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基于Surpac的矿山三维可视化地质模型的研究与应用
2011-08-01
当今矿业已逐渐向着数字化、可视化的方向发展。矿山三维可视化地质建模是矿床的数字 表征,是“数字矿山”的关键技术之一。本文应用澳大利亚SMG (Surpac Minex Group Pty Ltd)公司 的Surpac大型矿山工程软件,构建了某铁矿的三维可视化地质模型。并采用距离幂次反比法和地质统计 学方法,分别对块体模型进行了品位估值,以及利用块体模型进行了矿体储量计算。计算结果准确,为 合理开发矿山资源提供了科学依据。
第 卷 第 年 期 中 国 矿 业 月 基 于 的 矿 山 三 维 可 视 化 地 质 模 型 的 研 究 与 应 用 王 斌 刘 保顺 王 涛 熊 涛 韩 志 强 北京科 技 大 学土 木 与 环 境 工 程 学院 北京 河 北大 学机 械 系 河 北 保定 中 冶 建 筑研 究 总 院 有 限 公 司 北京 摘 要 当 今矿 业 已 逐 渐 向 着 数 字 化 数 字 矿 山 的 关 键 技 术 之 一 大 型 矿 山 工 程 软 件 分 别 对块 体模 型 进 行 了 品 位 估 值 合 理 开 发 矿 山 资 源 提 供 了 科 学 依 据 可 视 化 的 方 向 发 展 矿 山 三 维 可 视 化 地 质 建 模 是 矿 床 的 数 字 公 司 并 采 用 距 离 幂 次 反 比 法 和 地 质 统 计 以 及 利 用 块 体模 型 进 行 了 矿 体储 量 计 算 计 算 结 果 准确 表征 的 是 本文 应 用 澳 大 利 亚 构 建 了 某铁 矿 的 三 维 可 视 化 地 质 模 型 学 方 法 为 关 键 词 三 维 地 质 模 型 地 质 数 据 库 地 质 统 计 学 文 章 编号 中 图 分 类 号 文 献 标识 码 随 着 计 算 机 技 术 计 算 机 图 形 学 技 术 和 信 息 化 和 数 字 矿 山 的 科 学 研 究 与技 术 攻 关 悄 然 兴 起 矿 山 数 字 地 球 在 矿 山 开 发 中 的 应 用 技 术 已 逐 步 走 向 成 熟 其 中 的 关 键 技 术 之 一 的 基 础 是 矿 床 的 数 字 表征 数 字 其 技 术 的 飞 速 发 展 地 学 领 域 的 数 字 化 是 三 维 可 视 化 建 设 的 发 展 速 度也 越 来 越 快 年 矿 山 三 维 可 视 化 地 月 日 美 国 副 总 统 戈 尔 在 讲 演 中 第 一 次 提 出 构 想 江 泽 民 主 质 建 模 是 数 字 矿 山 是 实 现 数 字 地 球 年 月 日 数 字 矿 山 席 在中 国 科 学 院 第 九 次 院 士大 会 和 中 国 工 程 院 第 三 维 地 质 建 模 就 是 运 用 计 算 机 技 术 息 管 理 地 质 解 译 在 三 维 环 境 下 将 空 间 信 地 学 统 计 四 次 院 士大 会 的 讲 话 中 的 战 略 构 想 大 会 上 提 出 提 出 了 构 建 数 字 中 国 年 首 届 以 后 空 间 分 析 和 预 测 自 实 体内 容 分 析 以 及 图 形 可 视 化 等 工 具 结 合 起 来 并 用 于 地 质 分 析 的 技 术 它 是 随 着 地 球 空 间 信 息 技 术 的 不 断 发 展 而 发 展 起 来 的 学 地 质 地 球 物 理 矿 山 测 量 国 际 数 字 地 球 数 字 矿 山 由 地 质 勘 探 数 收 稿 日 期 矿 井 地 质 作者 简 介 王 斌 男 汉 族 北京科 技 大 学 土 木 与环 级 在读 硕 士研 究 生 图 形 图 像 和 科 学 计 算 可 视 化 等 学 科 交 叉 而 形 成 的 境 工 程 学 院 矿 产 普查 与勘 探 专 业 第 期 王 斌 等 基 于 的 矿 山 三 维 可 视 化 地 质 模 型 的 研 究 与应 用 新 兴 学 科 以 形 象 的 显 示 地 表 地 层 三 维 模 型 可 根 据 条 件 三 维 地 质 模 型 最基 本的 功 能 是 可 矿 山 地 质 数 据 库 的 建 立 构 造 矿 体 