三維地質(zhì)建模在地質(zhì)勘查領(lǐng)域的應(yīng)用與探討

謝麗麗

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院（山東省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì)），山東 濟(jì)寧 272000）

合理應(yīng)用三維地質(zhì)建模，可將復(fù)雜多變地質(zhì)結(jié)構(gòu)通過三維可視化的方式表示出來(lái)，更加清晰易讀，為分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦產(chǎn)資源分布提供有效參考。通常以BIM核心建模軟件Civil3D為工具，構(gòu)建三維地質(zhì)模型。應(yīng)用得當(dāng)可以大幅度提升地質(zhì)勘查的效率和精度，值得大范圍推廣應(yīng)用。

1 三維地質(zhì)建模相關(guān)概述

三維地質(zhì)建模是一種全新地質(zhì)勘查模式，通過計(jì)算機(jī)軟技術(shù)，在三維環(huán)境下，將空間信息管理、地質(zhì)結(jié)構(gòu)解譯、空間分析、空間預(yù)測(cè)、地學(xué)統(tǒng)計(jì)、實(shí)體內(nèi)容分析和圖形可視化軟件充分結(jié)合，應(yīng)用于地質(zhì)勘查分析的新技術(shù)。三維地質(zhì)建模起源于上世紀(jì)90年代，由加拿大著名學(xué)者是Slmon.W. Houldmg最先提出，同時(shí)對(duì)三維地質(zhì)建模進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。在新時(shí)代地質(zhì)勘查找礦的背景下，綠色勘查技術(shù)愈發(fā)深入人心，三維地質(zhì)建模在強(qiáng)大需求的牽引下，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維幾何造型等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，經(jīng)過三十多年的發(fā)展和完善，各項(xiàng)技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)勘查領(lǐng)域，并取得了良好效果。

2 三維地質(zhì)建模的具體應(yīng)用路徑

三維地質(zhì)建模在地質(zhì)勘查找礦中應(yīng)用時(shí)，流程包括：數(shù)據(jù)采集、建模、粗差點(diǎn)處理、地勘數(shù)據(jù)處理、巖層曲面生成、地質(zhì)模型加工等環(huán)節(jié)。

2.1 數(shù)據(jù)采集

地質(zhì)找礦數(shù)據(jù)多為點(diǎn)數(shù)據(jù)，在三維地質(zhì)建模中，地質(zhì)三維信息主要包括兩個(gè)方面，其一是點(diǎn)位，其二是點(diǎn)號(hào)。也是描述地形地貌及地質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的主要數(shù)據(jù)[1]。通過Civil3D軟件通過讀入dem或者csv等格式，獲取地質(zhì)勘查的三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)獲取途徑有兩個(gè)方面，其一是儀器采集數(shù)據(jù)，其二是測(cè)繪軟件直接導(dǎo)出數(shù)據(jù)。多途徑的數(shù)據(jù)采集取代，豐富了Civil3D軟件對(duì)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能，從而實(shí)現(xiàn)勘查數(shù)據(jù)從二維平面向三位立體的轉(zhuǎn)換，通過當(dāng)?shù)匾?guī)劃局提供的地形圖，就可以得到地質(zhì)勘查地形數(shù)據(jù)，大大降低了地質(zhì)勘查找工作量，提升工作效率。

2.2 建模

在Civil3D軟件中，數(shù)字化地質(zhì)勘查模型也被稱之為曲面，因此，在三維地質(zhì)建模時(shí)，需要先創(chuàng)建一個(gè)有針對(duì)性的曲面對(duì)象，然后將的采集到數(shù)據(jù)錄入曲面定義項(xiàng)中，就可以自動(dòng)生產(chǎn)地質(zhì)勘查區(qū)域原始地形曲面，完成三維地質(zhì)建模工作。

2.3 粗差點(diǎn)處理

地質(zhì)勘查找礦多采用斜井勘查，但斜井大多只有地面坐標(biāo)和地下坐標(biāo)，斷點(diǎn)深度也只是測(cè)量深度，采用傳統(tǒng)的二維勘查技術(shù)，斷點(diǎn)組合難度比較大，并且準(zhǔn)確率也比較低，因此，在三維地質(zhì)建模時(shí)，需要采用Civil3D軟件對(duì)斜井進(jìn)行校正處理，通過錄入斜井的斜角、方位角等數(shù)據(jù)，就可以模擬出斜井軌跡模型，對(duì)斜井的深度進(jìn)行有效校正，從而輸入斜井軌跡數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)勘查層面點(diǎn)位坐標(biāo)及垂直深度進(jìn)行校正，從而反映出最真的位置，降低組合難度。

