三维地质建模技术在矿产勘查中的应用探析

曾 啸

（湖南省地质院油气资源勘探队，湖南 长沙 410000）

矿产资源是十分重要的能源，随着矿产开采量的不断增加，地表矿、易识别矿额数量越来越少，而深部矿、难识别矿勘查难度较大。对此，只有加强矿产资源勘查管理，才可为矿产资源开发利用奠定基础。通过应用三维地质建模技术，可对矿区地质环境进行深入分析，确定矿产资源开采价值。因此，亟需对三维地质建模技术在矿产勘查中的应用进行深入研究。

1 三维地质建模技术概念

在三维地质模型的实际应用中，通过将数据分析以及信息分析进行有效整合，即可构建地质模型，通过模型分析，能够对矿产勘察中的各类信息数据进行解译粪臭。地震模型为三维网格体结构形式，结构基础包括断层、层位，可对储存结构形式以及形态产生较大影响。在矿产勘查中，对于模型节点尺寸，可根据矿体大小进行调整，在不同矿产资源勘查中，模型创建有一定区别，因此地质模型节点尺度的差异也比较明显，通常情况下，对于地质模型，可分为构建岩相模型、岩石物性模型以及模型框架。

2 项目概况

本文以某矿区为研究对象，该矿区含煤地层的构造形式为单斜构造，近东西走向，地层呈南倾，含煤地层的倾角在8°～25°之间。该露天煤矿的走向剖面形式如图1所示。

图1 露天矿走向剖面图

3 三维地质建模技术在矿产勘查中的应用

3.1 原始地质数据处理

对于矿区原有地质数据，可采用粗查技术进行检查分析。在检测过程中，要求进行冗余处理。另外，对于数据文件结构，可采用分类处理法，保证建模数据的准确性，并根据不同数据的分类将其录入至数据库中。除此以外还应注意，各类数据的逻辑关系比较复杂，应做好数据梳理工作，明确数据录入后在真实三维空间中的层位结构形式。

3.2 矿区三维地质面模型创建技术

（1）确定建模边界线。在进行基岩以及煤层顶底板面模型创建过程中，首先确定模型边界线，将不同地层三维剖面线作为基础，并根据其端点位置确定建模边界线。在所有边界线连接过程中，必须妥善处理勘查线剖面图与煤层露头位置、无煤区分叉位置等之间的关联。

（2）提取钻孔数据点。在矿区勘查中，要求首先对矿区水文地质勘探线的剖面图进行仔细分析，详细了解各个钻孔煤、钻孔数据点以及岩层层位等，然后将所有数据转换为三维点坐标。在数据处理中，如果发现部分数据重复，则应注意清理重复数据，在钻孔数据整理完成后，即可将其输入数据库。

（3）空间插值。对勘探线剖面进行分析，确定钻孔数据点后，由于钻孔数据点分布形式不均匀，并且存在形态突变以及数据量较少等问题，因此可能会对面膜型创建效果造成不良影响，对此，可利用空间插值技术增加钻孔数据点数据量。通过对该露天煤矿进行勘查分析发现，地层起伏不明显，在模型创建中，对于钻孔数据点，可采用距离幂次反比法做好加密处理。在对钻孔数据进行上述数据处理后，要求格网间距为100m，幂指数为2，而估值半径则为500m。

（4）建立TIN模型。在TIN的模型创建中，要求将各个煤层的建模边界线以及三维剖面线作为约束，利用三角网创建顶面模型以及底面模型，进而构建不同煤层顶板TIN模型，对地层界面进行模拟分析。

3.3 三维地层地质实体模型

（1）实体模型构模方法。对于实体模型创建方法，可分为以下两个步骤：第一，在针对该露天矿创建实体模型时，应确定各个煤层顶面以及底面边界线，在两条边界线之间，采用带有约束条件的三角网创建侧面模型，将二者进行有效连接。在煤层顶板面模型、底板面模型以及侧面模型创建完成后，三者可组合形成封闭的模型结构。通过应用CAD技术即可获得煤层实体模型结构，实体模型构模方法如图2所示。

图2 煤层实体模型的建模流程

第二，在烧变岩实体模型创建中，要求充分利用不相交的空间烧变岩断面多边形，并利用相邻拓朴关系将其连接成为封闭三角网，最后利用固化成体技术创建烧变岩石体模型。通过对该露天矿进行勘查发现，大量烧变岩出露地表，因此，对于地表实体以及烧变岩石体的出露地表部分，可采用布尔运算进行计算分析，要求保证建模准确性。

（2）露天矿三维地质集成模型创建技术。在创建实体模型时，应注意妥善解决各个层位以及地质结构的关联，将实体与地质构造相耦合，充分展现出露天矿地层空间形态。在三维耦合地质实体模型创建中，首先需创建煤层以及烧变岩的实体模型，然后再利用布尔运算法，将二者结合成为三维地质实体模型。另外，还可采用二次开发方式实现任意位置切割剖面功能。该露天矿采场排土场集成实体模型如图3所示。

图3 露天矿采场排土场集成实体模型

3.4 三维地质模型评价

（1） 勘探线剖面层位比较。在矿产资源勘察过程中，必须根据矿区实际情况确定原始勘察线，创建三维实体模型，并切取剖面，将原始剖面煤岩层信息、岩层层位信息与实体切割剖面的煤岩层、岩层层位信息进行比较分析，根据本次研究发现，原始剖面与实体切割剖面信息数据基本相同。

（2）煤量核算分析。在创建露天矿三维属性实体模型后，对于初设最终境界面模型，采用布尔运算进行计算，对模型属性实体进行约束报量，并与元设计境界内的资源储量进行比较，确保二者保持一致。

4 结语

综上所述，本文主要以某露天矿为研究对象，对三维地质建模技术在矿区勘察中的应用要点进行了深入研究。在矿产勘查中，对于地质信息一般采用平面图以及剖面图进行模拟分析，矿区地层地貌以及其他地质信息均可投影至平面上进行二维表达，可能会出现空间信息失真、制图复杂、信息数据更新难度大等问题。对此，可采用三维地质建模技术，通过利用三维可视化技术以及计算机技术，对矿区地质条件、地质环境进行三维模型创建分析，能够为矿区地质研究、源储量估算以及开采设计方案提供可视化服务，保证矿产资源勘查精度。因此，可将三维地质建模技术推广应用于矿产勘查中，提升矿产勘查效率。