和 巷 道 等 矿 山 地 质 数 据 库 是 三 维 地 质 建 模 的 基 础 和 前 对 三 维 模 型 进 行 任 意 可 对矿 体进 行 品 位 估 值 模 型 应 具 有 良 好 的 兼 容 提 钻孔 数 据 的 显 示 和 统 计 分 析 实 体 模 型 和 块 体模 型 的 建 立 品 位 估 值 储 量 计 算 地 下 和 露 天 采 矿 设 计 等 剖 面 或 平 面 的 切 割 矿 平 剖 面 图 体体积 和 储 量 的 计 算 等 绘 制 都 离 不 开 地 质 数 性 和 可 扩 充 性 等 本 文 将 借 助 由 澳 大 利 亚 公 司 开 发 的 建 立 河 北某铁 矿 的 三 维 可 视 化 地 质 模 型 据 库 软 件 将 地 质 数 据 存放 在第 三 方 的 数 软 据 库 软 件 内 库 信 息 通 过 数 据 库 引 擎 来 访 问 数 据 件 并 对 吸 收 了 多用 户 的 开 放 数 据 其 进 行 资 源 储 量 的 估 算 从而 为 创建 矿 床 三 维 地 质 库 互 连 技 术 简 称 模 型 和 储 量 计 算 提 供 一 种 有 效 的 新 方 法 源 的 合 理 开 发 提 供 良 好 的 技 术 支 持 软 件 简 介 为 矿 山 资 的 优 势 作地 质 信 息 如 用 大 范 围 的 管 理 力 量 来 存储 和 操 等 建 立 后 的 地 质 数 据 库 地 质 数 据 库 建 立 以 后 具 有 强 大 的 后 处 理 功 能 就 可 以 利 用 软 件 在 例 如 钻孔 软 件 是 由 澳 大 利 亚 在全 世 界 公 司 研 制 开 发 多个 国 家 已 有 的 迄 今 三 维 空 间 将 各 种 地 质 数 据 进 行 图 形 化 轨 迹 线 品 位 岩 性 和 深 度 等 属 性 的 显 示 多个 软 件 授 权 用 户 测 量 资 源 评 估 已 广 泛 应 用 于 矿 山 地 质 勘 探 采 矿 设 计 和 土 地 复 垦 等 方 面 以 及 后 续 的 实 体 模 型 块 体 模 型 的 创 建 等 本 文 通 过 软 件 作为 一 套 在矿 业 领 域 内 具 有 国 际 收 集 该 矿 床 的 地 质 勘 探 资 料 并 对其 进 行 数 字 化 领 先 水 平 的 大 型 数 字 化 矿 山 工 程 软 件 与其 他 制 强 大 的 处 理 按照 地 质 数 据 库 的 格 式 要 求 测 斜 表 建 立 化 验 表 钻 孔 图 软 件 和 采 矿 软 件 相 比 它 拥 有 先 进 的 了 钻 孔 表 一 整 套 三 维 立 体建 模 工 具 能 够 将 矿 山 勘 探 和 三 和 岩 性 表 个 表 其 中 测 斜 表 维 地 质 模 型 建 立 工 程 数 据 库 构 建 露 天 和 地 下 表 是 用 来 记 录 钻孔 信 息 矿 山 开 采 设 计 采 矿 生 产 和 开 采 进 度 计 划 尾 矿 是 用 来 记 录 钻孔 的 行 进 方 向 的 测 斜 信 息 化 是 用 来 记 录 样 品 的 化 验 分 析 数 是 用 来 记 录 钻孔 相 应 位 置 的 各 数 据 表结 构 如 表 所 示 库 和 土 地 复 垦 设 计 等 工 作完 全 图 形 化 地 质 数 据 验 表 据 库 是 矿 山 三 维 地 质 建 模 矿 山 资 源 评 估 和 采 矿 设 计 的 基 础 也 是 后 期 工 程 设 计 可 靠 与 否 的 关 键 岩 性 表 岩 性 信 息 是 矿 山 生产 管 理 的 重 点 维 可 视 化 的 主 要 模 块 三 维 地 质 模 型 是 完 成 三 赋 值 是 在 地 质 数 据 库 与建 是 进 行 储 量 估 算 的 载 表 地 质 数 据 库 中 各 数 据 表结 构 表名 字 段名 钻孔 表 钻孔 名 孔 深 孔 迹 线 勘 探 线 模 基 础上 对模 体予 以 量 化 钻孔 名 测 斜 深 度 倾 角 测 斜 表 体 本文 将 根 据 河 北某铁 矿 的 地 质 勘 探 资 料 利 矿 方 位 角 用 软 件 详 细 叙 述 建 立 矿 山 地 质 数 据 库 块 体模 型 以 及 储 量 估 算 的 方 法 