三维数字地质模型（精选9篇）
三维数字地质模型 第1篇
关键词：矿区,水文地质,三维数字地质模型,地质评价
市场经济体制的不断改革,对于煤矿整体的生产能力提出了更高的要求,需要企业及时地调整自身的战略部署,最大限度地保证矿区生产活动的顺利开展。结合现阶段煤矿生产的实际发展现状,可知做好矿区的水文地质评价对于煤矿的安全生产具有重要的现实参考意义,可以为企业带来更多的经济效益。在信息化技术手段的支持下,可以构建出可靠的三维数字地质模型,丰富矿区水文地质评价内容,提高矿区整体的生产作业工作效率,实现现代化煤矿企业的更多发展目标。
1 矿区水文地质数据的提取
完善矿区水文地质评价体系,需要采取有效的技术手段提取相关的水文地质数据,为后续研究工作的顺利开展奠定坚实的基础。一般情况下,采用钻探或者物理探测的方法提取水文地质数据,并结合相关的地质资料对矿区的地层的含水性、断层等进行必要地了解。在可靠的三维数字地质模型的支持下,有关矿区水文地质数据的管理可以通过模型中的外接数据库进行存储,并在软件系统里构建出功能强大的数据中心和图形编译系统,利用某些功能键对这些数据信息进行及时有效地浏览。同时,三维数字地质模型中记录的数据可以依据标高对生产勘探轮廓清晰的竖直剖面。这种剖面可以满足使用者的地质编译、数据查询及核对等方面的具体要求。基础数据收集的过程中主要利用的是Excel表格。除此之外,在对地质勘探数据进行统一收集整理的过程中,可以发挥3DMine软件的优势进行数据的实时存储。这些工作的顺利完成,保证了三维空间与地质数据的有效结合,增强了数据分析的准确性和真实性。
2 矿区水文地质特征
很多矿区实际生产中容易受到地下水的影响,客观地决定了做好水文地质分析工作的必要性。目前矿区的地下水类型主要包括碳酸盐石裂隙岩溶水和碳酸岩承压裂隙水。前者岩组含水层主要在其中溶蚀裂隙中流动,中等富水等级实际作用效果明显。同时,该岩组含水层包括了茅口组及重要的二叠系统下的栖霞组; 后者的地下水贮存于该岩组的岩溶裂隙中,中等富水等级的作用效果突出,相关的岩组含水层主要位于石炭系摆佐组,水文特征明显。
3 三维数字地质模型在矿区水文地质评价的构建分析
由于矿区水文地质条件复杂,需要充分地发挥三维数字地质模型的优势,增强矿区的水文地质评价工作质量,为矿区的安全生产活动开展提供可靠的保障。在构建三维数字地质模型时,主要采用的建模技术是3DMine。这种建模技术的应用范围广,适用性强,可以结合矿区水文地质的实际概况进行建模,并对其中的水文特征进行全面地分析,从根本上保证了矿区水文地质评价的科学合理性。
在3DMine建模技术的作用下,运用控制线及对应的分区线相互融合的方法,可以对矿区的任何物体的剖面进行地质模型构建,从而为实际问题的有效解决提供可靠的参考依据。在模型构建的过程中,不同模型之间的交、并、差运算方式可以选择布尔运算,并利用相关的函数分析模块增强数据处理的准确性,确保所有的运算结果能够达到矿区水文地质评价的实际要求。同时,三维可视化模型包含着各种丰富的半变异函数,可以对某些参数的调整进行深入地分析,简化了地质学问题处理过程中的工作流程,数据信息的处理效率更加高效。同时,利用三维数字地质模型搜集数据信息的过程中,需要参考矿区的探矿钻孔、水文地质钻孔等方面的重要资料,促使巷道位置上方的水文地质观测钻孔及相关的剖面可以在地质模型构建中体现出来,形成功能更加强大的三维地质与水文地质相结合的地质模型,提高模型使用中处理实际问题的工作效率。
4 三维数字地质模型在矿区水文地质评价中的运用
在矿区水文地质评价的过程中,为了使最终的评价效果能够达到矿区生产作业的实际要求,需要充分地发挥三维数字地质模型的优势。最大限度地完善水文地质的评价体系,在保证矿区作业人员安全工作的同时增加煤矿企业整体的经济效益。三维数字地质模型在矿区水文地质评价中运用时,相关的技术人员需要对矿区地层的结构特点、水文特性等进行深入地了解,确保三维数字地质模型使用时可以与矿区的实际作业环境相吻合,进而为各种实际问题的有效解决提供可靠的参考依据。
当施工巷道穿过矿区的栖霞组时,其中的涌水量相对较大。由于矿区不同地段的地下水上升的水位有所差异,某些区域容易出现大规模涌水的现象,加大了这些区域涌泥量问题产生的概率。对于高台组的巷道施工必须增强专业设备的安全性能,主要在于这些施工中的硬质岩较多,加大了施工难度。当矿区巷道周围的岩层较薄时,实际的隔水效果相对较差,容易带来大量的涌水。同时,对于矿区岩层结构不稳定的区域,当其中的巷道顶板稳定性受到较大的威胁时,也会对煤矿后续的生产活动开展带来较大的威胁。因此,运用三维数字地质模型时可以将不同的数据信息输入到地质模型中,以便这些模型在实际的应用中可以快速地解决巷道的涌水问题,减少突发性涌水带来的影响。
将矿区二叠系栖霞组的信息输入到信息化网络中,可以构建出不同厚度地层的可视化三维数字地质模型,并对矿区的各种接触面进行有效地分析,从而对巷道底板的安全性能进行综合地评估,确定某些突发性涌水可能影响的矿区生产作业区域,方便了技术人员在较短的时间内完成预防灾害事故的紧急方案的制定,给煤矿生产作业的顺利开展带来了重要的参考信息。同时,在运用三维数字地质模型的过程中,不同断层对于矿区巷道结构的稳定影响程度也可以通过这种模型进行必要地分析,从而避免了巷道底板涌水事故的发生,加快了煤矿企业现代化建设步伐。
5 结语
矿区水文地质评价能否达到实际的作用效果,依赖于可靠的三维数字地质模型。这种模型包含的内容非常丰富,使用中可以对矿区水文地质的整体概况进行综合地评估,确保了矿区生产作业的顺利开展。在构建三维数字地质模型的过程中,技术人员需要充分地考虑各方面的影响因素,最大限度地发挥出参考模型的实际作用。三维数字地质模型的有效使用,可以对矿区的水文地质特性进行系统的阐述,降低安全事故发生的几率。
参考文献
[1]谢文兵.地质矿产数据库的建立与隐伏矿体立体定量预测研究[D].长沙:中南大学,2012.
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[4]陈松.基于三维地质结构模型的宿南矿区地下水演化与识别[D].徐州:中国矿业大学,2014.
三维数字地质模型 第2篇
OpenGL在油气田三维地质模型中的应用
目前,GIS技术已经应用于油气田开发管理.但是现有的GIS技术还不能满足油气田开发中对油气藏三维空间分布状况的描述.因而,可以利用OpenGL技术建立三维地质模型显示模块,并嵌入油气田开发管理地理信息系统中.从而,扩展了GIS在油气田开发管理中的三维空间描述能力.结合实际开发经验,首先主要阐述了如何利用OpenGL建立三维地质模型.然后,介绍如何对三维地质模型进行相应的.三维变换.最后描述了如何对三维地质模型颜色进行设置以及怎样计算法线矢量.
