范建福，肖克炎，張婷婷，李 瑩，李 楠，鄒 偉

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;3．長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州，434023)

探礦者軟件Minexplorer的框架結(jié)構(gòu)及技術(shù)流程

范建福1，肖克炎2，3，張婷婷2，李 瑩2，李 楠2，鄒 偉2

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;3．長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州，434023)

探礦者軟件Minexplorer是通過對(duì)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和三維地質(zhì)建模技術(shù)的研究，結(jié)合我國(guó)地質(zhì)勘查實(shí)際情況而開發(fā)的綜合性三維地質(zhì)勘查系統(tǒng)。介紹了探礦者軟件Minexplorer的框架結(jié)構(gòu)及技術(shù)流程。

地質(zhì)勘查;三維地質(zhì)建模;Minexplorer軟件;儲(chǔ)量估算;西藏

0 引言

20世紀(jì)80年代以來，隨著地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)的成熟，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算大大提高了儲(chǔ)量估算的效率和精度。但這種計(jì)算是一種純數(shù)值的，對(duì)儲(chǔ)量估算的用戶是一種近似“暗箱”的方式，很難進(jìn)行直觀、形象和可控的評(píng)價(jià)。這就需要將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成直觀、易于理解且可進(jìn)行交互分析的圖形方式給資源估算人員。和一般二維圖形GIS處理(肖克炎等，2010)不一樣，三維可視化問題是如何根據(jù)實(shí)際觀測(cè)信息產(chǎn)生三維圖形和表達(dá)三維問題。國(guó)外研制并相繼推出了各種采礦軟件，比較有影響的有Datamine、Micromine、Gemcom、Vulcan 和 Surpac。這些軟件涉及領(lǐng)域包括：礦床模擬、開采評(píng)估、設(shè)計(jì)規(guī)劃、生產(chǎn)管理等。國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)外軟件的應(yīng)用案例并不鮮見，探索性的研發(fā)工作也逐漸興起，但尚無成熟的三維勘探軟件。

目前，地學(xué)三維空間信息分析與智能可視化軟件的應(yīng)用需求量較大，特別是在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的鉆孔資料管理、勘探設(shè)計(jì)和儲(chǔ)量計(jì)算、礦山采礦設(shè)計(jì)和最優(yōu)化設(shè)計(jì)、工程地質(zhì)、地下水資源分析等領(lǐng)域(黃文斌等，2006;丁建華等，2009)。國(guó)際上一些著名的三維軟件如Micromine、Surpac等在國(guó)內(nèi)已開始使用，但由于價(jià)格昂貴，應(yīng)用并不廣泛。在吸取國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，探礦者軟件Minexplorer結(jié)合了我國(guó)地質(zhì)勘探實(shí)際情況，以及在西藏、新疆具體礦山勘探的實(shí)際工作，不斷加以完善以滿足地質(zhì)勘探三維數(shù)字化、可視化和科學(xué)分析的需求，將在礦產(chǎn)勘查中逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展(吳立新等，2002)。

1 探礦者軟件框架結(jié)構(gòu)

作為地質(zhì)勘探三維信息系統(tǒng)，探礦者軟件有工程管理、圖層文件管理、勘探數(shù)據(jù)庫(kù)管理、二維數(shù)據(jù)管理、三維建模、儲(chǔ)量計(jì)算六大結(jié)構(gòu)單元(圖1)。

圖1 探礦者軟件框架結(jié)構(gòu)單元

1．1 工程管理

系統(tǒng)工程管理有效地將儲(chǔ)量估算的表數(shù)據(jù)、二維圖形以及三維圖形數(shù)據(jù)有機(jī)地管理起來，并保存工程三維建模工作的進(jìn)程以及新建或打開已保存工程。

1．2 層文件管理

主要針對(duì)樹形文件管理器管理表、二維圖形、三維圖形等多層次數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)表、二維專題文件、三維專題文件的顯示、隱藏、編輯等操作;通過不同的視窗可以管理多個(gè)表、圖形空間，用戶可以在視窗下打開添加、刪除表或圖形文件。

1．3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

對(duì)表數(shù)據(jù)的管理，新建數(shù)據(jù)庫(kù)或打開一個(gè)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫(kù)。其中還需要對(duì)表數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)庫(kù)建立字段映射。

