基于3DMine的礦山斷層建模技術研究

張延凱，徐 振，趙春波，高占義，韓榮榮

（1.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083；2.北京科技大學土木與環境工程學院數字礦山實驗室， 北京 100083；3.中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古新巴爾虎右旗 021400）

基于3DMine的礦山斷層建模技術研究

張延凱1，2，徐 振1，2，趙春波3，高占義3，韓榮榮3

（1.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083；2.北京科技大學土木與環境工程學院數字礦山實驗室， 北京 100083；3.中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古新巴爾虎右旗 021400）

以3DMine礦業工程軟件為基礎，以內蒙古烏山銅鉬礦為研究對象，探討了礦山斷層建模的一般技術路線，對其他礦山類似工作具有借鑒意義。

斷層；三維建模；3DMine

0 前 言

礦床地質構造，特別是斷層，對礦產資源評估、礦山設計、礦床開采等有重大影響，準確掌握斷層的幾何形態、空間展布及相互關系等是礦山地質人員的一項重要任務。傳統的斷層描述手段是各種類型的平面圖、剖面圖、巖性編錄表格、鉆孔柱狀圖等。這些資料一般局限于二維（甚至是一維）的表達和顯示方式，難以給人以直觀、完整、準確的感受，往往造成不同人對同一斷層有不同理解，不能滿足實際工作的需求。為此，需要建立礦山斷層的三維空間模型，與三維可視化手段相結合，將復雜斷層的空間展布及其與礦體之間的關系真實地展現出來。

自1980年代以來，國內外專家學者開展了大量的理論與實踐研究，開發出了一大批優秀的三維地質建模軟件［1－5］。國外具有代表性的軟件包括：澳大利亞的Surpac Vision、Vulcan、Micromine；美國的Earth Vision、GeoTools、TerraCube；加拿大的Gemcom、MicroLynx＋等。近年來國內也成功開發了一些類似的軟件，如3DMine、DIMINE等。3DMine軟件是為國內用戶量身打造的三維礦業軟件，廣泛應用于包括金屬、煤炭、建材等固體礦產的地質勘探數據管理、礦產地質模型、構造模型、傳統和現代地質儲量計算、露天及地下礦山采礦設計、生產進度計劃、露天境界優化及生產設施數據的三維可視化管理。3DMine軟件與AutoCAD、Surpac、MapGIS等軟件有超強的兼容性，能夠實現與Excel等表格數據的無縫鏈接，對圖形的編輯操作參照CAD軟件的使用習慣。因此，選擇3DMine軟件進行礦山斷層建模有一定優勢。

1 礦山斷層建模基本流程

礦山數據具有異質、多源的特點，不同數據源又有不同的數據儲存格式。礦山紙質圖件一般要經過數字化手段轉換為＊.DWG格式文件才能導入到礦業軟件中。紙質圖件的矢量化已經有很多文章詳細介紹過［6－8］，可供參考，故本文不討論其具體過程。礦山常用矢量圖件為MapGIS、AutoCAD格式，其中MapGIS格式圖件要以明碼格式導入到3DMine軟件中，這樣可以保證點、線、區文件的完整性；AutoCAD格式圖件在3DMine軟件中可以直接打開。利用軟件的剖面轉換功能可以自動實現剖面的拉伸、旋轉、平移等一系列變化，從而使剖面信息位于真實坐標系下。此外，通過鉆孔編錄、原有數據庫、鉆孔柱狀圖等信息可以很容易地建立包含多源異質信息的鉆孔數據庫。

至此，已將多源數據在3DMine軟件平臺下融合，實現了對真實地質情況的抽象、模擬、還原，充分利用了各類數據中所包含的有效信息。往往一個礦區有數條乃至數十條斷層，為了便于斷層實體模型的建立，需要對各個斷層剖面文件中的斷層線分別進行提取、存儲。提取出的各剖面斷層線需進行多源數據間的準確性驗證，特別是要和地質數據庫中的巖性信息進行比對，選取可信度高的信息對斷層線進行修正，最后利用3DMine軟件豐富的實體建模功能生成斷層實體。斷層建模的基本流程如圖1所示。

2 實例研究

2.1 內蒙古烏山銅鉬礦礦區地質構造

圖1 基于3DMine軟件的礦山斷層建模基本流程

內蒙古烏山銅鉬礦礦區位于北東向的額爾古納—呼倫深斷裂的西側，是2個不同構造單元——外貝加爾褶皺系與大興安嶺褶皺系的銜接處，外側中生代火山巖帶相對隆起區，額爾古納—呼倫深斷裂的發育控制了本區火山巖帶沿北東向分布，并且為礦產的形成提供了場所。區域構造受額爾古納—呼倫深斷裂的影響，主要構造線為北東向。斷裂構造以兩組方向最為發育：一組為北東向、一組為北西向或北西西向。區內山脈自然景觀及溝谷多沿北東和北西向分布。區內北西向斷裂也很發育，由于北西向為張性斷裂，火山通道充填物往往沿此方向逐步發展，形成火山機構具北西向拉長的特征。