作 者：谢青 姜h Xie Qing Jiang Yue 作者单位：谢青,Xie Qing(重庆邮电大学,经济管理学院,重庆,400065;四川大学,计算机学院数据库与知识工程研究所,成都,610065)姜h,Jiang Yue(西南民族大学,计算机科学院,成都,610041)
刊 名：工程地球物理学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICS 年，卷(期)：2009 6(4) 分类号：P228 关键词：OpenGL 油气田开发 三维地质模型 地理信息系统三维数字地质模型 第3篇
三维动画建模教学现状及分析
三维动画建模制作课程是一门以动画基础知识为基础三维动画软件结合制作的课程，主要以软件操作为主，辅助完成设计作品。目前来看专业教师大多分两类，一类是有绘画背景的教师担当。一类以有计算机专业背景的教师担当。由于专业角度的限制使我们认识客观现实存在这一些局限，这也是为什么任何一种理论都存在某种缺陷的原因。因此，在传统的动画教育培养下，使得这种新型的三维动画课程在教育上并没有充分发挥到对学生培养锻炼的作用。目前三维动画建模出现的问题大致归纳为以下几点：
第一、课程设置训练目标不够明确。
三维建模作为动画设计专业课程之一，也有他的特殊性涉及到计算机图形图像软件，其目的是把的设计思维转化为虚拟的现实物体，读懂设计稿件，对模型造型的观察分析的表达能力，更好的数模的转换。其中应以造型准确为主，但很多动画专业软件教学过程中过多关注学生的软件控件的能力，反而使教学的重点有所偏差。在加上教师的课程安排大多数偏重于软件的操作命令完成案例，但是针对造型观察、形态的分析、形态发散思维等各个方面没有明确有效的设计，加上学生对软件的新鲜程度超过专业理论本身的价值，忽略了对学生求“真”（对知识或观点真伪的探究与批判）、求“善”（对技术手段与方法合理与否的伦理思考）、求“美”（对技术手段与方法合理与否的伦理思考）的统合性引导，导致没有很好把一些重要的基础课程衔接起来。
第二、物体的造型的结构概念不够清晰。
有一些绘画基础的艺术生进校前，虽然受过良好的美术基础教育，但是绘画思维还是有些固定，对本质的结构理解不透彻，对结构的发散思维能力薄弱，物体之间的重构转换设计不足。一些学生的素描主要停留在的黑白灰的关系上，在深入掌握物体内部结构关系上略有欠缺。
第三、对三维软件的运用不够熟悉。
在三维软件的教学过程中，一些学生对软件掌握的还不够全面。本人通过走访调研一些知名三维动画培训机构和一些专业院校以及自己的亲身经历发现，这些机构对软件学习的要求并不是从头学到尾，而是模块教学，针对动画专业的课程要求把软件学习模块化，足够学生运用，这样一来可以节省课程时间，减少学生在软件上面的耗时，也就是在职业的工作任务和行动过程的背景下，将学习领域中的目标表述和学习内容进行教学论和方法论的转换，构成学习领域框架内的“小型”主题学习单元。尽管模块教学也有些缺陷不利于学生的全面发展，但是在目前2+1的职业教育体系下，却能用最短的时间和社会的岗位接轨。
结构素描在动画设计专业中的教学意义
在结构素描教学中，教学目的是为了设计服务的，主要用于了解物体的内部构造在原有的基础上重构设计而非表达纯艺术效果的素描形式。其主要的特点是表达对象的结构、原理、功能等元素，并与所表达的对象的造型、空间等艺术效果相结合，也可以是理性思维与感性思维的结合。而三维动画模型制作也是在结构体系下的工作过程，对初学三维软件的学员来说也是理解结构关系的有效课程。
结构素描的训练主要围绕设计艺术的实践，运用素描的造型规律和方法，以准确生动的传达、交流信息，它是学习传达设计思维、理念、创意的视觉艺术语言。对于动画设计专业的学生来讲，结构的概念需要更加细分，相对更加有创意性，比一般的结构素描所表达的内容更具夸张性、漫画型的特点。从某种意义上讲，动画设计中的结构素描也是进行三维动画模型制作学习伊始的明灯。
结构素描理论渗入到三维动画模型制作中的策略
近年中国对数字文化产业的投入使的设计在生活中的影响力逐渐加大，美术基础教学有了更多的针对性和设计意识的强化。经过这几年对结构素描和三维动画模型制作教学研究，以及学生的技能水平测验和学生的反馈意见进行分析发现，对动画设计专业的学生来说，把结构素描的理论融入到三维动画模型制作的训练当中可尝试从以下几个方面着手。
第一、强化结构素描训练，培养学生准确把握物体结构的观察能力。
结构素描侧重于理解和解剖结构，通过简单的点，线，面的结合使形体明确起来，而三维软件的建模方式也是通过这种点、线、面的拓扑让模型逐渐清晰明朗，结构素描和三维动画模型制作其实在塑造形这块是有很多相似处的。结构素描绘画表达是用少量的线表达物体的空间关系，找重要结构把物体的大形抓准确，虽然没有铺调子明暗练习那么细致，但是对于没有美术基础和美术功底查的学员而言也是一种速成而有效的培养三维空间感和观察力的好方法。目前一些学校都是以课程标准和课时量作为一门课程的审核标准，其实这种标准很难去评价一门课程是否达到了开设这门课程的目的，特别是艺术类的课程有些人学的快有些人学的慢难以用标准课时衡量，所以我们在开设三维动画模型制作的时候，结构素描绘制的静物要和三维动画模型制作所教课程的案例模型相近，这样有利于两门课程的融合，一个是在二维的平台上理解物体，一个是在三维的平台上理解。这样一来实际上是两次对物体的理解，让物体变得简单化了。
第二、通过对普通物体的结构变形，重构设计出有个性和风格的三维动画模型。
好的作品的特征一般有几个常见特征，精致、稀奇、有个性，这些特征如何培训也是需要大量的经验积累才能体现出来。在早期的结构素描训练中选用简单的几何体进行练习，如一个正方形画完了，在想象画他在压扁、拉伸、弯曲等情况下的结构状态，这种简单几何体的反复训练可以从大的方向把握物体的结构和动态趋势。经过一段时间的训练后开始引导学生对复杂物体结构的进行分析、提炼，把一些抽象的物体进行创意设计，培养一些概念类的设计。通过这种训练方式积累大量的抽象物件，然后再组合成完整的稿件，运用三维软件制作出有高质量的艺术模型。
第三、注重提高眼界，拓展教学思维模式和教学渠道。
当学习学到一定的阶段的时候，技能水平就很难在往上提升了，这就需要扩充学习视角。一方面，通过网络视频观摩国内外的美术作品或者最新的动画模型作品，拓宽学生视野、提升学生审美情趣。另一方面，把自己的作品收集整合起来做成作品集，通过网络把作品发在一些专业的网站交互式的让同行点评，或者让行业资深设计师指点交流，增加学生学习的积极性和创造力，这同时也是教育者创新思维能力培养和教学渠道的拓展的途径。
结束语
综上所述，从三维动画模型制作的技能要求出发来加强学生对结构素描等基础专业知识的改革和探索，是教学研究的必然要求，同时合理利用了教学资源，最大限度的发挥课程之间的融合关系，提高技能水平。如何在有限的教学时间内有效完成人才培养方案，更需要这样的探索和研究，让本专业更加专业系统化，达到教书育人的目的。
三维数字地质模型 第4篇
1 三维数字地质模型的介绍
