三維地質(zhì)建模技術發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例

劉曉芳+田蘭芬

摘 要：隨著經(jīng)濟水平的快速提高，我國的基礎設施建設技術也有了明顯的提高。本文首先簡單介紹了三維地質(zhì)建模在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；然后筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗總結分析了該技術在實際應用中存在的主要問題；最后對三維地質(zhì)技術在礦山開采中的應用實例進行介紹，對其在實際應用中的建模流程和適用的范圍進行研析，并從數(shù)據(jù)可視性和三維動態(tài)的角度展示三維地質(zhì)建模技術的整體優(yōu)勢，并針對該項技術在具體應用中的問題和未來的發(fā)展趨勢進行研究，以期能夠促進三維地質(zhì)建模技術在實際中的應用效能，為該技術今后的應用和發(fā)展提供一定的參考。

關鍵詞：三維地質(zhì)建模 現(xiàn)狀 問題 應用

中圖分類號：P627 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0126-02

隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對地球中各項資源和能源的利用程度在不斷加深，資源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為當今社會發(fā)展的重要問題，越來越多的國家和研究中心也都對地球空間給予了高度關注。在這種背景下，地球空間信息科學這門學科也逐漸發(fā)展起來。該學科中涵蓋了各種的技術，比如全球定位系統(tǒng)、遙感技術以及地理信息系統(tǒng)等，技術支撐一般是以計算機技術與通訊技術為主。在該門學科中，三維地質(zhì)建模技術是非常重要的一部分，該技術將地質(zhì)理論知識、計算機三維可視化融合在一起，進而在三維條件下通過這些信息技術達到地址空間建模的目的，并對各類地質(zhì)空間和結構進行解釋。近年來，各國的三維技術已經(jīng)逐漸成熟，具體實踐和應用研究也取得了一些成果。

1 三維地質(zhì)建模國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

1.1 三維地質(zhì)建模國外的研究現(xiàn)狀

20世紀中期，西方研究學者首先開創(chuàng)了對地質(zhì)統(tǒng)計學的研究，而三維建模理論的提出是在20世紀末期由加拿大學者研究提出的，最早的應用是在油田工程中的油儲藏動態(tài)模擬建模。20世紀80年代，GALSON.F提出了三維模型應用到地下空間結構的建模中，隨后幾年的時間里西方學者又解決了不規(guī)則輪廓線的三維物體建模技術，到20世紀末期，針對三維技術應用到地質(zhì)曲面的技術逐漸得到研究和突破，眾多研究學者又對空間數(shù)據(jù)的結構與模型、數(shù)據(jù)的三維可視化等數(shù)據(jù)結構進行了大量的研究，為三維地質(zhì)建模的理論發(fā)展和實際應用做出了巨大的貢獻[1]。

1.2 三維地質(zhì)建模國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

我國對三維建模技術的研究最早開始于20世紀80年代，隨著西方研究的深入，我國眾多的研究學者分別在不同的應用領域對三維地質(zhì)建模技術的方式方法和理論可行性進行研究，為基于三維技術的地下空間描述提出了很多的建模方式。在不同領域開展的三維技術的研究，側重點也是有所不同的。相關學者對三維地質(zhì)建模在水利工程中應用進行一系列的研究，天津大學某實驗室人員研發(fā)了一套水利工程地質(zhì)三維建模分析系統(tǒng)；黃地龍、柴賀軍等人研發(fā)出了一套關于巖體結構的三維可視化系統(tǒng)。相關學者根據(jù)城市地下空間的具體情況，將三維地質(zhì)建模應用到城市建設中，并研發(fā)出了一套三維地質(zhì)模擬和可視化的操作系統(tǒng)。此外，也有學者根據(jù)各種類工程地質(zhì)的特點，將三維地質(zhì)建模應用到地質(zhì)工程中，并研發(fā)出了一套三維可視化分析系統(tǒng)。除了以上提到的領域外，相關研究人員也逐漸將三維地質(zhì)建模應用到油田開發(fā)、礦山開采等各個領域[2]。

2 三維地質(zhì)建模技術實際應用中存在的問題

三維地質(zhì)建模技術應用的研究雖然已經(jīng)取得了很多的成果，但在實際應用中還是面臨著很多的困難。目前我國的三維地質(zhì)建模的研究更多的是對國外三維地質(zhì)軟件的二次開發(fā)上，產(chǎn)品結構框架還不是太完整，在數(shù)據(jù)處理過程、三維建模和分析的過程中同國外技術水平都存在一定的差距，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對地質(zhì)空間進行三維建模時，由于地下各類物體形狀的不規(guī)則性和多變性，所呈現(xiàn)出來的模型和實際形狀往往存在著偏差；第二，對地質(zhì)空間中各類地質(zhì)體的三維建模過程工作量繁重，尤其是在各類信息數(shù)字化的過程中，工作量更為繁重；第三，對三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)更新耗時長較為困難，在工程開展過程中的實用性能較低；第四，模型的精確度不夠，當?shù)刭|(zhì)工作進行到中期后期時，數(shù)據(jù)信息越來越復雜，無論是地質(zhì)形狀的描繪還是各項數(shù)據(jù)信息的計算，都不夠精確。

