建模工作提供指導和借鑒幫助。

關鍵詞：三維地質建模；固體礦產；勘探開發(fā)；資源評估；三維礦山

中圖分類號：P208" " " 文獻標識碼：A" " " " "doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.12.003

引文格式：趙龍賢，史維鑫，孫華峰，等.固體礦產三維地質建模研究現(xiàn)狀及應用前景［J］.山東國土資源，2024，40（12）：15-26.ZHAO Longxian，SHI Weixin，SUN Huafeng，et al. Present Condition and Application Prospect of 3D Geological Modeling of Solid Minerals［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（12）：15-26.

0引言

三維地質建模技術是指利用計算機技術對地質空間進行三維數(shù)字化表達和建模的技術手段［1-3］。在三維地質建模技術的研究中，主要涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型構建和模型應用等方面。在數(shù)據(jù)采集方面，主要利用地球物理勘探、地球化學勘探、鉆探等手段獲取地質數(shù)據(jù)。整體的數(shù)據(jù)類型從以往的單一點數(shù)據(jù)，發(fā)展成為現(xiàn)階段的地球物理、地球化學等多源綜合數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結構包括了地面點數(shù)據(jù)、地質平面圖、鉆孔數(shù)據(jù)、地球物理測井數(shù)據(jù)等涵蓋點、線、面、體的數(shù)據(jù)形式。在數(shù)據(jù)處理方面，主要利用數(shù)字圖像處理、空間數(shù)據(jù)分析等技術對地質數(shù)據(jù)進行處理和分析［4-6］，主要涉及數(shù)據(jù)的校準以及多源數(shù)據(jù)的融合等。在模型構建方面，主要利用三維建模軟件及平臺對地質數(shù)據(jù)進行建模和可視化。模型構建的軟件、建模方法、模型類型、模型評價驗證以及三維地質建模標準等方面均有較大的研究進展［7-11］。在模型應用方面，主要利用三維地質模型進行資源評估、開采設計、礦山安全監(jiān)測等［12-18］。

隨著地質勘探技術的不斷進步和計算機技術的快速發(fā)展，三維地質建模作為一種有效的技術手段，以其直觀可視化、高精度、動態(tài)分析、功能綜合協(xié)同等優(yōu)勢，已經被廣泛應用于固體礦產資源的勘探、開發(fā)和利用中［16-21］。礦產勘查之前的階段，三維地質建?？捎靡苑治龅貙臃植肌嬙旄窬?、巖漿活動等地質背景，識別成礦有利地段和找礦靶區(qū)［22-23］。固體礦產勘查工程布置時，可以指導進行勘查工程的規(guī)劃、風險評估及勘查方法方案的選擇。在礦產開發(fā)階段，可以用于礦山設計、勘查基礎設施布置、礦床模型構建、資源潛力評價及儲量評估、礦山實時監(jiān)控及安全預警等［24-27］。對于固體礦產開發(fā)后的礦山，可以進行礦山土地復墾、綠色礦山建設等工作［28-29］。本文系統(tǒng)梳理了固體礦產三維地質建模的技術研究現(xiàn)狀及應用發(fā)展情況，對三維地質建模中的數(shù)據(jù)、技術方法、模型類型、應用方向等進行了詳細的闡述，旨在推動三維地質建模技術在固體礦產領域的全面應用及發(fā)展。

1三維地質礦產建模技術研究現(xiàn)狀

1.1三維地質建模數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)是三維地質建模的基礎。在固體礦產領域，數(shù)據(jù)的獲取主要包括地質勘探數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地球化學數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)。隨著無人機、激光雷達等新技術的應用，數(shù)據(jù)獲取的手段越來越豐富［30-32］。這些數(shù)據(jù)大部分以鉆孔數(shù)據(jù)為主，在工作程度較高的礦區(qū)數(shù)據(jù)多具有豐富的剖面數(shù)據(jù)，這2種數(shù)據(jù)均有較好的空間屬性及地質屬性，在建模過程中可以讓三維地質模型進行精細化的表達。但地面采樣數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)地質圖、地形圖等，一般缺少地理空間屬性，在三維地質建模過程中需要對其賦予空間屬性數(shù)據(jù)。多種類型的數(shù)據(jù)在進行三維地質模型疊加構建和一體化表達時，也存在需要進行地理配準的問題。同時，數(shù)據(jù)處理技術也不斷發(fā)展，如數(shù)據(jù)清洗、去噪、插值等方法的改進，提高了數(shù)據(jù)的質量和可靠性?，F(xiàn)階段大部分的三維建模軟件都會形成特定格式的三維數(shù)據(jù)庫文件，有效解決了三維地質建模過程中數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理的難題。

