三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法研究

  本文关键词：三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

新技术 ? 新方法

　　 地矿勘查图件是地矿工作中描述地质现象 、 反 映矿产勘查成果的方法和语言 , 是所获取的实际勘 探资料的具体表达方式和矿山开采设计的重要依 据 ,编制勘查图件是矿产勘查工作的重要组成部分 (朱裕生等 , 2000 ) 。传统地矿勘查图件编制主要依 据地质科学理论 ,运用投影几何学 、 画法几何学及矿 体几何学的原理 ,将地质现象投影

到一个平面上 ,从 而对矿体形态和地质特征进行表达 ; 地矿工作者通 过这些图件 ,如勘探线剖面图 、 中段地质平面图 、 矿 体投影图等 ,来认识和表达三维空间地质体及地质 现象的形态与变化趋势等 。然而 , 由于地质现象比 较复杂 ,通过二维 、 静态的平面图件难以直接 、 准确 的理解与表达地质构造情况 , 常无法有效避免由于 认识不全面而导致的地矿勘查图件编制中三维空间 地质内容不一致问题 ; 同时 ,地矿工作者也无法将自 己的三维地质认识快速 、 准确的进行任意平面表达 。 随着计算机技术的发展与广泛应用 , 传统手工 地矿勘查图件编制被计算机所取代 , 地矿工作者从 极为劳累 、 繁琐的图件编绘中解脱出来 , 工作质量

地质与勘探 第 46 卷 　 3 期 第 Vol146 　No13 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 GEOLOGY AND EXPLORATI N O 2010 年 5 月 M ay, 2010

三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法研究
陈国旭 , 　 吴冲龙
1 1, 2

,　 张夏林 , 　 田宜平 , 　 　 刘 刚

1

1

1

[摘 　 ]利用先进的三维可视化模型改造传统地矿勘查图件编制是目前研究的一个重要方向 ,是 要

实现地矿勘查图件定量化 、 精准化编制的一种有效途径和方法 。以传统方法矿产资源储量估算为主线 , 以矿山三维地质建模及资源储量估算相关图件编制为切入点 ,对三维地质建模与地矿勘查图件编制一 体化方法进行了探索性研究 。通过矿山实际应用表明 ,该方法可有效解决矿山在不断勘探与开采过程 中所面临的三维地质模型更新与地矿勘查图件动态编制问题 ,初步实现了矿山三维地质建模与地矿勘 查图件编制的一体化与可视化 ; 有效避免了地矿图件编制中的三维空间地质内容不一致问题 ,矿山图件 编制及三维地质建模效率与精度明显提高 ,应用效果显著 。
[关键词 ]三维地质模型 　 地矿勘查图件动态编制 　 一体化 　 数字矿山

[中图分类号 ] P628 　 [文献标识码 ] A 　 [文章编号 ] 0495 - 5331 ( 2010 ) 03 - 0542 - 05

2010, 6( 3) : 0542 - 0546.

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[收搞日期 ] 2009 - 10 - 21; [修订日期 ] 2010 - 04 - 24; [责任编辑 ]郑 　 。 杰 [基金项目 ]国家自然科学基金项目 (编号 : 40802082) 和福建紫金矿业集团“ 数字矿山 ” 项目资助 。 [第一作者简介 ]陈国旭 ( 1983 年 —) ,男 , 2008 年毕业于中国地质大学 ,获工学硕士学位 ,矿产普查与勘探专业在读博士生 , 现主要从事数 字矿山研究工作 , E - mail: chenguoxu1983@1631 com

of 3D geosc iences m odelin g and m in era l resources explora tion mapp in g[ J] 1 Geology and Explora tion,

Chen Guo - xu, W u Chong - long, Zhang X ia - li , T ian Y i - p i g, L iu Gang1 Study on in tegra tion n n

( 11中国地质大学 资源学院 ,武汉 　430074; 21地质过程与矿产

资源国家重点实验室 ,武汉 　430074 )

与效 率 得 到 极 大 提 高 (刘 刚 等 , 2002; 陈 国 旭 等 , 2009 ) ; 特别是地质体三维建模与可视化技术的快 速发展 ,给地矿工作信息化注入了新的活力 ,使人们 可以直接 、 、 完整 准确地理解和认识地质规律和矿体 空间分布规律 。借助三维地质模型 , 地矿勘查图件 编制中的三维空间地质内容不一致问题可有效解 决 ,并可实现各种地矿勘查平面图件的快速辅助编 制 ; 同时 ,地矿勘查图件是三维地质建模的主要数据 源之一 ,对三维地质模型的优化校正及提高模型精 度具有重要作用 。 三维环境下的图件编绘将是未来发展的一个重 要方向 (刘刚等 , 2002; 李伟忠等 , 2005 ) 。然而 , 目 前市场上存在的绝大多数计算机辅助地矿图件编绘 软件都是对传统手工编图过程的简单改造 , 研究利 用先进的三维可视化模型来改造传统地矿勘查图件 编制尚处于起步阶段 ; 因此 ,研究三维地质建模与地 矿勘查图件编制的一体化具有重要的现实意义 。本 文以传统方法矿产资源储量估算为主线 , 以三维矿 体建模及资源储量估算相关图件编制为切入点 , 对

