富家塢銅礦巖性數(shù)據(jù)圖形化處理的研究應(yīng)用

王增科

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

富家塢銅礦巖性數(shù)據(jù)圖形化處理的研究應(yīng)用

王增科

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

傳統(tǒng)方法在繪制礦床巖性相關(guān)的剖切面圖件方面，效率低、無(wú)法繪制任意剖面圖件和三維空間形態(tài)分布圖等。但隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)快速繪制這類(lèi)圖件成為可能。本文針對(duì)富家塢銅鉬礦床鉆探巖性數(shù)據(jù)數(shù)字化處理及快速成圖進(jìn)行研究，并提出解決的方法。

富家塢銅礦;巖性;數(shù)據(jù)處理;軟件技術(shù);圖形化

1 前言

礦床勘探鉆孔巖性原始數(shù)據(jù)以文字性描述為主，因此在利用這些數(shù)據(jù)繪制與巖性相關(guān)的剖切面圖件時(shí)，傳統(tǒng)處理方法要依賴地質(zhì)人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度和理論基礎(chǔ)扎實(shí)程度來(lái)勾勒各種巖性的邊界。但相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)識(shí)程度不同而得到的結(jié)果，也各不相同，同時(shí)對(duì)大型礦山而言，勘探巖性數(shù)據(jù)量大，繪制任意剖面巖性圖件時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)運(yùn)算量大，成圖效率必將受到限制。隨著計(jì)算機(jī)軟件硬件技術(shù)的進(jìn)步，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)勘探鉆孔巖性數(shù)據(jù)進(jìn)行快速數(shù)字化處理、成圖成為可能。本文就利用Golden.Voxler、Golden.Surfer三維繪圖軟件、Ms－Sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)軟件以及德興銅礦自主開(kāi)發(fā)的地質(zhì)測(cè)量計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)勘探巖性數(shù)據(jù)處理及成圖方面進(jìn)行研究并給出相應(yīng)的解決方法。

2 礦床巖性、巖性數(shù)據(jù)庫(kù)和研究所需軟件介紹

2.1 礦床巖性

富家塢銅鉬礦床地層均系震旦系淺變質(zhì)巖系，此外局部有山溝、山坡有零星第四系殘坡積和沖積層分布。震旦系淺變質(zhì)巖系主要為一套泥砂質(zhì)與凝灰質(zhì)混合沉積層。由絹云千枚巖，綠泥絹云千枚、晶凝灰質(zhì)千枚巖及砂巖、碳質(zhì)板巖組成。與斑巖礦床有關(guān)的成礦母巖主要為花崗閃長(zhǎng)斑巖、英安斑巖、石英斑巖等深源－淺成、超淺成小侵入體。地層巖體概為震旦系淺變質(zhì)巖系和侵入其中的花崗閃長(zhǎng)斑巖體，各類(lèi)脈巖以及相伴生的蝕變巖石［1］。

總體而言，富家塢銅鉬礦床的巖性分類(lèi)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由千枚巖和斑巖和部分的基性、中性巖三大類(lèi)組成。

2.2 礦床巖性數(shù)據(jù)庫(kù)

富家塢銅鉬礦床巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法的研究應(yīng)用是以該礦床的勘探鉆孔巖性數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)。礦床勘探地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)礦山地質(zhì)、測(cè)量及相關(guān)技術(shù)人員多年不懈的建設(shè)的已經(jīng)比較完善。數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括:鉆孔開(kāi)孔坐標(biāo)、鉆孔測(cè)斜、化驗(yàn)品位和巖性等四部分組成。

通過(guò)礦山自主開(kāi)發(fā)的地質(zhì)測(cè)量計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)二次處理，形成帶有空間座標(biāo)的化驗(yàn)品位數(shù)據(jù)及巖性數(shù)據(jù)庫(kù)。本次研究應(yīng)用以二次處理后的巖性數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)。巖性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括鉆孔名稱(chēng)、起始孔深、截至孔深、巖石名稱(chēng)、蝕變分帶、斷層、礦化、起始坐標(biāo)、截至坐標(biāo)等信息;本次研究應(yīng)用以其中的巖石名稱(chēng)分帶及空間坐標(biāo)信息為主。