及 其 应 用 化 验 表 岩 性 表 钻孔 名 钻孔 名 样 品 编号 样 品 编号 从 从 到 到 样 长 岩 性 体模 型 矿 山 三 维 地 质 模 型 的 建 立 矿 山 地 质 概 况 地 质 数 据 库 和 各 数 据 表 建 立 好 之 后 量 的 数 据 于 数 据 量 较 大 据 命 令 由 于 本 次 数 据 量 较 大 据 命 令 方 式 将 整 理 好 的 数 据 自动导 入 到 相 应 表 在将 数 据 文 件 导 入 至 数 据 表的 过 程 中 对 于 少 该 矿 床 产 于 中 奥陶 纪 灰 岩 与燕 山 期 闪 长 玢 岩 接 触带 为 一 接 触 交 代 矽 卡 岩 型 铁 矿 床 矿 区 地 层 自上 而 下 为 第 四 系 石 炭 系 中 统 本溪组 和 奥陶 系 中 统 上 马 家 沟 组 第 二段 其 中 奥陶 系 中 统 上 马 可 以 使 用 手 工 输 入 到 各 数 据 表 中 可 以 使 用 软 件 中 的 导 入 数 所 以 使 用 导 入 数 对 家 沟 组 第 二段地 层 分 布 广 泛 是 成 矿 的 有 利 部 位 矿 体 形 态 产 状 中 矿 区 构 造 以 褶 皱 为 主 多受 背斜 构 造 的 影 响 厚 度变化 大 断 裂 次 之 系 统 具 有 自动查 错功 能 对于 错误 或 重 复 的 数 据 呈 透 镜 状 分 枝 复 合 状等 系 统 将 拒 绝 其 导 入 并 生 成 错 误 报 告 这 大 大 提 铁 矿 床 埋 深 在 走向 近 呈 高 了 地 质 数 据 库 数 据 的 准确 性 和 可 靠 性 矿 体实 体模 型 的 建 立 东西 向 宽 线 以 西 渐 转变向 北西 方 向 长 矿 厚 最 大 为 平 均 为 层 为 最 矿 体实 体模 型 是 建 立 块 体模 型 的 基 础 要 建 矿 层 由 上 而 下 分 为 八层 其 中 层 次 之 立 实 体模 型 数 据 的 显 示 首 先 需 要 利 用 地 质 数 据 库 进 行 钻孔 然 后 建 立 该 矿 体 的 实 体 模 型 建 立 大 占 全 区 总储 量 的 中 国 矿 业 第 卷 实 体模 型 主 要 是 采 用 勘 探 线 剖 面 图 的 方 法 进 行 量 变化 规 律 的 是 地 质 构 造 和 矿 化 作用 将 矿 体分 创建 主 要 步 骤 如 下 利 用 定义 剖 面 命 令 建 为 单 元 块 后 就 需 对 每 一 单 元 块 进 行 品 位 赋 值 块 体模 型 的 估 值 方 法 有 许 多种 常 用 的 方 法 主 要 有 距 离 幂 次 反 比 法 和 普 通 克 里 格 法 两 者 估 值 方 法 均 采 用 样 品 加 权 平 均 的 概 念 即 对落 在 以 单 元 块 为 中 心 的 影 响 范 围 内 的 样 品 品 位 进 行 加 权 平 立 该 矿 体各 勘 探 线 剖 面 图 分 别 对各 剖 面 线 文 生 成 一 系 列 闭 合 线 按 照 矿 件 进 行 地 质 解 释 体的 走向 趋 势 连 接 三 角 网 并 在矿 体的 两 端补 全 矿 体 这 样 就 建 立 了 矿 体的 实 体 模 型 最 后 对 该 模 型 进 行 有 效 性 检 验 型 完 成 报 告无 错则 创建 矿 体 模 均 来 求 得 单 元 块 的 品 位 两 者 的 根 本区 别 在 于 所 用 权 值 不 同 下 面 将 重 点 介 绍 这 两 种 方 法 矿 体块 体模 型 的 建 立 距 离 幂 次 反 比 法 距 离 幂 次 反 比 法 块 体模 型 是 将 矿 床 划 分 为 由 多个 单 元 格 组 成 是 一 种 几 何 空 间 内 插 方 法 的 离 散 模 型 可 以 得 到 利 用 和 软 件 中 的 报 告 层 命 令 空 间 统 计 学 它 利 用 已 知 邻 近 值 的 距 离 指 数 幂 来 推 估 网 格 点 的 值 反 距 离 加 它 认 为 未 采 样 点 距 离 最近 的 若 干 个 点 对未 采 样 点 值 的 影 的 边界 范 围 如 最小 次 成 反 比 的 关 系 最大 最小 权 法 是 最常 用 的 空 间 内 插 方 法 之 