盛 夏

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

礦床地質(zhì)模型是在礦山運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和開(kāi)采的基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代開(kāi)始，科學(xué)家門對(duì)于礦山計(jì)算機(jī)化開(kāi)采的主要研究方向在于理論和建模方法，由此設(shè)計(jì)出了許多實(shí)際使用價(jià)值很高的方法，其中最常用的是：三維網(wǎng)格法、錫面法、四面體法和合成法等[1]。但是不管使用什么方法對(duì)礦體資源層進(jìn)行地質(zhì)建模，最核心的一點(diǎn)都是前期對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘探、對(duì)礦體礦產(chǎn)資源復(fù)雜性進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果來(lái)選擇相適用的方式方法[2]。

在使用傳統(tǒng)的方法構(gòu)建地質(zhì)模型的時(shí)候，雖然可以滿足部分開(kāi)采需求進(jìn)行了較好地估量，但是因?yàn)榈V床礦化資源產(chǎn)生的條件具有隨機(jī)性、空間局限、不間斷、富集元素隨機(jī)等特點(diǎn)，同時(shí)這些不同特性在一定條件下是非線性相關(guān)的特性[3]。因此需要很大的樣品檢測(cè)空間。傳統(tǒng)的方法對(duì)于礦山礦化資源的預(yù)估能力較弱，礦產(chǎn)資源產(chǎn)生的范圍不好確定，但是技術(shù)日臻成熟的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)于連續(xù)的、隨機(jī)的、非線性的問(wèn)題有很好的應(yīng)對(duì)方法，這也為今后礦床地質(zhì)模型的建立提供了新的思路。

本文以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理為建模的基礎(chǔ)，利用QuantyU中的QuantyU-3D模塊功能，將礦山的地理?xiàng)l件進(jìn)行全信息數(shù)字化綜合描繪，并對(duì)此進(jìn)行可視化處理。

1 礦床地質(zhì)模型構(gòu)建設(shè)計(jì)

1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種由數(shù)量繁多的簡(jiǎn)易神經(jīng)元首尾相連構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。人類大腦中的識(shí)別反應(yīng)通常被認(rèn)為是平行分布運(yùn)作的，由此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用此點(diǎn)對(duì)人類大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行模擬，使得其能擁有人類大腦的某些功能。將信息存儲(chǔ)在一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)單元。

神經(jīng)元是人腦以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理事務(wù)的基本單，如圖1所示，是一個(gè)人工神經(jīng)元簡(jiǎn)單實(shí)例模型。

圖1 人工神經(jīng)元模型

如圖1中所示，ωn為某神經(jīng)元結(jié)構(gòu)通另一個(gè)用于傳遞信息的第n個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)相連；u為神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài)；為閾值。

1.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦床地質(zhì)模型的構(gòu)建設(shè)計(jì)

本文采用“數(shù)字礦床地質(zhì)勘查系統(tǒng)（QuantyU）”，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立三維地質(zhì)模型。

所運(yùn)用的建立模型功能與可視化模塊（QuantyU-3D）是具有高靈活性高性能、相互穿插作用的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以為模型的建立體統(tǒng)一個(gè)精準(zhǔn)化、速度化、可信度高的三維模擬可視條件基礎(chǔ)，并且能夠使得模型建立的空間范圍更廣，使用更加靈活。

利用QuantyU軟件進(jìn)行三維礦山地質(zhì)建模是以礦山的剖面圖數(shù)據(jù)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)而構(gòu)建的三維礦山數(shù)字地質(zhì)模型圖。第一步，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，利用QuantyU二維模塊對(duì)原始建模數(shù)進(jìn)行整理校對(duì)，輸出二維模型圖；第二步，對(duì)所獲得的二維模型圖的圖幅進(jìn)行校正處理，由于二維模型圖的圖樣種類繁多，并且不同的二維模型圖所使用的原始坐標(biāo)也各不相同，所以在這基礎(chǔ)上要對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理；第三步，對(duì)不同的坐標(biāo)系進(jìn)行圖幅進(jìn)行校對(duì)操作。最后，將整理后所需要的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為GEO格式文件，從QuantyU二維系統(tǒng)導(dǎo)入三維系統(tǒng)QuantyU-3D，提取整合各類線條，處理完成進(jìn)行模型構(gòu)建。

2 礦床地質(zhì)模型構(gòu)建

根據(jù)事前所收集到的數(shù)據(jù)，在QuantyU-3D系統(tǒng)中將探測(cè)區(qū)和所需分析數(shù)據(jù)設(shè)置出來(lái)，在系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，這是模塊會(huì)自動(dòng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類錄入，根據(jù)所提供的的數(shù)據(jù)，建立起三維模型，在通過(guò)模型對(duì)礦體邊緣進(jìn)行提取，獲得數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入三維系統(tǒng)QuantyU-3DQuantyU-3D，先生成線面，最后通過(guò)曲面過(guò)度，最后建立起礦體模型。建立起礦床三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行分析，如下圖2所示。

圖2 礦床邊緣區(qū)域建模圖

圖2對(duì)礦床進(jìn)行建模是-建模數(shù)據(jù)的邊緣極限值和礦體的數(shù)據(jù)深度的集合體。需要對(duì)所建立模型的樣品有很好的空間范圍把控。

