礦山地質構造的三維可視化模型構建研究

張 茜

（河南省有色金屬地質礦產局第一地質大隊，河南 鄭州 450000）

三維可視化模型在礦山地質構造研究中常作為一種輔助手段，由于具有分辨率高、建模效率快等優點，已經被廣泛應用與礦山地質勘查工作中。三維可視化模型的構建一般從相關的地質數據著手，利用這些數據繪制礦山地質構造剖面的形態，進而利用礦山地質構造剖面的投影形狀構建礦山地質構造在空間上的大致賦存形態。由于原有模型圖像分辨率較低，目前已經無法滿足礦山地質構造研究需求，為此構建一種新的三維可視化模型，該模型在空間上表現出礦山地質構造的幾何形態，可以展現出礦產地質構造的屬性特征，通過對其進行縮小和放大，了解其局部特征[1]。

1 礦山地質構造的三維可視化模型構建

1.1 建立礦山地質構造數據庫

密度、視磁化強度等礦山地質構造數據一般具有三維空間特征，此次將密度、視磁化強度數據作為數據庫的原始數據，利用實體點元化方法建立礦山地質構造數據庫。礦山地質構造數據文件中提取每個點元的相關數據，包含了礦山地質構造密度、視磁化強度等點元的空間坐標、屬性值、參數值等，構建一個空間體元數據庫[2]。提取密度、視磁化強度等礦山地質場數據，設置相應的數據空間結構，保存到數據庫中。將輸入到數據庫中的數據生成原始數據表，方便后續對數據的歸一化處理以及數據的交換和調用。

1.2 構建空間體元集合

在礦山地質構造數據庫的基礎上，根據數據空間特性，構建空間體元集合，集合中Gi是由數據庫中第i個點元的數據構建的空間體元，可以表示為：

公式（1）中，Xi表示空間體元Gi的X坐標值；Yi表示空間體元Gi的Y坐標值；Zi表示空間體元Gi的Z坐標值；dxi表示空間體元Gi的長度；dyi表示空間體元Gi的寬度；dzi表示空間體元Gi的高度；Pi表示空間體元Gi的屬性。其中dxi的計算公式如下：

公式（2）中，Xai為第i個數據點X方向的起點坐標；Xbi為第i個數據點X方向的終點坐標。根據第i個數據Y和Z方向的起點坐標和終點坐標計算出空間體元Gi的長度dyi和高度dzi，以此構建一個完整的空間體元集合。

1.3 完成三維可視化模型構建

從新的空間體元集合VT中即可獲取多尺度三維建模信息，模型的中心點S為(xi,yi,zi)，長、寬、高分別為dxi、dyi、dzi。從而構建成了礦山地質構造的三維可視化模型，公式表示如下：

根據公式（3）可以計算多尺度三維體元的礦山地質構造空間坐標，以此實現了礦山地質構造的三維可視化模型的構建。

2 實驗

運用此次構建的三維可視化模型與原有模型對某礦山進行地質構造剖面繪制，原始數據來自于該礦山地質勘查10個鉆孔詳細數據，如下表所示。

表1 鉆孔定位表

Z G K 0 0 4 4 5 6 2.5 1 4 5 1 2.7 4 4 4 2 1.5 2 1 6 2.5 2 1 4 2.5 1 Z G K 0 0 5 5 6 2 5.5 2 5 8 5 0.3 2 4 2 1 5.5 1 1 4 2.6 5 1 8 5.6 4 Z G K 0 0 6 5 7 2 8.5 9 5 8 9 9.6 2 4 5 1 5.3 1 2 4 2.6 7 1 5 5.7 4 Z G K 0 0 7 3 4 3 5.5 3 5 2 5 5.6 2 4 2 4 7.5 6 1 4 7.6 3 1 3 5.2 6 Z G K 0 0 8 6 6 6 5.5 2 5 3 5 4.2 2 4 5 6 5.5 1 1 7 2.7 5 1 7 5.7 4 Z G K 0 0 9 5 6 6 7.3 4 5 3 5 6.6 6 4 4 5 5.3 5 1 3 2.5 5 1 4 5.3 3 Z G K 0 1 0 6 2 3 9.6 2 5 3 8 4.2 0 4 5 5 4.5 1 1 3 9.3 5 1 3 5.4 4

根據數據資料建立三維可視化模型，繪制礦山地質剖面圖，并與原有模型繪制的礦山地質剖面圖的分辨率進行對比。此次實驗的分辨率，結果如下圖所示。

圖1 實驗結果

從上圖中可以看出，三維可視化模型繪制的礦山地質構造剖面圖平均分辨率可達到178ppi，而傳統模型繪制的礦山地質構造剖面圖平均分辨率僅為115ppi，由此證明了此次構建的三維可視化模型可以滿足礦山地質構造剖面圖高分辨率的繪制要求。

3 結束語

此次根據礦山地質構造模型的三維開發需求，構建了一個三維可視化模型，有效提高了礦山地質構造剖面圖分辨率，有助于礦山地質構造分析和研究。