富家塢銅礦巖性數據圖形化處理的研究應用

王增科

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

富家塢銅礦巖性數據圖形化處理的研究應用

王增科

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

傳統方法在繪制礦床巖性相關的剖切面圖件方面，效率低、無法繪制任意剖面圖件和三維空間形態分布圖等。但隨著計算機軟硬件技術的進步，如何利用計算機技術快速繪制這類圖件成為可能。本文針對富家塢銅鉬礦床鉆探巖性數據數字化處理及快速成圖進行研究，并提出解決的方法。

富家塢銅礦;巖性;數據處理;軟件技術;圖形化

1 前言

礦床勘探鉆孔巖性原始數據以文字性描述為主，因此在利用這些數據繪制與巖性相關的剖切面圖件時，傳統處理方法要依賴地質人員的經驗豐富程度和理論基礎扎實程度來勾勒各種巖性的邊界。但相關技術人員認識程度不同而得到的結果，也各不相同，同時對大型礦山而言，勘探巖性數據量大，繪制任意剖面巖性圖件時，因為數據運算量大，成圖效率必將受到限制。隨著計算機軟件硬件技術的進步，利用計算機技術對勘探鉆孔巖性數據進行快速數字化處理、成圖成為可能。本文就利用Golden.Voxler、Golden.Surfer三維繪圖軟件、Ms－Sqlserver數據庫軟件以及德興銅礦自主開發的地質測量計算機應用系統對勘探巖性數據處理及成圖方面進行研究并給出相應的解決方法。

2 礦床巖性、巖性數據庫和研究所需軟件介紹

2.1 礦床巖性

富家塢銅鉬礦床地層均系震旦系淺變質巖系，此外局部有山溝、山坡有零星第四系殘坡積和沖積層分布。震旦系淺變質巖系主要為一套泥砂質與凝灰質混合沉積層。由絹云千枚巖，綠泥絹云千枚、晶凝灰質千枚巖及砂巖、碳質板巖組成。與斑巖礦床有關的成礦母巖主要為花崗閃長斑巖、英安斑巖、石英斑巖等深源－淺成、超淺成小侵入體。地層巖體概為震旦系淺變質巖系和侵入其中的花崗閃長斑巖體，各類脈巖以及相伴生的蝕變巖石［1］。

總體而言，富家塢銅鉬礦床的巖性分類相對簡單，主要由千枚巖和斑巖和部分的基性、中性巖三大類組成。

2.2 礦床巖性數據庫

富家塢銅鉬礦床巖性數據圖形化處理方法的研究應用是以該礦床的勘探鉆孔巖性數據庫基礎。礦床勘探地質數據庫，經過礦山地質、測量及相關技術人員多年不懈的建設的已經比較完善。數據庫主要包括:鉆孔開孔坐標、鉆孔測斜、化驗品位和巖性等四部分組成。

通過礦山自主開發的地質測量計算機綜合應用系統對該數據庫進行數據二次處理，形成帶有空間座標的化驗品位數據及巖性數據庫。本次研究應用以二次處理后的巖性數據庫為基礎。巖性數據庫主要包括鉆孔名稱、起始孔深、截至孔深、巖石名稱、蝕變分帶、斷層、礦化、起始坐標、截至坐標等信息;本次研究應用以其中的巖石名稱分帶及空間坐標信息為主。

在巖性數據庫中巖石名稱是以大寫的英文字母形式表示:RPH(千枚巖)、RGP(斑巖)、RSW(風化層)、RMD(基性＆中性巖)等［2］。

2.3 研究應用所需軟件介紹

Golden.Voxler是美國Golden公司開發的一款專業的三維數據可視化軟件。并利用這些數據創建出等值線圖，等值面，切片圖，三維散點圖形，從而能夠清晰的看到這些數據間的關系。本次研究主要用來處理三維化的巖性數據和圖形繪制。模塊庫功能是對導入數據進行最基礎、核心的處理［3］。Golden.Surfer也是Golden公司一款專業二維數據的可視化軟件。在本次研究中主要用于建立地表模型。

Ms－Sqlserver:Microsoft公司一款面向分布式客戶機/服務器計算的關系型數據庫管理系統(RDBMS)，是一種跨平臺的交互式的數據庫平臺。本次研究主要用來對巖性數據儲存和數據的水平切面加密處理。