三维数字地质模型是随着计算机、信息技术的发展及地球空间信息技术发展的基础上逐渐兴起的, 它采用计算机技术, 在三维空间的环境下, 将空间信息管理、地质解释、空间分析和预测、地学统计、图形可视化等工具相结合, 并将其应用于地质学研究中的一项技术。利用三维数字地质模型技术不仅可以实现对三维模型作任意的切面、剖面处理;将地层、矿体等三维模型详细的显示处理;可以对矿体进行体积、储量等方面的计算处理;同时该模型的兼容性及可扩展性较好。
2 三维数字地质模型的研究
由图1所示三维数字地质模型的系统结构图可以得出一套三维数字地质模型建立的系统主要包括基本的图形系统平台、数据管理系统及地质模型的建立、显示及查询系统。该系统主要用于处理矿产勘查过程中采集到的地震数据、测井数据, 根据分析可到的有用数据信息, 生成三维地质模型, 得到各类地质图件, 进而实现三维数字地质模型的可视化研究。
图1所示的三维数字地质模型系统以客户-服务器的工作方式在局域网中运行。在客户端运行三维地质模型软件, 在服务器端运行需后台操作的数据库。该系统采用分层的模块结构, 便于进行组织开发、移植及简单的修改。
3 三维数字地质模型系统的实现
基本的图形平台系统是整个三维数字地质模型系统建立的基础。在矿产资源的模型开发建立难度比较大、难以修改等缺点, 加大了人机交互操作的工作量, 所以基本图形平台系统要具有良好的可扩展性。当图形平台系统需要功能扩展时, 只需按照消息处理模块的编写规范, 向消息分派模块进行登记记录, 而不需要变动其他的程序, 进而为系统中其他的功能模块提供图形显示、图形修改方面的功能。同时由于该平台系统实现了与操作系统、硬件模块间的唯一连接, 因此图形平台系统要具备可移植性的特点。当系统需要移植时, 只需要对信息来源及基本功能这两个模块作修改, 确保了整体三维数字地质模型系统的可移植性。同时在对系统的一些信息处理模块进行修改时, 也不会引起其他信息模块对系统性能的影响。
在数据管理子系统中, 将数据按工区分类进行管理, 其主要包括用户输入的原始数据、系统生成的中间数据、最终的图件三类。用户输入的原始数据中包括测井的数据、地震数据以及层位表, 是矿井勘探的基础所在。中间数据是在用户输入的原始数据的基础上形成的, 主要包括剖面模型数据、断面模型数据、储层层面模型等, 根据模型得到所需的图件, 同时又可以实施信息查询。最终地质图件包含的种类比较多, 不仅有断层断面的结构图, 还包括小层面图、地层对比图等图件信息。
地质模型主要包括构架模型和储层模型两种架构。架构模型用于表征断层及地层的三维结构形态, 储层模型则用于反映储层中物性参数的分布形态。众所周知, 地理模型是一种三维的形貌构架, 其表示方法也多种多样, 本文采用网格来描述地质模型的构造面, 其中采用网格对模型的三维面形态进行描述。
图2所示为玩味网格表示的地质模型, 它可以分为两步进行:
1.首先根据断层及边界, 确定断层的表示范围, 形成平面三角网格;
2.在三角网格的各个节点处插入测井数据、地震数据, 获得三维空间的网格地质模型。
4 结语
总之, 采用三维数字地质模型探索开矿环境中的三维地质形态, 将矿产勘查由难化易, 将地质结构、地质的形态通过三维模型描述出来, 再现真实的地质环境, 提高工作人员的研究效率。三维数字地质模型可视化技术在矿产开采资源勘查、矿山生产管理等中的应用, 对提高生产效率及经济效益具有重要的指导意义, 同时又是目前地学领域研究的前沿所在。
摘要：三维数字地质模型的可视化建模技术作为CAD技术的组成部分, 也是当前地学发展研究的热点内容。文中简单介绍三维地质模型的结构及实现过程, 通过三维数字地质模型的可视化建模技术实现矿山勘探、采矿设计、矿井通信、井下安全作业等, 实现矿山的信息化、数字化生产。这一技术的研究具有较强的使用价值。
关键词：地矿资源,三维数字地质模型,矿山,信息化
参考文献
[1]翟建波, 周科平, 杨念哥, 等.基于OO.Solid数据模型的复杂地质体分区协同三维建模[J].矿冶工程, 2013, (1) :14-17.
[2]张慧民, 靳平, 刘文学, 等.基于局部一维模型与走时标定的区域三维速度模型构建技术研究[J].地震学报, 2013, 35 (2) :229-237.
矿山地质对象的三维数据模型研究 第5篇
关键词：面元模型,体元模型,混合模型
1、前言
矿山生产所面对的地质构造、地层、矿体、断层等地质对象大多位于地下深处, 长期的地质作用使其空间赋存状态和分布特征变得异常复杂, 正确再现这些地质对象的空间特征和分布规律对于规划远景找矿区域是很有意义的。采取野外地质调查、遥感、钻探、物探、化探等地质勘探手段, 以及矿山生产过程中的生产勘探手段来获得地质找矿信息, 并通过对这些信息的合理表达, 再现地质环境的真三维形态。以前的二维地理信息系统虽然对矿山信息化做出了很好的贡献, 但具有很多软肋, 不具备空间分析、查询、几何量算等功能, 不能解决三维地质对象的内部属性、拓扑关系的表达, 以及三维空间的索引、管理等问题, 利用三维可视化的最新技术, 构建具有空间查询、空间分析的三维地质数据模型, 解决二维GIS的短处, 能真实再现地质三维空间, 为勘探找矿提供帮助。
2、矿山地质对象的三维数据模型国内外研究现状
2.1 国外三维数据模型研究现状
为了描述侵染状贫金属矿床的品位的空间变化, 引入计算机三维建模可视化技术, 利用地质统计学的Kriging法、距离反比法建立三维块段数据模型, 来描述矿体状态, 在上个世纪的60年代很有市场, 1978年由Hunter G.M提出了八叉树的数据模型, 八叉树的编码高效率的压缩了存储量, 特别对于均匀地质矿体的压缩效果更加明显, Kavouras等研究人员对八叉树的线性编码贡献很大, 但这两种数据模型的建模方法不能精细的表示矿体的表面及边界。单纯复形模型具有地下空间结构的三维概念, 是1987年由Carlson Eric提出来的。结合块段模型能很好的描述三维特征值的变化、矿体的内部形状, 线框模型适合描述矿体表面和矿体形态, Wheeler A.J于1998年提出了一个综合两种数据模型优点的混合三维数据建模模型, Smith D.R对地学信息的三维表示方法提出了自己的见解, 做出了一个典型的三维地学资源管理系统, Raper J.F于1989年提出了一些三维地学模型, Fritsch于1990年对三维数据模型也做出了自己的研究, 提出了三维GIS数据结构, Joe于1991年提出了基于三维点集的局部变换构建三维D e l au n a y三角形算法, Molenar 1992年提出了基于点、弧、边、面四种元素构成的形式化三维数据模型, Houlding S.W在2000年左右提出了地下三维可视化化理论的核心技术, Li Rongxin提出了综合多种三维数据构建三维地质体的建模思路, Victor、Pilout M对三维矢量数据模型TEN的研究做出了贡献, Lattuada实现了3DDT三维空间数据模型在地质领域的应用技术, Gruen实现了混合的三维空间数据模型V3D, Zlatanova实现了基于点和面两种土元的简化的三维空间数据模型SSM, Coors实现了用平面凸壳面表示三维空间的表面和实体的城市数据模型UDM。
2.2 国外三维数据模型研究现状
