張 璐,周新鵬,林 偉,李致君,李紅梅

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004)

1 引 言

隨著全球礦產(chǎn)勘查難度的日益增大，利用新的技術(shù)與方法來提高隱伏礦、深部礦和難識(shí)別礦的發(fā)現(xiàn)率是目前礦產(chǎn)勘查中的主要研究課題之一[1,2]。運(yùn)用現(xiàn)代空間信息理論，將三維建模技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究，建立勘查區(qū)地層或礦床的三維空間與屬性模型，滿足勘查數(shù)據(jù)綜合處理的業(yè)務(wù)需求，對(duì)提高地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查研究精度、勘查成果的綜合利用效率，具有重要的研究意義[3]。

2 3DMine軟件的基本特點(diǎn)

3DMine礦業(yè)工程軟件是由北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司研究并開發(fā)的國(guó)內(nèi)第一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、采用國(guó)際上先進(jìn)的三維引擎技術(shù)、全中文操作、符合國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且易于操作并支持客戶化的三維礦業(yè)軟件系統(tǒng)[4-6]。3DMine軟件的主要特點(diǎn)：二維和三維界面技術(shù)的完美整合；使用 AutoCAD通用技術(shù)和操作風(fēng)格，操作方便、快捷；支持選擇集的概念，快速編輯和提取相關(guān)信息；集成國(guó)外同類軟件的功能特點(diǎn)，步驟更為簡(jiǎn)單；交互直觀的工程設(shè)計(jì)；爆破結(jié)存量的計(jì)算和實(shí)方虛方的精確計(jì)算；多種全站儀的數(shù)據(jù)導(dǎo)入；工程圖的打印繪制準(zhǔn)確簡(jiǎn)便；數(shù)據(jù)兼容性非常好。3DMine軟件已被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)量、采礦和生產(chǎn)管理等方面，主要為固體礦產(chǎn)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦床地質(zhì)模型、構(gòu)造模型、傳統(tǒng)和現(xiàn)代地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算、露天及地下礦山采礦設(shè)計(jì)、露天短期進(jìn)度計(jì)劃以及生產(chǎn)設(shè)施數(shù)據(jù)、規(guī)劃目標(biāo)數(shù)據(jù)建立實(shí)用三維可視化基礎(chǔ)平臺(tái)[7-11]。該軟件主要用于數(shù)據(jù)庫建立、礦山三維建模和礦體的三維可視化，而在基礎(chǔ)地質(zhì)勘查項(xiàng)目中的應(yīng)用成果相對(duì)較少。

近年來，在地質(zhì)勘查領(lǐng)域，AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件得到了普及和推廣，同時(shí)，Mapgis軟件、Surfer軟件等專業(yè)軟件的開發(fā)和應(yīng)用也受到重視，從而推動(dòng)了軟件工具的快速發(fā)展。作為專業(yè)的制圖軟件，它們是先進(jìn)且具備可操作性的，但是都局限于二維空間。在深部礦產(chǎn)資源的勘探中，人們常常需要分析和預(yù)測(cè)礦體或成礦巖體在空間的展布特征，將取得的地質(zhì)、物探成果數(shù)據(jù)置于真實(shí)的三維空間立體顯示來綜合分析異常體的大小及分布情況、鉆孔數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析等，這就需要將現(xiàn)有的二維資料都實(shí)現(xiàn)三維可視化，最大限度地提高資料的利用率。

3DMine軟件通過空間三維模型的建立，工程模型和勘探數(shù)據(jù)庫的顯示，以及多層次的數(shù)據(jù)疊加，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切制平面、剖面界線、地形線，自動(dòng)疊加坐標(biāo)網(wǎng)格和圖簽圖例，保障制圖工作的高效性和準(zhǔn)確性，這是二維軟件所不能做到的。

