（中陜核工業(yè)集團(tuán)二一一大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710024）

一直以來(lái)，地質(zhì)資料成果的表現(xiàn)與解釋都是基于二維空間的，它的本質(zhì)就是將實(shí)際地下三維地質(zhì)空間中的地質(zhì)特征和現(xiàn)象投影到某個(gè)平面上展示，這種表達(dá)方式描述三維空間中真實(shí)地下地質(zhì)構(gòu)造事并不直觀，而且往往無(wú)法揭露整個(gè)空間的變化規(guī)律，很難使地質(zhì)技術(shù)人員完整、直接地解釋和理解地下各種地質(zhì)情況，在目前日趨復(fù)雜的地勘找礦工作中，已經(jīng)難以滿足其分析預(yù)測(cè)、工程設(shè)計(jì)部署等需求。各類新型勘探技術(shù)的運(yùn)用，例如三維地震勘探、地質(zhì)雷達(dá)、深部地化剖面等，致使各種地質(zhì)物探資料迅速增長(zhǎng)，地質(zhì)人員更需要利用新的方法來(lái)綜合利用這些數(shù)據(jù)。面對(duì)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，如何利用其來(lái)推斷區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律，地質(zhì)工作者會(huì)感到很難分析，傳統(tǒng)的工作方法大多用平面圖件來(lái)反映地質(zhì)信息，而如今則更希望利用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)顯示這些信息在地下三維地質(zhì)空間中的分布規(guī)律。三維地質(zhì)建模的技術(shù)理論和軟件技術(shù)日益成熟，同時(shí)三維地質(zhì)建模軟件也已經(jīng)大量推出，如法國(guó)南錫法學(xué)研發(fā)的GOCAD軟件，澳大利亞的Encom公司的Discovery PA軟件，國(guó)內(nèi)的3D mine軟件等等，這一類軟件目前已經(jīng)在石油勘探、礦產(chǎn)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)、礦產(chǎn)開(kāi)采、地質(zhì)巖土工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但目前地質(zhì)勘查找礦階段，尤其是找礦預(yù)測(cè)中還應(yīng)用得較少。

1 地質(zhì)勘探中三維地質(zhì)建模方法理論

在地質(zhì)找礦勘探中，地質(zhì)體的三維模擬一般要根據(jù)具體的地質(zhì)體來(lái)定，由于地質(zhì)體的復(fù)雜性，一般要使用集中方法綜合建模，達(dá)到真實(shí)體現(xiàn)地質(zhì)體的三維形態(tài)的效果?；阢@孔信息的建模方法是較為常用的方法，對(duì)沒(méi)有斷層的層狀地質(zhì)體的模擬具有很好的效果，但鉆孔數(shù)據(jù)不多，也有利用三棱柱的建模方法可以解決具有簡(jiǎn)單斷層的地質(zhì)體三維建模問(wèn)題。但礦體或地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，就很難保證數(shù)據(jù)的一致性；近年來(lái)，利用貝塞爾函數(shù)實(shí)現(xiàn)的曲面建模方法，能很好的解決地質(zhì)體的表面建模，通過(guò)曲面建模，然后利用實(shí)體建模方法構(gòu)建地質(zhì)體的實(shí)體模型，就可以解決復(fù)雜地質(zhì)體的模擬。

2 三維地質(zhì)建模在地勘找礦應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

（1）建立三維空間下的鉆孔信息數(shù)據(jù)庫(kù)。鉆孔是在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中，獲取地下地質(zhì)信息為地質(zhì)和礦產(chǎn)資源參數(shù)做出可靠評(píng)價(jià)的重要方法，通過(guò)鉆孔中不同深度取得的巖心、礦樣進(jìn)行取樣分析可以獲取可信的礦體、巖層分布情況。鉆孔巖心數(shù)據(jù)包括了三維地質(zhì)建模中所需要的到的很大部分信息。這些數(shù)據(jù)信息反映了巖層的原始狀況，是對(duì)地下巖層的模擬分析，可視化表達(dá)的主要數(shù)據(jù)。因此，收集地質(zhì)找礦中的各類鉆孔數(shù)據(jù)信息是進(jìn)行三維地質(zhì)建模的重要步驟。目前由于取得鉆孔數(shù)據(jù)的成本相對(duì)較高，而且在一定范圍內(nèi)的工作區(qū)內(nèi)大多只能取得有限的鉆孔數(shù)數(shù)據(jù)，必須最大程度利用好這些數(shù)據(jù)所含的各類信息，在一定范圍內(nèi)結(jié)合工區(qū)內(nèi)的地質(zhì)規(guī)律和地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能完成構(gòu)建比較符合實(shí)際情況的三維地層模型。將地質(zhì)剖面圖結(jié)合鉆孔資料加入三維地質(zhì)建模中，也可在三維地質(zhì)建模過(guò)程中根據(jù)相鄰鉆孔按照地質(zhì)推斷規(guī)范原則重新繪制新的地質(zhì)剖面圖，最后將這些地質(zhì)剖面圖與鉆孔資料組合在一起進(jìn)行綜合建模，由此將極大地提高三維地質(zhì)模型的豐富度和可信度。