韩建国、郭达志等研究了基于八叉树的三维地质数据模型, 赵树贤研究了基于界面三角网三维地质数据模型, 傅国康对分形建模方法做出了贡献, 李德仁研究了基于八叉树和四面体格网的混合数据模型, 李青元提出了3D矢量拓扑模型, 李清泉对基于不规则三角形格网与结构实体几何的混合数据模型进行了研究, 陈军提出了基于空间破分的三维数据模型, 孙敏提出基于表的面向对象的三维数据模型, 程鹏根提出基于矢量与栅格结合的面向对象的混合数据模型, 侯恩科研究了面向地质建模的三维拓扑数据模型。
3、矿山地质对象的三维数据模型的类型
专家们提出的三维数据模型有几十种, 按几何特征进行分类, 可以分为面模型、体模型、面体混合模型。
3.1 面元模型
面元模型侧重于地质体的表面表示, 以具有便于显示和数据更新优点的面单元或者面元素表示地质体的表面形态, 面元数据模型种类主要有:用于地形表面和层状矿床构模的格网模型, 具有很强的根据形状的浓淡程度来进行三维表面重建能力形状模型, 具有建模过程清晰, 能正确表达地层分界面的格网形式多层模型, 对复杂表面具有较高精度、较小数据量、较短计算时间的不规则三角网数据模型, 对描述结构简单的三维物体效率很高的边界表示数据模型, 由线表达能力决定能表示的地质体的复杂程度, 极大的简化模型生产难度的线框模型数据模型, 在地质描述方面最简便也最有效率的断面模型等。
3.2 体元模型
体元模型基于三维空间的体元分割和真三维的实体表达, 可以对体元的属性独立进行存储和描述, 还可进行空间查询和分析。体元模型主要有:对体内不均一性具有一定的表达能力, 叠加分析、缓冲区分析比较容易实现, 结构简单、位置隐含表示、操作算法易于实现的三维栅格模型的数据模型, 用来表示地层、地温、地下水之类的均匀质地的层状三维地质体的针状三维数据模型, 通过对三维空间的地质体进行分割的八叉树三维数据模型, 八叉树的编码规则有普通八叉树、线性八叉树、三维行程编码八叉树。他们的优点是数据压缩量大、操作灵活。还有规则块体模型三维数据模型、结构实体几何模型三维数据模型、四面体格网模型三维数据模型、金字塔模型三维数据模型、地质细胞模型三维数据模型、不规则块体模型三维数据模型、实体模型三维数据模型、3D Voronoi图三维数据模型、三棱柱三维数据模型、针对地质勘探中钻孔发生歪斜的广义三棱柱三维数据模型。
3.3 混合模型
混合模型综合了面模型只注重对地质体表面的表示和体模型易于进行空间操作和分析的优点, 取长补短。混合模型主要类型有断面—三角网混合模型、边界表示---结构实体几何混合模型、八叉树—四面体混合模型、线框—块段混合模型、八叉树—结构实体几何混合数据模型等。
4、结语
地质体的形态复杂多样, 实现地质体的数据来源也有很多的途径, 不同的应用情景需要不同的侧重点, 相应的也需要不同的三维数据类型来建模, 对这些三维数据模型的优缺点进行介绍, 并对他们适用的领域进行分析, 对于我们的三维地质建模能提供有益的帮助。
参考文献
露天矿三维地质模型的建立 第6篇
在国内外矿业研究领域, 三维地质建模技术逐渐成为研究的热点和焦点。通常情况下, 进行矿体分析和矿床预测是以三维地质模型为基础的, 三维地质模型在一定程度上为工程决策和管理提供参考依据。所以, 在当前环境下, 研究分析三维地质模型的建模过程, 具有重要现实意义。
在对露天矿开采进行设计, 以及制定生产进度计划时, 需要结合地质数据管理的现状, 利用三维地质建模技术, 将计算机处理数据信息的能力与设计人员的专业知识、专业技能进行结合, 其作用主要表现在:一方面展示工程设计人员的能力, 另一方面制定科学、合理的采矿方案。
2 三维地质模型的建立及更新
2.1 建立三维地质面模型
2.1.1 建立采场面模型
在建立露天矿采场面模型的过程中, 由于露天矿采场特点的影响和制约, 在建模过程中本文采用了加入约束线的TIN模型, 在构建露天矿采场面模型过程中, 台阶线的约束条件需要进行重点考虑。在构建采场面模型的过程中, 如果对坡顶线和坡底线的影响考虑的不全面、不细致, 在一定程度上就会出现三角形跨越坡顶线和坡底线的现象, 进而台阶被削平, 影响下一步的工程量的计算。通过对TIN模型进行加入约束线处理, 使之具有约束条件, 进而很好的反映露天矿的地表情况, 如图1所示。
2.1.2 建立煤岩面模型
煤、岩对于露天矿来说, 是其主要的地质矿床。在构建煤、岩面模型的过程中, 约束线通常是平面数据点的边界线。为了达到描述煤、岩层面的目的, 需要对煤岩顶板、底板、侧面分别构建三维面模型, 为此本文通过采用带约束的TIN法进行建模。由于煤层界面处于地表之下, 以此通过钻孔的方式获取样本数据, 受取样点数量较少的影响和制约, 高密度的TIN模型难以形成, 进而需要对模型进行插值处理。在本文中使用的是距离幂次反比法, 对三维格网数据点进行插值处理, 形成Grid格网模型, 最终生成TIN模型, 如图2所示。
2.2 建立三维地质体模型
通过采用封闭面固化成体的建模方式构建三维地质体模型。在建模过程中, 构建地质面模型时需要借助不规则的三角网, 尤其是要充分利用上下地质界面和侧面的三角网模型, 进而形成闭合面, 进一步构造地质体, 最后生成三维地质体模型, 地质对象内部的属性特征和地质对象之间的拓扑关系通过三维地质体模型对其进行描述, 该模型同时具有对三维空间进行分析、查询、决策功能。
2.2.1 建立采场现状实体模型
通过采用封闭面固化成体的方式建立采场现状实体模型, 利用该模型对采场进行模拟, 其效果较为理想。生成采场现状实体模型的过程如下:
(1) 在建模过程中, 模型的约束线选择露天矿台阶的坡顶线和坡底线, 生成的TIN模型遵守带约束的Delaunay法则, 构建采场现状面模型时使用小三角面片单元, 在一定程度上生成采场现状的顶面模型。
(2) 采场现状顶面模型边界线的确立。
(3) 在某一水平面内对三角形面片单元进行投影处理, 将产生的投影作为采场现状实体模型的底面。
(4) 采场现状底面模型边界线的确立。
(5) 通过 (1) 和 (3) 生成的模型顶面和底面, 同时对模型的侧面进行构建。
(6) 利用封闭面固化成体的方法, 对已经确立的采场现状实体模型的顶面、底面和侧面进行处理, 建立采场现状实体模型。
(7) 通过采用Auto CAD提供的着色、渲染等手段对地层的形态进行显示, 在一定程度上增强了立体感, 进而使其更加形象, 如图3所示。
2.2.2 建立煤层实体模型
在建立模型方法方面, 建立煤层实体模型与建立现状实体模型大致相同。生成煤层实体模型的过程如下:
(1) 煤岩顶底板所需的数据, 在建模过程中, 从钻孔、剖面图、等值线中获得, 对离散数据通过估值的方式进行处理, 通过对半径进行科学合理地参估, 进而获得煤岩顶底板的相关数据。
(2) 在构建顶板面模型、底板面模型的过程中, 充分利用煤岩的顶板数据和底板数据, 顶底板面模型的边界线自动生成。
(3) 侧面模型的构建需要通过借助顶底板面模型的边界线。
(4) 确立煤岩顶板、底板、侧面模型后, 建立煤岩实体模型需要借助封闭面固化成体的建模方法, 如图4所示。
2.2.3 建立露天矿三维实体模型
如图5所示, 在建立地质体模型 (现状实体模型、煤层实体模型、断层实体模型等) 的过程中, 其中, 基态模型选择现状实体模型, 通过运算建立相应的地质体现状模型, 通过反插处理, 生成相应的露天矿三维地质实体模型。
2.3 三维地质模型的更新
