基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦床地質(zhì)模型構(gòu)建分析

盛 夏

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊，江西 上饒 334000）

礦床地質(zhì)模型是在礦山運用計算機設(shè)計和開采的基礎(chǔ)。20世紀60年代開始，科學(xué)家門對于礦山計算機化開采的主要研究方向在于理論和建模方法，由此設(shè)計出了許多實際使用價值很高的方法，其中最常用的是：三維網(wǎng)格法、錫面法、四面體法和合成法等[1]。但是不管使用什么方法對礦體資源層進行地質(zhì)建模，最核心的一點都是前期對地質(zhì)進行勘探、對礦體礦產(chǎn)資源復(fù)雜性進行分析，再根據(jù)分析結(jié)果來選擇相適用的方式方法[2]。

在使用傳統(tǒng)的方法構(gòu)建地質(zhì)模型的時候，雖然可以滿足部分開采需求進行了較好地估量，但是因為礦床礦化資源產(chǎn)生的條件具有隨機性、空間局限、不間斷、富集元素隨機等特點，同時這些不同特性在一定條件下是非線性相關(guān)的特性[3]。因此需要很大的樣品檢測空間。傳統(tǒng)的方法對于礦山礦化資源的預(yù)估能力較弱，礦產(chǎn)資源產(chǎn)生的范圍不好確定，但是技術(shù)日臻成熟的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對于連續(xù)的、隨機的、非線性的問題有很好的應(yīng)對方法，這也為今后礦床地質(zhì)模型的建立提供了新的思路。

本文以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理為建模的基礎(chǔ)，利用QuantyU中的QuantyU-3D模塊功能，將礦山的地理條件進行全信息數(shù)字化綜合描繪，并對此進行可視化處理。

1 礦床地質(zhì)模型構(gòu)建設(shè)計

1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種由數(shù)量繁多的簡易神經(jīng)元首尾相連構(gòu)成的計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。人類大腦中的識別反應(yīng)通常被認為是平行分布運作的，由此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用此點對人類大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行模擬，使得其能擁有人類大腦的某些功能。將信息存儲在一個單獨的存儲單元。

神經(jīng)元是人腦以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理事務(wù)的基本單，如圖1所示，是一個人工神經(jīng)元簡單實例模型。

圖1 人工神經(jīng)元模型

如圖1中所示，ωn為某神經(jīng)元結(jié)構(gòu)通另一個用于傳遞信息的第n個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)相連；u為神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài)；為閾值。

1.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦床地質(zhì)模型的構(gòu)建設(shè)計

本文采用“數(shù)字礦床地質(zhì)勘查系統(tǒng)（QuantyU）”，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立三維地質(zhì)模型。

所運用的建立模型功能與可視化模塊（QuantyU-3D）是具有高靈活性高性能、相互穿插作用的一個整體結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)可以為模型的建立體統(tǒng)一個精準化、速度化、可信度高的三維模擬可視條件基礎(chǔ)，并且能夠使得模型建立的空間范圍更廣，使用更加靈活。

利用QuantyU軟件進行三維礦山地質(zhì)建模是以礦山的剖面圖數(shù)據(jù)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)而構(gòu)建的三維礦山數(shù)字地質(zhì)模型圖。第一步，對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理操作，利用QuantyU二維模塊對原始建模數(shù)進行整理校對，輸出二維模型圖；第二步，對所獲得的二維模型圖的圖幅進行校正處理，由于二維模型圖的圖樣種類繁多，并且不同的二維模型圖所使用的原始坐標也各不相同，所以在這基礎(chǔ)上要對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一化處理；第三步，對不同的坐標系進行圖幅進行校對操作。最后，將整理后所需要的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為GEO格式文件，從QuantyU二維系統(tǒng)導(dǎo)入三維系統(tǒng)QuantyU-3D，提取整合各類線條，處理完成進行模型構(gòu)建。

2 礦床地質(zhì)模型構(gòu)建

根據(jù)事前所收集到的數(shù)據(jù)，在QuantyU-3D系統(tǒng)中將探測區(qū)和所需分析數(shù)據(jù)設(shè)置出來，在系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，這是模塊會自動對這些數(shù)據(jù)進行分類錄入，根據(jù)所提供的的數(shù)據(jù)，建立起三維模型，在通過模型對礦體邊緣進行提取，獲得數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入三維系統(tǒng)QuantyU-3DQuantyU-3D，先生成線面，最后通過曲面過度，最后建立起礦體模型。建立起礦床三維模型，并對模型進行分析，如下圖2所示。