對(duì)于礦體的模型的構(gòu)造是通過(guò)對(duì)開(kāi)始對(duì)于剖面圖中的斷層線的數(shù)據(jù)整合為基礎(chǔ)，再通過(guò)對(duì)礦床地形地質(zhì)圖中斷層線數(shù)據(jù)的結(jié)合，最終建立起的礦山三維構(gòu)造模型，如圖3所示。本文中一共對(duì)3個(gè)不同的斷層面進(jìn)行了數(shù)據(jù)整合模型建立，將斷層的性質(zhì)、礦體距離、礦山范圍大小、礦化條件數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化處理。

圖3 三維礦床構(gòu)造建模

本文建模實(shí)例為某地礦床，根據(jù)地質(zhì)資料查明地層出露情況，確定建模范圍，模型面積10Km2，礦體模型深度1km，繪制44條斷層線線剖面為腳本，通過(guò)對(duì)礦山區(qū)域地理信息圖、礦山資源分布圖、礦體礦化水平圖，以及礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)、三維鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)建造數(shù)據(jù)、深度底層物質(zhì)數(shù)據(jù)、礦山地表物質(zhì)含量數(shù)據(jù)等相結(jié)合，在QuantyU-3D系統(tǒng)中打開(kāi)，建立三維礦床地質(zhì)模型。

3 礦山地質(zhì)三維模型應(yīng)用效果分析

礦山地質(zhì)的三維模型可以將礦山的地理特征、礦山周圍河流分布、礦山表面巖石情況可視化處理，使研究者可以清晰明了的了解礦山的具體情況。利用礦山地質(zhì)三維模型還可以解決礦床開(kāi)采時(shí)的交通問(wèn)題以及對(duì)采礦時(shí)的維權(quán)提供證據(jù)。

根據(jù)礦山地質(zhì)三維模型的建立，可以很清楚的將礦山中含礦巖體的聚集位置進(jìn)行標(biāo)明，是一個(gè)成圓弧形狀的標(biāo)識(shí)，礦體聚集位置的呈南北走向，與礦山斷裂層相交叉，礦山礦體傾斜程度和礦體斷裂的構(gòu)造延伸區(qū)域都息息相關(guān)，具體的情況是南部淺，北部深。

地表構(gòu)造模型和內(nèi)部構(gòu)造模型可以將礦床地表巖石構(gòu)造、地理特征、地層內(nèi)部巖石組成以及巖石特性很好地顯示在模型上，讓使用者可以很清晰明了的找到所需數(shù)據(jù)。勘探者也可以通過(guò)模型了解礦山深度。對(duì)于礦山的開(kāi)采也有很多大的幫助。

巖石體模型和斷裂層模型是建立礦山三維模型中補(bǔ)課或缺的兩個(gè)部分。巖石體模型將巖石體的成礦區(qū)域范圍大小、礦化特性、礦體連接等以生動(dòng)形象的方式呈現(xiàn)在模型中。

礦體三維立體模型是目前研究礦床成礦情況已經(jīng)開(kāi)礦的重要組成部分，他可以將礦山地下隱藏的情況十分詳細(xì)的表現(xiàn)出來(lái)。礦山地下成礦分布情況、成礦巖石礦化程度、成礦類型等都可以很清楚形象的在模型中體現(xiàn)。

最后，通過(guò)上述建立完成的地表構(gòu)造模型和內(nèi)部構(gòu)造模型、巖石體模型和斷裂層模型、礦體三維立體模型結(jié)合在一起分析，進(jìn)行三維可視化操作，將礦山的具體情況直觀的表現(xiàn)出來(lái)。利用QuantyU的建模與可視化（QuantyU-3D）模塊，將以上模型歸類分析，優(yōu)化模型的具體細(xì)節(jié)，強(qiáng)化模型的聯(lián)系程度，將模型進(jìn)行切割處理，發(fā)現(xiàn)以上建立的模型很好地將礦山信息具體化，通過(guò)以上模型可以對(duì)礦山進(jìn)行開(kāi)采挖掘，從而大大降低了礦山開(kāi)采危險(xiǎn)系數(shù)。本文所設(shè)計(jì)的方法，能夠很好地展現(xiàn)地質(zhì)、地貌、構(gòu)造和礦體等特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上利用QuantyU中的QuantyU-3D模塊功能，根據(jù)剖面圖結(jié)合礦區(qū)地形地質(zhì)圖、綜合成果圖、礦床砂體等厚圖、礦體水平投影圖等，建立礦床的地形地貌模型、地層模型、砂體模型、氧化帶模型、斷層模型以及鉆孔模型等一系列三維地質(zhì)模型。

三維地質(zhì)模型使地質(zhì)特征從二維層面上升到了實(shí)際具體的三維層面，使地質(zhì)現(xiàn)象更形象、更具體、更有代表性。通過(guò)三維可視化分析對(duì)礦體展布、礦體延伸、礦體預(yù)測(cè)等方面的研究起到了促進(jìn)作用，使地質(zhì)體的空間展布及礦體的細(xì)微變化一覽無(wú)余，為揭露工程部署和礦床開(kāi)采提供了可視化依據(jù)。