王增科

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

富家塢銅礦巖性數(shù)據(jù)圖形化處理的研究應(yīng)用

王增科

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

傳統(tǒng)方法在繪制礦床巖性相關(guān)的剖切面圖件方面，效率低、無法繪制任意剖面圖件和三維空間形態(tài)分布圖等。但隨著計算機軟硬件技術(shù)的進步，如何利用計算機技術(shù)快速繪制這類圖件成為可能。本文針對富家塢銅鉬礦床鉆探巖性數(shù)據(jù)數(shù)字化處理及快速成圖進行研究，并提出解決的方法。

富家塢銅礦;巖性;數(shù)據(jù)處理;軟件技術(shù);圖形化

1 前言

礦床勘探鉆孔巖性原始數(shù)據(jù)以文字性描述為主，因此在利用這些數(shù)據(jù)繪制與巖性相關(guān)的剖切面圖件時，傳統(tǒng)處理方法要依賴地質(zhì)人員的經(jīng)驗豐富程度和理論基礎(chǔ)扎實程度來勾勒各種巖性的邊界。但相關(guān)技術(shù)人員認識程度不同而得到的結(jié)果，也各不相同，同時對大型礦山而言，勘探巖性數(shù)據(jù)量大，繪制任意剖面巖性圖件時，因為數(shù)據(jù)運算量大，成圖效率必將受到限制。隨著計算機軟件硬件技術(shù)的進步，利用計算機技術(shù)對勘探鉆孔巖性數(shù)據(jù)進行快速數(shù)字化處理、成圖成為可能。本文就利用Golden.Voxler、Golden.Surfer三維繪圖軟件、Ms－Sqlserver數(shù)據(jù)庫軟件以及德興銅礦自主開發(fā)的地質(zhì)測量計算機應(yīng)用系統(tǒng)對勘探巖性數(shù)據(jù)處理及成圖方面進行研究并給出相應(yīng)的解決方法。

2 礦床巖性、巖性數(shù)據(jù)庫和研究所需軟件介紹

2.1 礦床巖性

富家塢銅鉬礦床地層均系震旦系淺變質(zhì)巖系，此外局部有山溝、山坡有零星第四系殘坡積和沖積層分布。震旦系淺變質(zhì)巖系主要為一套泥砂質(zhì)與凝灰質(zhì)混合沉積層。由絹云千枚巖，綠泥絹云千枚、晶凝灰質(zhì)千枚巖及砂巖、碳質(zhì)板巖組成。與斑巖礦床有關(guān)的成礦母巖主要為花崗閃長斑巖、英安斑巖、石英斑巖等深源－淺成、超淺成小侵入體。地層巖體概為震旦系淺變質(zhì)巖系和侵入其中的花崗閃長斑巖體，各類脈巖以及相伴生的蝕變巖石［1］。

總體而言，富家塢銅鉬礦床的巖性分類相對簡單，主要由千枚巖和斑巖和部分的基性、中性巖三大類組成。

2.2 礦床巖性數(shù)據(jù)庫

富家塢銅鉬礦床巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法的研究應(yīng)用是以該礦床的勘探鉆孔巖性數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)。礦床勘探地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過礦山地質(zhì)、測量及相關(guān)技術(shù)人員多年不懈的建設(shè)的已經(jīng)比較完善。數(shù)據(jù)庫主要包括:鉆孔開孔坐標(biāo)、鉆孔測斜、化驗品位和巖性等四部分組成。

通過礦山自主開發(fā)的地質(zhì)測量計算機綜合應(yīng)用系統(tǒng)對該數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)二次處理，形成帶有空間座標(biāo)的化驗品位數(shù)據(jù)及巖性數(shù)據(jù)庫。本次研究應(yīng)用以二次處理后的巖性數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。巖性數(shù)據(jù)庫主要包括鉆孔名稱、起始孔深、截至孔深、巖石名稱、蝕變分帶、斷層、礦化、起始坐標(biāo)、截至坐標(biāo)等信息;本次研究應(yīng)用以其中的巖石名稱分帶及空間坐標(biāo)信息為主。

