基于3DMine的鄒家山鈾礦床3#礦帶三維模型構建*

周　鄧　姜勇彪

(東華理工大學地球科學學院)

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基于3DMine的鄒家山鈾礦床3#礦帶三維模型構建*

周鄧姜勇彪

(東華理工大學地球科學學院)

三維可視化建模技術是實現礦山信息化的重要手段之一。在前人研究成果的基礎上，基于建模理論，以鉆孔、勘探線剖面、采掘平面圖等資料為依據，通過3DMine軟件平臺對鄒家山鈾礦床3#礦帶的地表、礦體、巷道和地質構造進行了三維模型構建，并詳細分析了各類三維模型的構建方法，對于采掘進工藝的優(yōu)化選擇有一定的參考價值，對于確保礦山安全生產以及提高資源開發(fā)利用的效率也有一定的借鑒意義。

三維可視化建模3DMine空間展布特征采掘工藝

三維可視化建模技術起源于20世紀70年代初，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，該技術在礦產資源開發(fā)利用方面得到了廣泛應用[1]。鄒家山鈾礦位于近NE向的贛杭火山巖型鈾成礦帶西南端，具備較好的成礦地質背景，該礦具有50余a的開采歷史，在此期間積累了大量的鉆孔、勘探線剖面、采掘平面圖等資料，大量學者先后對其成礦物質來源[2]、流體包裹體[3-4]、礦床地質特征[5]、控礦因素[6]等進行了較深入的研究，但對該礦區(qū)三維可視化建模的研究相對缺乏。本研究基于研究區(qū)內的礦體分布情況和構造特征，以鉆孔、勘探線剖面、采掘平面圖等資料為依據，借助3DMine軟件平臺對鄒家山鈾礦床3#礦帶進行三維模型(主要包括地面DTM、礦體模型、井巷模型以及構造模型等)構建，為該礦山資源開發(fā)和生產管理提供參考。

1　區(qū)域地質概況

鄒家山鈾礦床位于贛中地區(qū)相山火山盆地西北部，揚子板塊與華南板塊兩大地質構造單元縫合線南部，介于NE向遂川—德興斷裂和近SN向鷹潭—安遠斷裂之間[7]。該礦床屬熱液脈型鈾礦床，具有儲量大、品位高等特點，在國內火山巖型鈾礦領域占有重要地位。該區(qū)域地層特征較簡單，基底為青白口系變質巖，蓋層主要由白堊系打鼓頂組、鵝湖嶺組巖石構成，打鼓頂組巖性主要為砂巖、流紋英安巖等；鵝湖嶺組巖性主要為凝灰?guī)r、碎斑熔巖等。礦體一般賦存于流紋英安巖、碎斑熔巖和次火山巖中，受鄒家山—石洞斷裂構造裂隙帶的控制，呈脈狀、網脈狀分布，局部可呈侵染狀分布[8-9]。

2　3#礦帶三維模型構建

2.1技術路線

3DMine可視化建模軟件具有較強的三維可視化功能，在建模過程當中，可直接兼容AutoCAD、MapGIS、Datamine等多款軟件的數據格式，其數據庫的建立可直接通過導入Excel數據源的方法實現，也可直接將矢量化的線文件轉換為Excel數據文件，對于提高建模效率較有效[10-12]。本研究基于鉆孔數據、勘探線剖面、采掘平面圖等地質資料，利用 3DMine軟件進行三維可視化建模研究，技術路線如圖1所示。

圖1　技術路線

2.2模型構建2.2.1地表DTM生成

DTM(Digitalterrainmode)即數字地形模型，是1個可表示地形分布特征的數組，是一種可直觀描述空間位置特征和地形屬性特征的三維表現形式，主要通過已知的坐標信息(X，Y，Z)以離散分布點對連續(xù)的地面進行模擬顯示[13]。