随着工作台阶的不断推进, 需要对采场实体模型和煤岩实体模型进行更新。每月的平盘作业工作量, 测量部门都要对其进行验收测量处理, 同时及时更新采场DEM模型和采场现状模型。地质部门每月对于地层界面进行写实工作, 利用新的地层界面写实数据对原有的地层平面数据进行及时的更新处理, 然后对煤岩实体模型通过封闭面固化成体的建模方式进行更新。
露天矿三维可视化地质模型通过上述操作实现了自动更新的功能, 在一定程度上构建了动态地质模型。结合露天矿的开采特点, 这种模型能够进行自动更新, 其更新过程是, 利用测量验收数据和地质写实数据完成地质体模型、采场实体模型的更新功能。露天矿三维可视化地质模型的更新速度在一定程度上大大提高, 为应用地质实体模型创造了条件。
3 三维地质模型精度评价
传统地形图在描述地形的过程中, 受测量方法、误差、等高距等因素的影响, 存在描述不准确, 测量精度的缺陷。通过采用离散化的方式, 对采样数据进行处理, 三维地质模型在描述和表达的过程中, 克服了传统地形图描述存在的缺陷和不足, 在一定程度上提高了测量的精度和描述的准确性。
3.1 回放等高线套合分析
将模型数据生成等高线图, 与原始等高线进行叠加比较, 同时对等高线是否存在异常现象进行相应的检查, 这个过程被称为等高线套合分析。通常情况下, 对于模型精度, 通过等高线套合分析就能对其进行全面的评价。如图6所示, 其中灰色线和黑色线分别表示原始的等高线图和根据DEM内插生成的等高线。
3.2 剖面检查法
沿着原始地质剖面方向, 截取模型剖面图, 通过与已知的勘探线剖面进行对比, 分析高程点的误差, 在一定程度上满足了误差精度的要求, 该方法被称为剖面检查法, 如表1所示。
4 结论
(1) 本文在建立三维地质面模型的过程中, 借助TIN建模方法和封闭面固化成体的构模方法, 进而建立露天矿三维地质体模型, 进而描述地层的形态和发育程度。
(2) 本文通过采用自动更新的新方法对三维地质模型进行处理, 进而对地表模型和地质面模型进行自动更新。
(3) 本文通过对模型精度的误差源进行分析, 利用多种方法对模型精度进行评价。
摘要：本文通过采用TIN方式、封闭面固化成体的方式建立三维地质面模型和露天矿三维地质体模型, 对煤层、岩层的空间赋存形态和发育程度进行描述。研究结果显示, 该方法一方面能够显示形象的三维动态效果, 另一方面对于计算矿岩量更为准确方便。在采矿过程中, 通过三维地质模型能够满足勘探和评价矿产资源的需要, 以及设计和规划露天矿坑的需要, 进而在一定程度上便于对矿产资源进行管理。
关键词：三维地质模型,TIN模型,封闭面固化成体,精度评价
参考文献
[1]王志宏, 陈应显.露天矿三维可视化矿床地质模型的建立[J].辽宁工程技术大学学报, 2004 (4) :145-148.
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[3]邓寅生, 曲鹏举, 庞玉娟.基于OpenGL的地质体三维可视化系统开发[J].微计算机信息, 2007.3 (3) .
[4]刘少华, 程朋根.Delaunay三角网嵌入约束线段算法的研究及三维可视化[J].华东地质学院学报, 2003, 26 (1) :82-85.
[5]刘光伟.平庄西露天矿三维地质模型的建立[J].露天开采技术, 2008增刊:45-46.
三维数字地质模型 第7篇
关键词：矿体实体模型,单指标边界品位,软件功能
矿体模型的建立是整个模型建立过程中最重要的部分, 建立矿体模型除了可视化、体积计算、在任意方向上产生剖面、与来自于地质数据库的数据相交四种功能外, 一个极其重要的功能, 就是为之后的品位估值和块段分析提供线框约束的基础。
同时也可以通过对矿体线框进行体积计算, 作为与块段模型最后估算的矿石储量做参照。
由于三维矿体模型是一个封闭的3D模型, 矿体形态复杂多变, 建立一个矿体模型需要涉及更多的地质矿床理论、更为复杂的联接方式和更为熟练的联接技巧。
如果采用“双指标”边界品位圈定矿体建立三维矿体实体模型, 要浪很多时间和精力;而采用“单指标”边界品位圈定矿体建立三维矿体实体模型, 可既可省时间以可省力, 而且达到同样的效果。
1 边界品位的确定
边界品位是区分矿石与废石的临界品位, 矿床中高于边界品位的块段为矿石, 低于边界品位的块段为废石。
国内矿山一直采用“双指标”边界品位, 即地质边界品位和最小工业品位;品位高于最小工业品位的块段有工业价值, 是开采的对象, 为工业矿;品位介于两者之间的矿段为低品位矿;品位低于地质边界品位的块段为废石。
国际上通用的是单指标边界品位, 只区分矿石和废石, 没有工业矿与低品位矿之分。单指标边界品位相当于双指标边界品位中最低工业品位, 但又不完全等同。实际上边界品位的作用是在采还是不采两种不同的情况下做出正确选择, 采出后是送往选厂还是送往排土场。
由于在市场经济条件下, 矿山企业的主要经营目的是获取利润, 因此进行决策选择的基本准则是经济准则, 即在两种选择中选取经济效益最好者。
没有开采价值的块段不会为矿山企业带来盈利, 或不予开采, 或采出后作为废石送往排土场。故对生产矿山而言, 区分工业矿和低品位矿没实际意义。
生产矿山都有一套完整的矿床圈定矿体的技术经济指标, 选用矿床边界品位作为圈定矿体的单指标边界品位, 进行三维矿体实体模型的建立。
2 矿体三维实体模型的建立
在确定了圈定矿体的边界品位后, 根据边界品位进行矿体圈定, 在矿体圈定的基础上建立矿体三维实体模型。
这样建立的矿体三维实体模型是一个整体的矿体三维实体模型, 可完整地质反映矿体的空形态;并可不用区分工业矿和低品位矿分别建立不同的矿体三维实体模型, 在很大程度上节约了时间和精力。
在矿体三维实体模型建好后, 利用矿体三维实体模型界定化验数据, 以便选择矿体三维实体模型内的化验数据作为进行地质统计和矿块模型插值的化验数据。
在矿块模型经插值 (赋值) 后, 利用软件生成品位壳功能, 按矿山生产需要, 生成不同品位级别的品位壳, 为生产所使用。
3 应用实例
某铜矿山现用的工业指标为:
1) 最低工业品位0.5%;
2) 边界品位0.3%;
3) 最小可采厚度1m;
4) 夹石剔除厚度2m (真厚) 。
其在矿床三维地质矿体建模时, 采用边界品位0.3%进行矿体圈定, 利用圈定后的矿体轮廓线建立的三维地质矿体实体模型形态比较完整, 同时可减少单独建立工业矿体和低品位矿体的三维地质矿体实体模型 (如图1所示) 。在三维地质矿体实体模型建立的基础上, 切制出的地质剖面图, 其矿体与原圈定的矿体轮廓线一致, 形态比较完整。
在三维地质矿体实体模型建立的基础上, 矿块模型经插值 (赋值) 后, 按矿山生产需要, 利用软件生成品位壳功能, 生成不同品位级别的品位壳 (如图2、3所示) , 并切制出相应的品位壳地质剖面图, 为生产所使用。
4 结论
生产矿山在利用矿业软件进行矿床三维矿体地质实体模型的建立时, 利用单指标边界品位圈定矿体进行矿床三维地质模型的建立, 既分反映矿体整体的空间形态, 又能提高工作效力, 而且能充分发挥三维地质建模软件的积极功能, 满足矿山生产的需要。
参考文献
[1]郑凯东.测井资料处理与油藏三维地质建模数据接口设计.