在巖性數(shù)據(jù)庫中巖石名稱是以大寫的英文字母形式表示:RPH(千枚巖)、RGP(斑巖)、RSW(風(fēng)化層)、RMD(基性＆中性巖)等［2］。

2.3 研究應(yīng)用所需軟件介紹

Golden.Voxler是美國Golden公司開發(fā)的一款專業(yè)的三維數(shù)據(jù)可視化軟件。并利用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建出等值線圖，等值面，切片圖，三維散點圖形，從而能夠清晰的看到這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系。本次研究主要用來處理三維化的巖性數(shù)據(jù)和圖形繪制。模塊庫功能是對導(dǎo)入數(shù)據(jù)進行最基礎(chǔ)、核心的處理［3］。Golden.Surfer也是Golden公司一款專業(yè)二維數(shù)據(jù)的可視化軟件。在本次研究中主要用于建立地表模型。

Ms－Sqlserver:Microsoft公司一款面向分布式客戶機/服務(wù)器計算的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)，是一種跨平臺的交互式的數(shù)據(jù)庫平臺。本次研究主要用來對巖性數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)的水平切面加密處理。

地質(zhì)測量計算機應(yīng)用系統(tǒng):是德興銅礦自主開發(fā)的一款涵蓋勘探鉆孔、生產(chǎn)巖粉和測量數(shù)據(jù)處理并具有基本滿足日常生產(chǎn)所需圖形繪制等功能的綜合應(yīng)用軟件平臺。本次研究主要用來對巖性原始數(shù)據(jù)的初始化處理和地表模型所需的二維數(shù)據(jù)生成。

3 技術(shù)路線

首先利用地質(zhì)測量應(yīng)用軟件平臺對Ms－Sqlserver中存儲的巖性相關(guān)的原始數(shù)據(jù)初始化處理，形成帶有三維坐標(biāo)的巖性數(shù)據(jù)，同時利用該軟件將地形圖轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)文件。其次利用Surfer中對地形三維坐標(biāo)文件處理生產(chǎn)地表模型。在以上基礎(chǔ)上，根據(jù)Voxler處理數(shù)據(jù)的特點和要求，對在sqlserver中對三維化的數(shù)據(jù)進行巖性符號的數(shù)字化變換和水平方向上多次切割的增加數(shù)據(jù)密度，最后在voxler中進行綜合巖性圖件的繪制。如圖1。

圖1 技術(shù)路線示意圖

4 巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法步驟

4.1 原始數(shù)據(jù)進行三維化處理

利用地質(zhì)測量計算機綜合應(yīng)用系統(tǒng)對mssqlserver中三個原始表:開孔坐標(biāo)及孔深表(如表1)、鉆孔測斜表(如表2)、鉆孔巖性表(如表3)初始化，形成本次研究應(yīng)用所需的帶有三維坐標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如表4)。

表1 開孔坐標(biāo)及孔深示意表

表2 鉆孔測斜示意表

表3 鉆孔巖性示意表

表4 三維坐標(biāo)巖性數(shù)據(jù)表

4.2 巖性數(shù)據(jù)水平方向多次切割

在巖性數(shù)據(jù)庫中，不同巖性進尺長短不一，但Voxler處理巖性數(shù)據(jù)時，只是把一段巖性的中間點作為處理對象，若這個點的代表長度不均勻，那么空間插值的結(jié)果勢必會出現(xiàn)較大的偏差，在巖性變化的地方是數(shù)據(jù)處理的重點部位。因此需要對原始數(shù)據(jù)進行水平拆分加密使得每個點代表長度相對較短、且均一化。在Ms－Sqlserver的查詢分析器中用SQL腳本語句(如下)對三維化數(shù)據(jù)進行水平方向加密切割［4］。

(鉆孔名稱，孔深，巖石名稱，斷層，地層時代，地層層位，巖性描述，X，Y，Z)

(起始孔深－(起始孔深－截至孔深)*(Z1－@LEVEL)/(Z1－Z2))AS孔深，

巖石名稱，斷層，地層時代，地層層位，巖性描述，

在本次研究中考慮到Voxler處理數(shù)據(jù)的要求及巖芯進尺長度等因素，數(shù)據(jù)垂直方向每間隔1米進行水平切割，使數(shù)據(jù)量密度增加，處理后的巖性數(shù)據(jù)庫如表5。

