甘肅地區礦山勘查數據的三維建模構建研究

任志翔

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

甘肅地區位處我國黃河的上游，占地面積超過40 萬平方公里，區域地質結構復雜，因此可為礦區成礦或礦產資源提供較為優越的條件。根據我國對甘肅地質的礦山勘查數據結果顯示，區域已經產出礦產資源種類型超過180 種，不僅含有金屬礦，同時也含有大量的亞礦種，此區域產礦占全國出礦的70%以上[1]。

為了提高礦產資源在區域的保有量，更加直觀的向外界展示區域礦產資源勘查現狀，提出一種將礦山勘查數據進行三維建模展示的方式。通過建立結構清晰的三維模型，可降低地質勘查相關人員的工作量，更加方便對區域地質特征及找礦方向的探討。

并且，通過三維建模，可將抽象化的地質結構形象化的展示，使大眾更易于接受，也有助于不同領域決策者對區域勘查做出正確的判斷。

目前，鉆孔勘查是獲取礦山數據最直接的方式，本文也將以鉆孔獲取的礦山勘查數據作為基礎，以甘肅地區為例，開展三維建模構建方法的設計，為區域產礦提供更加便利的條件。

1 甘肅地區礦山勘查數據

甘肅地區產出的礦產資源一直位居我國首位，并已在地方經濟的建設中起到導向性作用，成為了推進地區發展的支出性產業。本章將根據近三年的甘肅地區礦產勘查數據，分析區域礦產資源產出現狀[2]。如下表1 所示。

表1 甘肅地區礦產資源排名

盡管甘肅地區的礦產資源賦存量極高，但仍存在部分結構性短缺的問題，產生此種問題的主要原因是工作人員在進行地區礦產資源勘查時，無法掌握深層次的礦區結構特征，因此本文提出一種礦山勘查數據的三維建模方法，為礦區勘查工作的實施提供技術指導。

2 甘肅地區礦山勘查數據的三維建模構建方法

2.1 礦山勘查原數據提取與處理

礦山勘查數據的獲取通常由專業工作人員在地殼淺層執行，由于甘肅地區大部分礦床呈現層次狀分布，且不同地層之間存在空間上的交叉[3]。

因此，可根據地質剖面圖，采用鉆探或打孔的方式獲取數據。其中鉆探勘查方式是獲取礦山數據最直接的方式，通過專業的儀器設備，對礦區資源的分布狀況進行分析，直接輸出等高線位置。

在完成礦山勘查數據的獲取后，根據地層所屬不同年代、礦產資源成因、巖層特性等。將數據分為巖層分界點、土層分界點（此類數據可作為三維建模中的x 與y 坐標）、高程數據、鉆孔深度數據等。按照地層由淺至深，對數據進行統一編號與排序，對于缺失的數據，可根據甘肅地區礦產資源的形成規律分析。

考慮到礦層是由地質邊界環繞形成，因此相關勘查所得數據應均與邊界地質特性具有一定聯系[4]。

為此，在處理鉆孔數據時，可采用由上到下的順序，按照地質巖性編號對數據格式進行重構。例如，用“P”表示為“磷”；用“Fbp”表示為“含磷元素的板巖”；用“sy”表示為“石英巖石”等。

上述提出的原數據均應使用標準的Excel 格式編輯，包括礦區地質信息、勘查沿線信息、鉆孔彎曲角度、一樣縫隙依據等。處理表數據時，可直接點擊功能欄中“數據選擇”按鍵，點擊“數據導入”功能鍵，將對應的數據入庫處理。

2.2 應用導入數據建立三維模型

使用上述處理的原數據進行三維建模，在建模前應先在arcgis 中添加甘肅地區礦床地質剖面圖，并在地圖上繪制勘查線，結合高程數據添加在剖面圖中添加X 軸、Y 軸，對地質勘察圖像進行校正處理。

在地質圖像編輯器的處理下，將完成校正的剖面二維圖導入編輯區域，并在編輯區下方設計矩形區，輸入造折線，完成地質分割后刪除輔助線[5]。并根據圖中礦產資源的地理位置，在圖像上進行屬性賦值。

打開Mapgis 建模工具，對上述圖像進行三維渲染。渲染過程中，先使用工具欄中mine 3d 工具，創建n 個數據層，定義數據層為三維要素，其中n=1;2;3。“1”表示為“剖面信息”；“2”表示為“地質勘查面信息”；“3”表示為“塊體信息”。

在完成建模三維要素的劃分后，使用TED 組件工具，導入已完成設計的多個二維剖面圖像，分別查詢圖像屬性，將對應的地質巖性區域修改為不同顏色。在此過程中，應將具有相同資源屬性的巖石歸為一個塊體。倘若存在某一塊體區剖面扭曲現象，需將扭曲部分進行分段重建，直到完成二維圖像中所有數據的導入與建模。

3 對比實驗

實驗以甘肅地區某礦山為例，為驗證本文提出的三維建模構建方法在實際應用中的效果，將其與傳統建模構建方法進行比較。

在該礦山上隨機劃分一個100m×100m 范圍，采用符合甘肅地區的勘查手段，對該區域進行勘查，每完成對20m×20m 區域的勘查后，將其數據進行記錄，并分別利用本文三維建模構建方法和傳統建模構建方法建立兩種不同的模型結構。

假設按照本文三維建模構建方法建立的模型為實驗組，則傳統構建方法為對照組。比較實驗組和對照組在完成5 個分區的勘查數據模型構建后，計算兩種模型的歸一化均方誤差。設置歸一化均方誤差數值在0～1 之間，通過計算得出的數值越接近1，則說明模型構建的精度越低；反之，同理。按照上述操作完成實驗，將實驗結果進行記錄，并繪制成如表2 所示的實驗結果對比表。

表2 實驗組與對照組實驗結果對比表

根據表2 中的數據可以看出，實驗組的歸一化均方誤差明顯小于對照組，因此根據上述歸一化均方誤差數值特點得出，本文設計的三維建模構建方法與傳統構建方法相比精度更高，構建的礦山勘查數據三維模型更滿足礦山企業的高精度需求。

4 結語

本文以甘肅地區為例，提出一種礦山勘查數據的三維建模構建方法，通過提取與處理礦山勘查原數據，校正圖像等，完成三維建模。為了驗證方法的有效性，將其與傳統方法進行對比，經對比實驗后，發現本文方法在實際應用中，效果更為顯著。