[2]夏既胜.广西大厂细脉带矿体数字化及成矿预测研究.
煤层地质体三维模型和数据结构研究 第8篇
三维数据模型是关于三维空间数据组织的概念和方法,它反映了现实世界中空间实体及实体间的相互联系,是3DGIS、3DGM等领域研究和开发的基础[1,2],目前也是这些领域研究的热点和难点。本文首先分析煤矿三维地质体对象的特征,然后对国内外三维数据模型和数据结构的研究进行研究,最后提出适合煤矿应用的三维数据模型和数据结构,作为煤矿虚拟现实系统构建的基础。
在二维应用中,人们把数据模型分为矢量和栅格两大类。在三维应用中,也可以相应地把三维数据模型分为两类:即基于面(Surface-based)表示的数据模型和基于体(Voxel-based)表示的数据模型[3,4]。
(1)基于面表示的数据模型
基于面表示的数据模型主要用来表达空间对象的边界或“表皮”(Skin)。事实上,构建物体表面的方法已经有30 多年的历史,许多软件都能够进行2.5D表面的可视化。但是用2.5D表面进行3D表达在实际应用中有许多局限。最重要的一点是这种方法在同一点(x,y)处只能有一个z值,而不能表达多z值的问题。然而,单个z值的局限性是相对于表达方法而言的,而不是针对表面本身的。表面可以作为一种包围三维空间的方法用于三维的表达。这可以通过两种途径来实现:一是将几个曲面拼合而封闭成体;另一个是直接在3D空间生成表面。
目前,基于面表示的数据模型主要有:格网模型、边界表达模型、解析模型和不规则三角网模型。
(2)基于体表示的数据模型
基于体表示的数据模型是用体信息代替面信息来描述对象的内部,它将三维空间物体抽象为一系列邻接但不交叉的三维体元的集合,其中体元是最基本的组成单元。根据体元的不同,可以建立起不同的数据模型。常用的有:立方体模型、长方体模型、八叉树模型、结构实体几何、四面体模型等。
(3)两类数据模型的对比
对于煤矿应用来说,由于三维空间对象的复杂性,很难说哪一种数据模型是最好的。因为每一种数据模型都有自己的优缺点和适用范围。下面将从总体上对两类数据模型进行对比(表1)。
由表1 可以看出,基于面的数据模型在表达空间对象的边界、可视化和几何变换等方面具有明显的优势;而采用基于体的数据模型则可以很好地表达空间对象的内部信息,易于进行布尔操作和空间查询。
(4)基于混合结构的三维数据模型
基于混合结构的数据模型是将两种或两种以上的数据模型加以综合,形成一种具有一体化结构的数据模型。它采取一种折衷的方法,减少了栅格和矢量三维数据模型的不足,同时,也降低了他们各自的优越性。比较有代表性的方法有面向对象的三维空间数据模型、基于八叉树和四面体格网的混合模型(Octree + TEN)。
这些数据模型虽然具有各自不同的优点,但它们有一个共同的特点,就是试图为表达复杂的三维空间对象提供一种通用的模型。但由于应用领域的广泛性,这些模型不可能适用于所有领域,或多或少都会存在缺陷[5,6]。正是基于这个原因,本文只着重研究适合煤矿三维地质体应用的三维数据模型和数据结构。
2 煤矿三维地质体对象的三维数据模型
由上述对三维数据模型研究现状的介绍和评述可知,基于面的数据模型和基于体的数据模型具有各自的优缺点,因此使用基于混合结构的三维数据模型来表达复杂的空间对象是一种比较理想的选择。目前基于混合结构三维数据模型的研究虽然取得了一些成果,但仍然无法满足实际的应用需求。其主要问题是这些研究大多致力于为3DGIS提供一种通用的数据模型,而很少有人进行某个专业领域的数据模型研究,从而导致模型难以实现,无法推广和应用。为了避免类似的情况,本文专门针对煤矿三维地质体对象进行研究,结合基于面的数据模型和基于体的数据模型的优点,采用了多层TIN与四面体的混合模型,即用多层TIN表达简单的、规则的、层状的三维地质体,用四面体结构表达一些复杂的、非层状的地质体。采用四面体模型作为复杂地质构造有两方面的理由,一是复杂地质构造不具有层状结构,不宜用表面描述方法。对复杂地质构造采用体划分的方法可以表达复杂地质关系,同时这种分开表达的方法还可以大大的减少体表达的数据量。二是多层TIN容易转化为四面体划分模型,这样就能形成模型一致,逻辑同一的地质体三维模型,满足一些三维属性计算和三维空间分析的需要。
考虑到煤层地质体总体上呈层序分布,可以用多个面来表征地质体,那么在不顾及到断层等特殊构造时每个地层就如同是地表。对于每一个层可以用不规则格网来模拟。由于地层中存在着断层等一些特殊构造,考虑到断面和断层数据大多是由物探及其他手段独立测量或是经过专家知识推断而来的,在计算机处理时,更多地依赖人机交互方式生成符合实际的模型数据和三维模拟数据[7,8,9]。
3 煤矿三维地质体对象的三维数据结构
本文针对煤矿三维地质体对象,设计了基于C++ 语言的点、三角形、钻孔、TIN和地质体的数据结构。
(1)点的数据结构
(2)三角形的数据结构
(3)TIN的数据结构
(4)钻孔点的数据结构
(5)地质体的数据结构
在上述定义的四种数据结构中,需要注意的是三角形的数据结构CTICell中, i Tp Id[3] 和i Pt Id[3] 存储的分别是三角形邻接的三个拓扑三角形和三角形三个顶点的索引号,所以在TIN的数据结构CTi NPrc中,存放构TIN点的数组am Cur Pt中的点所在数组的位置等于该点的标识码,存放生成的三角网中三角形的数组am Cur Cell中的三角形所在数组的位置等于该三角形的标识码。利用上述定义的四种数据结构就能描述由钻孔点生成的地质体。
4 多层TIN模型生成煤矿三维地质体的算法
本研究在上述建立煤层地质体三维数据模型和数据结构的基础上,提出了多层TIN模型生成煤矿三维地质体的算法。
(1)确定研究区域的综合地层顺序
建立研究区域地质体三维模型首先就要确定研究区域的综合地层顺序。区域性地质剖面体是反映勘探区域地质构造的复杂体对象,由表达地层结构及走向的不规则构造体叠置形成,因此区域性地质剖面体的三维建模过程就可分解为对地层的逐一构造过程,最后形成基于地层体域表达的完整三维模型。但是由于受一些地质行业规范的约束,同时也为了建立简洁的推理算法,实际上的构造过程是在三个或更多钻孔之间进行同步分析,各地层同时推演产生的。地层推理应遵从区域整体地层分布规律,因此需要勘探区域的综合分层描述数据作为依据,按序推导。综合分层描述数据反映了一个区域宏观上地层出现的先后规律及分布走向。它规定了地层构造过程中,异常地层尖灭处理的顺序关系,由此保证了推理结果的唯一性。同时对探明地层建立综合分层描述可以事先确定各地层的属性信息,按其要求推理产生的地层基本构造体元可以查询继承这些信息,为对象的属性赋值。二维剖面图的构造原理可用图5 表达。图5 中数字标记是综合分层描述规定地层序号,因此图5 (a)的表达是正确的。图5 (b)中错把地层1 尖灭到地层2 下,违反了综合分层描述中地层排序规则。