2.2.1.1等高線賦Z值

首先將相山火山盆地的等高線矢量文件導入3DMine軟件，利用裁剪功能對線文件進行裁剪，選定建模區(qū)域，并檢查校對等高線是否存在間斷，是否存在冗余線或釘子角等邏輯錯誤，并進行相應的修正處理；然后選擇“工具/線賦高程/賦Z值”或“工具/線賦高程/等值線賦高程”對所有等高線進行賦值，賦值完畢后，對所有的等高線數據進行再次校對，確保其準確性。

2.2.1.2DTM表面生成及展示

等高線Z值賦值完畢后，可在軟件中選擇“表面/生成DTM表面”，即可生成該地區(qū)的地表模型。然而自動生成的模型是由不規(guī)則三角網組成的，因此在模型的邊界會出現冗余的三角網，對此，可選擇“實體/編輯三角網/刪除選擇框內的三角片”或“實體/編輯三角網/刪除與橡皮線相交的三角片”對模型進行修正處理，使其更加貼近實際。為使生成的圖形更加美觀，需對三角網的顯示參數進行設定。本研究選取的著色方案為“Rainbow”，渲染方式為“光滑渲染”，選擇插入圖例后在工具欄中選取“Gouraud渲染”，便可生成更具視覺觀賞性的模型(圖2)。

圖2　DTM表面模型

2.2.2數據庫構建及三維展示

地質數據庫是構建三維體模型的基礎，因此在建立地質數據庫的同時，須確保其原始資料的完整性和準確性。地質數據資料主要來源于鉆探、坑探、槽探、物探、化探等方式[14]。本研究主要在鉆探的基礎上獲取鉆孔資料，基于鉆孔和勘探線剖面及其他輔助數據資料進行地質體建模。

2.2.2.1鉆孔數據庫構建

鉆孔數據庫一般由定位表、巖性表、測斜表、礦化表等一系列表文件組成。定位表表示定位鉆孔的位置信息，包括鉆孔編號、鉆孔坐標(X，Y，Z)、鉆孔深度等；巖性表表示鉆孔的巖性信息，包括鉆孔編號、深度自、深度至、巖性和巖性代號等；測斜表描述鉆孔的空間展布特征，包括鉆孔編號、深度、傾角和方位角等；礦化表反映礦體的品位信息，包括鉆孔編號、深度自、深度至、品位等。本研究鉆孔數據庫構建的步驟：①新建鉆孔數據庫，選擇“鉆孔/新建數據庫”，輸入數據庫名稱即可完成新建；②在數據庫中增加表文件，數據庫中默認有定位表和測斜表，需手動添加巖性表和礦化表；③設置表文件的內在屬性，對于定位表和測斜表，軟件已自動為之設置了字段名稱、類型、長度和精度，巖性表、礦化表可適當增加字段，本研究根據研究區(qū)建模需要在巖性表中增加了巖性、巖性代號、厚度等3個字段，字段類型設置為文本類型，在礦化表中增加礦石厚度、品位等2個字段，字段類型分別設置為雙精度數字；④將Excel數據源文件通過導入文本導入Excel軟件或通過剪貼板依次導入鉆孔數據庫，若軟件提示導入錯誤，則需對數據源進行校對并及時修正，確保數據庫準確無誤。

2.2.2.2數據庫三維展示

打開鉆孔數據庫，依次對軌跡、鉆孔、圖案、文字、顯示風格等信息進行設定，其中顯示風格的設置對于三維體模型的構建具有重要意義。本研究對顯示風格的設定主要有：①為區(qū)分巖性，將巖性表中巖性的顯示顏色進行了設定，依次對凝灰質粉砂巖、流紋英安巖、含變質角礫碎斑熔巖、碎斑熔巖及第四系選取了不同顏色；②為便于下一步選擇礦體，對礦化表中品位的顯示顏色進行了設定，品位自0.01%～1.87%均設置為紅色。在鉆孔顯示的頁面添加地表DTM后，若部分鉆孔的開孔位置高于或低于地表DTM，則需調整數據庫中鉆孔的高程值，使其與地表DTM相一致，調整后的效果見圖3。