固體礦產三維地質建模的第一步是收集各種地質數(shù)據(jù)，如地質勘探數(shù)據(jù)、巖石樣品分析數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)等，以建立一個全面的地質信息數(shù)據(jù)庫。在對收集的數(shù)據(jù)進行全面預處理的基礎上進行三維地質模型構建，數(shù)據(jù)預處理主要是數(shù)據(jù)格式轉換處理、無效數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)精度校正、數(shù)據(jù)完整性檢查、建立劃分地質實體模型等。數(shù)據(jù)收集的完整性和預處理的科學精準度直接決定了三維地質模型的精度和可信度，不同類型數(shù)據(jù)收集處理的要點如表1所示。

1.2三維空間數(shù)據(jù)模型類型

為了便于三維地質模型數(shù)據(jù)的存儲、管理以及三維模型構建使用，發(fā)展出了近20余種不同的三維數(shù)據(jù)模型，總體上可分為基于面元、基于體元以及混合模型三大類［33-35］（表2）。不同類型的數(shù)據(jù)結構模型在進行地質使用時各有優(yōu)缺點。一般基于面元的地質模型在對地質實體的形態(tài)特征、空間位置關系等有較好的表達，如進行礦體及斷裂構造等進行空間位置進行分析時，基于面元的邊界模型及斷面模型可以進行較好的空間位置體現(xiàn)。而當需要進行儲量計算、流體運移模擬、動力學分析等科學研究時，采用基于體元的三維地質模型可以更好地進行體積等方面的數(shù)值運算或模擬。實際的地質實體的空間分布及結構構造的空間變化是非常復雜的，在實際運用過程中往往需要疊加多種類型的三維數(shù)據(jù)模型進行地質模型的構建，如網(wǎng)格和實體混合的混合模型等。

1.3三維地質建模工具及建模技術方法

三維地質建模工具是將三維地質數(shù)據(jù)轉換、構建為三維地質可視化模型的關鍵技術手段，基于不同的三維建模工具或軟件可以實現(xiàn)不同的地質研究目標或問題。目前國內國際上的三維地質建模工具都取得了諸多成果，國內的如Geo Modeler、Super MapGIS、MapGIS等軟件，以及GeoScene3D等三維地質建模平臺，國外的Leapfrog Geo、Petrel、Surpac等軟件都是重要的三維地質建模工具［3，15，20］。目前商業(yè)及學術上主流運用的建模工具及其運用方向如下：PLAXIS 3D：一款專門用于三維巖土有限元分析的軟件。它支持“分階段施工”模式、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)地下水滲流計算，以及模擬土體和地基之間的相對位移，非常適合處理固體礦產領域中的復雜地質問題。Petrel：由Schlumberger公司開發(fā)，是一款綜合性的地質建模軟件。它涵蓋了地震解釋、構建模型、模擬與分析等功能，被廣泛應用于石油和天然氣資源勘探與開發(fā)領域，同樣適用于固體礦產的三維地質建模。Gocad：由法國巴黎高科礦業(yè)學院開發(fā)，主要用于復雜地質建模和數(shù)據(jù)分析。它支持從原始數(shù)據(jù)到最終解釋結果的整個地質建模流程，廣泛應用于地質研究、礦產勘探等領域。Leapfrog Geo：由ARANZ Geo公司開發(fā)，適用于廣泛的地質學應用，包括礦業(yè)、環(huán)境、地球科學、水文學和工程等領域。它提供了豐富的工具和功能，用于創(chuàng)建、編輯和分析三維地質模型。Surpac：Gemcom Software公司開發(fā)的綜合性地質建模和采礦規(guī)劃軟件。它支持三維建模、控制引入和地質和資源評估等功能，是固體礦產領域常用的建模工具之一。在三維地質模型構建過程中，不同的軟件一般采用不同的三維地質建模方法，或者在模型構建過程中綜合了不同的模型構建方法。這些構建方法中，采用不同的技術方式將三維或者二維的數(shù)據(jù)轉化為直觀的可交互的三維模型，建模方法主要有格網(wǎng)式、數(shù)值統(tǒng)計插值、邊界表示法、人工智能等不同的技術方式。基于格網(wǎng)的模型可以更好地處理儲量、邊界拓撲等工作，基于數(shù)值統(tǒng)計的模型在進行儲量計算、成礦預測等工作中應用效果相對較好，而運用智能技術等方法，可以更高效地進行三維模型構建，不同的構建方式在實際應用中各有優(yōu)劣［15，17，20，22］，具體不同方法特點如表3。

