三维可视化技术在区域矿产资源普查中的应用研究

摘要：本次研究结合了地质多源信息，利用三维可视化全面、直观的特点，建立了工程地质体的三维模型，能为工作者提供直观的地质体信息及相关属性，为区域矿产普查中深部找矿的矿产预测提供有利的技术平台。

关键词：三维可视化 矿产资源 应用研究

0 引言

在矿产资源普查领域，地质数据具有数量大、来源不同等特点，对于隐伏矿产资源的预测也有一定的局限性。随着地质统计学、计算机图形学、地理信息系统（GIS）飞速发展和广泛应用，三维建模技术已经成为数字化的一个重要方面，成为当前地学信息技术应用于矿产资源普查中有活力的研究方向之一。三维可视化技术对矿区地表信息及地下信息能真实有效的表达，能够反映描述地区的地形地势、地貌构造及矿体等信息，对矿区地质工程信息的统计更加全面。其不仅能表达空间实体的平面关系，而且能从垂向上表达实体之间的关系。

1 矿区三维可视化技术方法流程

地质体的三维建模和可视化是一个复杂的过程。首先需要可靠的数据来源，要求实际工作中数据采集时按标准化作业，然后按流程建立该地区地质体（矿产体）三维模型。

研究方法及技术流程如下：

本次研究主要利用三维可视化建模技术，准确、直观地展示地质体的三维结构，并进行三维空间信息的查询与分析。在工作前期数据资料整理阶段主要利用MapGIS软件进行图件编辑及ACCESSS数据库软件进行数据录入，通过对扫描后的研究区地形图进行图形编辑、属性连接、图形校正、坐标系的转换、图形剪切等。矢量化后图像转成STR格式导入三维建模软件中，最后通过该软件对多源数据进行叠加从而实现三维可视化。具体工作技术路线，见图1。

以下就按照技术路线中的关键步骤做详细分析:

1.1 基础资料的收集整理

本次研究主要收集了1:5000地形图、地质工程图、SPOT5卫星遥感影像数据。

地表数据源整理：扫描矢量化等高线和高程点并输入高程属性，再导入进行三维化处理，生成等值线三维化图。矢量化工作流程为：扫描矢量化→图形编辑→属性连接→图形校正→坐标系的转换→图形剪切→数据转换。

勘探数据源整理：本次工作收集和整理了三种类型的地勘数据钻探数据、坑探数据和槽探数据。其中，钻孔勘探是最常用的方法，研究区数据基本以钻孔数据为主；坑探数据在应用当中可作为钻孔数据处理；探槽数据不同于钻孔与坑探，它与地表平行，因此，在测斜表中，它的倾角与地面平行，在应用中也可作为一个平行于地面的钻孔数据。这些数据均使用ACCESSS数据库软件进行录入。

1.2 数据库建设

地质数据库就是把二维的空间表数据三维化，数据的内容越多，在三维空间内可反映的内容越丰富。其最根本任务就是使用统一的数学方法建立地质对象的拓扑、几何形态及其属性。这些数据多数以图件方式存储的空间数据和以表格方式存储的属性数据。地质数据库的建立，可以三维显示丰富的地质数据，其中包括钻孔的轨迹线、岩性及其代码、岩层走向等，多元源的地质信息都可以用立体的方式显示。

地质体三维空间数据结构是工程地质三维建模和可视化的基础，这就要求必须具备有效的、分层的、三维数据结构，能够确保人机交互和查询的实现。数据库包括了钻孔的倾斜资料、定位资料、岩性资料及化验资料等。

1.3 表面线框建立

本次研究的三维模型为线框模型，是以剖面上的矿体截面形态来构建三维矿体的主要算法[1]。轮廓线就是指在地质图中反映地质现象的边线也叫做地质界线，如矿体边界线、岩层界线等。地质体的复杂性与不确定性决定了建立使用的地质体或矿体的三维模型需要采用交互式的建模方法。表面线框构建主要分两步：一是绘制轮廓线。根据原始钻孔数据，通过三维建模软件，根据岩石类型交互描绘轮廓线。二是连接轮廓线。按照一定的规则将画好的轮廓线上的点连接成由三角面组成的复杂曲面，构成表面线框。

1.4 三维建模

三维地质建模方法大体有两种既表面建模（地表建模）和内部建模（地下建模）。地表建模利用地质剖面或离线点数据、及其矢量化图像，经过图像合成来生成符合实际情况的三维地质学模型，用来表达三维空间复杂的地学现象；地下建模先利用物探、钻探等手段获得一组地质图表面上的采样数据，利用趋势拟合或用空间内插方法获得地质体表面，再根据三维地质体或矿体特征，采用属性插值、统计预测等方法建立地学模型，恢复出蕴藏在三维地质的内部的各种属性信息。