1．4 二維數(shù)據(jù)管理

包括圖形編輯、屬性查詢和等值線功能。以地質(zhì)要素集為對(duì)象，提供豐富的圖形繪制、刪除、移動(dòng)、拓?fù)浞治?、圖案花紋填充、線型編輯等功能。編圖符號(hào)庫(kù)組件提供國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)符號(hào)庫(kù)，用戶也可根據(jù)需求定制所需的符號(hào)。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以很方便地將二維編輯數(shù)據(jù)展示在三維視窗中，同時(shí)還支持ArcGIS、MapGIS、AutoCAD等多種格式數(shù)據(jù)。

1．5 三維建模

使用DEM數(shù)據(jù)形成地表高程圖形;將鉆孔工程數(shù)據(jù)表形成三維鉆孔柱狀圖;單工程礦體圈定、剖面編輯、曲面連接及體生成，各種三維結(jié)果如任意切面、柵欄圖和虛擬飛行等;以剖面圖編制為基礎(chǔ)，提供地質(zhì)勘查人員關(guān)于礦體三維真實(shí)形態(tài)，可以多角度任意觀察礦體的三維展布趨勢(shì)及精細(xì)變化。同時(shí)可以形成任意方向的投影圖，高效快捷完成礦體單工程圈定、勘探剖面圖交互制圖、三維礦體圈定。

1．6 儲(chǔ)量估算

預(yù)處理包括變量常用統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分布、特異值處理等;組合樣分析是為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)準(zhǔn)備數(shù)據(jù);截面法計(jì)算儲(chǔ)量和塊段法是傳統(tǒng)的估計(jì)方法，用戶可以交互式進(jìn)行參數(shù)和結(jié)果可視化操作;克里格儲(chǔ)量估算包括變差函數(shù)計(jì)算與結(jié)構(gòu)分析、交叉驗(yàn)證、克里格估計(jì)和條件模擬等;儲(chǔ)量管理分析包括品位及噸位分析、盤區(qū)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)和制圖、地質(zhì)儲(chǔ)量的經(jīng)濟(jì)分析等。

2 探礦者軟件技術(shù)流程

2．1 數(shù)據(jù)輸入與管理

礦區(qū)的山地工程資料成為最重要的原始資料(礦區(qū)的山地工程包括：鉆孔、槽探、平硐、沿脈、穿脈等)，同時(shí)也有大量的地質(zhì)物化探勘探資料，包括各種記錄表、圖件等。軟件系統(tǒng)首先要能夠處理這些復(fù)雜的多來源數(shù)據(jù)。最主要是各種表數(shù)據(jù)導(dǎo)入或錄入，原始圖形數(shù)據(jù)數(shù)字化或?qū)搿?/p>

2．2 鉆孔工程可視化分析

將地質(zhì)勘探鉆孔、槽探、坑探等成果進(jìn)行三維表達(dá)，并將地表DEM、遙感影像形成地表三維場(chǎng)景，為三維建模提供真實(shí)的三維場(chǎng)景。

2．3 剖面或平面地質(zhì)體編輯

按照勘探剖面對(duì)礦體及其他地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行圈定連接，形成高質(zhì)量勘探剖面圖，同時(shí)為三維建模打下基礎(chǔ)。在礦體圈定中單工程礦體圈定要根據(jù)國(guó)家儲(chǔ)量估算有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)考慮合理的圈定方法，其邊界對(duì)儲(chǔ)量估算影響較大。因此，首先要完成單工程礦體圈定工作，在單工程礦體圈定基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)交互輔助工具，地質(zhì)專家進(jìn)行礦體及其他地質(zhì)體連接。

2．4 三維體建模

將剖面編輯圖件在三維空間聯(lián)結(jié)，使用三維建模技術(shù)建立地質(zhì)體、斷裂曲面、復(fù)雜礦體等的三維空間分布形態(tài)，形成三維地質(zhì)模型。