1.4固體礦產三維地質建模標準研制現(xiàn)狀固體礦產三維地質建模行業(yè)標準涉及多個方面，這些標準旨在確保三維地質建模的準確性、可靠性和一致性［33-34，36］。常見的三維地質建模標準主要從數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)準備、建模方法類型及模型質量控制等方面給予了標準化的規(guī)范和建議。這些標準為三維模型的統(tǒng)一管理和實際評價提供了科學的依據(jù)，為三維地質建模規(guī)范發(fā)展提供了支撐和指導。常見的固體礦產三維地質建模行業(yè)標準主要從數(shù)據(jù)采集標準、地質模型構建標準、數(shù)據(jù)集成標準、模型驗證標準、標注和注釋標準、數(shù)據(jù)保存和交換標準等方面展開［37-38，40］。數(shù)據(jù)采集標準確定采集地層信息所需的數(shù)據(jù)類型、分辨率和精度，以及數(shù)據(jù)采集的方法和工具。這包括地質填圖、物探、化探、遙感、重砂測量和稀疏取樣工程等數(shù)據(jù)。地質模型構建標準確定地質模型的基本組成部分和構建流程，包括模型的邊界、分區(qū)和層序，以及不同地層單元的屬性和幾何形狀。通過勘查線剖面結合地質剖面或地質地球物理剖面，建立地層、構造、巖漿巖和礦化蝕變的大致或準確三維地質結構。數(shù)據(jù)集成標準確定如何集成不同類型和來源的地質數(shù)據(jù)，包括地質剖面、測井數(shù)據(jù)、地震資料等，以建立全面且一致的地質模型。模型驗證標準確定驗證地質模型的方法和指標，以評估模型的準確性和可靠性。這通常涉及對模型的靜態(tài)和動態(tài)的剖切分析、淺坑和隧道虛擬開挖分析、鉆孔虛擬鉆進分析等可視化剪切操作與分析。標注和注釋標準、數(shù)據(jù)保存和交換標準確定如何標注和注釋地質模型，以便于交流和共享地質信息。確定地質數(shù)據(jù)的保存格式和交換方式，以便于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和共享。

此外，地質建模還應遵循一定的地質規(guī)則，例如構造建模需要將地質構造的真實特征要素在模型中體現(xiàn)出來，實際應用中應將地質數(shù)據(jù)轉換為約束數(shù)據(jù)來約束構造模型的建立。

目前國內已發(fā)布的固體礦產領域相關的三維地質建模標準有3個，國外在相關領域進行了大量的技術規(guī)范研究，其中主要的技術標準如表4。

2固體礦產三維模型應用領域及成果

三維地質建模在固體礦產勘探、開發(fā)、礦山設計等整個生產流程均有大量的實際應用，提高了礦產的勘探水平和生產效率。按照礦產開發(fā)的流程及意義，主要可分為礦山設計與規(guī)劃、礦產資源勘探與儲量估算、礦山生產管理與監(jiān)控、科研與教學等幾個方面。在實際應用中，三維地質模型綜合了多學科、多類型的數(shù)據(jù)進行模型構建等工作，從簡單的地質體三維可視化發(fā)展到了定量計算、智能預測、實時監(jiān)控的應用效果［1-10，13，15，20，23］。主要的建模方式都需要在前期收集、整理、規(guī)范化數(shù)據(jù)的基礎上，將數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，之后進行三維結構模型和屬性模型的構建。