表5 加密后的三維巖性表

4.3 巖性符號的數(shù)字化變換

利用表6中的數(shù)字化代碼替換表5中的字符代碼生成加密數(shù)字化后的三維巖性表Geo列，同時為提取某種巖性的邊界，需要增加該列并將要提取的巖性設(shè)置為同一數(shù)字，其它為另一種背景數(shù)值。

譬如:為斑巖(RGP)增加RGP列，將斑巖數(shù)據(jù)設(shè)置為2其它全部替換為1作背景值處理(如表7)，其它巖性作類似處理，并分列存儲，最終形成voxler所需的巖性數(shù)據(jù)綜合表(如表8)。

表6 巖性字符代碼表

表7 斑巖數(shù)據(jù)變換代碼表

表8 巖性數(shù)據(jù)綜合表

4.4 巖性數(shù)據(jù)處理及繪圖

4.4.1 地形表面模型的建立與剖切

在autocad中用地質(zhì)測量計算機綜合應(yīng)用系統(tǒng)，將現(xiàn)狀圖中三維線，點等三維信息導(dǎo)出，形成三維坐標(biāo)文件。通過golden.surfer采用合適的插值方法建立三維面模型fjwdx.grid［5］。

在voxler中利用根據(jù)fjwdx.grid模型文件，創(chuàng)建HeightField(高程場景)，利用ClipPlane(切割)做兩次間隔一定距離的平行切割，保留中間部分即形成地形剖面線。

4.4.2 散點圖的繪制

散點的空間切割利用排除過濾器對原始數(shù)據(jù)庫進行排除，保留需要的數(shù)據(jù)形成空間數(shù)據(jù)，生成巖性數(shù)據(jù)散點圖。

4.4.2.1 空間面排除過濾器設(shè)置

對表7添加控件排除過濾器，利用聯(lián)合的面方程不等式對不需要的數(shù)據(jù)進行過濾，在過濾字符串中設(shè)置兩個平行面不等式Ax+by+cz＞k1 or Ax+ by+cz＜k2過濾不需要的散點數(shù)據(jù)，這樣保留下來的即在圖形上顯示的數(shù)據(jù)。

(1)水平面設(shè)置:如z＜－50 or z＞－50表示保留高程為50水平的數(shù)據(jù);

(2)空間剖面設(shè)置:如y＞x－63900 or y＜x－64100即表示與BB＇剖面平行兩個面一定距離之間需要保留的散點數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、y＞－x+83600 or y＜－x+83450表示為AA'剖面平行兩個面一定距離之間需要保留的散點數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。

4.4.2.2 巖性排除過濾器排除非某類巖性

在空間過濾的基礎(chǔ)上，利用不同的排除字符串組合保留需要繪制的巖性。根據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)列特征，如其中c列為特征數(shù)字列。0、1、2、3分別表示風(fēng)化層、千枚巖、斑巖、基性和中性巖。

(1)c=3 or c=2 or c=0即保留c=1千枚巖;

(2)c=3 or c=1 or c=0即保留c=2斑巖。

最后按照需求利用散點圖功能組合繪制符合要求的散點圖如圖2。

圖2 勘探BB'剖面鉆孔空間散點圖

4.4.3巖性空間形態(tài)分布圖及剖切面繪制

4.4.3.1 數(shù)據(jù)的加載

在voxler文件下拉菜單中選擇加載數(shù)據(jù)選擇表8文件，根據(jù)要求設(shè)置坐標(biāo)及需要處理的某種巖性的數(shù)據(jù)列。

4.4.3.2 單個巖性模型的建立

數(shù)據(jù)加載后，設(shè)置網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù):數(shù)據(jù)項、空間范圍、空間剖分密度、空間插值方法等。進行網(wǎng)格化即可建立不同特征數(shù)據(jù)項空間模型［6］。然后在空間模型基礎(chǔ)上利用等值面體和等值線功能繪制某巖性空間分布圖和剖面圖。

