三維可視化物探技術在礦山地質勘查中的應用

魏華平，黃 忠

（四川省冶金地質勘查局水文工程大隊，四川 成都 610000）

隨著社會經濟的快速發展，能源資源的需求量也日漸擴大。礦產資源短缺已經成為對中國經濟快速發展產生制約的瓶頸。地質工作者在未來的很長一段時間內，必須要肩負起快速尋找接替資源，降低能源資源對外低存度的職責。如今，我國在礦山地質勘查中所采取的技術手段日漸更新，但是在勘查時所面臨的難度也越來越大。大批的礦山面臨著嚴重的礦產資源短缺危機，解決危機的最好方法是通過合理的礦山地質勘查工作，尋找詳細真實的地質資料，對礦山展開化探、物探、鉆孔和地質勘查。而合理的使用三維可視化物探技術可以對礦山地質勘查工作提供助力。

1 三維可視化技術簡介

三維可視化技術在圖形圖像處理科學技術和計算機科學技術的快速發展之下而得到快速推廣，對模型的繪制與理解，借助于使用三維可視化技術是一種十分可行的手段，更是一種數據的表征形式。通過采取三維可視化技術，可以對地下以及地面諸多地質特征和地質現象進行描述，對區域環境形成最基本的認知。三維可視化物探技術所構建的模型，綜合圖像圖形處理學、地理信息科學、地質學以及計算機科學等新技術，以計算機為物質保證，應用其可視化功能展示三維環境下的地質信息和地質資料，預測和分析地質空間、管理空間的信息，解釋地質資料，分析與探討實體內容，統計信息。隨著三維可視化技術在地質勘查與模型構建方面所表現出來的功能越來越強大，在礦山地質勘查領域當中，已經被廣泛使用，是必不可少的輔助性勘查工具[1]。

通過使用三維數據模型對空間世界中實體之間相互存在的關系進行反映，是三維模型構建的前提條件和基礎。在不同的空間情況下，應用不同的數據結構，可加快實現地質勘查結果準確性提升。目前在地質勘查中，應用三維可視化技術構建的模型分為三種類型，分別為基于實體的數據結構模型、基于面的數據結構模型以及混合數據結構模型。混合數據結構模型綜合基于體和基于面的數據結構模型優點，綜合兩個模型或者是多個模型，也是當前地質勘查期間，應用三維可視化技術時最為常用的模型。

2 地質勘查期間應用三維可視化技術的意義

早在20世紀80年代，在數據信息處理領域以及科學計算領域，已經逐漸開始使用計算機技術。彼時，應用計算機技術的水平還相對滯后，只能夠利用相應的軟件統一批量處理相關數據，還沒有達到交叉處理數據信息和智能化處理數據信息的地步。除此之外，在運行計算機的過程中也沒有合適的引導功能，操作者只可以靜靜地等待計算結果。數據信息的批量處理還必須要求操作人員進行人工操作，最后輸出的圖像為二維圖像，難以對某些數據特征進行直觀的反映。這種處理方法在實際的應用過程當中，雖然可以在一定程度上提升數據信息處理效率，但是卻難以在最短的時間內為人們提供比較形象和直觀的數據認識，甚至會由于操作人員的操作不當以及計算機方面的問題而導致數據遺失，造成數據信息的計算結果出現問題[2]。

隨著科學技術的快速發展，關于地質勘探的數據信息也持續增加。在當前數據信息可視化分析期間，如何有效地運用計算機技術和數據信息，已經成為極待解決的主要問題之一。步入21世紀以后，關于計算機計算的科學技術獲得大幅度提升，計算機操作軟件和硬件也持續更新，電腦磁盤和內存逐漸擴大，使得計算機功能越來越全面。如今在重要和關鍵的圖像圖形處理時，選擇使用高配置的硬件進行處理已變得可能。在可視化處理數據信息時，比較形象、直觀、快速的對海量且復雜的信息和數據進行處理。除此以外，還可以交互補化測繪數據和項目數據，完成數據處理操作。所以截止到目前，最為先進的可視化處理技術已經可以實現準確且快速地對海量復雜的抽象數據進行分析，描述抽象而又復雜的數據信息。通過使用三維可視化技術，可以將數據信息轉變成為具體的圖像，并且激發人們的形象性思考，從更深層次的角度分析三維可視化技術，從復雜且海量的數據信息中快速尋找到信息數據的特征和規律，提升科學技術操作水平，診斷出問題存在的原因，并且為業務決策提供參考依據和借鑒。三維可視化技術，在一定程度上為處理數據信息的效率提升做出貢獻，也能夠保證抽象化的數據信息處理結果具有真實性和準確性。

