張平，劉孟合

（1.湖北省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，湖北黃石435000；2.湖北省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，湖北大冶435100）

1 引言

礦體埋藏于地下，其復(fù)雜性和采樣數(shù)據(jù)稀疏性，導(dǎo)致地質(zhì)工作者需對(duì)不連續(xù)和缺失的地質(zhì)信息進(jìn)行想象，構(gòu)建出相對(duì)精確、完整的地質(zhì)體[1,2]。與傳統(tǒng)二維地質(zhì)數(shù)據(jù)相比，三維建?？尚蜗?、準(zhǔn)確地再現(xiàn)地質(zhì)體的空間展布，進(jìn)一步挖掘隱藏信息，更加全面、準(zhǔn)確地對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行表達(dá)。

2 工程概況

金山店鐵礦是長(zhǎng)江中下游成礦帶西段鄂東集區(qū)的典型矽卡巖型鐵礦。包含張福山和余華寺2 個(gè)礦床，礦體位于金山店雜巖體與圍巖接觸帶。張福山礦位于巖體南緣中段，余華寺礦床位于巖體北緣西段。目前，余華寺礦的礦產(chǎn)資源已經(jīng)枯竭，礦體信息豐富，是三維礦體建模的良好案例。本研究以AUTOCAD 軟件為平臺(tái)，利用余華寺礦床勘探線平面圖，建立余華寺礦床-298～-322m 中段三維礦體模型。

3 AUTOCAD2014 軟件建模簡(jiǎn)介

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外三維建模軟件較多，如國(guó)外的Minesight、Datamine、Surpac 等，國(guó)內(nèi)研發(fā)的 3DMine 軟件等，都可實(shí)現(xiàn)三維礦體可視化。但因版權(quán)費(fèi)用高昂，讓一些小型礦山企業(yè)望而卻步。大部分礦山仍愿意采用AUTOCAD 平面繪圖功能開(kāi)展地質(zhì)工作。隨著AUTOCAD 三維建模功能的升級(jí)，使用AUTOCAD 來(lái)進(jìn)行三維建模，不失為一條高性價(jià)比方案。

4 技術(shù)路線

AUTOCAD 的三維建模主要包括三維立體建模（線框模型）、三維曲面建模（網(wǎng)格模型）、三維實(shí)體建模（實(shí)體模型）。本研究使用實(shí)體模型。實(shí)體建?？芍苯訕?gòu)建幾何實(shí)體，或借助平面閉合線，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃略、放樣命令創(chuàng)建實(shí)體。技術(shù)路線如下：（1）資料準(zhǔn)備：勘探線剖面圖和地質(zhì)平面圖進(jìn)行分圖層整理；（2）圖元定位：將點(diǎn)線歸位至正確坐標(biāo)；（3）三維礦體建模：創(chuàng)建三維實(shí)體；（4）礦體分割：（5）以礦體品級(jí)界線建立分割曲面，將礦體分割成不同品級(jí)，得到儲(chǔ)量結(jié)果。

5 三維礦體模型的建立

5.1 熟練應(yīng)用UCS

AUTOCAD 為用戶提供了默認(rèn)的世界坐標(biāo)系（WCS），坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)軸不會(huì)改變。AUTOCAD 還提供了可變的用戶坐標(biāo)系（UCS），用戶可通過(guò)“UCS”命令對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行定義、保存、恢復(fù)、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等操作，創(chuàng)建需要的坐標(biāo)系統(tǒng)。

5.2 資料準(zhǔn)備

收集礦床平剖面圖，并復(fù)制粘貼到一個(gè)dwg 圖件中。但因圖件較多，全整合到一起CPU 和顯卡難以運(yùn)行。對(duì)于一般計(jì)算機(jī)，需分解礦體分別建模。余華寺礦體不大，使用i5 處理器就能夠運(yùn)行流暢，故本次建模未做分割。

