試析三維地質(zhì)模擬在深部找礦勘探中的應(yīng)用

關(guān) 濤 張敬東 王秀麗

（河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊，河南 鄭州 450000）

國民經(jīng)濟各個行業(yè)的發(fā)展幾乎都離不開礦產(chǎn)資源的支撐，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的消耗也日趨加大，這使得我國的礦產(chǎn)資源的形勢變得十分的緊張，這就使得深部找礦成為一個重要的課題。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，作為新興技術(shù)的三維地質(zhì)模擬在深部找礦中廣泛的使用，對于提高效率、降低成本就有十分明顯的優(yōu)勢，能夠有效地提高找礦工作的成功率，保證我國礦產(chǎn)資源的安全。

1 三維地質(zhì)模擬技術(shù)的產(chǎn)生及作用

二十世紀八十年代，礦床綜合資料表達的模型化理論被提出，該理論的提出給礦床立體模型的研究奠定了基礎(chǔ)，為深部地質(zhì)體的可視化研究提供了參考的依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步地學(xué)三維可視化技術(shù)獲得了很大的發(fā)展，并且在實踐領(lǐng)域取得了較大的成就，這使得該方法體系逐漸走向成熟。隨著以計算機技術(shù)為核心的圖像學(xué)、信息技術(shù)、人工智能的不斷的發(fā)展和進步，這些新興的科學(xué)在地質(zhì)模擬中被吸收和采用，使得地質(zhì)模擬技術(shù)獲得了跨越性的發(fā)展。該技術(shù)是一門綜合性的系統(tǒng)化技術(shù)，設(shè)計到很多交叉學(xué)科的理論以及技術(shù)，具有這些學(xué)科的優(yōu)點，因而在地質(zhì)勘探領(lǐng)域獲得廣泛的使用與推廣。

對深部地質(zhì)特征的準確的把握是保證深度找礦成功實現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)，因為深部的地質(zhì)特征復(fù)雜而多變，在傳統(tǒng)的二維平面圖件重很難進行合理的表達，這就需要建立地質(zhì)信息的三維模型，從而使復(fù)雜的地質(zhì)信息更加的生動形象，可以進行直觀的表達。在深部找礦的過程中，隨著三維地質(zhì)模型的建立和使用，能夠及時的對當?shù)氐牡刭|(zhì)進行建模，能夠?qū)ΦV產(chǎn)的儲量進行迅速的計算，能夠在很大程度上提供找礦的成功率，縮短找礦所需要的時間，降低成本，預(yù)防在勘察過程中可能存在的風(fēng)險，具有十分高的經(jīng)濟效益和社會效益。除此之外，由于地質(zhì)建模技術(shù)能夠?qū)?fù)雜的地質(zhì)問題采用三維的形式進行表達，能夠有效的解決二維平面表達中存在的一些問題，使得地質(zhì)研究更加的直觀和方便，極大的改變傳統(tǒng)的礦產(chǎn)勘探的模式，實現(xiàn)礦產(chǎn)勘探的跨越式發(fā)展，保證我國的礦產(chǎn)供應(yīng)的穩(wěn)定，促進經(jīng)濟發(fā)展。

2 地質(zhì)體建模方法

根據(jù)模擬對象的不同的形態(tài)，礦床三維地質(zhì)模擬分為以下幾種類型：鉆孔的三維模擬、地質(zhì)實體的三維模擬等。

2.1 鉆孔的三維模擬

以鉆孔數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，在三維空間中建立唯一的坐標，并進行相應(yīng)的顯示，從而為礦產(chǎn)的儲量計算提供依據(jù)，這就是鉆孔三維模擬的主要內(nèi)容。在鉆孔三維模擬中，鉆孔數(shù)據(jù)庫具有十分重要的作用，應(yīng)該包括：井口表、測斜表、樣品表以及巖性分層等四個表的內(nèi)容。利用公共鉆孔編號對這四張表格進行連接，此外，根據(jù)實際情況的需要，可以適當增加其它的字段。依據(jù)相應(yīng)的格式標準對收集的鉆孔數(shù)據(jù)進行整理，然后入庫，這樣鉆孔的三維模型就可以建立起來，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對各個鉆孔進行相應(yīng)的設(shè)置，進而顯示巖性及分層等信息。

