三維地質(zhì)建模技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的應用探析

曾 嘯

（湖南省地質(zhì)院油氣資源勘探隊，湖南 長沙 410000）

礦產(chǎn)資源是十分重要的能源，隨著礦產(chǎn)開采量的不斷增加，地表礦、易識別礦額數(shù)量越來越少，而深部礦、難識別礦勘查難度較大。對此，只有加強礦產(chǎn)資源勘查管理，才可為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用奠定基礎。通過應用三維地質(zhì)建模技術(shù)，可對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境進行深入分析，確定礦產(chǎn)資源開采價值。因此，亟需對三維地質(zhì)建模技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的應用進行深入研究。

1 三維地質(zhì)建模技術(shù)概念

在三維地質(zhì)模型的實際應用中，通過將數(shù)據(jù)分析以及信息分析進行有效整合，即可構(gòu)建地質(zhì)模型，通過模型分析，能夠?qū)ΦV產(chǎn)勘察中的各類信息數(shù)據(jù)進行解譯糞臭。地震模型為三維網(wǎng)格體結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)基礎包括斷層、層位，可對儲存結(jié)構(gòu)形式以及形態(tài)產(chǎn)生較大影響。在礦產(chǎn)勘查中，對于模型節(jié)點尺寸，可根據(jù)礦體大小進行調(diào)整，在不同礦產(chǎn)資源勘查中，模型創(chuàng)建有一定區(qū)別，因此地質(zhì)模型節(jié)點尺度的差異也比較明顯，通常情況下，對于地質(zhì)模型，可分為構(gòu)建巖相模型、巖石物性模型以及模型框架。

2 項目概況

本文以某礦區(qū)為研究對象，該礦區(qū)含煤地層的構(gòu)造形式為單斜構(gòu)造，近東西走向，地層呈南傾，含煤地層的傾角在8°～25°之間。該露天煤礦的走向剖面形式如圖1所示。

圖1 露天礦走向剖面圖

3 三維地質(zhì)建模技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中的應用

3.1 原始地質(zhì)數(shù)據(jù)處理

對于礦區(qū)原有地質(zhì)數(shù)據(jù)，可采用粗查技術(shù)進行檢查分析。在檢測過程中，要求進行冗余處理。另外，對于數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)，可采用分類處理法，保證建模數(shù)據(jù)的準確性，并根據(jù)不同數(shù)據(jù)的分類將其錄入至數(shù)據(jù)庫中。除此以外還應注意，各類數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系比較復雜，應做好數(shù)據(jù)梳理工作，明確數(shù)據(jù)錄入后在真實三維空間中的層位結(jié)構(gòu)形式。

3.2 礦區(qū)三維地質(zhì)面模型創(chuàng)建技術(shù)

（1）確定建模邊界線。在進行基巖以及煤層頂?shù)装迕婺Ｐ蛣?chuàng)建過程中，首先確定模型邊界線，將不同地層三維剖面線作為基礎，并根據(jù)其端點位置確定建模邊界線。在所有邊界線連接過程中，必須妥善處理勘查線剖面圖與煤層露頭位置、無煤區(qū)分叉位置等之間的關(guān)聯(lián)。

（2）提取鉆孔數(shù)據(jù)點。在礦區(qū)勘查中，要求首先對礦區(qū)水文地質(zhì)勘探線的剖面圖進行仔細分析，詳細了解各個鉆孔煤、鉆孔數(shù)據(jù)點以及巖層層位等，然后將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維點坐標。在數(shù)據(jù)處理中，如果發(fā)現(xiàn)部分數(shù)據(jù)重復，則應注意清理重復數(shù)據(jù)，在鉆孔數(shù)據(jù)整理完成后，即可將其輸入數(shù)據(jù)庫。

（3）空間插值。對勘探線剖面進行分析，確定鉆孔數(shù)據(jù)點后，由于鉆孔數(shù)據(jù)點分布形式不均勻，并且存在形態(tài)突變以及數(shù)據(jù)量較少等問題，因此可能會對面膜型創(chuàng)建效果造成不良影響，對此，可利用空間插值技術(shù)增加鉆孔數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)量。通過對該露天煤礦進行勘查分析發(fā)現(xiàn)，地層起伏不明顯，在模型創(chuàng)建中，對于鉆孔數(shù)據(jù)點，可采用距離冪次反比法做好加密處理。在對鉆孔數(shù)據(jù)進行上述數(shù)據(jù)處理后，要求格網(wǎng)間距為100m，冪指數(shù)為2，而估值半徑則為500m。