在巖性數(shù)據(jù)庫(kù)中巖石名稱(chēng)是以大寫(xiě)的英文字母形式表示:RPH(千枚巖)、RGP(斑巖)、RSW(風(fēng)化層)、RMD(基性＆中性巖)等［2］。

2.3 研究應(yīng)用所需軟件介紹

Golden.Voxler是美國(guó)Golden公司開(kāi)發(fā)的一款專(zhuān)業(yè)的三維數(shù)據(jù)可視化軟件。并利用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建出等值線圖，等值面，切片圖，三維散點(diǎn)圖形，從而能夠清晰的看到這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系。本次研究主要用來(lái)處理三維化的巖性數(shù)據(jù)和圖形繪制。模塊庫(kù)功能是對(duì)導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行最基礎(chǔ)、核心的處理［3］。Golden.Surfer也是Golden公司一款專(zhuān)業(yè)二維數(shù)據(jù)的可視化軟件。在本次研究中主要用于建立地表模型。

Ms－Sqlserver:Microsoft公司一款面向分布式客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS)，是一種跨平臺(tái)的交互式的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。本次研究主要用來(lái)對(duì)巖性數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)的水平切面加密處理。

地質(zhì)測(cè)量計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng):是德興銅礦自主開(kāi)發(fā)的一款涵蓋勘探鉆孔、生產(chǎn)巖粉和測(cè)量數(shù)據(jù)處理并具有基本滿足日常生產(chǎn)所需圖形繪制等功能的綜合應(yīng)用軟件平臺(tái)。本次研究主要用來(lái)對(duì)巖性原始數(shù)據(jù)的初始化處理和地表模型所需的二維數(shù)據(jù)生成。

3 技術(shù)路線

首先利用地質(zhì)測(cè)量應(yīng)用軟件平臺(tái)對(duì)Ms－Sqlserver中存儲(chǔ)的巖性相關(guān)的原始數(shù)據(jù)初始化處理，形成帶有三維坐標(biāo)的巖性數(shù)據(jù)，同時(shí)利用該軟件將地形圖轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)文件。其次利用Surfer中對(duì)地形三維坐標(biāo)文件處理生產(chǎn)地表模型。在以上基礎(chǔ)上，根據(jù)Voxler處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和要求，對(duì)在sqlserver中對(duì)三維化的數(shù)據(jù)進(jìn)行巖性符號(hào)的數(shù)字化變換和水平方向上多次切割的增加數(shù)據(jù)密度，最后在voxler中進(jìn)行綜合巖性圖件的繪制。如圖1。

圖1 技術(shù)路線示意圖

4 巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法步驟

4.1 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三維化處理

利用地質(zhì)測(cè)量計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)mssqlserver中三個(gè)原始表:開(kāi)孔坐標(biāo)及孔深表(如表1)、鉆孔測(cè)斜表(如表2)、鉆孔巖性表(如表3)初始化，形成本次研究應(yīng)用所需的帶有三維坐標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如表4)。

表1 開(kāi)孔坐標(biāo)及孔深示意表

表2 鉆孔測(cè)斜示意表

表3 鉆孔巖性示意表

表4 三維坐標(biāo)巖性數(shù)據(jù)表

4.2 巖性數(shù)據(jù)水平方向多次切割

在巖性數(shù)據(jù)庫(kù)中，不同巖性進(jìn)尺長(zhǎng)短不一，但Voxler處理巖性數(shù)據(jù)時(shí)，只是把一段巖性的中間點(diǎn)作為處理對(duì)象，若這個(gè)點(diǎn)的代表長(zhǎng)度不均勻，那么空間插值的結(jié)果勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，在巖性變化的地方是數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)部位。因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行水平拆分加密使得每個(gè)點(diǎn)代表長(zhǎng)度相對(duì)較短、且均一化。在Ms－Sqlserver的查詢分析器中用SQL腳本語(yǔ)句(如下)對(duì)三維化數(shù)據(jù)進(jìn)行水平方向加密切割［4］。

(鉆孔名稱(chēng)，孔深，巖石名稱(chēng)，斷層，地層時(shí)代，地層層位，巖性描述，X，Y，Z)

(起始孔深－(起始孔深－截至孔深)*(Z1－@LEVEL)/(Z1－Z2))AS孔深，

巖石名稱(chēng)，斷層，地層時(shí)代，地層層位，巖性描述，

在本次研究中考慮到Voxler處理數(shù)據(jù)的要求及巖芯進(jìn)尺長(zhǎng)度等因素，數(shù)據(jù)垂直方向每間隔1米進(jìn)行水平切割，使數(shù)據(jù)量密度增加，處理后的巖性數(shù)據(jù)庫(kù)如表5。

