張延凱，徐 振，趙春波，高占義，韓榮榮

（1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院數(shù)字礦山實驗室， 北京 100083；3.中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古新巴爾虎右旗 021400）

基于3DMine的礦山斷層建模技術(shù)研究

張延凱1，2，徐 振1，2，趙春波3，高占義3，韓榮榮3

（1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院數(shù)字礦山實驗室， 北京 100083；3.中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古新巴爾虎右旗 021400）

以3DMine礦業(yè)工程軟件為基礎(chǔ)，以內(nèi)蒙古烏山銅鉬礦為研究對象，探討了礦山斷層建模的一般技術(shù)路線，對其他礦山類似工作具有借鑒意義。

斷層；三維建模；3DMine

0 前 言

礦床地質(zhì)構(gòu)造，特別是斷層，對礦產(chǎn)資源評估、礦山設(shè)計、礦床開采等有重大影響，準(zhǔn)確掌握斷層的幾何形態(tài)、空間展布及相互關(guān)系等是礦山地質(zhì)人員的一項重要任務(wù)。傳統(tǒng)的斷層描述手段是各種類型的平面圖、剖面圖、巖性編錄表格、鉆孔柱狀圖等。這些資料一般局限于二維（甚至是一維）的表達(dá)和顯示方式，難以給人以直觀、完整、準(zhǔn)確的感受，往往造成不同人對同一斷層有不同理解，不能滿足實際工作的需求。為此，需要建立礦山斷層的三維空間模型，與三維可視化手段相結(jié)合，將復(fù)雜斷層的空間展布及其與礦體之間的關(guān)系真實地展現(xiàn)出來。

自1980年代以來，國內(nèi)外專家學(xué)者開展了大量的理論與實踐研究，開發(fā)出了一大批優(yōu)秀的三維地質(zhì)建模軟件［1－5］。國外具有代表性的軟件包括：澳大利亞的Surpac Vision、Vulcan、Micromine；美國的Earth Vision、GeoTools、TerraCube；加拿大的Gemcom、MicroLynx＋等。近年來國內(nèi)也成功開發(fā)了一些類似的軟件，如3DMine、DIMINE等。3DMine軟件是為國內(nèi)用戶量身打造的三維礦業(yè)軟件，廣泛應(yīng)用于包括金屬、煤炭、建材等固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦產(chǎn)地質(zhì)模型、構(gòu)造模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代地質(zhì)儲量計算、露天及地下礦山采礦設(shè)計、生產(chǎn)進(jìn)度計劃、露天境界優(yōu)化及生產(chǎn)設(shè)施數(shù)據(jù)的三維可視化管理。3DMine軟件與AutoCAD、Surpac、MapGIS等軟件有超強(qiáng)的兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)與Excel等表格數(shù)據(jù)的無縫鏈接，對圖形的編輯操作參照CAD軟件的使用習(xí)慣。因此，選擇3DMine軟件進(jìn)行礦山斷層建模有一定優(yōu)勢。

1 礦山斷層建?；玖鞒?/h2>

礦山數(shù)據(jù)具有異質(zhì)、多源的特點，不同數(shù)據(jù)源又有不同的數(shù)據(jù)儲存格式。礦山紙質(zhì)圖件一般要經(jīng)過數(shù)字化手段轉(zhuǎn)換為＊.DWG格式文件才能導(dǎo)入到礦業(yè)軟件中。紙質(zhì)圖件的矢量化已經(jīng)有很多文章詳細(xì)介紹過［6－8］，可供參考，故本文不討論其具體過程。礦山常用矢量圖件為MapGIS、AutoCAD格式，其中MapGIS格式圖件要以明碼格式導(dǎo)入到3DMine軟件中，這樣可以保證點、線、區(qū)文件的完整性；AutoCAD格式圖件在3DMine軟件中可以直接打開。利用軟件的剖面轉(zhuǎn)換功能可以自動實現(xiàn)剖面的拉伸、旋轉(zhuǎn)、平移等一系列變化，從而使剖面信息位于真實坐標(biāo)系下。此外，通過鉆孔編錄、原有數(shù)據(jù)庫、鉆孔柱狀圖等信息可以很容易地建立包含多源異質(zhì)信息的鉆孔數(shù)據(jù)庫。

至此，已將多源數(shù)據(jù)在3DMine軟件平臺下融合，實現(xiàn)了對真實地質(zhì)情況的抽象、模擬、還原，充分利用了各類數(shù)據(jù)中所包含的有效信息。往往一個礦區(qū)有數(shù)條乃至數(shù)十條斷層，為了便于斷層實體模型的建立，需要對各個斷層剖面文件中的斷層線分別進(jìn)行提取、存儲。提取出的各剖面斷層線需進(jìn)行多源數(shù)據(jù)間的準(zhǔn)確性驗證，特別是要和地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的巖性信息進(jìn)行比對，選取可信度高的信息對斷層線進(jìn)行修正，最后利用3DMine軟件豐富的實體建模功能生成斷層實體。斷層建模的基本流程如圖1所示。