第 3 期 　　　　　　　　　 　　 陈国旭等 : 三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法研究 　　 　　　　　　　　　　

三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化方法进行 了探索性研究 ; 通过矿山实际应用对比表明 ,该方法 可有效解决不断勘探与开采的矿山所面临的三维地 质模型更新及地矿勘查图件动态编制问题 , 初步实 现了矿山三维地质建模与地矿勘查图件编制的一体 化与可视化 ,应用效果显著 。

1　 三维地质建模与地矿勘查图件编制一

体化工作流程
　　 所谓地质体三维可视化建模 , 就是运用现代空 间信息理论来研究地质体及其环境的信息处理 、 数 据组织 、 空间建模与数字表达 ,并运用科学可视化技 术来对地质体及其环境信息进行真三维再现和可视 化交互的科学与技 术 ( Houlding, 1994; 曹代 勇等 , 2001; 戴 碧 波 等 , 2007; 罗 智 勇 , 2008; 向 中 林 等 , 2009 ) 。传统地矿勘查图件是三维地质建模的主要 数据源之一 ,与三维地质模型是相辅相承的 ; 它们分 别是地质体及地质现象在二维平面与三维空间的不 同表现方式 。三维地质模型是多源地质空间数据的 空间综合表达 (武强等 , 2005; 陈国旭等 , 2008 ) , 对 数据来源相对有限的地矿勘查平面图件编制具有重 要的指导作用 。 三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化是实 现地矿勘查图件定量化 、 精准化编制及优化三维地 质模型的一种有效方法 ,其核心思想为 : ( 1 ) 依据传

统地矿勘查图件编制思路方法 , 初步绘制构建三维 地质模型所需基本图件 (如勘探线剖面图 ) , 为三维 地质模型初步构建提供数据源 ; ( 2 ) 综合利用地矿 勘查图件 (如勘探剖面轮廓线 ) 、 地球物理 、 勘探工 ( 3 ) 以传统 程等数据实现三维地质模型初步构建 ; 地矿勘查图件编制方法与流程为基础 , 结合建立的 三维地质模型 ,实现多种类型地矿勘查图件辅助编 制 ,如矿体投影图 、 中段地质平面图 、 矿体纵切剖面 图等 ; ( 4 ) 根据实际需要重复相关步骤 ,实现三维地 质模型及地矿勘查图件的局部优化 , 直到用户满意 为止 。实际矿山应用中 , 矿山三维地质建模与地矿 勘查图件编制一体化工作流程如图 1 所示 。

2　 方法实现及应用
依据研究的三维地质建模与地矿勘查图件编制 一体化方法 ,矿产资源勘查与开发软件 Quanty ine M (张夏林等 , 2010 )以传统方法矿产资源储量估算为 主线 ,初步实现了矿山三维地质建模与地矿勘查图 件编制的一体化与可视化 , 为用户提供了一个借助 三维地质模型快速 、 动态编制地矿勘查图件的地矿 软件平台 ,从而提高地矿勘查图件动态编制及三维 地质建模的效率与准确性 , 进一步推动地矿工作信 ( 息化 (吴冲龙等 , 1998, 2005 )和“ 数字矿山 ” Scoble, 1995; Peck, 1999; 吴立新等 , 2000, 2003, 2009 ) 的发 展。

图 1　 矿山三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化工作流程
F ig11 　W orkflow chart show in g in tegra tion of m in e 3D geolog ica l m odelin g and m i era l resource explora tion map com p ila tion n

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　　 二维平面与三维空间数据的一体化快速转换是 三维地质建模与地矿勘查图件编制一体化实现的关 键 ,不依赖人工的地矿勘查平面图件三维地质空间

图 2　 矿体二维勘探剖面编制与三维空间快速展布一体化 F ig12 　2D geolog ica l prospectin g li e section s fa st n d istr ibutin g in 3D space
1 - 铜硫矿石 ; 2 - 硫铁矿石 ; 3 - 铜锌硫矿石 ; 4 - 夹石 1 - copper - sulfur ores; 2 - sulfur - iron ores; 3 - copper - zinc sulfur ores; 4 - stones

快速自动转换校正是矿山三维地质模型快速高效构 建与优化的前提和基础 , 软件具有常规方法地矿勘 查平面图件编制及三维空间快速一体化展布功能 , 如图 2 所示 。同时 , 软件结合传统地矿勘查图件编 制思路与方法 ,创新性地借助三维地质模型 ,快速有 效地实现了不断勘探与开采的矿山勘探线地质剖面 图 (图 3 ) 、 中段地质平面图 (图 4 ) 及任意方向矿体 纵切剖面图等图件的快速辅助编制 , 地矿勘查图件 编制的效率和准确性得到大幅度提高 。软件还可以 实现三维地质模型与地矿勘查图件优化对比 (图 5 ) ,从而进一步提高三维地质建模与地矿勘查图件 编制的地质内容一致性与精度 。 经新疆阿舍勒铜锌矿 、 贵州水银洞金矿等矿山 实际应用检验表明 , 利用该方法实现的软件功能较 好地实现了矿山三维地质建模与地矿勘查图件编制 的一体化 ,可有效解决矿山在不断勘探与开采过程 中面临的三维地质模型更新与地矿勘查图件动态编 制问题 ,应用效果显著 。