本文將結(jié)合實(shí)際工作，重點(diǎn)介紹3DMine軟件在地質(zhì)勘查項(xiàng)目中的一些應(yīng)用。

3 3DMine軟件在地質(zhì)勘查工作中的一些應(yīng)用

3.1 三維表面模型的建立和應(yīng)用

近年來，在省級(jí)自然資源廳地質(zhì)勘查項(xiàng)目中所用的地形圖基本的都是收集的Mapgis圖件(圖1)，基本上都帶有高程屬性。以山西省渾源縣某工區(qū)的部分地形線為例，為了更直觀地讓野外工作人員提前了解工區(qū)的地形起伏情況，安排好每天的工作量，就需要將地形平面圖轉(zhuǎn)換為三維格式。3Dmine提供了AutoCAD、Mapgis、Surfer等多種軟件的接口，可以很方便地將這些軟件中各種原有的平面圖件導(dǎo)入3Dmine內(nèi)進(jìn)行編輯處理。圖形導(dǎo)入可以直接將二維圖形轉(zhuǎn)換成初始三維表面模型。將地形圖直接導(dǎo)入后，會(huì)發(fā)現(xiàn)高程都為0，每條線只有起始點(diǎn)帶有屬性，需要運(yùn)用工具→屬性數(shù)據(jù)計(jì)算，將帶有高程的屬性列賦值給Z值，數(shù)據(jù)處理方式選擇“復(fù)制始點(diǎn)屬性”就可以將所有等高線賦值成功。這是建立三維表面模型的基礎(chǔ)。通過表面菜單生成表面模型有兩種方式：①直接選擇“生成DTM表面”，再進(jìn)行渲染、添加三維網(wǎng)格、圖例等(圖2)；②選擇“三維面模型”即可生成帶有坐標(biāo)和底面的模型(圖3)。

圖1 某工區(qū)地形

圖2 DTM表面

圖3 三維面模型

在野外勘查中，會(huì)經(jīng)常用到電法、磁法、地震勘探等物探方法，而人文干擾、工業(yè)干擾等都會(huì)對(duì)物探數(shù)據(jù)采集造成干擾。目前衛(wèi)星影像圖分辨率都比較高，明顯的村莊、工廠、風(fēng)機(jī)等因素都可以顯示出來，將衛(wèi)星影像圖貼合到地形表面(圖4)，再進(jìn)行物探工程測(cè)點(diǎn)的部署(圖5、圖6)，可以直觀地看到測(cè)點(diǎn)在野外的分布情況及施工可能遇到的一些困難，為施工人員的野外工作提供便利，同時(shí)技術(shù)人員也會(huì)對(duì)每天的數(shù)據(jù)質(zhì)量把控做到心中有數(shù)。

圖4 衛(wèi)星影像圖與三維面模型的貼合

圖5 物探布點(diǎn)與三維面模型的貼合

圖6 衛(wèi)星影像圖、物探布點(diǎn)、工區(qū)范圍與三維面模型的貼合

3.2 地形線切割

地質(zhì)勘查工作中一項(xiàng)非常重要的工作就是地質(zhì)剖面的實(shí)測(cè)，在野外記錄簿中巖性分層是按照測(cè)點(diǎn)號(hào)來區(qū)分的(圖7)。在后期室內(nèi)成圖時(shí)，一般常用Mapgis軟件先切割地形線，再進(jìn)行巖性分層。但前提是必須先給剖面所經(jīng)過的高程線進(jìn)行賦值，而且切割出來的地形線上不帶測(cè)點(diǎn)號(hào)，無法直接依據(jù)野外記錄簿進(jìn)行地質(zhì)剖面的繪制。由于山西省渾源縣某工區(qū)內(nèi)包含20多條實(shí)測(cè)剖面，涉及面積比較大，如果在Mapgis中繪制地質(zhì)剖面，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。而利用3DMine軟件通過將實(shí)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入，可以快速切割出地形線剖面圖，只需再將地形線進(jìn)行分解即可得到相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)及編號(hào)(圖8)，也可以加上相應(yīng)的坐標(biāo)網(wǎng)格及剖面小平面圖，并且結(jié)果可以完全導(dǎo)入Mapgis中來進(jìn)行后期地質(zhì)內(nèi)容編輯(圖9)，大大縮短了工作時(shí)間，極大地提高了工作效率和準(zhǔn)確率。

