基于Datamine的三維可視化建模在銀坑礦田的應用研究

張 艷，黑 歡

（1.中陜核工業集團二一一大隊有限公司，陜西 西安 710024；2.中國地質調查局西安地質調查中心，陜西 西安 710054）

了解地質體的空間展布規律，對礦產勘查和合理開采都具有非常重要的意義。傳統的二維手段和方法，既難以表達地質現象的復雜性，也難于對其進行空間分析，因此三維地質建模技術應運而生。三維地質建模是運用現代空間信息理論來研究地層及其環境的信息處理、數據組織、空間建模與數字表達，并運用科學可視化技術，來對地層及其環境信息進行真三維再現和可視化交互的科學與技術[1]，它可以有效、直觀、靈活的展示地形及礦體的空間展布及成礦規律。

三維地質建模軟件比較豐富，常用的國外軟件有Datamine、Micromine、Vulcan、Surpac等，這些軟件具有強大的作圖、建模及顯示功能，采用通用的數據庫結構，支持常用的數據格式便于共享。常用的國內軟件有3Dmine、IMAGIS、MAPGIS-TDE、GeoMO3D、Geoview等。

在國外，很多學者采用三維建模軟件建立了礦床的三維模型，實現了礦山生產的動態管理和資源的合理利用。在國內，吳健生、黃浩、陳鄭輝等[2]利用Vulcan軟件建立了新疆阿舍勒銅鋅礦的三維礦體和地質模型，直觀研究和分析礦體的形態變化規律，并對礦體進行品位估算和儲量計算；修群業，王軍，高蘭等人[3]利用Surpac軟件建立了可從任意角度觀察的金頂礦床礦體三維模型。

1 礦區概況

本文三維可視化建模對象銀坑鉛鋅礦田，礦田位于江西省南部的贛州市于都縣，出露地層主要有晚元古代青白口紀、震旦紀、晚古生代泥盆—石炭紀、二疊紀、中生代侏羅紀及新生代第四紀。

礦田構造以基底褶皺、蓋層褶皺和一系列北東向疊瓦式推覆斷裂構造為主，基底褶皺是由晚元古代老地層構成，蓋層褶皺是由古生代地層構成的向斜盆地構造。礦田內巖漿活動較為頻繁，具多期多階段侵入特征。巖石類型為酸—中酸性，除北西角的長潭巖體屬于志留紀產物外，其余為侏羅—白堊紀侵入產物。本區長期的建造、構造巖漿活動為本區多成因、多類型的金屬、非金屬礦的形成提供了十分有利的條件，已經發現的主要金、銀、鉛鋅等貴多金屬礦產，分布廣、數量多，而且本礦區研究力度較高，資料豐富，是一個找礦遠景巨大的礦產資源地[4]。

2 三維地質建模的關鍵技術

2.1 GIS數據提取、融合與空間分析技術

GIS可以對不同來源、不同類型的數據進行提取與融合，將地質體的地理位置與地質屬性結合起來，按照實際需要準確、真實、圖文并茂地輸出給用戶；同時，其獨有的空間分析功能既可以查詢和檢索所需要的數據，又可以對不同的專題數據進行疊加分析，是一種可以超越傳統解決方法的先進手段。

2.2 可視化建模技術

根據對空間對象的描述方式不同，三維數據模型為：表面模型、實體模型和混合模型[5]。表面模型最常用的模型是不規則三角網(TIN)和網格模型(Grid)，側重于空間對象的視覺三維效果，模型內部是空的，難以進行空間分析和操作；實體模型側重于三維空間體的表示，適用于空間分析和操作；表面模型和實體模型取長補短，為混合模型提供了基礎。

2.3 空間插值

三維地質數據具有稀少性、離散性、不均勻性、不確定性，無法直接開展三維建模工作，必須要通過空間插值來生成完整連續的三維地質體數據，以實現三維表達和展示。空間插值[6]指：給定一組已知空間離散點數據，找到一個函數關系式，使其最好地逼近已知的空間數據，并推求出區域內其他任意點的值。常用的有泰森多邊形法、距離冪次反比法、Delaunay三角網法和克里格法。

3 銀坑礦區的三維地質建模

3.1 軟件介紹

Datamine軟件公司的前身是礦業計算有限公司，后來與澳大利亞的Earthworks公司合作組成集團公司。該軟件可以通過建立線框模型和塊體模型來精確描述礦床內的地質構造和品位變化，還可以對建立的線框模型進行一系列的布爾運算，對其進行交、并、差等操作，從而建立復雜的地質構造或地質體。

