基于3DMine的矿山断层建模技术研究

张延凯，徐 振，赵春波，高占义，韩荣荣

（1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， 北京 100083；2.北京科技大学土木与环境工程学院数字矿山实验室， 北京 100083；3.中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古新巴尔虎右旗 021400）

基于3DMine的矿山断层建模技术研究

张延凯1，2，徐 振1，2，赵春波3，高占义3，韩荣荣3

（1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， 北京 100083；2.北京科技大学土木与环境工程学院数字矿山实验室， 北京 100083；3.中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古新巴尔虎右旗 021400）

以3DMine矿业工程软件为基础，以内蒙古乌山铜钼矿为研究对象，探讨了矿山断层建模的一般技术路线，对其他矿山类似工作具有借鉴意义。

断层；三维建模；3DMine

0 前 言

矿床地质构造，特别是断层，对矿产资源评估、矿山设计、矿床开采等有重大影响，准确掌握断层的几何形态、空间展布及相互关系等是矿山地质人员的一项重要任务。传统的断层描述手段是各种类型的平面图、剖面图、岩性编录表格、钻孔柱状图等。这些资料一般局限于二维（甚至是一维）的表达和显示方式，难以给人以直观、完整、准确的感受，往往造成不同人对同一断层有不同理解，不能满足实际工作的需求。为此，需要建立矿山断层的三维空间模型，与三维可视化手段相结合，将复杂断层的空间展布及其与矿体之间的关系真实地展现出来。

自1980年代以来，国内外专家学者开展了大量的理论与实践研究，开发出了一大批优秀的三维地质建模软件［1－5］。国外具有代表性的软件包括：澳大利亚的Surpac Vision、Vulcan、Micromine；美国的Earth Vision、GeoTools、TerraCube；加拿大的Gemcom、MicroLynx＋等。近年来国内也成功开发了一些类似的软件，如3DMine、DIMINE等。3DMine软件是为国内用户量身打造的三维矿业软件，广泛应用于包括金属、煤炭、建材等固体矿产的地质勘探数据管理、矿产地质模型、构造模型、传统和现代地质储量计算、露天及地下矿山采矿设计、生产进度计划、露天境界优化及生产设施数据的三维可视化管理。3DMine软件与AutoCAD、Surpac、MapGIS等软件有超强的兼容性，能够实现与Excel等表格数据的无缝链接，对图形的编辑操作参照CAD软件的使用习惯。因此，选择3DMine软件进行矿山断层建模有一定优势。

1 矿山断层建模基本流程

矿山数据具有异质、多源的特点，不同数据源又有不同的数据储存格式。矿山纸质图件一般要经过数字化手段转换为＊.DWG格式文件才能导入到矿业软件中。纸质图件的矢量化已经有很多文章详细介绍过［6－8］，可供参考，故本文不讨论其具体过程。矿山常用矢量图件为MapGIS、AutoCAD格式，其中MapGIS格式图件要以明码格式导入到3DMine软件中，这样可以保证点、线、区文件的完整性；AutoCAD格式图件在3DMine软件中可以直接打开。利用软件的剖面转换功能可以自动实现剖面的拉伸、旋转、平移等一系列变化，从而使剖面信息位于真实坐标系下。此外，通过钻孔编录、原有数据库、钻孔柱状图等信息可以很容易地建立包含多源异质信息的钻孔数据库。

至此，已将多源数据在3DMine软件平台下融合，实现了对真实地质情况的抽象、模拟、还原，充分利用了各类数据中所包含的有效信息。往往一个矿区有数条乃至数十条断层，为了便于断层实体模型的建立，需要对各个断层剖面文件中的断层线分别进行提取、存储。提取出的各剖面断层线需进行多源数据间的准确性验证，特别是要和地质数据库中的岩性信息进行比对，选取可信度高的信息对断层线进行修正，最后利用3DMine软件丰富的实体建模功能生成断层实体。断层建模的基本流程如图1所示。

2 实例研究

2.1 内蒙古乌山铜钼矿矿区地质构造

图1 基于3DMine软件的矿山断层建模基本流程

内蒙古乌山铜钼矿矿区位于北东向的额尔古纳—呼伦深断裂的西侧，是2个不同构造单元——外贝加尔褶皱系与大兴安岭褶皱系的衔接处，外侧中生代火山岩带相对隆起区，额尔古纳—呼伦深断裂的发育控制了本区火山岩带沿北东向分布，并且为矿产的形成提供了场所。区域构造受额尔古纳—呼伦深断裂的影响，主要构造线为北东向。断裂构造以两组方向最为发育：一组为北东向、一组为北西向或北西西向。区内山脉自然景观及沟谷多沿北东和北西向分布。区内北西向断裂也很发育，由于北西向为张性断裂，火山通道充填物往往沿此方向逐步发展，形成火山机构具北西向拉长的特征。