2.1礦山設計與規(guī)劃

通過三維地質建模，可以精確地展示礦體的形態(tài)、分布、大小等特征，為礦山設計提供直觀、全面的數(shù)據(jù)支持［39-42］?；谶@些模型，礦山設計者可以制定出更為科學、合理的采礦方案，提高采礦效率和安全性。在礦山開發(fā)前后的環(huán)境影響評估中，三維地質模型有助于預測開采活動對地下水、地表景觀的影響，為制定有效的環(huán)境保護措施和后期土地復墾規(guī)劃提供依據(jù)。在礦山開發(fā)前的風險評價、工程規(guī)劃等工作中，三維地質模型能夠模擬潛在的地質災害，如巖爆、塌方等，通過分析地質結構穩(wěn)定性，為礦山安全生產提供預警［39］。三維模型能夠模擬礦體開采過程，應用3DMine等軟件，展示三維模型指導開采布局與巷道設計，幫助工程師評估不同開采策略的可行性，優(yōu)化開采序列，減少礦石損失與貧化，提高采礦效率［41］。通過對礦區(qū)地質條件的三維可視化展示，可以更準確地評估礦山的資源儲量、開采難度、更高效準確地評價潛在風險，有助于礦山規(guī)劃者制定出更為長遠、可持續(xù)的發(fā)展計劃，實現(xiàn)資源的合理利用和礦山的可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段隨著計算機軟件技術的發(fā)展和衛(wèi)星、無人機等硬件技術的更新，三維礦山設計規(guī)劃中主要采用GIS及無人機等技術進行礦山高精度建模。GIS平臺技術可以綜合地形、遙感影像、三維建模數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)（圖1），依托無人機實景三維建模技術可以對礦山進行快速、高精度、實時地進行測繪和規(guī)劃［43-45］?；谌S地質建模以及GIS技術進行展示，結合5G等技術，促進了礦山管理的智能化和決策支持能力的提升。

2.2礦產資源勘探與儲量估算

三維地質建模在固體礦產的勘探與開發(fā)階段中已有了較為成熟的應用，使用三維模型進行礦產的智能成礦預測及儲量精確計算是主要研究應用方向［46-49］。在進行礦產勘查及成礦預測時，綜合收集地質、地球物理、地球化學、遙感等學科數(shù)據(jù)的全面性和科學有效性，直接決定了三維地質模型成礦預測及儲量估算的效果。通過對地質構造、地層堆積和巖性分布等信息的建模，三維地質模型能夠提供詳細的地質結構圖，幫助人們更好地了解礦產資源的分布情況和地質特征［48］。

在礦產資源勘探及儲量計算過程中，能夠綜合考慮地質結構、礦體形態(tài)、礦石品位等因素，結合統(tǒng)計學、地質統(tǒng)計學方法（如克里金插值、序列高斯模擬等）和數(shù)值模擬技術，進行高精度的體積計算和資源量評估，為礦山的經濟評估和開采計劃制定提供準確的數(shù)據(jù)支持［49］。在礦產地質找礦與成礦預測中，三維建模技術能夠模擬地層、元素含量、光譜特征、地球物理物性參數(shù)等的空間定量變化情況，進而揭示礦體的空間分布規(guī)律，通過模擬分析地質構造、巖性、蝕變等因素，分析礦床地層劃分礦物分布、蝕變分帶特征變化、成礦礦化強度，為深部找礦提供目標區(qū)域。這有助于確定勘探目標、優(yōu)化勘探方案，以及預測礦產資源的分布和儲量。三維地質模型建立中采用了大數(shù)據(jù)、人工智能等技術手段，極大地豐富了三維地質模型的數(shù)據(jù)源和模型精確度，成為了高精度成礦預測中重要的技術手段。國內外的研究均在相關領域展開了實際的生產應用，如GUANGMING F［50］等人，在世界級鎢礦床朱溪鎢礦床采用反向傳播神經網(wǎng)絡、支持向量機等機器學習方法展開了三維地質礦床建模研究，該研究收集利用地質和地球物理數(shù)據(jù)，進行了成礦預測模型研究，預測結果與現(xiàn)有地質數(shù)據(jù)結果一致，且SVM算法在沒有巖性數(shù)據(jù)參與的情況下預測準確性最高，最少只需要預測模型的2.07%的體積就可以包含75.69%的已知含礦樣品（圖2）。研究認為采用該方法進行三維礦床勘探模型研究，可以進一步改進成礦預測方法，提高礦床勘探效率。