(2)对钻孔数据进行三角剖分及三角网的加密
建立三维地质体的多层TIN需要对各个地层进行三角剖分,但是由于各个地层样点位置相同,所以如果不考虑钻孔数据地层缺失的情况,各个地层的三角剖分是相同的。
由于地质钻孔的成本高,实际所能获得的钻孔数据数量有限,因此三角网密度太稀。进行三维地质体的表达和其他计算时这种三角网不能满足需要,必须对三角网进行加密。加密的方法有三种,一种是计算机自动加密,加密点为每个三角形的内切圆心,这种方法简单高效,不需要人工干预,可以根据需要任意加密,同时加密点地层数据也可以用不同的插值算法得到,不足是三角网加密的可靠性受到很大的限制,缺少专业知识控制,地层数据随机性较大;一种是采用人工干预的方法,由人工选定加密采样点,采样点各地层深度和厚度数据既可以由计算机自动插值计算得到,也可以通过专家根据专家知识人工解译得到该采样点各个地层的深度和厚度数据,这种方法专业性很强,专家知识较好地应用到了地质体三维模型,且数据量较小,不足是这种方法效率低,速度慢,不利于大区域的三维地质体建模;第三种是前两种方法的综合,三角网加密通过人工选定加密采样点和计算机自动加密两种手段进行,这种方法考虑到了两种方法的不足和长处。实验中在进行三角网的加密时,考虑到已经形成的初级三角网,采用了三角网的插入算法,并且是在所有加密点都插入后再对三角网进行优化处理,这种处理大大的减少了计算量。
(3)地层三角剖分处理
对钻井数据进行剖分后,就要对各个地层根据钻井三角剖分来进行剖分处理,对各个地层分别进行三角剖分处理的原因是钻井地层数据不总是与研究区域的综合地层顺序一样,可能存在着地层缺失或者地层倒置的情况出现,因此必须对各个地层的钻井缺失进行逐层处理。处理步骤如下:按照研究区域地层综合顺序逐层进行以下处理:把该层生成TIN的点与钻井数据进行比较,若钻井在该层对应的生成TIN的点处存在,则把构TIN点是否是有效点的标志设为True,若钻井在该层对应的生成TIN的点处不存在,则把构TIN点是否是有效点的标志设为False。构TIN点的数据结构如下所示:
然后,遍历步骤(2)中形成三角网的所有三角形。根据三角网中三角形的三个顶点是否是有效点(即is Valid Pt的值)可把三角形分成4 类,如图6 所示(黑点标识有效点,红点标识无效点)。对每个三角形作出处理,若三角形的三个顶点全为有效点或全为无效点则不处理(图6 中的a,d)。其它情况连接有效点和无效点的中点(图6 中的b,c)形成线段EF。遍历完三角网中的所有三角形后,把得到的中点的连线首尾相连就得到了钻井缺失的影响区域多边形。如图7。黑点是钻井位置点,其中加了绿色的黑点(设为E,F点)地层a缺失,用桔红标识的点形成的多边形区域就是地层a的尖灭区域。把尖灭区域多边形的各条边作为特征线,切割步骤(2)中形成的三角网,形成新的三角网。把落在尖灭区域多边形内的三角形处该地层的厚度设为零,经过处理后的三角网就是该地层的三角网。这些橙色点也可以通过加入的地层尖灭线来确定。
(4)地质体的形成
根据最后形成的多层TIN以及地层尖灭线,根据各个地层的上下底板信息,利用Open GL图形库和Visual C++6.0 模拟出地质体。
5 复杂地质构造处理
地质体三维模型的难点是复杂地质构造( 如断层、直立岩层、非层状地质体等) 的表示,这些地质体一个重要特点是非单值层面,不能进行插值。层状地质体和复杂地质构造一体化混合模型的基本思想是以层状地质体表征整个地质体分布状况,将特殊地质构造假想为与层状地质体连续的层状地质体,这种假想层状体只作为特殊构造的位置表示,对于特殊构造采用四面体模型来表示。
在多层TIN模型中对复杂地质构造断层的处理过程:断层上下盘的地层数据存在突变(相当点存在较大的位移),在进行地层面的三角剖分时三角网不能经过断层线,断层线应作为三角形剖分的特征线,如图8 所示其中HBCI是断层的上盘线,HEDI是断层F的下盘线,特征线加入到三角网中的算法这里就不赘述。对各地层TIN做断层特征线处理后,再对各层多边形HBCIDE做三角剖分,以相邻层面的相对三角形为三棱柱的上下表面,连接相应顶点的连线为棱,然后将三棱柱剖分为三个四面体,形成断层带的四面体模型,数据结构如下:
6结论
建立煤矿虚拟现实系统的关键是构建适合煤层地质体的三维数据模型和数据结构,本文首先对煤层地质体的特征以及目前国内外常用的三维数据模型——基于面的数据模型和基于体的数据模型进行了探讨[10];在此基础上系统研究了各种三维地质体的建模方法,提出了一种基于多层TIN生成煤矿地质体的三维数据模型,并设计了相应的数据结构;然后给出了多层TIN生成煤矿三维地质体的算法步骤,同时对复杂地质构造的处理进行了讨论。本研究成果将对煤矿虚拟现实系统的三维数据模型的构建和煤矿虚拟现实系统的开发提供重要的理论依据和技术支撑,为我国煤炭行业信息化建设做出贡献。
摘要：对煤层地质体的特征以及目前国内外常用的三维数据模型——基于面的数据模型和基于体的数据模型进行了研究,并在此基础上提出了一种基于多层TIN生成煤矿地质体的三维数据模型,并设计了其相应的数据结构,给出了多层TIN生成煤矿三维地质体的算法步骤,同时对复杂地质构造的处理进行了讨论。
关键词：煤层地质体,三维,数据模型,数据结构,TIN
参考文献
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三维数字地质模型 第9篇
近年来, 随着我国核电建设速度的加快, 对天然铀的需求渐趋紧迫, 国土资源部“十一五”规划提出“加快北方地区可地浸砂岩型铀矿勘查, 加强南方地区硬岩型富铀矿的勘查, 新增铀矿后备资源勘查开发基地。”面对新形势和新任务, 铀矿地质勘查工作面临新的机遇和挑战, 并已跨入一个新的发展时期。运用新理论、新技术、新方法创新性地开展铀矿地质科研及找矿工作是我们开展新一轮铀矿地质找矿的迫切需要。
