摘 要：【目的】常規(guī)的二維平面制圖軟件受制于技術特性無法滿足三維地質建模需求，本研究以非洲坦桑尼亞境內某石墨礦勘查項目為研究對象，以地質工程師的專業(yè)解譯為指導，基于3DMine軟件進行礦體三維建模，驗證三維地質建模技術在固體礦產資源勘查方面上的應用效果?！痉椒ā渴紫?，依據原始地質資料建立勘查工程數據庫。其次，采用剖面法、實體法等建模方法，構建礦體實體三維模型，系統(tǒng)介紹了三維環(huán)境下的地質建模全流程和關鍵環(huán)節(jié)。【結果】實現了可視化條件下將地質解譯轉化為對復雜礦體的精準模擬與表達。【結論】應用實踐表明，3DMine軟件操作簡便、算法先進、模型可靠，能夠直觀、高效、精確地將地質認知與判斷進行三維幾何圖形數字化模擬。在地質勘查項目中應用三維地質建模技術，有助于充分挖掘勘查數據的利用價值，提升勘查工作的信息化水平。

關鍵詞：3DMine；地質解譯；三維地質建模；勘查工程數據庫；實體模型

中圖分類號：P628 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）18-0096-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.18.018

Application of 3D Modeling Technology for Ore Bodies Based on 3DMine in the Exploration of A Certain Graphite Mine

LIU Kai

（Henan Second Geological and Mineral Investigation Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450001， China）

Abstract： [Purposes] Conventional 2D planar mapping software is limited by its technical characteristics， falling to meet the demand for the application of 3D geological modeling. Taking a graphite ore exploration project in Tanzania， Africa as the research object， guided by the professional interpretation of geological engineers， this paper carries out 3D modeling of ore bodies based on 3DMine software， which verifies the application effect of 3D geological modeling technology in the exploration of solid mineral resources.[Methods] Firstly， this paper establishes an exploration engineering database based on original geological data. Then， using modeling methods such as section method and entity method， a three-dimensional model of the ore body is constructed， which systemqtically introduces the entire process and key links of geological modeling in a three-dimensional environment. [Findings] The transformation of geological interpretation into precise simulation and expression of complex ore bodies under visual conditions was realized. [Conclusions] The application practice has shown that 3DMine software is easy to operate， advanced in algorithm， reliable in model， and can intuitively， efficiently， and accurately simulate geological cognition and judgment in three-dimensional geometric graphics digitization. The application of three-dimensional geological modeling technology in geological exploration projects is of great help in fully exploring the utilization value of exploration data and improving the informatization level of exploration work.

Keywords： 3DMine; geological interpretation; 3D geological modeling; exploration engineering database; entity model

0 引言

目前，在礦產資源地質勘查項目中，大多運用常規(guī)的二維平面地理信息系統(tǒng)軟件MapGIS6.7進行勘查數據的數字制圖和找礦成果的信息化表達。然而，二維平面制圖軟件在表達各類地質體之間的相互關系上具有較大局限性，不能直觀、精確地展現各類地質體在自然界中的真實賦存狀態(tài)。隨著計算機硬件計算性能的提高和三維建模軟件技術的發(fā)展，三維地質建模技術逐漸發(fā)展成熟，運用這一技術可以有效解決上述問題［1］。三維地質建模 （3D Geosciences Modeling，3DGM）由加拿大工程地質學家 Simon Houlding于1993年提出［2］，依靠計算機軟件，在三維環(huán)境下將地質成果數字化、立體化、可視化、智能化表達，實現地質模型的三維顯示和地學分析［3-5］。國外的三維建模技術發(fā)展比較成熟，而國內的起步較晚，在固體礦產資源勘查領域，三維地質建模技術應用尚處于起步階段?；诖?，本研究以非洲坦桑尼亞境內某石墨礦勘查項目為研究對象，以地質工程師的專業(yè)解譯為指導，基于3DMine軟件進行礦體三維建模，驗證三維地質建模技術在固體礦產資源勘查方面上的應用效果。