人工智能技術在提高建模效率，幫助礦床勘查的同時，也被廣泛應用在礦床的資源評價及儲量計算中。人工智能的高效建模及精準計算性能，疊加地質、地球物理、地球化學、遙感等不同地球學科的地學大數(shù)據(jù)，可以極大地提高三維地質建模的精度，對于礦床資源儲量計算及實時的動態(tài)評價也具有重要的意義和價值［20，24-25，50］。王洛鋒等［4］在世界級鉬都的我國欒川礦集區(qū)展開了基于三維地質模型的成礦靶區(qū)預測及礦床資源量計算研究工作（表5），該研究采用三維地質建模方法及概率神經網(wǎng)絡等非線性方法對欒川地區(qū)斑巖、矽卡巖型銅鉬礦床展開了定量研究，并在后續(xù)的該研究區(qū)疊加了地學大數(shù)據(jù)環(huán)境預測及定量評價研究（圖3）。該系列研究不僅精確計算了已知礦床礦體的資源量，同時對研究區(qū)未知的礦床進行了有效資源量預測。大數(shù)據(jù)綜合研究的方式提高了研究區(qū)資源儲量計算精度，也為礦山開發(fā)、工程布置提供了技術支撐，實現(xiàn)了礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.3礦山生產管理與監(jiān)控

三維地質建模在礦山生產管理與監(jiān)控中扮演著至關重要的角色，使用三維模型可視化技術幫助礦山科學、高效管理，最終實現(xiàn)建設數(shù)字礦山、智慧礦山的應用目的。這種技術通過利用先進的計算機技術，對礦山地形、地質、礦體形態(tài)、礦山地上地下場景等進行詳細的三維建模，從而生成一個準確的數(shù)字地質模型［51-53］。這種三維地質模型現(xiàn)階段以管理平臺的方式進行搭建，一般包括數(shù)據(jù)中心及信息共享服務等內容，主要對礦山資源、生產過程、安全信息、儀器設備運行信息、地理空間信息等內容進行全面可視化集成?；谶@些三維管理平臺，可以對礦山地面、地下巷道進行虛擬場景搭建，對生產設備信息進行實時監(jiān)控及人員的定位及安全信息收集等［52］。

在生產管理方面，三維地質模型為礦山企業(yè)提供了智能化的生產管理支持。通過對實際生產數(shù)據(jù)和地質模型的對比分析，軟件能夠給出準確的生產指導，幫助企業(yè)優(yōu)化生產管理流程，從而提高生產效益和經濟效益。此外，三維地質模型還可以模擬礦體的生產狀況及經濟效益，為礦山的長遠經營提供理性的建議。在監(jiān)控方面，三維地質模型的應用則更為廣泛。首先，模型能夠實時監(jiān)測礦山的生產狀況，包括礦體的開采進度、產量、設備運行狀態(tài)等，確保生產過程的順利進行。其次，模型可以對礦山的安全狀況進行實時評估，預測和預警可能的地質災害和事故（圖4），如巖爆、沖擊地震等，從而及時采取措施保障礦工的安全［53］。此外，通過模型還可以對礦山的環(huán)境影響和資源利用率進行評估，為環(huán)境保護和資源節(jié)約提供科學依據(jù)。

2.4科研教學

礦產三維地質建模在科研與教學中為地質學科領域的研究和教學工作提供了強大的支持。在科研方面，固體礦產三維地質建模展現(xiàn)出了巨大的潛力。通過構建高精度的三維地質模型，科研人員可以更加深入地研究固體礦產的賦存狀態(tài)、分布規(guī)律以及形成機制［54］。這有助于揭示礦產資源的形成和演化過程，為礦產資源的勘探和開發(fā)提供理論支撐。其次，三維地質模型可以模擬不同地質條件下的礦產形成和變化過程，為科研人員提供實驗和驗證的平臺。此外，通過模型分析和數(shù)據(jù)挖掘，科研人員還可以發(fā)現(xiàn)新的礦產資源潛力區(qū)域，為礦產資源的可持續(xù)發(fā)展提供新的思路。在教學方面，固體礦產三維地質建模的應用也取得了顯著成效。三維模型為學生提供了直觀、生動的學習材料，使他們能夠更好地理解固體礦產的地質特征和分布規(guī)律。通過觀察和操作三維模型，學生可以更加深入地掌握地質學的基礎知識和理論。此外，固體礦產三維地質建模還可以與地理信息系統(tǒng)（GIS）和虛擬現(xiàn)實技術相結合，構建更加真實、逼真的虛擬礦山環(huán)境。學生可以在這樣的環(huán)境中進行模擬操作和實踐訓練，提高他們的專業(yè)技能和實際操作能力［22，24，26］。