2.4 數(shù)據(jù)處理

按照地質(zhì)勘查資料所選的三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)匯總整理成表格。按照地質(zhì)勘查找礦底層最終成果統(tǒng)計(jì)表，整理出各鉆孔位置的三維空間坐標(biāo)、鉆孔空間方位角表，從而獲知地質(zhì)勘查區(qū)域巖層及礦物質(zhì)的分布情況[2]。

2.5 巖層曲面生成

通過Civil3D軟件中的模塊插件Geotechnical Module，可通過分組的形式錄入整理好的地質(zhì)勘查控制點(diǎn)，生成各地質(zhì)勘查曲面。然后在與之對(duì)應(yīng)的地質(zhì)勘查線上形成縱斷面對(duì)象，從而將地質(zhì)勘查結(jié)果清晰直觀的展示出來(lái)。

2.6 地質(zhì)模型生成

將已經(jīng)生成的巖層曲面轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體，經(jīng)過分層轉(zhuǎn)換處理之后，在進(jìn)行布爾運(yùn)算，從而獲知實(shí)體化的三維地質(zhì)建模，從而直觀的顯示出各地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系和分布情況，便于地質(zhì)勘查找礦工作人員分析研究[3]。

3 三維地質(zhì)建模的用途探討

三維地質(zhì)建模具有非常強(qiáng)大的功能，無(wú)論是技術(shù)，還是應(yīng)用體系都比較成熟，具有非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，除地質(zhì)勘查領(lǐng)域之外，在城市地質(zhì)、水位地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等勘查領(lǐng)域也有良好應(yīng)用。

3.1 三維立體場(chǎng)景

通過應(yīng)用三維地質(zhì)建模可清楚直觀的展示出各三維要素之間的空間關(guān)系，包括：相離、相鄰、組成、包含及被包含。

3.2 精確計(jì)算礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量

我國(guó)很多礦床呈現(xiàn)層狀，傳統(tǒng)層狀礦床儲(chǔ)量計(jì)算方法為分塊、分段，然后通過各塊段采樣厚度的平均值乘積作為塊段總面積，然后再通過分析采用品位的平均值獲知礦產(chǎn)資源的總體儲(chǔ)量，此種方法工序繁瑣，效率低，精度不足，誤差在20%～30%之間。

但應(yīng)用三維地質(zhì)建?？捎行Ы鉀Q這一問題，可按照鉆孔采樣點(diǎn)剖析的廣義三棱柱進(jìn)行系統(tǒng)化統(tǒng)計(jì)分析，此種方法自動(dòng)化程度非常高，而且速度比較快，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算分析的精度也比較高。

3.3 實(shí)現(xiàn)平面圖和剖面圖形態(tài)相容

通過三維地質(zhì)建?？蓪?duì)平面圖及剖面圖進(jìn)行三維聯(lián)動(dòng)修改，地質(zhì)勘查找礦工作具有很強(qiáng)的技術(shù)性，對(duì)找礦人員的綜合素質(zhì)及專業(yè)水平有很高要求，需要憑借自己的想象力繪制出地質(zhì)勘查剖面圖，并保證剖面圖和平面圖的構(gòu)造、形態(tài)相互一致。而通過三維地質(zhì)建模技術(shù)，只需要錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，就能自動(dòng)形成剖面圖，并對(duì)保證剖面圖和平面圖的一致性，降低工作難度。

3.4 便于直觀形象的展示礦產(chǎn)資源的空間形態(tài)

通過三維地質(zhì)建?？上蚍堑刭|(zhì)專業(yè)人員及找礦領(lǐng)導(dǎo)全面、直觀、可視化的展示礦產(chǎn)資源分布的空間形態(tài)及開采技術(shù)條件。最為地質(zhì)勘查的決策人員，通常不關(guān)注地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取情況、也不會(huì)評(píng)價(jià)地質(zhì)勘查方案的優(yōu)劣，而是比較注重地質(zhì)勘查的結(jié)果。而三維地質(zhì)建模就是一種比較易于理解的信息表達(dá)方式，制作精良的三維地質(zhì)建模，無(wú)論是專家領(lǐng)導(dǎo)，還是非行業(yè)人員，都能一目了然的獲知地質(zhì)勘查結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了三維地質(zhì)建模在地質(zhì)勘查領(lǐng)域的應(yīng)用，分析結(jié)構(gòu)表明，地質(zhì)勘查工作具有很強(qiáng)的專業(yè)性和技術(shù)性，合理應(yīng)用三維地質(zhì)建模，既能提升地質(zhì)勘查找礦工作的質(zhì)量和效率，也能降低工作難度，保證地質(zhì)勘查精度，促使我國(guó)地質(zhì)勘查事業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。