圖3　鉆孔數據庫與地表DTM展示

2.2.3礦體模型構建與展示

礦體模型的構建是整個三維建模工作的核心部分，不僅可在三維空間內展現礦體的空間分布特征，也可為計算機輔助采礦設計、生產管理、儲量計算提供數據支持[15]。

2.2.3.1確定礦體品位分布

首先對品位曲線中的表名稱、字段、位置、類型、顏色等參數進行設置，其中表名稱設置為礦化表，字段設置為品位，位置設置為右端顯示，類型設置為方框，顏色設置為黃色。為準確把握礦體的分布情況，本研究嚴格按照《鈾礦地質勘查規(guī)范》(DZ/T2 1999—2002)設定參數，選擇“鉆孔/組合樣品/按圈礦指標組合”，將圈礦品位指標設置為“≥0.05”，最小可采厚度設置為0.7m，夾石剔除厚度設置為0.7m，確定正確無誤后選擇“RBC”，即可顯示描述值，為礦體的圈定工作奠定基礎。

2.2.3.2礦體輪廓圈定

3DMine軟件具有切制剖面的功能，可將一定容差范圍內的鉆孔投影至當前剖面。首先將圖形窗口的三維模型轉換至XY平面；然后點擊工具欄中的“”按鈕，沿勘探線方向即可切割剖面；最后在品位分布的基礎上根據地質規(guī)律和建模原則對礦體進行圈定。具體圈連方法：①對于研究區(qū)同一勘探線上多個相鄰且含礦的鉆孔，若礦體賦存的位置相互對應且符合地質規(guī)律，可將其連接成為同一個礦體；②對于研究區(qū)同一勘探線上多個不相鄰且含礦的鉆孔，可按照相應勘查工程間距的1/2尖滅礦體。

2.2.3.3礦體模型構建

礦體輪廓圈定完畢后，將各勘探線中圈定的礦體輪廓線置于三維狀態(tài)下，利用“實體/連接三角網/閉合線內連接三角網”功能構建礦體面模型。對于相鄰勘探線而言，若賦存礦體的位置相互對應且符合地質規(guī)律，可利用“實體/連接三角網/閉合線間連接三角網”功能構建礦體模型；若賦存礦體的位置不對應或不符合地質規(guī)律，則需將礦體外推、尖滅。選擇“實體/連接三角網/擴展外推線體”，按照勘探線工程間距的1/2楔形外推或1/4平行外推(圖4)。

圖4　礦體模型

2.2.3.4實體模型驗證

礦體模型構建完畢后，需對其進行驗證，檢查是否存在邏輯錯誤(如自相交三角形、無效三角形、開放邊線等)，在此基礎上通過實體編輯完善模型，使其最終通過驗證。

2.2.4巷道三維模型構建與展示

巷道三維模型可較為直觀地展示巷道間的空間分布關系，可對采礦設計、生產管理等工作提供依據。根據巷道長軸線與水平面的三維空間關系，可劃分為直立、水平和傾斜巷道3類。

2.2.4.1水平巷道建模

對于所有水平巷道而言，均可對其中心線賦以高程值，由中心線直接生成巷道模型，但通過該方法構建的巷道模型是獨立且封閉的，可通過布爾運算將所有相互連接的水平巷道相互貫通，使其貼近實際[16]。巷道中心線賦以高程值后，也可首先將中心線生成腰線，然后通過腰線構建巷道模型，該方法優(yōu)點在于各巷道的交匯處是相互貫通的。本研究具體建模步驟：收集了標高為-10、30、70、110、150m的采掘平面圖，在此基礎上首先分別繪制巷道中心線，并將該類線文件依次導入建模軟件，利用“線賦高程”功能分別對其進行賦值處理；然后利用“地下/巷道模型/由中線生成腰線”功能將中心線生成腰線，通過腰線構建巷道模型。