新一轮地质找矿工作以来大量实践证明:在原有老矿床、矿山的深部及外围找矿意义极大, 如东北某近采空铁矿外围又发现大型铁矿, 其储量预计将大大超出老矿的累计开采量;江西某大型钨矿深部开采过程中发现超大型铌钽矿等均是有力的证据。用新理论和方法研究老矿床及外围矿化特征也将成为新一轮找矿的重要突破点之一。
1 白面石矿床三维模型的建立
为了更直观了解矿床矿化规律, 我们以美国Mine Sight软件系统及其它软件 (如Mapgis) 为平台, 利用已获得的白面石矿床的勘探资料, 建立三维地质模型, 以期为该区下一步攻深找盲, 扩大储量提供依据。
1.1 矿床地质及矿化特征
矿床位于白面石盆地中, 该盆地是以海西-印支期的白面石岩体为基底, 上迭中侏罗世若干层砂岩及火山岩构成的山间盆地, 铀矿化受底部砂岩和火山岩控制。矿体多呈缓倾斜层状、似层状、透镜状产出。其间由于经历过多次构造、岩浆及火山活动, 断裂构造及脉岩十分发育。
1.2 建模的准备工作
白面石矿床自上世纪五十年代投入勘探工作以来已投入了大量的工作, 积累了丰富的找矿成果, 掌握了大量的第一手资料。这些资料是我们建立模型的基础, 包括:地形资料、钻孔数据、地层及构造特征数据、矿体或矿化特征数据等。
三维模型的建立还需要Microsoft Office的相应软件系统、数据库软件系统及Mapgis软件等。
1.3 原始资料的数字化
通过Excel这一平台将建模所需的原始资料进行数字化。
1.4 建模
具体包括以下几个过程:1.4.1生成三维地形图。生成三维地形图, 是制作三维模型的基础, 后续的工作均在此基础上进行。1.4.2导入钻探编录资料。将钻探编录资料导入到Mine Sight软件中, 形成具坐标、岩性、构造特征等属性的三维空间的钻孔模型图。1.4.3制作勘探线横剖面在Mapgis软件平台上制作勘探线剖面图。1.4.4将横剖面图导入MineSight软件。将所有Mapgis剖面图导入Minesight中, 就形成了真三维状态下一系列勘探线横剖面图。1.4.5提取相同地质体。导入后的剖面图数据经过一定的预处理和必要的修正后就可进行地质体的提取, 形成各地质体文件剖面图。1.4.6连成实体
在地质体文件中将不同剖面上的同一地质体进行联接。最后形成 (白面石矿床××区玄武岩盖层) 真三维实体模型。1.4.7制作矿体三维模型。
把区内所有地质体及矿体都按同样方法联, 就形成该区各地质体的三维模型。
2 透过模型的新认识和存在的主要问题
2.1 新认识。
通过初步分析有如下几点新认识:2.1.1“古槽状构造”提法的“合理性”2.1.1.1前人曾对砂岩厚度较大的部位视为“古槽”, 而且提出“一槽、二炭、三覆盖”、“古槽是基础”等观点, 而我们通过“三维模型”直观性来观察地质体的空间展布规律时发现, 通过观察白面石矿床古地形 (花岗岩基底) 的基本特征, 追寻所谓的“古槽”状构造时, 却很难确定所谓古地形的“洼部”, 也即“槽状构造”;2.1.1.2按沉积学的一般原理, 砂岩厚度最大的部位应为古地形低洼处, 因此我们做了三维模型的任意方向剖面, 从若干的剖面图中, 砂岩厚度最大处并非在“洼部”。2.1.2贯入玄武岩的提法的“合理性”。2.1.2.1白面石盆地由几层砂岩及玄武岩交互重叠, 前人将夹在最上层巨厚玄武岩之下穿插于砂岩之间的薄层玄武岩定名为“贯入玄武岩”。由三维模型可发现所谓“贯入玄武岩”贯入的面积极大, 占据了矿床80%以上, 因此玄武岩的喷溢过程中用简单的贯入是无法做到的;2.1.2.2该层岩层有些部位厚度甚至达五十几米之厚, 这也是用贯入方法所无法达到的;2.1.3斑岩在矿床中的作用需引起重视。2.1.3.1从模型及其剖面图中可以发现, 斑岩在三维空间分布十分广泛, 且深部的规模比地表要大得多, 具初步统计在地质体中占了近1/4体积;2.1.3.2在地表斑岩的展布方向大致为北区为NW和南东为SN, 但且表现为分枝复合, 往深部也出现合并, 且存在相当多盲斑岩;2.1.4花岗岩中可能有“好矿”。矿区矿化主要赋存于砂岩及玄武岩中, 按过去找矿指导思想, 探索工作只达到基底花岗岩顶板为止。前人资料反应花岗岩中虽然已发现有部分钻孔见矿, 但并未引起重视。在建模的过程中可以看出花岗岩中虽然虽然见矿很少, 但也有一定规律的, 特别是与斑岩接触部位, 矿化有变好的趋势, 再结合该区斑岩的特点可以大胆推断, 花岗岩中可能有矿化, 且矿化可能与斑岩有一定关系。以上分析可以看出, 该矿区还需要做大量的工作, 花岗岩基底应该是我们一下步探索的重点, 相信地质工作不断深入, 三维模型的不断完善, 对该区铀矿化规律会有一个全新的认识。
2.2 模型存在的主要问题。
2.2.1由于矿床钻探资料不完整, 钻探深度不够, 造成某些剖面中地质体的信息量不足, 建模时采取了一定的理论推断。2.2.2在制作横剖面前, 所有出露地表的断层和脉岩均已进行编号, 以防止联成实体时错乱, 但各断层或脉岩在地层深部却很可能是同源或同根, 因此在模型中也根据情况做了处理。
3 三维模型的现实意义。
利用矿业软件的数据接口和三维功能, 可使它成为地质、地球物理、地球化学勘查数据的平台, 综合分析找矿信息, 帮助我们选择找矿方向。3.1利用模型开展古构造-古建造-古气候重塑, 可以直观的反应沉积盆地含矿建造及其古构造运动发展演化过程、不同改造样式和发育程度及其空间展布规律;重塑盆地含矿建造沉积期的古沉积环境与有利成矿骨架的空间展布规律;全面总结该区铀矿床的规律, 建立隐伏铀矿床的地质预测模型。从而丰富南岭铀成矿带的找矿依据, 为进一步扩大该区铀矿资源量打下基础。3.2矿区处于南岭东西向铀--多金属成矿带, 该带曾经历了多次构造-岩浆“开合”的运动过程的, 区内矿产资源相当丰富。目前该区铀矿床只揭露到花岗岩顶板20米, 其深部某些钻孔仍发现有大量工业矿体。通过对该老矿区及其外围开展铀成矿预测试验研究, 并将该方法应用到未知区段的研究, 也将为新的远景区预测提供理论依据。因此白面石矿床三维模型对该区下一步攻深找盲无疑有相当深远的意义。
参考资料
参考文献
[1]戴明主, 陈然志.华东铀矿地质志.地质出版社, 2005.
[2]中国地质大学信息学院, MAPGIS地理信息系统实用教程[M].武汉:中国地质大学出版社, 2000.