Micromine三维地质建模及其地质意义

李延峰，许逢明，陈 壮，韩 钊，刘 闯

1.吉林省地质调查院，吉林 长春 130061；2.沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034

在矿产勘查和矿床研究过程中，由于矿体产出部位地质结构往往比较复杂，使得矿体数据分析及矿床形态理解十分困难。以往工作过程中，其效率较低且容易出错,为此，人们开发了三维地质建模及可视化系统——Micromine 大型专用矿业软件，它在实现地质相关数据一体化组织和管理的基础上,结合GIS 和计算机图形图像可视化技术,对地质体（地层、断层、褶皱、矿体等） 及属性分布情况进行三维模型构建和直观展示,使得地质研究人员可在三维环境下构建和解译地层、矿体等复杂地质体形态。利用多元数据三维一体化显示技术,对矿床地质特征、矿体空间分布特征进行直观分析,从而提高矿产资源勘查过程中的找矿预测和分析判断能力。

1 三维地质建模

三维地质建模分为结构建模和属性建模两大类。所谓结构建模是指建立矿体及周边地层三维模型的过程，而属性建模则是基于品位分析结果对矿体品位三维空间分布状况进行模拟。针对某铜矿矽卡岩型矿床成因模式，为了查明矿体、岩体、地层和围岩的空间分布特征，本次研究采用勘探剖面和中段剖面交互验证的方法进行结构建模。

在结构建模过程中，利用层界面深度插值方法推测剖面间区域的三维地质情况。能较好反映复杂地质结构信息，并且符合地质人员传统思路，从而更加直观方便。

结合已处理过的图件，按照矿体的形态、走向、倾向和空间分布特征确定建模的范围和基本参数。模型为正南北向，模型经度范围：X：39 492 700～39 495 400 m； 纬 度 范 围：Y∶3 389 800～3 391 260 m； 高 程：H∶150～1 000 m, 总 体 积4 533 300 000 m3。三维建模技术步骤见图1。

2 建立三维地形模型

三维矿山模型中地形模型对于露采矿山的重要作用是不言而喻的；对于地采矿山也同样重要,根据地形数据文件（现已完成高程数据的数字化工作）形成数字地形模型（DTM） （见图2）。常用的方法有基于数据内插的Grid 模型和采样点TIN 模型。

在Micromine 三维平台下，把前期预处理过的中段平面图和储量估算剖面图DXF 格式导入到Micromine 系统里面。数据类型设置为线类型。点击视图管理器―线文件，输入导入到Micromine 里面的各类平面图和剖面图，在主界面显示出来。

图1 三维建模技术步骤Fig.1 Technical steps of 3D modeling

图2 某铜矿DTM模型Fig.2 DTM model of certain copper mine

以建立某铜矿南陵湖组T1n 地层三维模型为例，简述其三维地质模型的建立。首先新建一个线文件（T1n.STR），把每个剖面都有T1n 的线文件，重新矢量化，保证其为封闭的多边形，把这些多边形线文件都复制到T1n.STR 图层里面，关闭其他图层，主界面只保留T1n.STR 图层（图3）。其次采用线框构模法（王李管，1998）来建立矿体三维模型。线框构模法是一种表面构模技术,即把面上的点用直线连接起来,形成一系列多边形,然后将这些多边形拼接起来,形成一个多边形网格,以此模拟矿体边界和空间形态，形成矿体的三维线框模型。

新建一个线框文件（岩体.frame），把岩体.STR 线文件里面的封闭多边形逐个剖面连接起来（图4），每连接一次都要进行线框检验，有些剖面间封闭多边形之间不是很对应，需要添加辅助线，先将辅助线连接两线串上对应的点,进而产生三角面,这样会优先考虑辅助线为三角形的一边进行连接（图5）。两端根据实际情况封闭到面或封闭到点、线，形成一个实体线框（图6）。

按上述步骤对岩体、断裂、矿体、其他地层、闪长岩体与矿体的关系、岩体、南陵湖组T1n 地层与矿体关系、F1 断层错段1、2 号矿体以及中上三叠统地层与矿体关系分别进行了三维实体建模。

3 矿床三维实体模型地质意义

图3 南陵湖组T1n.STR模型Fig.3 T1n.STR model of Nanlinghu Group

图4 T1n线框模型连剖面Fig.4 T1n Wire frame model connected to prof iles

图5 T1n线框模型添加辅助线（红线）Fig.5 T1n Wire frame model with auxiliary lines (red lines)

通过micromine 软件对XX 铜矿三维实体建模，在三维可视化环境下对矿体的形态、产状以及矿体与围岩，断裂的关系有了清楚的认识，对矿区整体的构造格架也有了明确的把握（图7）。

为此可以得出以下几点认识：

（1）岩体模拟的为月山岩体东枝的一部分，比较显著的特点出现了两个比较明显的隐伏岩隆，1号矿体产在1 号隐伏岩隆的南侧，与T1n 的接触带上，2 号隐伏岩隆周围却没发现矿体，相视的部位却没有相同的矿体出现，可能1 号岩隆有特殊的成矿机制或者与2 号岩隆岩浆岩不是同一期岩浆。

（2）矿体三维形态模拟图上，可明显看出矿体总体向东偏北倾，矿化分带现象比较明显：垂向上，上部相对富集磁铁矿、含铜磁铁矿，下部相对富集含铜矽卡岩；水平上，由靠近大理岩一侧到闪长岩，依次为磁铁矿―含铜磁铁矿―含铜矽卡岩—含铜闪长岩。

图6 T1n实体模型Fig.6 T1n entity model

图7 某铜矿三维全貌图Fig.7 3D panorama of certain copper mine

（3）断层三维实体图上，F1 断层为左形正断层，垂直断距约250 m,水平断距约180～600 m中段上部较陡，下部相对较缓，整体向西南倾，断层为一明显的成矿后断裂，对矿体破坏作用较为强烈。

（4）T1n 地层整体上由于F1 断层的错动，表现为向西北倾入的舌状体。地层整体形态表现为一倒转背斜（东马鞍山倒转背斜），三维模型显示的为其正常翼，倒转翼已被岩浆所侵蚀。正常翼总体向北东倾，越往深部倾角约大，靠近岩体近于直立，1 号隐伏岩隆刚好位于其下方，形成典型的屏蔽构造，对1 号矿体的成矿流体起了明显的屏蔽作用。

[1] 吴健生，朱谷昌，曾新平，等. 三维GIS技术在固体矿产勘探和开发中的研究与应用[J]. 地质与勘探，2004，40(1):68-72.

[2] 王李管. 三维变异函数的稳健统计学计算方法及其应用[J].中南工业大学学报，1998 (4): 570-574.

[3] 徐云和，程朋根，陈红华. 地矿3维GIS模型的构建及可视化[J].工程勘察， 2003(2): 48-50.