（2）三維地質(zhì)模型拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)分析。從地質(zhì)構(gòu)造方面來(lái)看，拓?fù)潢P(guān)系表現(xiàn)了地質(zhì)對(duì)象間相互關(guān)聯(lián)情況，這些拓?fù)湫畔说刭|(zhì)層位間上覆、交疊等的地層構(gòu)造關(guān)系與地質(zhì)體的位置空間關(guān)系。拓?fù)湟部梢岳斫鉃閷?duì)所有這類地質(zhì)體關(guān)系進(jìn)行儲(chǔ)存的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[1]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，例如多層地層，上層巖層的底界面和與它相鄰的下層巖層的頂界面是上下巖層這兩個(gè)地質(zhì)實(shí)體的公用邊界，它們間的拓?fù)潢P(guān)系則是相鄰和同一的關(guān)系，在存儲(chǔ)此拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)可以融合上層巖層的底界面和其相鄰的下層巖層的頂界面，也就是把上下巖層邊界的曲面保存為一個(gè)地層曲面，由此必將在一定程度上減少拓?fù)鋽?shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。地質(zhì)模型系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是描述地質(zhì)對(duì)象之間關(guān)系所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

（3）三維地質(zhì)模型轉(zhuǎn)換真實(shí)折剖面技術(shù)。在一個(gè)勘探剖面中，由于鉆孔會(huì)發(fā)生傾斜，存在某個(gè)鉆孔或者某幾個(gè)鉆孔偏離勘探線比較遠(yuǎn)的情況。平剖面數(shù)據(jù)是在一個(gè)勘探線平面上的數(shù)據(jù)，和鉆探數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的實(shí)際地下地質(zhì)信息之間往往會(huì)存在某種誤差，這類誤差在較多情況下，會(huì)對(duì)三維地質(zhì)建模的可靠性產(chǎn)生較大影響。通過(guò)平剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換到三維真實(shí)折剖面的技術(shù)，也是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。要把鉆孔控制下的平剖面轉(zhuǎn)換成真實(shí)剖面；首先利用鉆孔的井口坐標(biāo)及測(cè)斜信息生成鉆孔的三維空間分布情況圖；然后對(duì)不同類型的平剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由二維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維空間數(shù)據(jù)；同時(shí)將平剖面數(shù)據(jù)中的有鉆孔信息控制的部分，沿著鉆孔位置軌跡進(jìn)行投影，使平剖面上這一部分信息與實(shí)際鉆孔的位置信息在三維空間中能夠吻合；最后針對(duì)平剖面上需要外擴(kuò)推斷的部分進(jìn)行整合處理，一方面是統(tǒng)一校準(zhǔn)到勘探線上，另一方面是校準(zhǔn)到外側(cè)相鄰鉆孔的延長(zhǎng)線上。

（4）地層礦層一體化建模技術(shù)。主要是地層礦體剖面數(shù)據(jù)的統(tǒng)一離散化處理以及地下礦體地層拓?fù)湫畔⒔Y(jié)構(gòu)兩種方法，地層剖面數(shù)據(jù)的統(tǒng)一離散化處理，是通過(guò)按地質(zhì)剖面次序進(jìn)行模擬掃描，將剖面數(shù)據(jù)的地層礦層信息同時(shí)轉(zhuǎn)換成垂直的類似與鉆孔取樣分析的形式；地層與地層之間與其內(nèi)部，在空間上的交錯(cuò)、包含關(guān)系通過(guò)相對(duì)直觀的角度得到表達(dá)和處理。這套建模流程最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，相應(yīng)所建模的地下三維地層礦體模型，在各個(gè)信息節(jié)點(diǎn)上基本都有相應(yīng)的鉆孔樣品數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。由此推廣到其他各類地質(zhì)體的表述，特別是對(duì)于侵入巖體、斷層、褶皺等特殊地質(zhì)現(xiàn)象的建模，都可以通過(guò)地層礦層一體化建模技術(shù)解決。