地表模型的建立：将前期矢量化好的图形转换STR格式导入XPLORPAC中生成DTM。生成DTM后，按实地工程布置区剪切。对于高程值太少、等高线间距太大等问题，采用内插网格法增加高程控制点生成DTM，然后检查生成的DTM与地形地貌是否合理，确保其平面及高程信息的正确性。最后DTM匹配经过正射纠正的SPOT5卫星图像，生成工作区地表三维地理模型之后放入成投影到三维地表生成三维地理模型。

地下模型的建立：主要为钻孔数据的三维模型建立。首先分析需要的数据格式，快速建设为一个空的数据库框架，将数据从TEXT或EXCEL表中导入数据库中；然后把SURPAC数据源存放在所连接的数据库中，由ACCESS数据库软件管理，SURPAC通过定义一个DDB文件，建立后台数据库与SURPAC的桥梁，SURPAC通过强大的数据库引擎，来访问、编辑、显示数据库；再次显示三维空间钻孔；最后检查数据与实际钻孔是否吻合。

1.5 模型组合

分别调入DTM、钻孔、矿体、岩性，对各元素分别进行颜色渲染，形成最终的矿区模型。

2 在矿产普查中的应用

利用三维可视化技术进行矿产资源的三维定位、定量预测，特别是对矿区深部及外围预测，提供了一种新的方法手段，与传统方法相比，有高效、高精度等优点。三维可视化技术能以直观的方式展示地下三维空间的极其不规则的矿体、勘探工程(槽探、井探、坑探、钻探)等实体，并且能够帮助地质工作者形象地处理大量的固体矿产勘查中的野外测量和样品分析数据，从而减少固体矿产勘查风险。其次，还可以进行空间信息查询、统计、分析等功能，提高地质工作人员的效率。

2.1 地质资料的管理

2.1.1 地表、矿体和断层的合成三维模型

由于以前地质资料多为纸介质的文字或图件，对于存储、修改及查阅很不方便。地质数据库对于地学信息的标准化、数字化、网络化能反映到三维模型中，使二维抽象的地质信息以三维可视化的图形效果直观形象的表达出来，可以直观的反应地表信息、构造信息及矿体的基本信息。不仅保证了地质数据的高效性和正确性，同时也减少了工作人员的工作量。

2.1.2 基本地质的统计与分析

以前对于地质工程中钻孔等基础地质数据的统计与分析耗费大量的人力，通过三维建模可视化方法来反映矿床的赋存状态，统计与分析基本地质工程中的信息，可为开采信息可视集成系统(如矿床的储量计算、岩层的控制与岩爆预测等)研究提供很好的基础。

2.2 区域固体矿产资源预测

由于我国埋藏在浅层的矿产资源已经接近枯竭，必须加快向深部找矿方向的脚步。而三维可视化模型的建立，基于已有的工作资料，拟合矿床的发展趋势，能有效的预测地下隐伏矿产资源，不仅加快专业技术人员对地质现象认识，而且可交互式的对未知区域进行地下空间分析，提高了工作效率，充分利用地质资料的宝贵价值，为我国向矿产资源向深部方向发展提供了先进的技术平台。

3 结论

由于地质体与矿体的不确定性，三维地质体可视化一直是地学信息在资源矿产应用中的一个难点。本文通过建立三维可视化地质模型，不仅能直观的反映地表及隐伏矿体的信息，而且能有效地促进地质资料信息的管理统计，并对地质勘探、采矿工程的布置、固体矿产资源的预测等做出指导。能减少矿山开采的风险，并有效提高固体矿产的开采效率，为以后深部找矿工作提供了可靠的技术平台。

参考文献：

[1]张小坤.章浩.三维地质建模在矿产资源开发中的应用[J].金属矿山.2010.405(03):106-109.

[2]曾新平.杨自安.刘碧虹.等.地质体三维可视化建模技术方法研究[J].矿产与地质.2005.107(19):103-106.

[3]王李管.何昌盛.贾明涛.三维地质体实体建模技术及其在工程中的应用[J].金属矿山.2006.356(2):58-59.

[4]孙前芳.刘光伟.赵浩.三维可视化建模技术在露天矿中的应用[J].采矿技术.2011.10(6):76-78.

[5]杨雪.秦岩宾.谢洪斌.遥感影像三维可视化的实现及应用初探[J].四川地质学报.2010.30(4):478-479.

[6]邹永玲.韩玲.等.鄂尔多斯盆地的三维可视化及其应用[J].现代测绘.2005.28(4):35-36.

[7]丁建华.肖克炎.等.大比例尺三维矿产预测[J].地质与勘探.2009.45(6):729-733.

推荐访问:可视化 矿产资源 普查 区域 研究