Micromine三維地質建模及其地質意義

李延峰，許逢明，陳 壯，韓 釗，劉 闖

1.吉林省地質調查院，吉林 長春 130061；2.沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110034

在礦產勘查和礦床研究過程中，由于礦體產出部位地質結構往往比較復雜，使得礦體數據分析及礦床形態理解十分困難。以往工作過程中，其效率較低且容易出錯,為此，人們開發了三維地質建模及可視化系統——Micromine 大型專用礦業軟件，它在實現地質相關數據一體化組織和管理的基礎上,結合GIS 和計算機圖形圖像可視化技術,對地質體（地層、斷層、褶皺、礦體等） 及屬性分布情況進行三維模型構建和直觀展示,使得地質研究人員可在三維環境下構建和解譯地層、礦體等復雜地質體形態。利用多元數據三維一體化顯示技術,對礦床地質特征、礦體空間分布特征進行直觀分析,從而提高礦產資源勘查過程中的找礦預測和分析判斷能力。

1 三維地質建模

三維地質建模分為結構建模和屬性建模兩大類。所謂結構建模是指建立礦體及周邊地層三維模型的過程，而屬性建模則是基于品位分析結果對礦體品位三維空間分布狀況進行模擬。針對某銅礦矽卡巖型礦床成因模式，為了查明礦體、巖體、地層和圍巖的空間分布特征，本次研究采用勘探剖面和中段剖面交互驗證的方法進行結構建模。

在結構建模過程中，利用層界面深度插值方法推測剖面間區域的三維地質情況。能較好反映復雜地質結構信息，并且符合地質人員傳統思路，從而更加直觀方便。

結合已處理過的圖件，按照礦體的形態、走向、傾向和空間分布特征確定建模的范圍和基本參數。模型為正南北向，模型經度范圍：X：39 492 700～39 495 400 m； 緯 度 范 圍：Y∶3 389 800～3 391 260 m； 高 程：H∶150～1 000 m, 總 體 積4 533 300 000 m3。三維建模技術步驟見圖1。

2 建立三維地形模型

三維礦山模型中地形模型對于露采礦山的重要作用是不言而喻的；對于地采礦山也同樣重要,根據地形數據文件（現已完成高程數據的數字化工作）形成數字地形模型（DTM） （見圖2）。常用的方法有基于數據內插的Grid 模型和采樣點TIN 模型。

在Micromine 三維平臺下，把前期預處理過的中段平面圖和儲量估算剖面圖DXF 格式導入到Micromine 系統里面。數據類型設置為線類型。點擊視圖管理器―線文件，輸入導入到Micromine 里面的各類平面圖和剖面圖，在主界面顯示出來。

圖1 三維建模技術步驟Fig.1 Technical steps of 3D modeling

圖2 某銅礦DTM模型Fig.2 DTM model of certain copper mine

以建立某銅礦南陵湖組T1n 地層三維模型為例，簡述其三維地質模型的建立。首先新建一個線文件（T1n.STR），把每個剖面都有T1n 的線文件，重新矢量化，保證其為封閉的多邊形，把這些多邊形線文件都復制到T1n.STR 圖層里面，關閉其他圖層，主界面只保留T1n.STR 圖層（圖3）。其次采用線框構模法（王李管，1998）來建立礦體三維模型。線框構模法是一種表面構模技術,即把面上的點用直線連接起來,形成一系列多邊形,然后將這些多邊形拼接起來,形成一個多邊形網格,以此模擬礦體邊界和空間形態，形成礦體的三維線框模型。

新建一個線框文件（巖體.frame），把巖體.STR 線文件里面的封閉多邊形逐個剖面連接起來（圖4），每連接一次都要進行線框檢驗，有些剖面間封閉多邊形之間不是很對應，需要添加輔助線，先將輔助線連接兩線串上對應的點,進而產生三角面,這樣會優先考慮輔助線為三角形的一邊進行連接（圖5）。兩端根據實際情況封閉到面或封閉到點、線，形成一個實體線框（圖6）。

按上述步驟對巖體、斷裂、礦體、其他地層、閃長巖體與礦體的關系、巖體、南陵湖組T1n 地層與礦體關系、F1 斷層錯段1、2 號礦體以及中上三疊統地層與礦體關系分別進行了三維實體建模。

3 礦床三維實體模型地質意義

圖3 南陵湖組T1n.STR模型Fig.3 T1n.STR model of Nanlinghu Group

圖4 T1n線框模型連剖面Fig.4 T1n Wire frame model connected to prof iles

圖5 T1n線框模型添加輔助線（紅線）Fig.5 T1n Wire frame model with auxiliary lines (red lines)

通過micromine 軟件對XX 銅礦三維實體建模，在三維可視化環境下對礦體的形態、產狀以及礦體與圍巖，斷裂的關系有了清楚的認識，對礦區整體的構造格架也有了明確的把握（圖7）。

為此可以得出以下幾點認識：

（1）巖體模擬的為月山巖體東枝的一部分，比較顯著的特點出現了兩個比較明顯的隱伏巖隆，1號礦體產在1 號隱伏巖隆的南側，與T1n 的接觸帶上，2 號隱伏巖隆周圍卻沒發現礦體，相視的部位卻沒有相同的礦體出現，可能1 號巖隆有特殊的成礦機制或者與2 號巖隆巖漿巖不是同一期巖漿。

（2）礦體三維形態模擬圖上，可明顯看出礦體總體向東偏北傾，礦化分帶現象比較明顯：垂向上，上部相對富集磁鐵礦、含銅磁鐵礦，下部相對富集含銅矽卡巖；水平上，由靠近大理巖一側到閃長巖，依次為磁鐵礦―含銅磁鐵礦―含銅矽卡巖—含銅閃長巖。

圖6 T1n實體模型Fig.6 T1n entity model

圖7 某銅礦三維全貌圖Fig.7 3D panorama of certain copper mine

（3）斷層三維實體圖上，F1 斷層為左形正斷層，垂直斷距約250 m,水平斷距約180～600 m中段上部較陡，下部相對較緩，整體向西南傾，斷層為一明顯的成礦后斷裂，對礦體破壞作用較為強烈。

（4）T1n 地層整體上由于F1 斷層的錯動，表現為向西北傾入的舌狀體。地層整體形態表現為一倒轉背斜（東馬鞍山倒轉背斜），三維模型顯示的為其正常翼，倒轉翼已被巖漿所侵蝕。正常翼總體向北東傾，越往深部傾角約大，靠近巖體近于直立，1 號隱伏巖隆剛好位于其下方，形成典型的屏蔽構造，對1 號礦體的成礦流體起了明顯的屏蔽作用。

[1] 吳健生，朱谷昌，曾新平，等. 三維GIS技術在固體礦產勘探和開發中的研究與應用[J]. 地質與勘探，2004，40(1):68-72.

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