需要指出的是為提取某巖性邊界，等值面或等值線邊界特征值應(yīng)該設(shè)置成所提取巖性和背景值數(shù)值的中值。

4.4.3.3 巖性圖件的生成

在單個數(shù)據(jù)項模型建立后，利用等值線功能，設(shè)置切面法線方向，距離模型中心點距離和邊界值特征，即可繪制任意剖面的巖性剖面圖(如圖3);結(jié)合地表模型及剖切和散點圖即可繪制各種綜合巖性剖面圖件(如圖4);利用等值面功能設(shè)置邊界特征值可生成某種巖性的空間形態(tài)分布圖(如圖5)。

圖3 富家塢－80水平巖性分布圖

圖4 BB'剖面綜合巖性剖面圖

圖5 富家塢斑巖體空間形態(tài)分布圖

5 結(jié)語

本文針對富家塢礦區(qū)巖性原始數(shù)據(jù)的處理、圖形快速繪制做了相關(guān)研究和應(yīng)用。通過本次研究應(yīng)用，有以下一些認識:首先原始巖性數(shù)據(jù)要可靠、規(guī)范，并能夠合理地歸納分類;其次地質(zhì)勘探巖性數(shù)據(jù)庫建設(shè)應(yīng)按巖性、蝕變分帶、斷層等分門別類，不可將各種數(shù)據(jù)混雜，對文字性的描述進行歸納，做到重點突出、簡明扼要、分類合理，數(shù)據(jù)分列歸類存儲。既保證原有地質(zhì)信息的不丟失，又符合數(shù)字化處理的要求;再者在數(shù)據(jù)處理及成圖中，應(yīng)該根據(jù)巖性數(shù)據(jù)自身的特點和軟件處理空間數(shù)據(jù)上的要求，對數(shù)據(jù)在水平面上做進一步的切割達到數(shù)據(jù)量增加的效果，從而保證建立巖性模型的所需數(shù)據(jù)數(shù)量與質(zhì)量。

通過對富家塢銅鉬礦床巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法的研究，可快速繪制礦床的巖性剖面圖件及空間分布形態(tài)，對其它類似礦床這方面應(yīng)用有一定的借鑒與指導(dǎo)意義，但富家塢礦區(qū)的巖性相對簡單，空間分布形態(tài)不很復(fù)雜，對于巖性形態(tài)分布較為復(fù)雜的礦床在應(yīng)用時候，還需結(jié)合實際情況做進一步的分析。

［1］朱訓(xùn)，等.德興斑巖銅礦.北京:地質(zhì)出版社，1983，3.

［2］林岳生，等.江西省德興縣富家塢銅鉬礦區(qū)地質(zhì)勘探總結(jié)報告［R］.景德鎮(zhèn):江西冶金地質(zhì)勘探四隊，1978，5.

［3］朱學(xué)林.Voxler在地質(zhì)數(shù)據(jù)三維可視化中的應(yīng)用［J］.海口:科園月刊，2008，5.

［4］張莉.SQL Server數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［5］張弛.基于Surfer軟件的地形圖快速繪制方法［J］.北京:水利技術(shù)監(jiān)督，2009，3.

［6］陳云城，李斌.三維空間插值在巖性數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用［J］.沈陽:沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報，2000，16(4).

Research and Application on Computer Graphics in Lithology Data at Fujiawu Copper Mine

WANG Zeng－ke

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

The traditional method in drawing deposits of rock related section cutting plane map is in low efficiency and unable to draw any profile map and three－dimensional space distribution map.However，it is possible to use computer technology to draw such maps quickly with the advancement of computer hardware and software technology.In this paper，a study on drilling lithology data processing and fast drawing of Fujiawu Copper－molybdenum deposit is made and solutions are proposed.

copper mine;lithology;data processing;software technology;graphics

TD166

A

1009－3842(2011)04－0062－05

2011－04－01

王增科(1978－)，男，河南鎮(zhèn)平人，本科，工程師，從事礦山地質(zhì)工作，E－Mail:gxglhnnywzk@126.com