數字礦山模型建設方法探討

湛睿 羅量 湖南省地質礦產勘查開發局四一四隊

1 引言

建設數字礦山是一項對于礦山企業、政府管理部門、社會地勘單位都有積極意義的工作。通過建立礦區三維空間地質資料信息數據庫，建立礦山三維空間模型，能提高礦山企業資源管理水平和經濟效益，提供現代化的技術服務平臺和管理手段。本文以某礦山地質模型建設為例，探討數字礦山模型的建設方法。

2 地質資料的收集

開展數字礦山工作的第一步是進行已有的礦區資料收集。在全面收集礦區內基礎資料、基礎地質資料（地層、構造、巖漿巖等）、物化遙感資料、勘查資料、各類樣品的測試資料、礦區的開發資料（礦業權設置、礦山設計、開采和資源利用概況、資源儲量核實報告、資源儲量檢測報告等）、分散到各個地勘單位、科研院所的原始資料、測試數據的基礎上，對數據進行整理分類及標準化處理，建立礦區三維空間地質資料信息數據庫。

組織人員到礦山及各相關單位收集資料，并對收集的資料進行歸納整理，收集方式為赴保管單位拷貝或現場掃描數字化。為保證資料的清晰度及準確度，老的原始及成果地質資料沒電子數據的采用掃描或復印方式，地質工作新形成的資料采取拷貝電子數據的方式收集。

3 鉆孔等勘探工程數據庫建設

勘探工程數據庫主要包括鉆孔數據庫和坑硐數據庫，建庫過程即為數據庫屬性表的錄入。建庫的方法為先錄入至電子表格中，然后由三維建庫軟件提供的工具導入生成勘探工程數據庫。

鉆孔數據庫記錄了鉆孔點位信息、取樣信息、測斜信息、分層編錄信息等，是生成鉆孔柱狀圖，在二維、三維中建立鉆孔圖形數據庫的基礎數據。將各屬性表通過手工錄入至Excel表格中保存為.CSV格式，再由Dimine數字礦山軟件系統中數據表格“導入”功能導入錄入的“.CSV”文件，保存為Dimine軟件的“.dmt”文件。通過Dimine 軟件中的“地質”中的“校驗”功能，對之前保存的“.dmt”文件進行校驗。進行校驗后如出現錯誤記錄，對錄入的數據進行修改。修改驗證后在“地質”中“鉆孔DMD”功能中加載錄入“.dmt”文件后創建鉆孔數據庫。

坑硐數據庫記錄了坑硐孔口、測斜、樣品化驗信息。數據錄入人員根據原始資料記錄的數據信息，一一對照將其錄入到上述相應表格中對應的數據項內，保存后即完成勘探工程數據庫建庫工作。在完成建庫工作后，我們可將數據導入本次關聯開發的系統中，實現勘探工程三維軌跡顯示、信息查詢、自動生成各種二維圖件等一系列相關應用。

4 三維空間地質數據庫建設

利用工作程度最高的勘查（探）資料及最新的礦山生產勘探資料、開采資料、儲量年報和各階段的儲量檢測報告，建立反映礦山實際情況的三維空間地質數據庫[2]。在進行三維數據庫建設之前，首先需要對建庫數據進行預處理。由于本次三維建庫主要采用相鄰剖面圖（或中段圖）之間同屬性地質體輪廓線進行連接的方法。因此，在建庫前需對剖面圖（或中段圖）進行校正、拓撲檢查等預處理。經過矯正后的地質剖面在誤差校正和拓撲造區后，建立地質體和礦體連接等方面信息的屬性字段結構，錄入相應屬性，例如巖石的地層代號，礦體的編號、礦石品級、礦體塊段編號、礦石品位、礦體連接等信息，為三維巖石和礦體的連接提供輔助信息。數據處理包括掃描圖件的地質要素的矢量化、拓撲檢查、圖幅誤差校正、要素分層、投影變換（坐標轉換）。

選用1：5000地形地質圖建立礦區三維空間地表模型，生成地形模型后，將礦區地形地質（平面）圖和地理圖疊加到地形模型上，形成地表三維模型（圖1）。

圖1 礦區三維空間地表模型

基于地表及鉆孔等探（采）礦工程獲得的地質體信息形成的地質剖面經過標準化處理之后導入到三維視圖中進行交互式連接生成地質體及賦屬性，從而生成地質體三維空間數據庫。具體步驟為：

首先構建剖面間的地質體面，構建方法是在兩個相鄰的地質剖面上選擇一組對應的地質體邊界線，采用輪廓線拼接的方式建立剖面間地質體面。當剖面間的地質體面生成后，創建一個空的待構地質體，錄入相應的巖石地層代號或其它信息（也可通過關鍵字段導入屬性）。然后把剖面間和剖面上的地質體面添加至該塊體，形成封閉的具有相應屬性的地質體塊體，按照要求調整（或根據巖石名稱或代號屬性統改）地質體的顏色等，最終形成地質體三維空間數據庫。對于礦體三維空間數據庫建設，首先將處理完成的二維地質剖面和中段平面圖導入生成三維地質剖面和三維中段平面圖，以剖面圖及平面圖中的礦體邊界為基礎，按照勘探報告中提供的儲量估算方法及礦區儲量計算表中的信息，連接相鄰剖面及中段平面圖間的礦體邊界。兩條剖面的礦體如為同一個礦體或塊段則直接相連，如為不同礦體（礦體不連續），則平推或楔形或錐形尖滅，生成三維礦體實體。從礦區儲量計算表中提取礦體體重，塊段和礦體的體積、礦石量、金屬量屬性信息，錄入已生成的三維礦體實體中，完成礦體三維空間數據庫建設（圖2）。

圖2 礦體三維空間數據庫

5 成果應用及創新

實現了礦區地質資料信息的集群，使地勘單位能充分利用地質資料，避免地勘實物工作量的重復投入，節約地勘經費，提高工作效率和效益。三維空間地質數據庫反映了礦區地下空間形態，地層、構造、巖體和礦體的分布規律，為地勘工作部署提供了科學依據，同時亦可指導科研工作者開展礦山及外圍成礦規律研究，指導礦山的深、邊部找礦工作和礦山生產。