地質測量計算機應用系統:是德興銅礦自主開發的一款涵蓋勘探鉆孔、生產巖粉和測量數據處理并具有基本滿足日常生產所需圖形繪制等功能的綜合應用軟件平臺。本次研究主要用來對巖性原始數據的初始化處理和地表模型所需的二維數據生成。

3 技術路線

首先利用地質測量應用軟件平臺對Ms－Sqlserver中存儲的巖性相關的原始數據初始化處理，形成帶有三維坐標的巖性數據，同時利用該軟件將地形圖轉換為三維坐標文件。其次利用Surfer中對地形三維坐標文件處理生產地表模型。在以上基礎上，根據Voxler處理數據的特點和要求，對在sqlserver中對三維化的數據進行巖性符號的數字化變換和水平方向上多次切割的增加數據密度，最后在voxler中進行綜合巖性圖件的繪制。如圖1。

圖1 技術路線示意圖

4 巖性數據圖形化處理方法步驟

4.1 原始數據進行三維化處理

利用地質測量計算機綜合應用系統對mssqlserver中三個原始表:開孔坐標及孔深表(如表1)、鉆孔測斜表(如表2)、鉆孔巖性表(如表3)初始化，形成本次研究應用所需的帶有三維坐標的基礎數據(如表4)。

表1 開孔坐標及孔深示意表

表2 鉆孔測斜示意表

表3 鉆孔巖性示意表

表4 三維坐標巖性數據表

4.2 巖性數據水平方向多次切割

在巖性數據庫中，不同巖性進尺長短不一，但Voxler處理巖性數據時，只是把一段巖性的中間點作為處理對象，若這個點的代表長度不均勻，那么空間插值的結果勢必會出現較大的偏差，在巖性變化的地方是數據處理的重點部位。因此需要對原始數據進行水平拆分加密使得每個點代表長度相對較短、且均一化。在Ms－Sqlserver的查詢分析器中用SQL腳本語句(如下)對三維化數據進行水平方向加密切割［4］。

(鉆孔名稱，孔深，巖石名稱，斷層，地層時代，地層層位，巖性描述，X，Y，Z)

(起始孔深－(起始孔深－截至孔深)*(Z1－@LEVEL)/(Z1－Z2))AS孔深，

巖石名稱，斷層，地層時代，地層層位，巖性描述，

在本次研究中考慮到Voxler處理數據的要求及巖芯進尺長度等因素，數據垂直方向每間隔1米進行水平切割，使數據量密度增加，處理后的巖性數據庫如表5。

表5 加密后的三維巖性表

4.3 巖性符號的數字化變換

利用表6中的數字化代碼替換表5中的字符代碼生成加密數字化后的三維巖性表Geo列，同時為提取某種巖性的邊界，需要增加該列并將要提取的巖性設置為同一數字，其它為另一種背景數值。

譬如:為斑巖(RGP)增加RGP列，將斑巖數據設置為2其它全部替換為1作背景值處理(如表7)，其它巖性作類似處理，并分列存儲，最終形成voxler所需的巖性數據綜合表(如表8)。

表6 巖性字符代碼表

表7 斑巖數據變換代碼表

表8 巖性數據綜合表

4.4 巖性數據處理及繪圖

4.4.1 地形表面模型的建立與剖切

在autocad中用地質測量計算機綜合應用系統，將現狀圖中三維線，點等三維信息導出，形成三維坐標文件。通過golden.surfer采用合適的插值方法建立三維面模型fjwdx.grid［5］。

在voxler中利用根據fjwdx.grid模型文件，創建HeightField(高程場景)，利用ClipPlane(切割)做兩次間隔一定距離的平行切割，保留中間部分即形成地形剖面線。

4.4.2 散點圖的繪制

散點的空間切割利用排除過濾器對原始數據庫進行排除，保留需要的數據形成空間數據，生成巖性數據散點圖。

4.4.2.1 空間面排除過濾器設置

對表7添加控件排除過濾器，利用聯合的面方程不等式對不需要的數據進行過濾，在過濾字符串中設置兩個平行面不等式Ax+by+cz＞k1 or Ax+ by+cz＜k2過濾不需要的散點數據，這樣保留下來的即在圖形上顯示的數據。

(1)水平面設置:如z＜－50 or z＞－50表示保留高程為50水平的數據;

(2)空間剖面設置:如y＞x－63900 or y＜x－64100即表示與BB＇剖面平行兩個面一定距離之間需要保留的散點數據數據、y＞－x+83600 or y＜－x+83450表示為AA'剖面平行兩個面一定距離之間需要保留的散點數據數據。

