基于Datamine的三维可视化建模在银坑矿田的应用研究

张 艳，黑 欢

（1.中陕核工业集团二一一大队有限公司，陕西 西安 710024；2.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054）

了解地质体的空间展布规律，对矿产勘查和合理开采都具有非常重要的意义。传统的二维手段和方法，既难以表达地质现象的复杂性，也难于对其进行空间分析，因此三维地质建模技术应运而生。三维地质建模是运用现代空间信息理论来研究地层及其环境的信息处理、数据组织、空间建模与数字表达，并运用科学可视化技术，来对地层及其环境信息进行真三维再现和可视化交互的科学与技术[1]，它可以有效、直观、灵活的展示地形及矿体的空间展布及成矿规律。

三维地质建模软件比较丰富，常用的国外软件有Datamine、Micromine、Vulcan、Surpac等，这些软件具有强大的作图、建模及显示功能，采用通用的数据库结构，支持常用的数据格式便于共享。常用的国内软件有3Dmine、IMAGIS、MAPGIS-TDE、GeoMO3D、Geoview等。

在国外，很多学者采用三维建模软件建立了矿床的三维模型，实现了矿山生产的动态管理和资源的合理利用。在国内，吴健生、黄浩、陈郑辉等[2]利用Vulcan软件建立了新疆阿舍勒铜锌矿的三维矿体和地质模型，直观研究和分析矿体的形态变化规律，并对矿体进行品位估算和储量计算；修群业，王军，高兰等人[3]利用Surpac软件建立了可从任意角度观察的金顶矿床矿体三维模型。

1 矿区概况

本文三维可视化建模对象银坑铅锌矿田，矿田位于江西省南部的赣州市于都县，出露地层主要有晚元古代青白口纪、震旦纪、晚古生代泥盆—石炭纪、二叠纪、中生代侏罗纪及新生代第四纪。

矿田构造以基底褶皱、盖层褶皱和一系列北东向叠瓦式推覆断裂构造为主，基底褶皱是由晚元古代老地层构成，盖层褶皱是由古生代地层构成的向斜盆地构造。矿田内岩浆活动较为频繁，具多期多阶段侵入特征。岩石类型为酸—中酸性，除北西角的长潭岩体属于志留纪产物外，其余为侏罗—白垩纪侵入产物。本区长期的建造、构造岩浆活动为本区多成因、多类型的金属、非金属矿的形成提供了十分有利的条件，已经发现的主要金、银、铅锌等贵多金属矿产，分布广、数量多，而且本矿区研究力度较高，资料丰富，是一个找矿远景巨大的矿产资源地[4]。

2 三维地质建模的关键技术

2.1 GIS数据提取、融合与空间分析技术

GIS可以对不同来源、不同类型的数据进行提取与融合，将地质体的地理位置与地质属性结合起来，按照实际需要准确、真实、图文并茂地输出给用户；同时，其独有的空间分析功能既可以查询和检索所需要的数据，又可以对不同的专题数据进行叠加分析，是一种可以超越传统解决方法的先进手段。

2.2 可视化建模技术

根据对空间对象的描述方式不同，三维数据模型为：表面模型、实体模型和混合模型[5]。表面模型最常用的模型是不规则三角网(TIN)和网格模型(Grid)，侧重于空间对象的视觉三维效果，模型内部是空的，难以进行空间分析和操作；实体模型侧重于三维空间体的表示，适用于空间分析和操作；表面模型和实体模型取长补短，为混合模型提供了基础。

2.3 空间插值

三维地质数据具有稀少性、离散性、不均匀性、不确定性，无法直接开展三维建模工作，必须要通过空间插值来生成完整连续的三维地质体数据，以实现三维表达和展示。空间插值[6]指：给定一组已知空间离散点数据，找到一个函数关系式，使其最好地逼近已知的空间数据，并推求出区域内其他任意点的值。常用的有泰森多边形法、距离幂次反比法、Delaunay三角网法和克里格法。

3 银坑矿区的三维地质建模

3.1 软件介绍

Datamine软件公司的前身是矿业计算有限公司，后来与澳大利亚的Earthworks公司合作组成集团公司。该软件可以通过建立线框模型和块体模型来精确描述矿床内的地质构造和品位变化，还可以对建立的线框模型进行一系列的布尔运算，对其进行交、并、差等操作，从而建立复杂的地质构造或地质体。