整合平剖面圖前，需進(jìn)行圖層整理。要對(duì)點(diǎn)線按圖層區(qū)分。為便于區(qū)分，平面圖圖層名前加上標(biāo)高，剖面圖圖層名前加上勘探線號(hào)。以7 號(hào)勘探線為例，將剖面圖劃分為7 線圖框、7 線地質(zhì)界線、7 線鉆孔 3 個(gè)圖層；以-312m 水平為例，將平面圖劃分為-312 坐標(biāo)網(wǎng)及勘探線、-312 地質(zhì)樣、-312 礦體界線3 個(gè)圖層。

5.3 整合平剖面圖

地質(zhì)平面圖帶有坐標(biāo)網(wǎng)，點(diǎn)、線都正確放置在XOY 坐標(biāo)系內(nèi)，而Z 值為0。將平面圖粘貼到整合dwg 圖件后，使用“移動(dòng)”命令將平面圖點(diǎn)、線元素沿Z 軸平移到其正確Z 值上。

整合平剖面圖之前，需自定義坐標(biāo)系。通過(guò)“UCS”命令，將UCS 坐標(biāo)系的原點(diǎn)放置到平面圖勘探線的起始端，并將自定義坐標(biāo)系X 軸與勘探線重合。Y 軸豎直向上，Z 軸要垂直指向計(jì)算機(jī)屏幕以外，這樣才不至于放反。再用帶基點(diǎn)復(fù)制命令，將剖面圖粘貼至整合dwg 圖件中。由于AUTOCAD 的所有操作只能在XOY 平面內(nèi)進(jìn)行，將整合dwg 里的勘探線剖面設(shè)定為XOY 平面，才能將各個(gè)剖面圖粘貼到正確的位置。

5.4 三維礦體建模

5.4.1 礦體建立

新建名為“-312～-322m 礦體”的圖層，設(shè)置為當(dāng)前圖層，并將-312m 和-322m 平面圖所有礦體界線、所有剖面圖內(nèi)-312～-322m 間的礦體界線包含到當(dāng)前圖層。使所有礦體界線閉合，并且不出現(xiàn)中斷。

建模步驟如圖1 所示。先將礦體界線隔離（使用“隔離”命令），再選擇“放樣”（“LOFT”）命令，將平面圖礦體界線為橫截面，剖面圖礦體界線為導(dǎo)向輪廓，按照提示逐步進(jìn)行操作，最終得到礦體實(shí)體或者包絡(luò)面。若得到的是包絡(luò)面，可先用“長(zhǎng)方體”命令創(chuàng)建一個(gè)包圍包絡(luò)面的長(zhǎng)方體，再用“剖切”（“SLICE”）命令，以包絡(luò)面來(lái)切割長(zhǎng)方體，也能最終得到礦體。需注意平剖面圖上的礦體界線要嚴(yán)格搭接。

5.4.2 品級(jí)界面建立

礦體品級(jí)不同，密度也不同，需將礦體分割成不同品級(jí)，才可進(jìn)行儲(chǔ)量估算。余華寺礦體分為 5 個(gè)品級(jí)：Fe1、Fe2、Fe3、Fe4、Fe5。在平剖面圖內(nèi)，品級(jí)界線將礦體切分成不同品級(jí)單元。

5.4.3 礦體分割

使用“剖切”命令，以品級(jí)界面為切面（曲面），按照命令行提示完成礦體品級(jí)的分割。

5.4.4 儲(chǔ)量估算

使用“工具”菜單下的“查詢”命令，得到礦體體積。根據(jù)各品級(jí)礦體密度，即可得到各品級(jí)礦體儲(chǔ)量。

圖1 礦體建模步驟

6 結(jié)語(yǔ)

三維礦體建模過(guò)程復(fù)雜，本研究將AUTOCAD 建模核心技術(shù)進(jìn)行了介紹，但建模小技巧還需讀者不斷積累?？傮w來(lái)說(shuō)，使用AUTOCAD 進(jìn)行三維礦體建模是可行的。