3　 结论与讨论
本文以传统方法矿产资源储量估算为主线 , 以 矿山三维矿体建模及资源储量估算相关图件编制为 切入点 ,对三维地质建模与地矿勘查图件编制一体 化方法进行了探索性研究 。该方法经实际矿山应用

1 - 2005 年采空区 ; 2 - 2006 年采空区 ; 3 - 2007 年采空区 ; 4 - 2008 年采空区 ; 5 - 剪切面 ; 6 - 铜硫矿石 ; 7 - 硫铁矿石 ; 8 - 铜锌硫矿石 ; 9 - 夹石 ; 10 - 采空区 1 - gob areas in 2005; 2 - gob areas in 2006; 3 - gob areas in 2007; 4 - gob areas in 2008; 5 - cutting region; 6 - copper - sulfur ores; 7 - sulfur - iron ores; 8 - copper - zinc - sulfur ores; 9 - stones; 10 - gob areas

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图 3　 利用实时更新的三维采空模型辅助勘探线剖面图动态编制 F ig13 　D ynam ic map com p ila tion usin g rea l - ti e upda ted 3D gob m odels a long prospectin g lin es m ( a ) 勘探线方向自动剪切三维采空模型 ; ( b) 采空区信息二维平面快速展布 ( a) 3D gob m odels automa tica lly cut ; ( b) Fa st d istr ibutin g of gob area s in 2D plane

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图 4　 借助三维矿体模型实现任意标高中段地质平面图快速编制
F ig14 　Fa st draw i g of geolog ica l plane d ia gram s to a section of a n arb itrary eleva tion w ith help of 3D ore body m odels
1 - 矿体 ; 2 - 剪切面 ; 3 - 采空区 1 - orebody; 2 - cutting region; 3 - gob areas

( a ) 任意标高自动剪切三维矿体及采空模型 ; ( b) 矿体及采空区信息二维平面快速展布 ( a ) 3D orebody automa tica lly cut to an arb itrary eleva tion and gob m odel; ( b) Fa st d istr ibuti g of in forma tion for orebody and gob area s in 2D plane n

图 5　 三维矿体模型与地矿勘查图件优化对比

( a) 三维矿体模型按任意方向投影 ; ( b) 与矿体投影方向一致的矿体投影图 ( a) 3D orebody m odel projection in arb itrary d irection; ( b) 2D projection of orebody i the sam e d irection n
1 - 111b 储量 ; 2 - 121b 储量 ; 3 - 333 资源量 1 - 111b reserve; 2 - 121b reserve; 3 - 333 resources

检验 ,可有效解决矿山不断勘探与开采过程中所面 临的三维地质模型更新与地矿勘查图件动态编制问 题 ,具有较强的实用价值 。 利用先进的三维可视化地质模型改造传统地矿 勘查图件编制是当前一个重要的研究方向 , 正处于 探索阶段 。三维地质模型构建与更新的速度与质量 直接决定着地矿勘查图件动态辅助编制的效率与精

F ig15 　Com par ison between 3D and 2D projection s of orebody m odels

度 ; 因此 ,作为当前地矿工作信息化研究热点与难点 的三维地质模型精准化快速动态构建技术尚需进一 步深入研究 。
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1 1, 2

Study on I tegra tion of 3D Geolog ica l M odelin g and M in era l n Resource Explora tion M app in g
1 1

Abstract:U sing advanced 3D visualization models to transform traditional m ineral exp loration map s is an important research direction as well as an ef2 fective way to imp rove the quantification and p recision of m ineral exp loration map s1 According to the workflow of traditional methods of m ineral reserve es2 tim ation, we took m ine 3D geological modeling and m ineral reserve estim ation mapp ing as a starting point to exp lore a new method for the integration of 3D geological modeling and m ineral resource exp loration mapp ing1 In order to verify this method, we have app lied this method to some real m ines1 The results show that this method can effectively solve those p roblem s of 3D geological model updating and dynam ic map comp ilation of m ineral resource exp loration in continuous exp loration and exp loitation p rocesses of the m ines1 This method has strong p racticality and realizes the p rim ary integration of 3D geological modeling and m ineral resource exp loration mapp ing, which can effectively avoid the geological inconsistencies in 2D p lane map s and imp rove the efficiency and accuracy in 3D geological modeling and m ineral reserve estim ation mapp ing1 Key words: 3D geological modeling, m ineral resource exp loration map dynam ic map comp ilation, integration, digital m ine

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CHEN Guo - xu , WU Chong - long , ZHANG Xia - lin , TI N Yi - p ing , L IU Gang A ( 11 Facu lty of Ea rth R esou rces, Ch ina U n iversity of Geosciences, W uhan 　430074; 21 S ta te Key L abora tory of Geolog ica l P rocesses and M inera l R esou rces, Ch ina U n iversity of Geosciences, W uhan 　430074 )

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[附中文参考文献 ]



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