2.2 地層、巖漿巖的三維模擬

地層、巖漿巖模型可通過實體建模實現(xiàn)。實體模型具有完整的實體拓撲結(jié)構(gòu)和幾何信息，對比起其他模型具有許多的優(yōu)點，如能自動進行邊界檢測，不會出現(xiàn)裂縫或其他不完整信息，能進行多種屬性的計算，如體積、面積、重心等，能進行自動進行結(jié)構(gòu)分析，如有限元分析等等。

2.3 斷層的三維模擬

斷層模型對于地質(zhì)勘探、生產(chǎn)和科學(xué)研究都具有重要意義。由于斷層需結(jié)合地質(zhì)工程師剖面解譯的成果，因此為了能夠跟準確地表達斷層的延伸方向、空間位置等信息，本文采用經(jīng)過矢量化空間配準轉(zhuǎn)換的斷層線串對斷層模型進行建模。需要注明的是：由于部分斷層未在勘探線地質(zhì)剖面圖中體現(xiàn)，只能從區(qū)域地質(zhì)圖中獲取其平面延伸范圍，從而無法獲取地表下的延展方向，因此為了表達斷層的存在，本文采用垂直斷面的方法對其進行建模。

2.4 礦體的三維模擬

礦體模型的構(gòu)建可以準確的掌握礦體的幾何空間形態(tài)，分析礦體的產(chǎn)出位置，并可以通過礦體模型獲取空間任意位置的礦體剖面信息。更為重要的是，礦體模型可以為后期的儲量計算提供重要依據(jù)，約束估值的空間范圍，從而準確計算出礦體的體積、噸位、品位和儲量。

礦體模型是一個封閉的具有體積屬性的三維模型。礦體形態(tài)復(fù)雜多樣，一般通過將各個剖面的礦體解譯線相連的方法來構(gòu)建。理想情況下，相鄰剖面之間的礦體幾何形態(tài)上相似，通過Surpac軟件即可自動將其連接并構(gòu)建實體。然而礦體的空間賦存形態(tài)常很不規(guī)則，剖面間的解譯線段常會出現(xiàn)分叉合并，邊緣具有鋸齒狀邊角，同時礦體可能受到脈巖或斷層影響，所以建立礦體模型不僅需要地質(zhì)工作者耐心的解讀，還需要靈活運用三維面的連接方式和技巧。

通常情況下，礦體模型的建立需要通過以下三個步驟：第一，在三維環(huán)境下，根據(jù)鉆孔實際空間位置，對各個剖面的各個礦體的邊界進行精準解譯。第二，對任一礦體，將各個剖面的解譯線段相連成實體。第三，實體有效性檢驗，對于建立好的實體模型進行檢查修正。

3 儲量估算

礦床的資源/儲量估算是在已建立的礦體實體模型的基礎(chǔ)上，對樣品進行統(tǒng)計分析，根據(jù)實體模型可劃分一定長、寬、高的“塊”，再對礦體內(nèi)部的各個“塊”進行估值得到的。

為了使各礦體的儲量計算結(jié)果可以依據(jù)各種地質(zhì)可靠程度進行分類統(tǒng)計，可根據(jù)地質(zhì)工程師確定的地質(zhì)可靠程度范圍，以鉛垂面的方式在三維空間中分別建立各礦體不同可靠性塊段的塊體約束模型，在對各個礦體內(nèi)部的塊模型估值結(jié)束后，只要通過與礦體約束模型進行“與”運算即可以得到各地質(zhì)可靠程度范圍內(nèi)的儲量。

結(jié)論

隨著我國礦產(chǎn)勘探的不斷深入的發(fā)展，在實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，隨著三維地質(zhì)模擬技術(shù)的發(fā)展和不斷的走向成熟，極大的促進了深部找礦工作的發(fā)展，提高了找礦的效率以及成功性，降低了找礦的成本，能夠有效的保證我國的礦產(chǎn)資源的供應(yīng)，保證國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，因此值得進行深入的研究和大面積的推廣該技術(shù)。同時也為下一步的礦山開采設(shè)計、礦床經(jīng)濟評價提供精確的數(shù)字模型，為深部找礦、勘探和礦床開采提供了新的科學(xué)方法和強大的技術(shù)支持。

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