数字矿山中三维地质建模方法与应用

数字矿山中三维地质建模方法与应用

姜连军

大唐呼伦贝尔能源开发有限责任公司 内蒙古 锡林浩特 026000

摘要：在当前的矿产开采领域当中,三维地质建模是一种十分常用的方法,为我国的矿业发展提供了极大的帮助.因此,需要对其建模的方法和应用进行分析.

关键词：数字矿山；三维地质；建模方法；应用
  一、矿山数据来源与分类
  地质数据是地球在长期演变过程中经历的各种地质作用的记录，是地质意义的一种表达形式。传统的地质空间数据包括：地质图、构造图、岩浆岩石图、矿产图、地质灾害图、岩相图等及与之相应的地层信、古生物、构造和岩性资料等。还包括各种物化探资料，如重、磁、电测量资料，以及地震资料、地球化学勘探资料，各种钻井资料等。矿山地质数据按空间分布划分，主要包括地表空间数据和地下空间数据；按数据获取手段划分为遥感数据、测量数据、勘探工程数据、物探数据、化探数据等；按信息来源划分为原始数据和成果数据。
  1.1地形地质图
  地形地质图是表示研究区的地形特征、地层、矿层分布、岩层产状及地质构造特征的图件。地形地质图是以地形图为底图，通过地质调查及生产勘探而编制成的图件。图中内容包括地形地物、地质界线、勘探工程及其它。
  1.2钻孔柱状图
  钻孔柱状图是根据钻孔的现场编录、测试成果和室内土工试验数据整理，并以一定比例尺、图例和符号绘制出来的，自上而下对地层进行层序编号和描述的图件。柱状图中应标出工程编号、孔号、孔口标高、地下水位、观测日期，柱状图内容应反映出土层厚度、标高、土层名称、颜色、成分、状态以及岩土物理力学性指标等。勘探线剖面图在地质勘探过程中，勘探线剖面是通过某一勘探线所作的垂直于水平面，并与地表、地下各岩层或矿体相截的竖直断面。描绘这种竖直断面的图件称为勘探线剖面图。当勘探线剖面图垂直矿体走向时称为横剖面图，平行于矿体走向时称为纵剖面图。勘探线剖面图分上下两部分：上部分为竖直断面图；下部分为水平面图。剖面图上反映了是地质工程、矿体、构造等在竖直方向上的分布。
二、数字矿山重要技术
  1.三维地学建模
  在我国“数字矿山”这个综合完善的信息体系中，三维地学建模是体现的关键构成要素，技术最关键。我国矿业领域的教授曾指出：三维地学建模是属于勘探地质学科、数学地质科目、地球物理专业、矿山测量学科、矿井地质学、GIS、图形图像学科、科学可视化专业等各类学科类别综合实现的一门专业学科。所以，三维地学建模既具备着雄厚的地学科目知识，也是各学科综合交叉形成的边缘学科。
  2.三维地学建模的特点
  （1）稀疏性。地学建模的信息由来通常是依据钻孔信息资料、勘测数据信息及矿山建设项目数据资料。在之前的地质勘探期间，地学建模仅仅是由钻孔收集必要的建模原始信息，经费支出多，只能收集少量信息。因此，在工程开展期间我们仅仅获取到特别片面的、破碎的且分布不明确的采样信息，而矿山地质信息则是复杂多样、难以预测的，这就使得建模工作难以顺利进行。
  （2）不确定性。因信息稀疏性的特点，为了收集足够多的三维建模的信息量，一定要结合存在的勘测信息实施空间插值操作。我们运用得较多的方法也只是对矿体情况进行一个“较科学”的预测，在这种“较科学”的预测下面存在着较大的不准确性。