2.2.4.2直立、傾斜巷道建模

直立巷道即長軸線與水平面方向相互垂直的巷道，如主井、副井、風井、盲立井等。傾斜巷道即長軸線與水平面方向成一定角度的巷道，如斜井、暗斜井等。首先在采掘平面圖中找到直立、傾斜巷道的位置，依次連接相鄰且對應的巷道；然后以連接線為中心線生成巷道模型。具體方法：①將標高為-10、30、70、110、150m的采掘平面圖依次導入建模軟件并賦以相應的高程值；②連接相鄰且對應的巷道中心線，并由中心線直接生成巷道模型；③通過軟件中的布爾運算約束實體，使相互連接的巷道保持暢通(圖5)。

圖5　巷道模型

2.2.5構造模型構建與展示

地質構造模型不僅可直觀地展示地質構造的空間展布特征，也可反映構造與礦體間的相互關系。其中構造最明顯的表現方式為斷層，因此本研究以斷層為主構建構造模型，主要通過鉆孔和勘探線剖面相結合的方法構建斷層模型，具體操作方法為：

(1)繪制斷層線。首先查找與斷層相對應的鉆孔，然后對照鉆孔所在的勘探線剖面繪制斷層線，若斷層在鉆孔中未見及但在勘探線剖面中實際存在，則需根據勘探線剖面的標志層(礦體)和斷層的產狀進行勾勒繪制。

(2)斷層模型構建。斷層模型有斷層面模型和斷層帶模型2種形式[16]，建模方法：①斷層面模型，對于相鄰勘探線間未閉合的斷層線，可通過開放線到開放線的方法生成面模型，對于不相鄰勘探線間未閉合的斷層線，可根據地質規(guī)律與建模原則將其尖滅至點或線；②斷層帶模型，對于同一勘探線中閉合的斷層線，可通過閉合線內連接三角網的方法生成面模型，對于相鄰勘探線間閉合的斷層線，可通過閉合線間連接三角網的方法生成體模型，對于不相鄰勘探線間閉合的斷層線，可通過閉合線間連接三角網的方法生成體模型(圖6)。

圖6　構造模型

3　結　語

基于3DMine軟件，對鄒家山鈾礦床3#礦帶進行了可視化建模研究，對地表、礦體、構造、井巷工程三維建模方法進行了詳細分析，通過構建該類三維模型，可直觀展現礦體、構造的分布形態(tài)，為進一步研究礦體與構造的關系以及進行儲量估算提供了依據。

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ConstructionoftheThree-dimensionalModelofthe3#OreBeltofZoujiashanUraniumDepositBasedon3DMine

ZhouDengJiangYongbiao

(CollegeofEarthSciences,EastChinaInstituteofTechnology)

Thetechniqueofthree-dimensionalvisualizationmodelingisoneoftheimportantmethodstoachievemineinformatization.Basedonthepreviousstudyresults,themodelingtheoryandthebasicinformationofdrillings,prospectinglineprofilesandminingplans,thesurface,ore-body,roadwayandgeologicalstructuremodelofthe3#oresectionofZoujiashanuraniumdepositareestablishedbyadopting3DMinesoftware.Thespatialdistributioncharacteristicsofthemodelsareshown,besidesthat,themethodsofthethree-dimensionalmodelingareanalyzedindetail.Theabovestudyresultscanprovidesomereferencefortheoptimizationselectionofminingandexcavationtechniques,besidesthat,italsohascertainreferencesignificanceforensuringminingsafetyproductionandimprovingtheefficiencyofresourcesutilization.

Three-dimensionalvisualizationmodeling, 3DMine,Spatialdistributioncharacteristics,Miningandexcavationtechnique

2015-10-14)

*中國地質調查局工作項目(編號：1212011220248)。

周鄧(1988—)，男，碩士研究生，344100 江西省撫州市臨川區(qū)學府路56號。