表5 加密后的三維巖性表

4.3 巖性符號(hào)的數(shù)字化變換

利用表6中的數(shù)字化代碼替換表5中的字符代碼生成加密數(shù)字化后的三維巖性表Geo列，同時(shí)為提取某種巖性的邊界，需要增加該列并將要提取的巖性設(shè)置為同一數(shù)字，其它為另一種背景數(shù)值。

譬如:為斑巖(RGP)增加RGP列，將斑巖數(shù)據(jù)設(shè)置為2其它全部替換為1作背景值處理(如表7)，其它巖性作類(lèi)似處理，并分列存儲(chǔ)，最終形成voxler所需的巖性數(shù)據(jù)綜合表(如表8)。

表6 巖性字符代碼表

表7 斑巖數(shù)據(jù)變換代碼表

表8 巖性數(shù)據(jù)綜合表

4.4 巖性數(shù)據(jù)處理及繪圖

4.4.1 地形表面模型的建立與剖切

在autocad中用地質(zhì)測(cè)量計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，將現(xiàn)狀圖中三維線，點(diǎn)等三維信息導(dǎo)出，形成三維坐標(biāo)文件。通過(guò)golden.surfer采用合適的插值方法建立三維面模型fjwdx.grid［5］。

在voxler中利用根據(jù)fjwdx.grid模型文件，創(chuàng)建HeightField(高程場(chǎng)景)，利用ClipPlane(切割)做兩次間隔一定距離的平行切割，保留中間部分即形成地形剖面線。

4.4.2 散點(diǎn)圖的繪制

散點(diǎn)的空間切割利用排除過(guò)濾器對(duì)原始數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行排除，保留需要的數(shù)據(jù)形成空間數(shù)據(jù)，生成巖性數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。

4.4.2.1 空間面排除過(guò)濾器設(shè)置

對(duì)表7添加控件排除過(guò)濾器，利用聯(lián)合的面方程不等式對(duì)不需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，在過(guò)濾字符串中設(shè)置兩個(gè)平行面不等式Ax+by+cz＞k1 or Ax+ by+cz＜k2過(guò)濾不需要的散點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣保留下來(lái)的即在圖形上顯示的數(shù)據(jù)。

(1)水平面設(shè)置:如z＜－50 or z＞－50表示保留高程為50水平的數(shù)據(jù);

(2)空間剖面設(shè)置:如y＞x－63900 or y＜x－64100即表示與BB＇剖面平行兩個(gè)面一定距離之間需要保留的散點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、y＞－x+83600 or y＜－x+83450表示為AA'剖面平行兩個(gè)面一定距離之間需要保留的散點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。

4.4.2.2 巖性排除過(guò)濾器排除非某類(lèi)巖性

在空間過(guò)濾的基礎(chǔ)上，利用不同的排除字符串組合保留需要繪制的巖性。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)列特征，如其中c列為特征數(shù)字列。0、1、2、3分別表示風(fēng)化層、千枚巖、斑巖、基性和中性巖。

(1)c=3 or c=2 or c=0即保留c=1千枚巖;

(2)c=3 or c=1 or c=0即保留c=2斑巖。

最后按照需求利用散點(diǎn)圖功能組合繪制符合要求的散點(diǎn)圖如圖2。

圖2 勘探BB'剖面鉆孔空間散點(diǎn)圖

4.4.3巖性空間形態(tài)分布圖及剖切面繪制

4.4.3.1 數(shù)據(jù)的加載

在voxler文件下拉菜單中選擇加載數(shù)據(jù)選擇表8文件，根據(jù)要求設(shè)置坐標(biāo)及需要處理的某種巖性的數(shù)據(jù)列。

4.4.3.2 單個(gè)巖性模型的建立

數(shù)據(jù)加載后，設(shè)置網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù):數(shù)據(jù)項(xiàng)、空間范圍、空間剖分密度、空間插值方法等。進(jìn)行網(wǎng)格化即可建立不同特征數(shù)據(jù)項(xiàng)空間模型［6］。然后在空間模型基礎(chǔ)上利用等值面體和等值線功能繪制某巖性空間分布圖和剖面圖。