圖2 探礦者軟件工作流程

2．5 三維勘探成果表達(dá)與管理

利用已建立的三維模型開展礦產(chǎn)勘查地質(zhì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。(1)儲(chǔ)量估算。在圈定礦體范圍內(nèi)使用多種儲(chǔ)量估算方法計(jì)算資源量?？紤]到傳統(tǒng)的地質(zhì)塊段法是我國(guó)重要的儲(chǔ)量估算方法，系統(tǒng)提供了在三維可視化環(huán)境下的地質(zhì)塊段法和截面法。同時(shí)，在結(jié)合傳統(tǒng)的單工程圈礦、剖面礦體連接等基礎(chǔ)上提供限定條件克立格估計(jì)方法。(2)輔助勘探設(shè)計(jì)。利用已建立的三維勘查模型，輔助地質(zhì)勘查人員完成詳細(xì)勘探工程設(shè)計(jì)。根據(jù)礦體空間分布特征及變化規(guī)律，結(jié)合以往勘探經(jīng)驗(yàn)，確定勘探工程方案;使用虛擬鉆孔設(shè)計(jì)確定鉆孔準(zhǔn)確位置和鉆探方位及見礦位置，編制各種鉆孔柱狀圖和勘探剖面圖設(shè)計(jì)。(3)隱伏礦預(yù)測(cè)。將地質(zhì)勘查模型與地球物理、地球化學(xué)信息綜合形成三維綜合勘查模型，開展隱伏礦預(yù)測(cè)。

3 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例1：西藏某銅多金屬斑巖礦床，礦區(qū)主礦體呈北西西走向，傾向北北東，走向方向礦體長(zhǎng)3 400 m，沿傾向方向延伸大于2 000 m，呈層狀、似層狀、透鏡狀?？碧姐@孔共計(jì)218個(gè)，探槽10個(gè)，化學(xué)樣29 130件(唐菊興等，2010)(圖 3)。

圖3 某銅多金屬礦模型

實(shí)例2：某煤礦，上組煤夾石及頂板巖性由粗碎屑巖及礫巖組成，下組煤的碎屑物多為砂巖、粉砂巖和泥巖(圖4)。

圖4 某煤礦模型

丁建華，肖克炎，婁德波，等．2009．大比例尺三維礦產(chǎn)預(yù)測(cè)［J］．地質(zhì)與勘探，(6)：729－734．

黃文斌，肖克炎，陳學(xué)工，等．2006．礦產(chǎn)勘查儲(chǔ)量估算三維可視化原型系統(tǒng)的開發(fā)［J］．礦床地質(zhì)，25(2)：207－212．

唐菊興，王登紅，汪雄武，等．2010．西藏甲瑪銅多金屬礦礦床地質(zhì)特征及其礦床模型［J］．地球?qū)W報(bào)，31(4)：495－506．

吳立新，張瑞新，戚宜欣，等．2002．三維地學(xué)模擬與虛擬礦山系統(tǒng)［J］．測(cè)繪學(xué)報(bào)，31(1)：28 －33．

肖克炎，程松林，婁德波，等．2010．區(qū)域礦產(chǎn)定量評(píng)價(jià)的礦床綜合信息評(píng)價(jià)模型［J］．地質(zhì)通報(bào)，29(10)：1430－1444．

Structure and workflow of Minexplorer geological exploration software

FAN Jian-fu1，XIAO Ke-yan2，3，ZHANG Ting-ting2，LI Ying2，LI Nan2，ZOU Wei2

(1．China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China;2．Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China;3．School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou 434023，Hubei)

Minexplorer was a comprehensive 3D geological exploration system based on the research of geological statistic theory and 3D modeling technology．The system tried to meet the requirement of mineral prospecting and exploration．The authors introduced its structure and workflow in the text．

Geological exploration;3D geological modeling;Minexplorer software;Reserves estimation;Tibet

TP311

A

1674－3636(2012)03－0313－03

10．3969/j．issn．1674-3636．2012．03．313

2012－05－20;編輯：陸李萍

國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“空間信息獲取與處理前沿技術(shù)”專題之空間信息智能分析領(lǐng)域“地學(xué)空間信息三維智能分析與可視化系統(tǒng)”(2002AA135160)重要成果

范建福(1979— )，男，博士研究生，曾先后就職于Micromine、GoldFields、AngloGold公司，現(xiàn)主要從事三維建模及礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)方面的研究工作，E-mail：justin．fan@hotmail．com