2.5三維模型評價

礦產三維地質模型的評價內容和方法旨在確保模型的科學性、準確性、實用性以及其在礦山設計與規(guī)劃中的應用效果。礦產三維地質模型的評價內容涵蓋了模型構建質量、精度、不確定性、適用性、更新維護機制以及可視化與用戶界面等多個維度，評價方法包括數(shù)據(jù)對比、統(tǒng)計分析、專家評審、用戶調研、系統(tǒng)測試等多種手段，旨在全方位確保模型的有效性和可靠性，為礦山的科學管理和高效運營提供強有力的技術支撐［55-59］。

在模型構建質量評價方面，需要檢查模型數(shù)據(jù)源的完整性、可靠性和代表性，包括鉆孔數(shù)據(jù)、地質測繪、地球物理勘探、地球化學分析等數(shù)據(jù)的質量控制［15-16，33-34］。評估模型構建過程中數(shù)據(jù)預處理、地質解釋、模型參數(shù)選擇、模型算法應用的合理性。評價方法主要是通過對比原始數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的一致性、檢查模型構建流程文檔、審查模型構建軟件的選擇和使用是否符合行業(yè)標準或最佳實踐、進行專家評審等方式進行。

在模型精度驗證方面，比較模型預測的礦體幾何形態(tài)、品位分布、體積計算結果與實際開采揭露或獨立驗證數(shù)據(jù)（如新鉆孔資料、坑道測量數(shù)據(jù)）的吻合程度，評估模型在空間尺度上的定位精度和屬性賦值精度。精度驗證方法主要是采用交叉驗證、留出法、分割法等統(tǒng)計學方法，計算模型預測與實測數(shù)據(jù)的相關系數(shù)、均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）等指標，量化模型精度［34，36］。對于關鍵區(qū)域或礦體邊界，可能需要進行詳細的局部精度驗證。

在模型不確定性分析方面，評估模型中由于數(shù)據(jù)不確定性、地質解釋主觀性、模型算法假設等因素導致的模型不確定性［33-34］。包括資源量分類（如探明、控制、推斷）的不確定性分布、品位分布的變異性、礦體邊界不確定性的量化描述［59-66］。不確定性分析的方法主要包括應用概率統(tǒng)計方法（如克里金法、指示克里金法等）計算資源量的置信區(qū)間，使用蒙特卡洛模擬等方法生成多個可能的地質模型情景，分析其分布特征和變異范圍［67］。生成不確定性圖件，如品位置信區(qū)間圖、資源量類別概率圖等。

在實際應用中，模型適用性評價、模型更新與維護、模型可視化與用戶界面等也是較為重要的模型評價指標［68］。主要考察模型是否滿足礦山設計、開采規(guī)劃、環(huán)境評估、安全控制等實際應用需求，在應用過程中模型數(shù)據(jù)更新的及時性、數(shù)據(jù)整合流程的規(guī)范性，可視化效果及可交互性等［69-72］。主要通過實際應用案例分析、用戶滿意度調查、系統(tǒng)集成測試等方式，評估模型在特定應用場景下的表現(xiàn)，如模型能否有效支持開采設計決策、是否能準確模擬地質災害、是否能與現(xiàn)有管理系統(tǒng)無縫對接等。以及審查模型更新流程文檔、跟蹤模型更新實例、訪談模型維護團隊，評估模型更新的效率與質量等方式方法進行三維地質模型的評估評價。

3現(xiàn)存的問題與展望

盡管三維地質建模技術在固體礦產資源的勘探、開發(fā)和利用中得到了廣泛應用，但在實際應用中仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。首先，數(shù)據(jù)采集和處理方面存在數(shù)據(jù)精度不高、數(shù)據(jù)不完整等問題，這會影響模型構建的準確性和精度。其次，模型構建方面存在建模精度不高、模型穩(wěn)定性差等問題，這會影響模型的應用效果。此外，三維地質建模技術的應用還需要考慮到礦山安全、環(huán)境保護等因素，因此需要綜合考慮多種因素，制定科學合理的應用方案［73-75］。