（4）建立TIN模型。在TIN的模型創(chuàng)建中，要求將各個煤層的建模邊界線以及三維剖面線作為約束，利用三角網(wǎng)創(chuàng)建頂面模型以及底面模型，進而構(gòu)建不同煤層頂板TIN模型，對地層界面進行模擬分析。

3.3 三維地層地質(zhì)實體模型

（1）實體模型構(gòu)模方法。對于實體模型創(chuàng)建方法，可分為以下兩個步驟：第一，在針對該露天礦創(chuàng)建實體模型時，應確定各個煤層頂面以及底面邊界線，在兩條邊界線之間，采用帶有約束條件的三角網(wǎng)創(chuàng)建側(cè)面模型，將二者進行有效連接。在煤層頂板面模型、底板面模型以及側(cè)面模型創(chuàng)建完成后，三者可組合形成封閉的模型結(jié)構(gòu)。通過應用CAD技術(shù)即可獲得煤層實體模型結(jié)構(gòu)，實體模型構(gòu)模方法如圖2所示。

圖2 煤層實體模型的建模流程

第二，在燒變巖實體模型創(chuàng)建中，要求充分利用不相交的空間燒變巖斷面多邊形，并利用相鄰拓樸關(guān)系將其連接成為封閉三角網(wǎng)，最后利用固化成體技術(shù)創(chuàng)建燒變巖石體模型。通過對該露天礦進行勘查發(fā)現(xiàn)，大量燒變巖出露地表，因此，對于地表實體以及燒變巖石體的出露地表部分，可采用布爾運算進行計算分析，要求保證建模準確性。

（2）露天礦三維地質(zhì)集成模型創(chuàng)建技術(shù)。在創(chuàng)建實體模型時，應注意妥善解決各個層位以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，將實體與地質(zhì)構(gòu)造相耦合，充分展現(xiàn)出露天礦地層空間形態(tài)。在三維耦合地質(zhì)實體模型創(chuàng)建中，首先需創(chuàng)建煤層以及燒變巖的實體模型，然后再利用布爾運算法，將二者結(jié)合成為三維地質(zhì)實體模型。另外，還可采用二次開發(fā)方式實現(xiàn)任意位置切割剖面功能。該露天礦采場排土場集成實體模型如圖3所示。

圖3 露天礦采場排土場集成實體模型

3.4 三維地質(zhì)模型評價

（1） 勘探線剖面層位比較。在礦產(chǎn)資源勘察過程中，必須根據(jù)礦區(qū)實際情況確定原始勘察線，創(chuàng)建三維實體模型，并切取剖面，將原始剖面煤巖層信息、巖層層位信息與實體切割剖面的煤巖層、巖層層位信息進行比較分析，根據(jù)本次研究發(fā)現(xiàn)，原始剖面與實體切割剖面信息數(shù)據(jù)基本相同。

（2）煤量核算分析。在創(chuàng)建露天礦三維屬性實體模型后，對于初設最終境界面模型，采用布爾運算進行計算，對模型屬性實體進行約束報量，并與元設計境界內(nèi)的資源儲量進行比較，確保二者保持一致。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要以某露天礦為研究對象，對三維地質(zhì)建模技術(shù)在礦區(qū)勘察中的應用要點進行了深入研究。在礦產(chǎn)勘查中，對于地質(zhì)信息一般采用平面圖以及剖面圖進行模擬分析，礦區(qū)地層地貌以及其他地質(zhì)信息均可投影至平面上進行二維表達，可能會出現(xiàn)空間信息失真、制圖復雜、信息數(shù)據(jù)更新難度大等問題。對此，可采用三維地質(zhì)建模技術(shù)，通過利用三維可視化技術(shù)以及計算機技術(shù)，對礦區(qū)地質(zhì)條件、地質(zhì)環(huán)境進行三維模型創(chuàng)建分析，能夠為礦區(qū)地質(zhì)研究、源儲量估算以及開采設計方案提供可視化服務，保證礦產(chǎn)資源勘查精度。因此，可將三維地質(zhì)建模技術(shù)推廣應用于礦產(chǎn)勘查中，提升礦產(chǎn)勘查效率。