圖7 野外記錄簿

圖8 利用3DMine軟件切割的地形線剖面

圖9 導(dǎo)入Mapgis中的地形剖面(右圖為局部放大)

3.3 剖面圖的三維可視化

除了常規(guī)的地質(zhì)工作外，在地質(zhì)找礦與地?zé)豳Y源勘查中，為了避免單一物探方法的局限性，提高勘探精度，在剖面查證中，通常會(huì)選用多種物化探方法來進(jìn)行綜合勘探，所以一個(gè)工區(qū)經(jīng)常會(huì)有多種剖面圖，為了在同一個(gè)空間分析這些剖面成果的關(guān)聯(lián)性及異常的展布情況，就需要將這些平面圖立體顯示。而3DMine軟件具有二維與三維互換的界面，并且可以兼容常用的Mapgis、AutoCAD、Surfer等成圖軟件格式[12,13]，可以更好地實(shí)現(xiàn)剖面圖的三維可視化。

以某工區(qū)的地?zé)豳Y源調(diào)查項(xiàng)目為例，如圖10所示，工區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)了六條剖面，4條黃線為AMT實(shí)測(cè)剖面，2條紫色線為二維地震勘探剖面。AMT剖面圖為Mapgis格式，地震地質(zhì)剖面為AutoCAD格式。從圖11和圖12上可以看出，兩種剖面圖只有深度，在圖的最上方是實(shí)測(cè)點(diǎn)號(hào)，沒有坐標(biāo)信息，而要實(shí)現(xiàn)真三維的立體顯示，必須要有真實(shí)的坐標(biāo)來進(jìn)行校正。此時(shí)，可以利用實(shí)測(cè)點(diǎn)號(hào)切割剖面得到坐標(biāo)信息再進(jìn)行套合(圖13)。為了保密，此處將坐標(biāo)刪去兩位。這樣，就可以在3DMine軟件中通過兩次平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和一次YZ調(diào)換，實(shí)現(xiàn)將剖面圖立體顯示(圖14)。

圖10 工區(qū)測(cè)線布設(shè)

圖11 1線AMT測(cè)量視電阻率反演斷面

圖12 S1線地震地質(zhì)剖面

圖13 1線AMT測(cè)量視電阻率反演斷面圖疊加坐標(biāo)網(wǎng)格

圖14 6條剖面圖的立體顯示

通過剖面圖的立體顯示，可以看到AMT剖面的電性結(jié)構(gòu)在空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從圖15可以看出，四條AMT剖面所反映的電性結(jié)構(gòu)擬合效果比較好，僅在局部地方會(huì)發(fā)現(xiàn)3線與5線在交點(diǎn)處有差別(圖16)。在色標(biāo)一致的情況下，造成這種現(xiàn)象的原因可能與野外實(shí)測(cè)值或者處理方法有關(guān)。在施工過程中，及時(shí)將各種剖面成果進(jìn)行三維可視化，能盡早發(fā)現(xiàn)問題，在野外及時(shí)進(jìn)行糾正，這在施工質(zhì)量方面也起到了一定的監(jiān)督作用。

圖15 AMT聯(lián)合剖面電性結(jié)構(gòu)(精確擬合)

圖16 AMT聯(lián)合剖面電性結(jié)構(gòu)(不擬合)

4 結(jié) 語

經(jīng)過實(shí)踐證明，通過3DMine真三維平臺(tái)可以將地質(zhì)勘查工作中的地質(zhì)、物探等各種平面、剖面圖實(shí)現(xiàn)三維可視化，對(duì)成果的分析與異常的展布情況有直觀的顯示。同時(shí)，在實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖的繪制中也起到了很好的效果，可以大大減少工作量，極大地提高了工作效率。在地勘工作中推廣和應(yīng)用3DMine三維軟件，對(duì)整個(gè)地礦工作具有十分積極的作用。