2 實例研究

2.1 內(nèi)蒙古烏山銅鉬礦礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

圖1 基于3DMine軟件的礦山斷層建?；玖鞒?/p>

內(nèi)蒙古烏山銅鉬礦礦區(qū)位于北東向的額爾古納—呼倫深斷裂的西側(cè)，是2個不同構(gòu)造單元——外貝加爾褶皺系與大興安嶺褶皺系的銜接處，外側(cè)中生代火山巖帶相對隆起區(qū)，額爾古納—呼倫深斷裂的發(fā)育控制了本區(qū)火山巖帶沿北東向分布，并且為礦產(chǎn)的形成提供了場所。區(qū)域構(gòu)造受額爾古納—呼倫深斷裂的影響，主要構(gòu)造線為北東向。斷裂構(gòu)造以兩組方向最為發(fā)育：一組為北東向、一組為北西向或北西西向。區(qū)內(nèi)山脈自然景觀及溝谷多沿北東和北西向分布。區(qū)內(nèi)北西向斷裂也很發(fā)育，由于北西向為張性斷裂，火山通道充填物往往沿此方向逐步發(fā)展，形成火山機(jī)構(gòu)具北西向拉長的特征。

2.2 斷層建模過程

礦山提供的基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)格式主要是MapGIS格式和AutoCAD格式，其中北部礦體數(shù)據(jù)為Map－GIS格式，新補(bǔ)勘的南部礦體數(shù)據(jù)為AutoCAD格式。

（1）將北部礦體的MapGIS圖件轉(zhuǎn)換為明碼格式，然后在3DMine軟件中打開，另存為＊.3ds格式，如圖2、圖3所示。

圖2 某剖面MapGIS圖（明碼格式）

圖3 格式轉(zhuǎn)換后的圖件（＊.3ds格式）

（2）將南部礦體的AutoCAD圖件用3DMine軟件打開，另存為＊.3ds格式，如圖4所示。

圖4 某剖面AutoCAD圖（DWG格式）

（3）提取剖面圖中的有效信息，主要是坐標(biāo)網(wǎng)格線和斷層線。其中，坐標(biāo)網(wǎng)格線的作用是在剖面轉(zhuǎn)換時提供參考基準(zhǔn)點，斷層線則是后期生成斷層實體的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，如圖5所示。

圖5 斷層建模有效信息提取

（4）由于礦山矢量數(shù)據(jù)的來源各異，其制圖所選取的原點坐標(biāo)也不盡相同，而3DMine軟件使用的是真實三維空間數(shù)據(jù)，其線文件中的坐標(biāo)與工作區(qū)的位置是完全一致的，而且，對于前述工作所保存的剖面線文件皆為二維平面視圖，因此需要對轉(zhuǎn)換好的＊.3ds線文件進(jìn)行三維空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用軟件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能將所有的剖面線文件轉(zhuǎn)換至真實坐標(biāo)系下，圖6為轉(zhuǎn)換后的剖面線文件三維視圖。

圖6 所有剖面轉(zhuǎn)換后的三維視圖

（5）將經(jīng)過剖面轉(zhuǎn)換處理后的圖件中的有用圖元信息（主要是斷層信息）提取出來，將坐標(biāo)網(wǎng)格線刪除，圖7為提取的斷層信息三維視圖。

圖7 所有剖面轉(zhuǎn)換后的斷層信息提取三維視圖

（6）某些斷層由于走向與勘探線方向近乎平行，不能以剖面展示，而用水平剖面圖表示，這類斷層的建模過程與縱剖面表示的斷層基本一致，只是在剖面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時略有不同。圖8為水平剖面斷層建模俯視圖。

圖8 平面轉(zhuǎn)換后的斷層信息提?。ǜ┮晥D）

（7）對提取出來的各剖面斷層線信息進(jìn)行準(zhǔn)確性驗證，通過對剖面圖、平面圖、鉆孔數(shù)據(jù)庫中的巖性信息進(jìn)行比對，選擇可信度較高的數(shù)據(jù)對斷層線進(jìn)行修正，最后利用3DMine軟件豐富的實體建模功能生成斷層實體。圖9為用于某斷層建模的剖面線文件，圖10為礦區(qū)所有斷層綜合圖。

圖9 用于某斷層建模的剖面線文件

圖10 礦區(qū)所有斷層三維視圖

3 結(jié) 論

礦床地質(zhì)構(gòu)造，特別是斷層，對礦產(chǎn)資源的評估、設(shè)計、開采都有重大影響，通過建立斷層模型，可以清楚地掌握斷層與礦體的空間關(guān)系及斷層對礦體開采的影響。因此，斷層建模是礦山數(shù)字化的重要一步，也是很復(fù)雜、很基礎(chǔ)的一步。應(yīng)用3DMine礦業(yè)軟件平臺，可以方便、快捷、準(zhǔn)確地對多源異質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，真實地再現(xiàn)礦山復(fù)雜斷層的實際情況。本研究對其他礦山類似工作具有借鑒意義。

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2011－10－18）

張延凱（1979－），男，吉林樺甸人，工程師，在讀博士生，主要研究方向：數(shù)字礦山、礦業(yè)系統(tǒng)工程。