3 礦山地質勘查期間三維可視化技術的應用

3.1 建立地表地形模型

在地表和地形模型構建的時候，其基本的依據是地表地形等高線。綜合運用Auto CAD軟件的地形文件預處理功能、等高線編輯功能和閉合等高線副高程等功能完成相關操作。以生成的DTM表面命令完成地形DTM表面生成，同時要渲染表面文件，對表面文件進行現實化處理以后，獲得與現場實際地表地形相符合的模型。在模型構建時及步驟總體分為五步。

第一步，要對地形文件進行整理、分層、管理、優化，整理各個圖層文件，對不常用的圖層文件進行合并或者刪除，對常用的圖層文件進行保存處理。

第二步，等高線編輯。對重復點、重復線、間斷線以及釘子角等問題做出處理。

第三步，等高線賦高程。通過采取賦Z值命令和等值線附高程命令完成等高線高程賦值。

第四步，完成地表模型構建。執行生成DTM表面命令和Counmod渲染命令，圓滑處理構建的模型。

第五步。現實化處理。將衛星圖片張貼在地表模型的表面，或者完成工業廣場建筑物模型構建。

3.2 建立完成地質勘探模型

為了地質勘探模型構建，首先要完成鉆孔數據庫構建，這是由于鉆孔數據庫可以為控制地質模型走勢等頂底板點提供支持。地址數據庫構建可采取3Dmine完成，以勘探鉆孔資料為依據完成定位表建立、巖性表建立、測斜表建立和化驗分析表建立。

表1 鉆孔數據庫結構表

3.3 三維可視化模型構建步驟

在具體構建礦山地質模型的實踐活動當中，其所涉及到的流程有數據信息采集、數據信息的差值處理、數據信息組織以及綜合運用數據信息完成圖形繪制。

3.3.1 原始數據信息采集

原始數據信息采集的對象，包含有地表數據信息、礦體數據信息以及判斷層數據信息，其中礦底數據信息采集的時候，是基于勘探線剖面圖，在平面圖上投影各個礦帶邊界線控制點，結合剖面圖，從而獲取礦帶邊界數據，礦體數據信息在進行表現時，主要為離散點三維坐標[3]。地表樣本數據信息采集時，通常是以測量為主，通過采取彩境界圖測量人工邊坡，最主要的是坡底線上的點和臺階坡頂線，伴隨著采樣點密度上升，地貌特點所反映的現象也更加具有真實性。斷層數據信息采集時，其依據是勘探線剖面圖，結合剖面圖信息獲取斷面從數據，其表現也是離散點三維坐標。

3.3.2 數據插值

基于露天礦場為例，這種類型的礦場操作范圍相對比較大，倘若在施工期間采集基礎的數據信息，單純憑借著勘探技術人員是難以滿足生產需求的。若是想要表達斷層和礦坑的信息更加清晰，那么就必須要靈活性的采取空間插值技術。就露天的礦場而言，在前期階段的數據信息采集時，可選擇使用Kriging插值方法。采集數據之后，再運用雙線性插值獲取數據信息，如此一來，不僅可以減少時間浪費，也可以保證各類數據信息真實性。

3.3.3 數據結構組織

就勘查礦體地表而言，電表上所描述的點線特征都擁有十分重要的意義和作用。但是在模型當中描述這些點、線時，卻難以實現其真實性和生動性，因而在描述這些地表面上的點、線特征時，可選擇應用不規則網格模型。就露天礦場而言，不規則網格模型是最為合適的模型，可通過使用不規則模型的多邊形態轉化成為三角形網格形態，并且為繪制圖形提供重要的參考[4]。

3.3.4 繪制圖形

通過使用三維可視化技術，可以生成任何地質的平面圖和剖面圖。以生成的剖面圖繪制工作為例，在確定剖面線位置以后，通過應用剖面線切割實體模型，獲得面域模型。隨后將面域模型展開，得到首尾相連的直線段之后，再以直線段為對象，進行逐一連接，從而獲得連續剖面線。最后以坐標轉換操作所獲得的剖面線為依據，添加完成坐標網格以后，繪制完成剖面圖。

4 結語

將三維可視化技術應用到礦山地質勘查工作中，可以綜合性的分析與展示采礦工程三維信息和地質體三維信息，為地質勘查和采礦工作簡化提供幫助，并且保障地質勘查工作和采礦工作安全施工，由此以來，也能夠最大程度上推動采礦工作深入發展實現其現實意義。本文以礦山地質勘查的現實情況為出發點，首先分析三維可視化技術的基本概念和特征，了解賽維可視化技術在當前實際工程施工中應用的必要性。其次探究三維可視化技術應用的重要意義，得知可以為地質勘探提供技術支持，實現勘查效率提升。最后，從地表地形模型構建、地質模型構建以及三維模型構建流程三個角度展開綜合性的分析，探究礦山地質勘查當中三維可視化物探技術的應用方式。