針對目前存在的問題和挑戰(zhàn)，未來固體礦產三維地質建模研究應該注重以下幾個方面。首先，應該加強數(shù)據(jù)采集和處理技術的研究，提高數(shù)據(jù)精度和完整性，為模型構建提供更為準確和可靠的數(shù)據(jù)基礎。其次，應該加強模型構建技術的研究，提高建模精度和穩(wěn)定性，為模型應用提供更為可靠的技術支持。此外，還應該注重模型應用方面的研究，綜合考慮礦山安全、環(huán)境保護等因素，制定更為科學合理的應用方案。

同時，應該加強跨學科合作，推動三維地質建模技術與其他相關領域的融合，如結合大數(shù)據(jù)與云計算、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）、物聯(lián)網(wǎng)與傳感器等科技技術。為建模提供更為豐富的信息，提高三維地質模型的實用性和可操作性，提高采礦作業(yè)的自動化和智能化水平。未來的三維地質建模將更加智能化、自動化和實時化，能夠更好地滿足礦產資源勘探、開發(fā)和利用的需求。

4結語

固體礦產三維地質建模作為一種有效的技術手段，在礦產資源勘探、開發(fā)和利用中具有廣泛的應用前景。數(shù)據(jù)源方面，綜合了地物化遙各類數(shù)據(jù)，提高了模型精度、準確度及可信度。模型類型及建模技術方法發(fā)展全面成熟，形成了不同行業(yè)技術標準，對應建模軟件也發(fā)展出了成熟的產業(yè)體系，整體形成了適用于不同的地質礦產生產環(huán)節(jié)的地質建模體系，提高了三維地質建模效率和地質礦產生產效率。

在實際生產應用及科學研究中，基于輕量化GIS平臺的三維礦山建模管理平臺極大提高了礦山規(guī)劃設計、生產管理、安全監(jiān)管等工作效率及科學性；基于多源數(shù)據(jù)的智能建模及成礦預測技術可以在朱溪鎢礦、河南鉬礦等大型礦山的生產開發(fā)、儲量精確計算中發(fā)揮專家決策支撐及高精度計算的作用。此外VR及AR等三維技術的引入，將進一步極大提高固體礦產生產中的科學高效性，同時降低成本和各類風險。

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Abstract：In this paper， present conditon of 3D geological modeling of solid minerals has been studied， technical development trend has been analyzed， and the future development direction has been expected. Based on in-depth analysis of the existing literature and the investigation of the development of related technologies， research progress of modeling techniques of 3D geological modeling have been summarized. The related standards of 3D geological modeling technology of solid minerals， and the characteristics of different software tools of 3D geological modeling have been introduced. The application and development trend of 3D geological modeling in solid mineral resources exploration， development and utilization have been emphatically studied. It is considered that 3D geological modeling has made remarkable progress and achievements in data source， modeling technology， standard development and software tool development. Three-dimensional geological modeling has effectively improved the efficiency of mine production and management. It is gradually moving towards the introduction of artificial intelligence technology， the direction of high-precision computing， intelligent modeling， and interactive utilization. The trend and direction of future research mainly focus on improving data accuracy and establishing interactive 3D geological models based on technologies， such as virtual reality （VR） and augmented reality （AR）. This study can provide guidance and references for 3D geological modeling work in mines in the future.

Key words：Three-dimensional geological modeling; solid mineral; exploration and development; resource assessment; 3D mine

收稿日期：20240914；修訂日期：20241009；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

基金項目：自然資源實物地質資料中心創(chuàng)新基金項目《固體礦產三維地質建模工具對比研究》（CXJJ2024—02），中國地質調查項目《實物地質資料采集更新與數(shù)字化應用》（DD20230138）

作者簡介：趙龍賢（1995—），男，甘肅武威人，助理工程師，主要研究領域為遙感地質、三維地質；E-mail：2428426555@qq.com

*通訊作者：史維鑫（1984—），女，高級工程師，主要從事巖心數(shù)字化技術方法研究與應用;E-mail：2428426555@qq.com