2.2 斷層建模過程

礦山提供的基礎圖件數據格式主要是MapGIS格式和AutoCAD格式，其中北部礦體數據為Map－GIS格式，新補勘的南部礦體數據為AutoCAD格式。

（1）將北部礦體的MapGIS圖件轉換為明碼格式，然后在3DMine軟件中打開，另存為＊.3ds格式，如圖2、圖3所示。

圖2 某剖面MapGIS圖（明碼格式）

圖3 格式轉換后的圖件（＊.3ds格式）

（2）將南部礦體的AutoCAD圖件用3DMine軟件打開，另存為＊.3ds格式，如圖4所示。

圖4 某剖面AutoCAD圖（DWG格式）

（3）提取剖面圖中的有效信息，主要是坐標網格線和斷層線。其中，坐標網格線的作用是在剖面轉換時提供參考基準點，斷層線則是后期生成斷層實體的數據基礎，如圖5所示。

圖5 斷層建模有效信息提取

（4）由于礦山矢量數據的來源各異，其制圖所選取的原點坐標也不盡相同，而3DMine軟件使用的是真實三維空間數據，其線文件中的坐標與工作區的位置是完全一致的，而且，對于前述工作所保存的剖面線文件皆為二維平面視圖，因此需要對轉換好的＊.3ds線文件進行三維空間的坐標轉換，利用軟件的坐標轉換功能將所有的剖面線文件轉換至真實坐標系下，圖6為轉換后的剖面線文件三維視圖。

圖6 所有剖面轉換后的三維視圖

（5）將經過剖面轉換處理后的圖件中的有用圖元信息（主要是斷層信息）提取出來，將坐標網格線刪除，圖7為提取的斷層信息三維視圖。

圖7 所有剖面轉換后的斷層信息提取三維視圖

（6）某些斷層由于走向與勘探線方向近乎平行，不能以剖面展示，而用水平剖面圖表示，這類斷層的建模過程與縱剖面表示的斷層基本一致，只是在剖面坐標轉換時略有不同。圖8為水平剖面斷層建模俯視圖。

圖8 平面轉換后的斷層信息提取（俯視圖）

（7）對提取出來的各剖面斷層線信息進行準確性驗證，通過對剖面圖、平面圖、鉆孔數據庫中的巖性信息進行比對，選擇可信度較高的數據對斷層線進行修正，最后利用3DMine軟件豐富的實體建模功能生成斷層實體。圖9為用于某斷層建模的剖面線文件，圖10為礦區所有斷層綜合圖。

圖9 用于某斷層建模的剖面線文件

圖10 礦區所有斷層三維視圖

3 結 論

礦床地質構造，特別是斷層，對礦產資源的評估、設計、開采都有重大影響，通過建立斷層模型，可以清楚地掌握斷層與礦體的空間關系及斷層對礦體開采的影響。因此，斷層建模是礦山數字化的重要一步，也是很復雜、很基礎的一步。應用3DMine礦業軟件平臺，可以方便、快捷、準確地對多源異質數據進行融合，真實地再現礦山復雜斷層的實際情況。本研究對其他礦山類似工作具有借鑒意義。

［1］羅周全，劉曉明，蘇家紅，等.基于Surpac的礦床三維模型構建［J］.金屬礦山，2006（4）：33－36.

［2］張宏達.論MICROMINE軟件在黃金行業的應用［J］.黃金，2005（1）：30－33.

［3］姜 華，秦德先，陳愛兵，等.國內外礦業軟件的研究現狀及發展趨勢［J］.礦產與地質，2005，19（4）：422－425.

［4］張曉坤，章 浩.三維地質建模在礦產資源開發中的應用［J］.金屬礦山，2010（3）：106－110.

［5］胡建明.3DMine礦業軟件在地勘工作中的應用［J］.礦產勘查，2010（1）：78－80.

［6］趙會勝.利用AutoCAD進行地質圖件矢量化［J］.數字技術與應用，2010（4）：87－88.

［7］簡軍鋒，陳培成.礦井圖紙的數字化處理［J］.煤炭科學技術，2003，31（3）：21－22.

［8］王軍鋒，張新予.礦山地質剖面圖數據數字化三維可視化的研究［J］.露天采礦技術，2006（6）：4－6.

2011－10－18）

張延凱（1979－），男，吉林樺甸人，工程師，在讀博士生，主要研究方向：數字礦山、礦業系統工程。