1 勘查區(qū)概況

該石墨礦勘查區(qū)位于非洲東部國家坦桑尼亞境內，地質勘查程度為普查?？辈閰^(qū)東西長為3.97 km，南北寬為8.61 km，地面高程最小為130 m，最大為620 m，勘查區(qū)總面積為34.18 km2。區(qū)內布置勘探線19條，沿勘探線或在其附近開展勘查工程，工程以槽探為主，輔以少量鉆探，主礦體共取樣679件，最小品位值0.05，最大品位值20.42，算術平均品位值5.21。區(qū)內礦體厚度較薄且薄厚不均，空間上分布交錯，地質賦存條件復雜，給礦體圈連造成較大困難。

2 三維地質建模軟件簡介

目前國內外主流的三維地質建模軟件主要有3DMine、Surpac、Micromine等［6-13］。3DMine軟件由北京東澳達科技有限公司于2007年研發(fā)，是一款服務于地質、測量、采礦等技術應用的三維工程軟件。該軟件采用先進的三維幾何引擎技術，在借鑒、吸收國外同類軟件的研發(fā)經驗基礎上，充分考慮了國內地質勘查及礦山生產應用的特點，與國內通用的規(guī)范標準相結合，更適合國內地質工程師的工作方式和技術要求，整體技術性能達到了國內領先水平。該軟件具有自主知識產權，于2014年3月由中國礦業(yè)權評估師協會和原國土資源部資源儲量評審中心組織專家評審通過并備案。

3 勘查工程數據庫

完備的地質、勘探、測量數據，對礦體圈定、三維模型建立及儲量估算起關鍵作用［14］?？辈閿祿话阃ㄟ^鉆探、坑探，槽探、物探等工程手段獲得，經過地質編錄記錄了位置、深度（長度）、產狀、品位、巖性等信息。在3DMine軟件中，通過外接Microsoft Access數據庫對勘查數據進行存儲、組織和管理，并建立了數據庫和圖形、模型間的內在邏輯聯系?？辈楣こ虜祿斓慕⑹擒浖褂弥凶罨A、最重要的環(huán)節(jié)，務必要確保質量。

3.1 數據預處理

對收集到的鉆孔探槽編錄表、采樣登記表、樣品分析結果表、鉆孔柱狀圖、探槽素描圖、勘探線剖面圖等資料進行整理，按照格式要求（見表1）提取并錄入到電子表格中，這同時也是按照軟件應用的要求對原始資料進行的去偽存真、去粗取精的再加工過程。

3.2 導入數據庫

按照勘查數據表的結構，在軟件中建立與之相對應的數據庫、數據表和表字段，依次導入XLS格式的定位表、測斜表、巖性表與化驗表。導入完成后，可通過軟件提供的“數據檢查”功能對數據表間是否匹配、數據片段是否缺失、樣品長度超限等進行自動檢測，以保證數據質量合格。

該項目數據庫共錄入探槽記錄15條，鉆孔記錄9條，測斜記錄40條，化驗記錄679條。數據檢查無誤后，在“數據庫管理器”中可查看數據詳表，如圖1所示。對應地，在圖形區(qū)顯示出由這些數據構建的勘查工程三維模型，如圖2所示。

3.3 基本統(tǒng)計

數據庫建立后，軟件提供“基本統(tǒng)計”功能，對關鍵數據如品位、樣長等進行定量化分析評價，如圖3所示，為后續(xù)的特高品位處理、礦段圈定等工作提供判定依據。

4 地形表面模型

表面模型是三維模型的一種表述方式，其原理就是利用空間散點或線通過三角網構建表面，具有一定的輪廓，可產生諸如陰影、渲染等效果［15］。該項目中，原始地形資料是經實地測量后繪制的1∶2 000比例尺的DWG格式地形圖。將原始地形資料導入軟件，建立勘查區(qū)的三維表面模型，模型經過彩色渲染，不同高程的地表使用不同的顏色顯示（如圖4所示），使勘查區(qū)的地表形態(tài)表達更加直觀明晰，也可使勘查工程在地面上的定位更加精確。