圖2 礦床邊緣區(qū)域建模圖

圖2對礦床進行建模是-建模數(shù)據(jù)的邊緣極限值和礦體的數(shù)據(jù)深度的集合體。需要對所建立模型的樣品有很好的空間范圍把控。

對于礦體的模型的構(gòu)造是通過對開始對于剖面圖中的斷層線的數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)，再通過對礦床地形地質(zhì)圖中斷層線數(shù)據(jù)的結(jié)合，最終建立起的礦山三維構(gòu)造模型，如圖3所示。本文中一共對3個不同的斷層面進行了數(shù)據(jù)整合模型建立，將斷層的性質(zhì)、礦體距離、礦山范圍大小、礦化條件數(shù)據(jù)進行了可視化處理。

圖3 三維礦床構(gòu)造建模

本文建模實例為某地礦床，根據(jù)地質(zhì)資料查明地層出露情況，確定建模范圍，模型面積10Km2，礦體模型深度1km，繪制44條斷層線線剖面為腳本，通過對礦山區(qū)域地理信息圖、礦山資源分布圖、礦體礦化水平圖，以及礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)、三維鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)建造數(shù)據(jù)、深度底層物質(zhì)數(shù)據(jù)、礦山地表物質(zhì)含量數(shù)據(jù)等相結(jié)合，在QuantyU-3D系統(tǒng)中打開，建立三維礦床地質(zhì)模型。

3 礦山地質(zhì)三維模型應(yīng)用效果分析

礦山地質(zhì)的三維模型可以將礦山的地理特征、礦山周圍河流分布、礦山表面巖石情況可視化處理，使研究者可以清晰明了的了解礦山的具體情況。利用礦山地質(zhì)三維模型還可以解決礦床開采時的交通問題以及對采礦時的維權(quán)提供證據(jù)。

根據(jù)礦山地質(zhì)三維模型的建立，可以很清楚的將礦山中含礦巖體的聚集位置進行標明，是一個成圓弧形狀的標識，礦體聚集位置的呈南北走向，與礦山斷裂層相交叉，礦山礦體傾斜程度和礦體斷裂的構(gòu)造延伸區(qū)域都息息相關(guān)，具體的情況是南部淺，北部深。

地表構(gòu)造模型和內(nèi)部構(gòu)造模型可以將礦床地表巖石構(gòu)造、地理特征、地層內(nèi)部巖石組成以及巖石特性很好地顯示在模型上，讓使用者可以很清晰明了的找到所需數(shù)據(jù)。勘探者也可以通過模型了解礦山深度。對于礦山的開采也有很多大的幫助。

巖石體模型和斷裂層模型是建立礦山三維模型中補課或缺的兩個部分。巖石體模型將巖石體的成礦區(qū)域范圍大小、礦化特性、礦體連接等以生動形象的方式呈現(xiàn)在模型中。

礦體三維立體模型是目前研究礦床成礦情況已經(jīng)開礦的重要組成部分，他可以將礦山地下隱藏的情況十分詳細的表現(xiàn)出來。礦山地下成礦分布情況、成礦巖石礦化程度、成礦類型等都可以很清楚形象的在模型中體現(xiàn)。

最后，通過上述建立完成的地表構(gòu)造模型和內(nèi)部構(gòu)造模型、巖石體模型和斷裂層模型、礦體三維立體模型結(jié)合在一起分析，進行三維可視化操作，將礦山的具體情況直觀的表現(xiàn)出來。利用QuantyU的建模與可視化（QuantyU-3D）模塊，將以上模型歸類分析，優(yōu)化模型的具體細節(jié)，強化模型的聯(lián)系程度，將模型進行切割處理，發(fā)現(xiàn)以上建立的模型很好地將礦山信息具體化，通過以上模型可以對礦山進行開采挖掘，從而大大降低了礦山開采危險系數(shù)。本文所設(shè)計的方法，能夠很好地展現(xiàn)地質(zhì)、地貌、構(gòu)造和礦體等特征。

4 結(jié)束語

本文在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上利用QuantyU中的QuantyU-3D模塊功能，根據(jù)剖面圖結(jié)合礦區(qū)地形地質(zhì)圖、綜合成果圖、礦床砂體等厚圖、礦體水平投影圖等，建立礦床的地形地貌模型、地層模型、砂體模型、氧化帶模型、斷層模型以及鉆孔模型等一系列三維地質(zhì)模型。

三維地質(zhì)模型使地質(zhì)特征從二維層面上升到了實際具體的三維層面，使地質(zhì)現(xiàn)象更形象、更具體、更有代表性。通過三維可視化分析對礦體展布、礦體延伸、礦體預(yù)測等方面的研究起到了促進作用，使地質(zhì)體的空間展布及礦體的細微變化一覽無余，為揭露工程部署和礦床開采提供了可視化依據(jù)。