3.2 数据收集及预处理

收集到的原始数据有：27个钻孔的纸质资料，用于建立三维钻孔模型；MapGIS格式的1：1万地形地质图，用于建立三维地表模型；MapGIS格式的三条（A、B、C）实测剖面及五条勘探线图，用于建立三维地层模型。

首先，将27个钻孔的纸质资料录入到四个表格：定位表（钻孔编号、XYZ坐标、最大孔深）、测斜表（钻孔编号、深度，方位角、倾角）、岩性表（钻孔编号、自、至、岩性描述）、化验表（钻孔编号、自、至、矿体品位），四个表格根据钻孔编号进行一一对应。

其次，从1：1万地形地质图中提取出等高线并为每条线赋高程值；然后进行误差校正，将坐标校正到实际的坐标位置，以便与钻孔、实测剖面等数据相匹配；最后利用文件转换功能，将数据转换成Datamine可以识别的.dxf格式。同理，用相同的方法，提取并处理河流、公路、房屋等有用信息，用于三维建模。

最后，将A、B、C剖面图和五条勘探线图数据进行拓扑重建，检查拓扑错误；再进行误差校正，将其坐标转换到实际坐标；再转换为.dxf格式，导入Datamine软件。

3.3 钻孔三维建模

将整理好的表格分别导入Datamine，合成一个空间数据库，即可建立钻孔三维模型，其坐标、高程、岩性、化验、样品等数据信息，均可以图形的方式显示、查询、修改和更新。通过三维钻孔模型，不仅可以任意旋转，缩放，在任意方位动态地观察钻孔，还可以直观显示钻孔的空间位置及空间变化形态，分析主要成矿元素的空间变化规律。另外，还可以按照分析结果或品位大小对钻孔进行分段赋色，任意方向切割剖面，为圈定不同剖面的矿体提供依据。

3.4 地形数据的三维建模

将转换后的.dxf地形数据导入到Datamine，再生成线框模型，生成的线框模型就可以直观的显示地形的连续起伏，模拟地表的形态，然后设置不同的显示风格，用不同的颜色表示不同的高度，使其更具有立体感。

3.5 地层数据的三维建模

利用Datamine的框体连接工具，将三个剖面上的地层一一对应连接起来，使其成为连续的地层。地层模型建立的依据主要是矿区剖面图、勘探线图和钻孔柱状图、坑道平面图等，实际构建过程中，通常是将矿区所有的数据综合利用完成的。

先利用A、B、C剖面图建立地层的大概模型，再利用钻孔柱状图和勘探线剖面图上的地质界线进行优化处理，精细区分各个地层的边界位置。

最后，将矿区建立好的三维钻孔、三维地形、三维地层全部添加到图形窗口，综合显示银坑矿田的三维立体模型，见图1。

图1 银坑矿田三维可视化模型

通过银坑矿田的三维可视化模型，不仅可以任意旋转、缩放，切割剖面，直观、形象的观察该矿区的地形、地质情况，后期还可以在此基础上建立块体模型，估算矿体品位，并为矿区下一步的研究和管理提供依据和决策。

4 结论

本文成功建立了于都县银坑矿田的钻孔、地形、地层三维可视化模型，可以得到以下结论。

（1）三维建模技术突破了传统的二维展示方法，不仅可以从三维角度更加直观、形象、生动的显示矿区的钻孔、地形、地层及矿体的空间分布规律，还为进一步的研究和生产提供了一种新的思路和方法。

（2）银坑矿田钻孔、地形、地层三维模型与矿区实际的地质情况相吻合，证明了该方法在矿区（田）研究应用中的可行性。

（3）依据建立的三维模型，不仅可以从不同空间方位来研究工程间距及钻孔对矿体的控制程度，还可根据需要随意切割剖面，为下一步勘查工程设计奠定了基础指导。

（4）实现矿田的三维可视化，不仅可以动态、实时的管理矿田的钻孔、剖面、坑道、探槽、露山采场等资料，还为深部成矿预测提供了科学根据。