5 礦體實體模型

構建礦體模型的方法主要包括鉆孔數據建模，勘探線剖面建模，混合集成建模和自動建模［16-17］。剖面建模法是目前應用較多的建模方法，利用勘探線剖面上的礦體輪廓線連接建模，方法成熟、操作快捷［18］。需要特別注意的是，在建模過程中，對地質體形態(tài)的解譯會因地質工程師的認識水平不同而出現差異［19］。

實體模型是由空間三維三角面連接而成的封閉三角網，可用來描述三維空間形態(tài)的物體（如礦體）。對三維地學建模問題，吳立新［20］提出了5種方法，分別為塊段構模法、實體構模法、線框構模法、斷面法、表面法等，較為系統(tǒng)地對地質體建模方法進行了歸類。3DMine軟件的建模方法對于地質工程師來說簡單易行、理解方便，其原理類似于利用勘探線的布置來勘查礦體，建模方法可以歸類為實體構模法。實體法生成的礦體模型能夠直觀地模擬礦體的空間形態(tài)，精確地定位及計算體積和表面積，按照任何方位切割剖面等。

5.1 建模流程

礦體三維建模的主要流程為：建立勘查工程數據庫→單工程礦段圈定→地質解譯下的外推尖滅點定位→單剖面礦體圈連→剖面間三角網連接→生成實體模型→優(yōu)化、驗證實體模型。

5.2 單工程礦段圈定

對于單個探槽或鉆孔，軟件提供了3種礦段圈定方法。

①手工礦段圈定：通過人機交互的方式，手動進行組合圈礦并得到對應礦段的品位信息，有利于對礦體指標的確認。

②品位約束圈定：根據圈礦品位（邊界品位或多元素組合條件），夾石剔除參數，快速圈定所有的見礦段。

③巖性范圍圈定：對于多礦帶的分別圈定，通過礦帶或巖性代碼來進行快速礦體圈定，但前提是在地質編錄時對礦帶的區(qū)分要明確。

該項目綜合使用了手工礦段圈定和品位約束圈定。經地質工程師的解譯后，按照地質編錄的產狀等資料推斷見礦中點的尖滅點，再投影到地形表面模型上，最后連接單剖面上的礦體輪廓線，經圈定后的單工程礦體線如圖5所示。

5.3 剖面三角網連接

在各條勘探線上的閉合礦體線之間連接三角網，即可建立剖面間各種復雜礦體的實體模型。軟件中提供了最小表面積、等角度、距離等分3種三角網算法，不同算法之間的區(qū)別在于構建的實體模型反映礦體實際輪廓的程度。

三角網的連接是一項看似簡單，實則有技巧性的技術工作。在該項目中，首先是要在地質工程師的解譯指導下進行三角網連接，將地質判斷用軟件體現；其次是對礦體線的加密、抽稀提前處理，靈活使用控制線等；最后是不同三角網算法形成的模型間形態(tài)對比、擇優(yōu)選用。最終完成的勘查區(qū)主礦體實體模型如圖6所示。

5.4 實體驗證

建立的礦體模型必須通過軟件中的實體驗證。如果組成礦體模型的三角網存在自相交、無相鄰邊、重復邊和無效邊，則該礦體模型是一個無效的實體，無效實體不能進行體積計算、空間約束、邏輯運算等高級分析應用，只有通過修改、重新連接使其符合實體算法約定，才是一個有效的、質量合格的實體。本研究中的實體模型均通過驗證，可為后續(xù)的模型應用創(chuàng)造有利條件。

6 結論

①如何將地質工程師對勘查區(qū)的專業(yè)解譯，在軟件中轉換為精確表達勘探線剖面上礦體輪廓線的界定和剖面間礦體輪廓線的對應關系，是礦體三維建模時要解決的關鍵問題。

