任佳

摘 要：地層三維建模是進(jìn)行地層形態(tài)分析以及已知礦體與地層褶皺空間關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)。地層三維模型不僅可以提供地層的感官認(rèn)識(shí)，分析地層褶皺形態(tài)，還可以定性定量地揭示褶皺對(duì)礦化分布的影響。地層三維建模首要問題是數(shù)據(jù)模型的選擇，將討論基于TIN的地層三維建模的方法以及二維地層轉(zhuǎn)三維地層的原理與方法。

關(guān)鍵詞：三維建模;線串模型;TIN模型

一、TIN建模

地層在地質(zhì)學(xué)上指有一定層位的一層或一組巖石或土壤，上下層位之間被明顯的層面或沉積間斷面分開。對(duì)于層控礦床而言，地層的連續(xù)彎曲形成褶皺，褶皺可以控制區(qū)域構(gòu)造格局以及礦產(chǎn)形成與分布，因此對(duì)成礦預(yù)測(cè)極為重要。目前主要有基于曲面建模、體元建模和混合建模三種地質(zhì)建模的方法。體元模型因存儲(chǔ)空間需求大、實(shí)現(xiàn)較難而應(yīng)用較少。基于曲面的地質(zhì)體三維建模是采用表面包圍三維空間的方法來(lái)進(jìn)行三維地質(zhì)體的表達(dá)。一般是基于采樣點(diǎn)的TIN模型和基于數(shù)據(jù)內(nèi)插的Grid模型來(lái)模擬地質(zhì)體表面。規(guī)則格網(wǎng)模型的缺點(diǎn)主要就是存儲(chǔ)量大。在地質(zhì)體表面平坦的區(qū)域容易出現(xiàn)大量冗余數(shù)據(jù)，而在地質(zhì)體起伏較大地區(qū)采樣點(diǎn)不足，不能準(zhǔn)確反映地質(zhì)體的突變。TIN模型與Grid模型的區(qū)別在于能隨地質(zhì)體表面的起伏變化而改變采樣點(diǎn)的密度和決定采樣點(diǎn)的位置，從而克服平坦地區(qū)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余的問題，壓縮數(shù)據(jù)以節(jié)省存儲(chǔ)空間。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN），其實(shí)質(zhì)是一種基于三角形的空間鑲嵌模型。不規(guī)則三角網(wǎng)方法按某種規(guī)則，將空間中無(wú)重復(fù)的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)集進(jìn)行三角剖分，使這些數(shù)據(jù)點(diǎn)形成連續(xù)但不重疊的不規(guī)則三角面片網(wǎng)，并以此來(lái)描述地質(zhì)體的表面。

二、基于TIN的地層三維建模

1.TIN模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TIN方法能利用不規(guī)則分布和較少的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)生成連續(xù)的、互不交叉、互不重疊的三角形來(lái)模擬地層的表面。TIN模型采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)易于采集，存儲(chǔ)效率高，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與地層的表面不規(guī)則特征類似，而且易于更新，建模理論趨于成熟。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，采用TIN模型進(jìn)行地層的三維建模已應(yīng)用廣泛。地層三維建模的實(shí)質(zhì)即用三維面模型描繪地層面的三維形態(tài)。本文采用TIN面模型進(jìn)行地層的三維建模。

在Datamine中TIN的數(shù)據(jù)由組成三角形的頂點(diǎn)序號(hào)和頂點(diǎn)坐標(biāo)組成，實(shí)際上可以導(dǎo)出為兩個(gè)關(guān)系表：三角形頂點(diǎn)表（TR）和頂點(diǎn)坐標(biāo)表（PT）。TR表包含的字段有：三角形頂點(diǎn)1（PID1）、三角形頂點(diǎn)2（PID2）、三角形頂點(diǎn)3（PID3）、三角形編號(hào)（TRIANGLE）、顏色（COLOUR）、數(shù)據(jù)源（SOURCE）。PT表包含的字段有：頂點(diǎn)X坐標(biāo)（XP）、頂點(diǎn)Y坐標(biāo)（YP）、頂點(diǎn)Z坐標(biāo)（ZP）、頂點(diǎn)編號(hào)（PID）。

2.建模方法流程

三維地質(zhì)建模軟件一般基于多個(gè)平行輪廓線，采用最短對(duì)角線法、最大體積法和同步前進(jìn)法等算法來(lái)構(gòu)建TIN模型?；赥IN的地層三維建模是綜合各種地質(zhì)資料形成二次地層數(shù)據(jù)，數(shù)字化成地層數(shù)據(jù)點(diǎn)，在三維地質(zhì)建模軟件中圈定或生成地層的線串模型，采用基于平行輪廓線的TIN建模技術(shù)，建立地層的TIN模型。

三、二維地層轉(zhuǎn)三維地層

二維地層轉(zhuǎn)三維地層其實(shí)也就是二維地質(zhì)剖面圖轉(zhuǎn)三維地質(zhì)剖面圖的過程，包括兩個(gè)步驟：

1.剖面位置標(biāo)定

剖面圖的信息可以分為兩個(gè)部分：一是剖面圖各類要素的圖形信息及屬性信息，以分層文件的方式進(jìn)行存儲(chǔ)和管理;二是剖面圖的空間位置信息，包括：剖面的水平比例尺、垂直比例尺及所經(jīng)過的轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)，坐標(biāo)系統(tǒng)可以采用大地坐標(biāo)系或地理坐標(biāo)系，剖面空間位置的標(biāo)注其實(shí)就是獲取、存儲(chǔ)和管理剖面圖中的空間位置信息。

在剖面上任意交互地標(biāo)識(shí)出剖面兩點(diǎn)（X0，Y0）、終點(diǎn)（Xn-1，Yn-1）、剖面所經(jīng)過的中間點(diǎn)（Xi，Yi），并且輸入兩個(gè)以上高程控制點(diǎn)Hj和Hj+1，就可以計(jì)算出剖面圖的水平比例尺Rh、垂直比例尺Rv：

Rh=■（i=0，1，2，…，n-1）

Rv=■（j=0，1，2，…，m-1）

2.三維剖面圖的生成

有了剖面的水平和垂直比例尺，以及剖面經(jīng)過的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)（Xi，Yi），就可以將二維剖面圖中任一點(diǎn)（X，Y）映射為三維地質(zhì)空間中的點(diǎn)（X，Y，H），其中H代表高程，公式如下所示。

X=Xi+（x-xi）■Y=Yi+（x-xi）■H=H0+Rv·（y-y0）（xi≤x≤xi？誆i=0，1，2，…，n-1）

地層三維建模對(duì)地質(zhì)信息的獲取、成礦預(yù)測(cè)、控礦因素分析等具有十分重要的意義。本文對(duì)地層模型的三維重構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了基于TIN的地層重建方法，并詳細(xì)介紹了TIN模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地層三維建模流程以及二維地層轉(zhuǎn)三維地層的算法和公式。

參考文獻(xiàn)：

毛先成，鄒艷紅，陳進(jìn)，等.危機(jī)礦山深部，邊部隱伏礦體的三維可視化預(yù)測(cè)：以安徽銅陵鳳凰山礦田為例[J].地質(zhì)通報(bào)，2010（2）：401-413.

？誗編輯 段麗君endprint