4.4.2.2 巖性排除過濾器排除非某類巖性

在空間過濾的基礎上，利用不同的排除字符串組合保留需要繪制的巖性。根據數據庫數據列特征，如其中c列為特征數字列。0、1、2、3分別表示風化層、千枚巖、斑巖、基性和中性巖。

(1)c=3 or c=2 or c=0即保留c=1千枚巖;

(2)c=3 or c=1 or c=0即保留c=2斑巖。

最后按照需求利用散點圖功能組合繪制符合要求的散點圖如圖2。

圖2 勘探BB'剖面鉆孔空間散點圖

4.4.3巖性空間形態分布圖及剖切面繪制

4.4.3.1 數據的加載

在voxler文件下拉菜單中選擇加載數據選擇表8文件，根據要求設置坐標及需要處理的某種巖性的數據列。

4.4.3.2 單個巖性模型的建立

數據加載后，設置網格化數據的相關參數:數據項、空間范圍、空間剖分密度、空間插值方法等。進行網格化即可建立不同特征數據項空間模型［6］。然后在空間模型基礎上利用等值面體和等值線功能繪制某巖性空間分布圖和剖面圖。

需要指出的是為提取某巖性邊界，等值面或等值線邊界特征值應該設置成所提取巖性和背景值數值的中值。

4.4.3.3 巖性圖件的生成

在單個數據項模型建立后，利用等值線功能，設置切面法線方向，距離模型中心點距離和邊界值特征，即可繪制任意剖面的巖性剖面圖(如圖3);結合地表模型及剖切和散點圖即可繪制各種綜合巖性剖面圖件(如圖4);利用等值面功能設置邊界特征值可生成某種巖性的空間形態分布圖(如圖5)。

圖3 富家塢－80水平巖性分布圖

圖4 BB'剖面綜合巖性剖面圖

圖5 富家塢斑巖體空間形態分布圖

5 結語

本文針對富家塢礦區巖性原始數據的處理、圖形快速繪制做了相關研究和應用。通過本次研究應用，有以下一些認識:首先原始巖性數據要可靠、規范，并能夠合理地歸納分類;其次地質勘探巖性數據庫建設應按巖性、蝕變分帶、斷層等分門別類，不可將各種數據混雜，對文字性的描述進行歸納，做到重點突出、簡明扼要、分類合理，數據分列歸類存儲。既保證原有地質信息的不丟失，又符合數字化處理的要求;再者在數據處理及成圖中，應該根據巖性數據自身的特點和軟件處理空間數據上的要求，對數據在水平面上做進一步的切割達到數據量增加的效果，從而保證建立巖性模型的所需數據數量與質量。

通過對富家塢銅鉬礦床巖性數據圖形化處理方法的研究，可快速繪制礦床的巖性剖面圖件及空間分布形態，對其它類似礦床這方面應用有一定的借鑒與指導意義，但富家塢礦區的巖性相對簡單，空間分布形態不很復雜，對于巖性形態分布較為復雜的礦床在應用時候，還需結合實際情況做進一步的分析。

［1］朱訓，等.德興斑巖銅礦.北京:地質出版社，1983，3.

［2］林岳生，等.江西省德興縣富家塢銅鉬礦區地質勘探總結報告［R］.景德鎮:江西冶金地質勘探四隊，1978，5.

［3］朱學林.Voxler在地質數據三維可視化中的應用［J］.?？?科園月刊，2008，5.

［4］張莉.SQL Server數據庫原理及應用教程［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［5］張弛.基于Surfer軟件的地形圖快速繪制方法［J］.北京:水利技術監督，2009，3.

［6］陳云城，李斌.三維空間插值在巖性數據可視化中的應用［J］.沈陽:沈陽建筑工程學院學報，2000，16(4).

Research and Application on Computer Graphics in Lithology Data at Fujiawu Copper Mine

WANG Zeng－ke

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

The traditional method in drawing deposits of rock related section cutting plane map is in low efficiency and unable to draw any profile map and three－dimensional space distribution map.However，it is possible to use computer technology to draw such maps quickly with the advancement of computer hardware and software technology.In this paper，a study on drilling lithology data processing and fast drawing of Fujiawu Copper－molybdenum deposit is made and solutions are proposed.

copper mine;lithology;data processing;software technology;graphics

TD166

A

1009－3842(2011)04－0062－05

2011－04－01

王增科(1978－)，男，河南鎮平人，本科，工程師，從事礦山地質工作，E－Mail:gxglhnnywzk@126.com