②勘查區(qū)的地質特征和勘查現狀決定了三維地質模型所能模擬的精細程度和地質認識的深度。本研究勘查區(qū)現有以探槽為主的勘查工作對礦體形態(tài)控制程度較差，有待隨著勘查程度的提高對模型進行進一步的優(yōu)化改進。

③地質體的復雜多樣導致任何單一的方法和理論都難以適用于各種復雜形態(tài)礦體的建模，三維形態(tài)的多樣化也導致不同礦體的建模過程不盡相同，不同礦種、不同地質條件、不同勘查階段的礦體建模應具體問題具體分析。

參考文獻：

［1］ 王珂，錢建平，周永寧，等.基于3Dmine技術建立三維地質模型及儲量估算［J］. 云南地質，2019，38（1）：145-150.

［2］ HOULDING S W. 3D Geo-science modeling：Computer techniques for geological characterization［M］. London ：Springer-Verlag，1993：1-2.

［3］ 胡建明.3DMine礦業(yè)軟件在地勘工作中的應用［J］. 礦產勘查，2010，1（1）：78-80.

［4］ 張洋洋，周萬蓬，吳志春，等.三維地質建模技術發(fā)展現狀及建模實例［J］. 東華理工大學學報（社會科學版），2013，32（3）：403-409.

［5］ 劉曉寧，羅金輝，馬曉理，等. 基于3DMine軟件的煤炭資源數據建模與分析［J］. 煤田地質與勘探，2019，47（2）：72-78.

［6］ 李青元，張洛宜，曹代勇，等.三維地質建模的用途、現狀、問題、趨勢與建議［J］.地質與勘探，2016，52（4）：759-767.

［7］ 周鄧，姜勇彪.鄒家山鈾礦床3號礦帶3DMine三維地質模型的構建及應用［J］. 地質學刊，2017，41（1）：91-96.

［8］ 張忠坤，梁凱河.Micromine軟件在甲瑪礦區(qū)資源儲量估算的應用［J］. 黃金，2016，37（3）：45-50.

［9］ 付海濤.三維建模技術在金剛石勘查中的應用：以遼寧省瓦房店地區(qū)為例［J］. 地質通報，2019，38（1）：51-55.

［10］ 王志亮，王繼芳，李軍.Surpac軟件在歸來莊金礦深部礦床資源量估算中的研究和應用［J］. 山東國土資源，2015，31（5）：67-72.

［11］ 王洋喆，郭忠林，史銀卷，等.基于3DMine軟件的不規(guī)則礦堆三維建模及礦量估算［J］. 中國鎢業(yè)，2018，33（2）：64-68.

［12］ 李青元，張麗云，魏占營，等. 三維地質建模軟件發(fā)展現狀及問題探討［J］. 地質學刊，2013，37（4）：554-561.

［13］ 歐陽菲，羅先熔，王艷忠，等.數字礦山建設及三維地質建模：以金廠金礦為例［J］.桂林理工大學學報，2016，36（2）：214-222.

［14］ 邵亞建， 饒運章， 何少博. 基于3DMine軟件的復雜礦體三維建模及儲量估算［J］. 有色金屬科學與工程， 2016， 7（4）： 98-102.

［15］ 三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司.3DMine 軟件基礎教程［M］. 北京：冶金出版社，2016：37-50.

［16］ 于倩.基于3DMine的大蘇計鉬礦三維地質建模及儲量計算研究［D］. 北京：中國地質大學（北京），2010：23 24.

［17］ 陶曉麗.基于3DMine的礦山三維地質建模研究［D］.蘭州：蘭州交通大學，2015：18 21.

［18］ 劉彥奎，王欣然，李建，等.基于3DMine的膠東上莊金礦體三維建模及其應用［J］.山東國土資源，2020，36（12）：53-59.

［19］ 葉思源，吳樹仁，何淑軍. 三維地質建模的數據融合與誤差分析［J］. 桂林理工大學學報，2010， 30（3）：350-355.

［20］ 吳立新. 真3維地學構模的若干問題［J］.地理信息世界， 2004， 2（3）： 13-18.