需要指出的是為提取某巖性邊界，等值面或等值線邊界特征值應(yīng)該設(shè)置成所提取巖性和背景值數(shù)值的中值。

4.4.3.3 巖性圖件的生成

在單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)模型建立后，利用等值線功能，設(shè)置切面法線方向，距離模型中心點(diǎn)距離和邊界值特征，即可繪制任意剖面的巖性剖面圖(如圖3);結(jié)合地表模型及剖切和散點(diǎn)圖即可繪制各種綜合巖性剖面圖件(如圖4);利用等值面功能設(shè)置邊界特征值可生成某種巖性的空間形態(tài)分布圖(如圖5)。

圖3 富家塢－80水平巖性分布圖

圖4 BB'剖面綜合巖性剖面圖

圖5 富家塢斑巖體空間形態(tài)分布圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)富家塢礦區(qū)巖性原始數(shù)據(jù)的處理、圖形快速繪制做了相關(guān)研究和應(yīng)用。通過(guò)本次研究應(yīng)用，有以下一些認(rèn)識(shí):首先原始巖性數(shù)據(jù)要可靠、規(guī)范，并能夠合理地歸納分類(lèi);其次地質(zhì)勘探巖性數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)應(yīng)按巖性、蝕變分帶、斷層等分門(mén)別類(lèi)，不可將各種數(shù)據(jù)混雜，對(duì)文字性的描述進(jìn)行歸納，做到重點(diǎn)突出、簡(jiǎn)明扼要、分類(lèi)合理，數(shù)據(jù)分列歸類(lèi)存儲(chǔ)。既保證原有地質(zhì)信息的不丟失，又符合數(shù)字化處理的要求;再者在數(shù)據(jù)處理及成圖中，應(yīng)該根據(jù)巖性數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn)和軟件處理空間數(shù)據(jù)上的要求，對(duì)數(shù)據(jù)在水平面上做進(jìn)一步的切割達(dá)到數(shù)據(jù)量增加的效果，從而保證建立巖性模型的所需數(shù)據(jù)數(shù)量與質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)富家塢銅鉬礦床巖性數(shù)據(jù)圖形化處理方法的研究，可快速繪制礦床的巖性剖面圖件及空間分布形態(tài)，對(duì)其它類(lèi)似礦床這方面應(yīng)用有一定的借鑒與指導(dǎo)意義，但富家塢礦區(qū)的巖性相對(duì)簡(jiǎn)單，空間分布形態(tài)不很復(fù)雜，對(duì)于巖性形態(tài)分布較為復(fù)雜的礦床在應(yīng)用時(shí)候，還需結(jié)合實(shí)際情況做進(jìn)一步的分析。

［1］朱訓(xùn)，等.德興斑巖銅礦.北京:地質(zhì)出版社，1983，3.

［2］林岳生，等.江西省德興縣富家塢銅鉬礦區(qū)地質(zhì)勘探總結(jié)報(bào)告［R］.景德鎮(zhèn):江西冶金地質(zhì)勘探四隊(duì)，1978，5.

［3］朱學(xué)林.Voxler在地質(zhì)數(shù)據(jù)三維可視化中的應(yīng)用［J］.海口:科園月刊，2008，5.

［4］張莉.SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［5］張弛.基于Surfer軟件的地形圖快速繪制方法［J］.北京:水利技術(shù)監(jiān)督，2009，3.

［6］陳云城，李斌.三維空間插值在巖性數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用［J］.沈陽(yáng):沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，16(4).

Research and Application on Computer Graphics in Lithology Data at Fujiawu Copper Mine

WANG Zeng－ke

(JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

The traditional method in drawing deposits of rock related section cutting plane map is in low efficiency and unable to draw any profile map and three－dimensional space distribution map.However，it is possible to use computer technology to draw such maps quickly with the advancement of computer hardware and software technology.In this paper，a study on drilling lithology data processing and fast drawing of Fujiawu Copper－molybdenum deposit is made and solutions are proposed.

copper mine;lithology;data processing;software technology;graphics

TD166

A

1009－3842(2011)04－0062－05

2011－04－01

王增科(1978－)，男，河南鎮(zhèn)平人，本科，工程師，從事礦山地質(zhì)工作，E－Mail:gxglhnnywzk@126.com