2.2 断层建模过程

矿山提供的基础图件数据格式主要是MapGIS格式和AutoCAD格式，其中北部矿体数据为Map－GIS格式，新补勘的南部矿体数据为AutoCAD格式。

（1）将北部矿体的MapGIS图件转换为明码格式，然后在3DMine软件中打开，另存为＊.3ds格式，如图2、图3所示。

图2 某剖面MapGIS图（明码格式）

图3 格式转换后的图件（＊.3ds格式）

（2）将南部矿体的AutoCAD图件用3DMine软件打开，另存为＊.3ds格式，如图4所示。

图4 某剖面AutoCAD图（DWG格式）

（3）提取剖面图中的有效信息，主要是坐标网格线和断层线。其中，坐标网格线的作用是在剖面转换时提供参考基准点，断层线则是后期生成断层实体的数据基础，如图5所示。

图5 断层建模有效信息提取

（4）由于矿山矢量数据的来源各异，其制图所选取的原点坐标也不尽相同，而3DMine软件使用的是真实三维空间数据，其线文件中的坐标与工作区的位置是完全一致的，而且，对于前述工作所保存的剖面线文件皆为二维平面视图，因此需要对转换好的＊.3ds线文件进行三维空间的坐标转换，利用软件的坐标转换功能将所有的剖面线文件转换至真实坐标系下，图6为转换后的剖面线文件三维视图。

图6 所有剖面转换后的三维视图

（5）将经过剖面转换处理后的图件中的有用图元信息（主要是断层信息）提取出来，将坐标网格线删除，图7为提取的断层信息三维视图。

图7 所有剖面转换后的断层信息提取三维视图

（6）某些断层由于走向与勘探线方向近乎平行，不能以剖面展示，而用水平剖面图表示，这类断层的建模过程与纵剖面表示的断层基本一致，只是在剖面坐标转换时略有不同。图8为水平剖面断层建模俯视图。

图8 平面转换后的断层信息提取（俯视图）

（7）对提取出来的各剖面断层线信息进行准确性验证，通过对剖面图、平面图、钻孔数据库中的岩性信息进行比对，选择可信度较高的数据对断层线进行修正，最后利用3DMine软件丰富的实体建模功能生成断层实体。图9为用于某断层建模的剖面线文件，图10为矿区所有断层综合图。

图9 用于某断层建模的剖面线文件

图10 矿区所有断层三维视图

3 结 论

矿床地质构造，特别是断层，对矿产资源的评估、设计、开采都有重大影响，通过建立断层模型，可以清楚地掌握断层与矿体的空间关系及断层对矿体开采的影响。因此，断层建模是矿山数字化的重要一步，也是很复杂、很基础的一步。应用3DMine矿业软件平台，可以方便、快捷、准确地对多源异质数据进行融合，真实地再现矿山复杂断层的实际情况。本研究对其他矿山类似工作具有借鉴意义。

［1］罗周全，刘晓明，苏家红，等.基于Surpac的矿床三维模型构建［J］.金属矿山，2006（4）：33－36.

［2］张宏达.论MICROMINE软件在黄金行业的应用［J］.黄金，2005（1）：30－33.

［3］姜 华，秦德先，陈爱兵，等.国内外矿业软件的研究现状及发展趋势［J］.矿产与地质，2005，19（4）：422－425.

［4］张晓坤，章 浩.三维地质建模在矿产资源开发中的应用［J］.金属矿山，2010（3）：106－110.

［5］胡建明.3DMine矿业软件在地勘工作中的应用［J］.矿产勘查，2010（1）：78－80.

［6］赵会胜.利用AutoCAD进行地质图件矢量化［J］.数字技术与应用，2010（4）：87－88.

［7］简军锋，陈培成.矿井图纸的数字化处理［J］.煤炭科学技术，2003，31（3）：21－22.

［8］王军锋，张新予.矿山地质剖面图数据数字化三维可视化的研究［J］.露天采矿技术，2006（6）：4－6.

2011－10－18）

张延凯（1979－），男，吉林桦甸人，工程师，在读博士生，主要研究方向：数字矿山、矿业系统工程。