3.2 數據收集及預處理

收集到的原始數據有：27個鉆孔的紙質資料，用于建立三維鉆孔模型；MapGIS格式的1：1萬地形地質圖，用于建立三維地表模型；MapGIS格式的三條（A、B、C）實測剖面及五條勘探線圖，用于建立三維地層模型。

首先，將27個鉆孔的紙質資料錄入到四個表格：定位表（鉆孔編號、XYZ坐標、最大孔深）、測斜表（鉆孔編號、深度，方位角、傾角）、巖性表（鉆孔編號、自、至、巖性描述）、化驗表（鉆孔編號、自、至、礦體品位），四個表格根據鉆孔編號進行一一對應。

其次，從1：1萬地形地質圖中提取出等高線并為每條線賦高程值；然后進行誤差校正，將坐標校正到實際的坐標位置，以便與鉆孔、實測剖面等數據相匹配；最后利用文件轉換功能，將數據轉換成Datamine可以識別的.dxf格式。同理，用相同的方法，提取并處理河流、公路、房屋等有用信息，用于三維建模。

最后，將A、B、C剖面圖和五條勘探線圖數據進行拓撲重建，檢查拓撲錯誤；再進行誤差校正，將其坐標轉換到實際坐標；再轉換為.dxf格式，導入Datamine軟件。

3.3 鉆孔三維建模

將整理好的表格分別導入Datamine，合成一個空間數據庫，即可建立鉆孔三維模型，其坐標、高程、巖性、化驗、樣品等數據信息，均可以圖形的方式顯示、查詢、修改和更新。通過三維鉆孔模型，不僅可以任意旋轉，縮放，在任意方位動態地觀察鉆孔，還可以直觀顯示鉆孔的空間位置及空間變化形態，分析主要成礦元素的空間變化規律。另外，還可以按照分析結果或品位大小對鉆孔進行分段賦色，任意方向切割剖面，為圈定不同剖面的礦體提供依據。

3.4 地形數據的三維建模

將轉換后的.dxf地形數據導入到Datamine，再生成線框模型，生成的線框模型就可以直觀的顯示地形的連續起伏，模擬地表的形態，然后設置不同的顯示風格，用不同的顏色表示不同的高度，使其更具有立體感。

3.5 地層數據的三維建模

利用Datamine的框體連接工具，將三個剖面上的地層一一對應連接起來，使其成為連續的地層。地層模型建立的依據主要是礦區剖面圖、勘探線圖和鉆孔柱狀圖、坑道平面圖等，實際構建過程中，通常是將礦區所有的數據綜合利用完成的。

先利用A、B、C剖面圖建立地層的大概模型，再利用鉆孔柱狀圖和勘探線剖面圖上的地質界線進行優化處理，精細區分各個地層的邊界位置。

最后，將礦區建立好的三維鉆孔、三維地形、三維地層全部添加到圖形窗口，綜合顯示銀坑礦田的三維立體模型，見圖1。

圖1 銀坑礦田三維可視化模型

通過銀坑礦田的三維可視化模型，不僅可以任意旋轉、縮放，切割剖面，直觀、形象的觀察該礦區的地形、地質情況，后期還可以在此基礎上建立塊體模型，估算礦體品位，并為礦區下一步的研究和管理提供依據和決策。

4 結論

本文成功建立了于都縣銀坑礦田的鉆孔、地形、地層三維可視化模型，可以得到以下結論。

（1）三維建模技術突破了傳統的二維展示方法，不僅可以從三維角度更加直觀、形象、生動的顯示礦區的鉆孔、地形、地層及礦體的空間分布規律，還為進一步的研究和生產提供了一種新的思路和方法。

（2）銀坑礦田鉆孔、地形、地層三維模型與礦區實際的地質情況相吻合，證明了該方法在礦區（田）研究應用中的可行性。

（3）依據建立的三維模型，不僅可以從不同空間方位來研究工程間距及鉆孔對礦體的控制程度，還可根據需要隨意切割剖面，為下一步勘查工程設計奠定了基礎指導。

（4）實現礦田的三維可視化，不僅可以動態、實時的管理礦田的鉆孔、剖面、坑道、探槽、露山采場等資料，還為深部成礦預測提供了科學根據。