3 應(yīng)用實(shí)例

陜西鳳北某地區(qū)金礦，工作區(qū)金礦化帶主要分布在上元古界的羅漢寺群的碎屑巖段中，產(chǎn)于荊梢灣背形兩翼與軸向近似平行的構(gòu)造擠壓片理化帶、破碎帶中，主要蝕變?yōu)閺?qiáng)硅化、綠泥石化、絹云母化、微細(xì)粒侵染狀黃鐵礦化及褐鐵礦化等。通過(guò)鉆孔工程的控制，主要在區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)近似平行的3條北西西向金礦化蝕變帶。以Encom Discover PA軟件為工作平臺(tái)，再收集整理地質(zhì)資料、地球物理資料、鉆孔、地形測(cè)繪資料的基礎(chǔ)上，依據(jù)“點(diǎn)-線-面-體”的思路，通過(guò)合理的解釋形成剖面，進(jìn)而三維可視化表達(dá)，構(gòu)建出三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，模型應(yīng)該直觀地展現(xiàn)出地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性和礦體的空間分布形態(tài)和空間關(guān)系，輔助圈定深部找礦靶區(qū)，提出合理的勘查意見(jiàn)。

首先，通過(guò)將整理好以后的礦區(qū)鉆孔等數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入井口坐標(biāo)信息表、井斜、樣品分析表和化驗(yàn)表中，構(gòu)成礦區(qū)鉆孔信息數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。由此建立最主要的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，地勘技術(shù)人員還可以加入其他相應(yīng)的勘探資料如測(cè)繪信息、剖面信息、物探、化探等資料信息導(dǎo)入三維建模數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行綜合管理和利用，還可以用三維空間的方式顯示鉆孔的數(shù)據(jù)、沿任意位置角度切制剖面、形成剖面文件或線文件，利用綜合三維地質(zhì)建模平臺(tái)將各類地質(zhì)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地在三維計(jì)算機(jī)圖形中進(jìn)行表現(xiàn)，直接、快捷地展示各種勘探工作數(shù)據(jù)的地下空間位置關(guān)系、分析數(shù)值和對(duì)應(yīng)的形態(tài)關(guān)系，如此就可以進(jìn)行三維地質(zhì)勘探工作的合理性評(píng)價(jià)與工程效果驗(yàn)證，對(duì)地質(zhì)勘查找礦分析預(yù)測(cè)形成可靠地的地質(zhì)模型。

在礦體圈定與外推的過(guò)程中，還可以對(duì)礦體圈定按地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，將取得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息再反饋給地質(zhì)人員，修正錯(cuò)誤，確保圈定的礦體礦段與直接工程的一致性。

最終建立的三維地質(zhì)礦體模型如圖1所示，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析認(rèn)為，該金礦床礦體深部仍有延伸，且有隱伏礦體存在，在后續(xù)勘查工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)南部、西南部覆蓋區(qū)及深部礦體的勘查。有了現(xiàn)成的礦體模型，能夠快速實(shí)現(xiàn)任意方向的礦體剖面的切割。通過(guò)切割繪制的二維剖面與礦體界線，能夠驗(yàn)證三維地質(zhì)與礦體模型的構(gòu)建是否恰當(dāng)，通過(guò)在三維地質(zhì)建模中產(chǎn)生的各類信息反饋，不斷驗(yàn)證礦體連接和三維模型構(gòu)建的合理性，不斷改進(jìn)優(yōu)化，最終為地質(zhì)、物探等人員，提供良好的基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)，為下一步找礦預(yù)測(cè)提供了可靠的三維地質(zhì)模型。

4 小結(jié)

通過(guò)收集整理礦區(qū)已有的資料，建立了礦區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、地表模型、礦體模型等，完成了礦體三維地質(zhì)建模，實(shí)時(shí)展現(xiàn)地質(zhì)找礦工作中的成果，較少、縮短了不同專業(yè)技術(shù)人員的溝通時(shí)間，加快了項(xiàng)目工作進(jìn)程，為后續(xù)地質(zhì)勘查工作的設(shè)計(jì)提供了良好的數(shù)據(jù)支撐。