  （3）地质构造的复杂性。因断层地质、褶皱及岩石夹层等地质构造复杂的大量存在，这些杂乱的和无序的因素给地学建模带来了极大的不便，也导致地学建模比其他方面的建模要难得多。如以采用CT扫描信息的建模等行业，在实际生活中能有参考例子作为指导，有据可依，而矿体模型却难以找到任何参考和规律。
  3.地学建模的常用方法
  在之前的十几年，国内外较多研究学者对三维地学建模这个“难啃的硬骨头”从理论基础进行了综合分析，研究出了很多种三维地学建模方法，并在商业化的数字矿区软件中成功运用了其中不少方法。从三维建模方法的一般构成考虑，能划分为：表面模型、体元模型及混合信息数据模型。因三维地学建模要求对矿区属性的品味等数据实施深入研究，因此三维地学建模一定要实施体元模型法进行建模，或者从表面模型栅格化为体元模型。
  地学信息建模的分析在一定程度上为地质科学信息的全面掌握带来必要条件。在已建成的数据模型或建模中，因主要致力于项目需求的建模，及个人数据库能力的不足，导致行业的数据建模在信息、信息间的关联及相关语义限制规则的形式化讲述，数据模型要求数据内容、结构体、行为和语义环节的研究不同步，在对地质科学信息的综合掌握条件产生了一定的影响，也导致基础数据模型能够被设计成可满足各信息结构数据的结构能力受到制约。所以结合当前数据模型技术发展情况，要设立必要的地质调查行业的行业数据模型来实现目标。
  三维地质建模需要对各领域的地球空间信息实施三维表达，通常就是采用科学的三维数据结构来全面清晰的表达地质体自身及地质体间错综复杂的关系，带来充分合理的地层、断层、构造等三维建模方法，可自行设置模型，延伸模型，实行模型库管理控制。3DGIS数据结构能充分实现这些需求。结合三维GIS能够把一维对象、二维对象置于三维立体结构中分析，进一步明确一维、二维对象在垂直方向的不同。3DGIS的重要特点就是可以把2.5维、三维对象实施可视化处理，存放的是它们间实际的几何分布和空间拓扑关联，3DGIS技术同可视化技术、虚拟现实技术、网络技术和高分辨率卫星影像技术等协调配合，进而衍生出第四代GIS技术，也就是三维数据在网络条件下为探究对象提供对GIS系统数据进行调用和运行的必要条件。第四代GIS既能够进行海量地质空间信息的管理，还能够进行科学的数据优化建模、数据自动收集调节、数据搜索和研究、图像可视化等，是实现地质空间数据可视化的最优目标。3DGIS的推行应用全面涉及到了以后三维地学信息获取能力的增强，能够享受到如今地质信息获取方法优化改进的便利。3DGIS研发计算机技术与空间地理布局信息的结合，在全面系统的分析方法之下，为地球数字化带来有价值的信息。

  三维地学建模技术是当前数字矿山运用的关键技术之一。在数字矿山技术的不断更新发展下，使数字矿山的规划已逐步从计划变成了现实。且在如今不可再生资源的极度稀缺下，资源价格逐渐上升，我国的矿山开采部门的经济状况也逐渐优化转变，为数字矿山发展带来了必要的经济条件。并且，矿山开采企业正在不断向科学化、集约化方向延伸，对信息化管理的方法改进也势在必行。我国也一直在倡导运用信息化调整工业化，增强以往工业的发展效率和信息化程度。数字化信息化的发展在一定程度上为矿产开采企业带来了经济社会效益，对企业生产水平、效率及减少人力成本产生极大的影响。我们用“五有”来概括—有技术、有经济实力、有目标、有政策、有效益。所以，数字矿山的发展是势在必行，调整我国目前数字矿山建设的窘迫情况迫在眉睫。

结束语
  矿产资源是人类赖以生存、建设和发展的重要物质基础。矿产的大规模开发和利用，极大地推动了人类经济和社会的发展，也带来了诸如环境污染、地表沉陷、矿震等一系列负面影响。资源开发与环境维护问题是当今世界共同面临的重大问题，合理、有序、安全地开发矿产资源是保持经济增长和维护生态环境的保证。
  参考文献
  [1]郭强.基于3DMine的三维矿山模拟研究[D].太原理工大学,2012.
  [2]吕亚洲. 数字矿山中三维地质建模方法与应用[J]. 工程技术:全文版:00273-00273.
  [3]王静.ArcGIS在数字矿山中的应用研究[D].内蒙古科技大学,2014.

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