3 三維地質(zhì)建模于礦山開采中的應用

在不同領域的工程應用中，面臨的實際情況往往都是復雜多變的，而目前市場上存在的建模軟件一般都具有專業(yè)偏向性，不能兼容所有的地質(zhì)工程類型，所以，在建模軟件的選擇過程中，需要根據(jù)工作的具體要求和地質(zhì)問題靈活選擇。近年來，隨著信息技術的不斷發(fā)展，礦山的數(shù)字化進程正在加快發(fā)展腳步，國內(nèi)外相關的礦業(yè)軟件數(shù)不勝數(shù)，將這些軟件應用到工程三維模型中，可以實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的動態(tài)管理，并且對各項資源合理調(diào)配與利用。目前市面上成熟的礦業(yè)三維軟件較多，為礦山的三維可視化建模工程奠定了良好的技術基礎。

地下采礦的工程一般都較為復雜，想要利用規(guī)則的幾何體對地下空間進行描述是比較困難的，需要采用多種方式相結合才能將地質(zhì)空間完整地描述表達出來。本文以3DMINE、SOLIDWORKS兩種建模軟件為例，探討了礦山開采中三維地質(zhì)模型的建模過程[3]。

3.1 SOLIDWORKS建模過程

采用線框構建三維數(shù)字模型，利用該軟件可以實現(xiàn)對自然體模型的快速創(chuàng)建，對地下空間各類復雜的礦體都可以較為精準地描述。同時，在SOLIDWORKS軟件平臺上，將礦體的剖面圖輸入到平臺中，可以形成初步的礦體三維模型，然后根據(jù)實際情況進行局部的修改，使模型逐漸貼近礦體的實際情況。比如在石菉礦區(qū)某礦體種根據(jù)以下流程進行SOLIDWORKS建模。具體流程是：首先，對礦體地下空間的資料進行收集和錄入；第二，于軟件平臺上形成礦體的剖面圖；第三，各剖面圖逐漸形成礦體的三維模型；第四，依據(jù)該礦山實際情況修改建立的三維模型（見圖1）。

3.2 3DMINE建模過程

礦體空間建模的原理為：利用各種相鄰的三角面，各自包裹成一個內(nèi)外不透氣的實體，從而建立起一個礦體模型。而實際上每個面又是由一系列的點相互連接，構成內(nèi)外不透氣的三角形的網(wǎng)面。比如在大孤山I（主礦體）、II、III礦體中，根據(jù)以下流程進行3DMINE建模。首先，將礦體各個水平面的剖面線輸入到平臺軟件中；第二，在眾多剖面線條之間連接組成三角網(wǎng)，選擇兩個需要連接三角網(wǎng)的閉合線（見圖2）。這個過程可以依次連接多個線段，連續(xù)點擊即可完成多個段的組合，按ESC即可完成退出，進而形成完整的礦體模型；第三，對初步完成的礦體模型進行編輯；第四，系統(tǒng)可以模擬出礦體的最小坐標和最大坐標，形成單元塊對礦體進行填充；第五，對填充的各個單元塊都添加上三維坐標、礦石類型等屬性信息。

4 結語

三維地質(zhì)建模技術可以將復雜的地下空間的各項信息通過模型的方式完整地表達出來，強調(diào)了地質(zhì)成果表達的可視化、立體化和數(shù)字化，并逐步實現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)的智能化使用，所呈現(xiàn)出來的模型和圖像生動直觀，方便非專業(yè)人士的應用和理解。伴隨著信息技術研究的深入發(fā)展，三維地質(zhì)建模技術可以說是未來地質(zhì)工程發(fā)展的必然趨勢。本文主要對三維地質(zhì)建模技術的研究發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，對三維建模技術實際引用中存在的問題進行研究，結合技術條件提出了該項技術在礦山開采中的應用。未來，對三維地質(zhì)建模技術的實際應用研究還應繼續(xù)加強，加強在建模方法的普遍性、模型反映的真實性和地質(zhì)空間的變化規(guī)律、模型信息的準確性等方面的研究。

參考文獻

[1] 孫江浩，胡洪飛.三維地質(zhì)建模技術發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例的分析[J].工程技術：全文版，2016（3）：278.

[2] 張洋洋，周萬蓬，吳志春.三維地質(zhì)建模技術發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例[J].東華理工大學學報：社會科學版，2015（6）：216.

[3] 王亞靜.三維地質(zhì)建模技術發(fā)展現(xiàn)狀及建模實例[J].石化技術，2015（6）：309.endprint