一 与 最大 最小 最大 次 级 用 户 块 尺 寸选 用 最 后 响 最大 其 影 响 与距 离 成 反 比 可 用 下 式 表示 尺 寸选 用 利 用 矿 体 模 型 命 建 立 好 块 体 模 型 令 后 即 可 建 立 矿 体 的 块 体 模 型 新 建 一 属 性 为 后 续 储 量 计 算 做 准 备 在品 位 块 体 模 型 赋 值 过 程 中 为 减 少 计 算 量 经 式 中 为 估 计 值 为 第 为 距 离 的 幂 它 显 著 影 它 的 选 择 标 准 是 最小 平 均 绝 对误 常 需 要 建 立 矿 体实 体图 形 来 约 束 插 值 范 围 矿 体内 部 约 束 建 立 个 样 本值 响 内 插 的 结 果 差 为 距 离 在 软 件 中 建 立 样 品 组 合 的 方 法 台 阶 高 程 勘 探 工 程 种 方 法 其 中 有 根 据 台 阶 高 程 和 勘 探 工 程 产 生的 组 合 点 进 行 地 质 统 计 其 他 方 法 有 其 幂 数 值 越 高 内 插 结 果 越 平 滑 一 般选 择 作 根 据 品 位 约 束 地 质 约 束 为 次 幂 自钻孔 末 端 多种 元 素 约 束 等 只 在三 维 环 境 中 采 用 距 离 幂 次 反 比 法 对 矿 体 才 能 模 型 进 行 品 位 赋 值 对 影 响 范 围 的 样 品 搜 索 经 由 于 丢失 了 样 长 因 素 常 采 用 椭 球 体模 型 来 定 义 搜 索参 数 在 其 参 数 设 倾 角 距 离 幂 次 反 比 率 和 离 散 化 点 的 走向 倾 伏 角 和 倾 角 这 三 个 可 以 借 鉴 实 体模 型 的 产 状参 数 来 设 定 是 不 能 进 行 地 质 统 计 的 程 来 建 立 组 合 样 品 文 件 所 以 本 文 根 据 勘 探 工 置 中 一 般需 要 设 置 走向 倾 伏 角 主 次 主 和 主 次 轴 比 率 建 立 组 合 样 品 文 件 之 后 计 窗口 得 到 品 位 分 布 情 况 可 知 该 矿 区 品 位 符 合 正 态 分 布 位 没 有 特 高 品 位 可 以 利 用 其 基 础 统 数 目 等 参 数 其 中 如 图 所 示 并 且 从图 品 参 数 主 次 主 和 主 次 轴 比 率 幂 次 反 比 率 通 常 选 择 为 一 般分 别 设 为 和 距 离 所 以 不 需 要 特 高 品 位 的 处 理 离 散 化 点 的 数 目 可 以 设 置 其 他 参 数 一 般使 用 默 认 设 置 即 可 设 置 好 后 系 统 就 可 以 自 动 进 行 估 即 为 计 算 矿 石 体 积 和 值 品 位 模 型 创 建 完 成 后 储 量 做好 了 准备 普通 克 里 格 法 普通 克 立 格 法 是 一 种 求 最 优 无 偏 是 地 质 统 计 学 中 最 主 要 和 普通 克 里 格 法 的 基 把矿 体 划 分 成 许 多 小 块 段 在 充 分 考 线 性 内 插 值 估 计 量 的 方 法 最基 本的 一 种 局 部 估 计 方 法 本原 理 为 图 品 位 分 布 图 虑 信 息 样 品 的 形 状 大 小 及 其 与待估 块 段 相 互 间 的 空 间 分 布 位 置 等 几 何 特 征 以 及 品 位 的 空 间 结 构 矿 床 的 品 位 是 一 个 区 域 化 变量 而 控 制 该 变 之 后 为 了 达到 线 性 无 偏 和 最 小 估 计 方 差 的 估 第 期 王 斌 等 基 于 的 矿 山 三 维 可 视 化 地 质 模 型 的 研 究 与应 用 计 而 对每 一 信 息 样 品 值 分 别 赋 予 一 定的 权 系 数 最后 进 行 加 权 平 均 来 估 计 块 段品 位 克 里 格 储 量 体积 和 储 量 报 告 采 用 距 离 幂 次 反 比 法 或 普通 克 里 格 法 对块 体模 计 算 方 法 是 以 矿 石 品 位 和 矿 床 储 量 的 精 确 估 计 以 矿 化 的 空 间 结 构 为 基 础 以 区 域 型 估 值 后 就 可 以 利 用 软 件 计 算 矿 体的 体积 为 主 要 目 的 并 提 交 储 量 报 告 利 用 距 离 幂 次 反 比 法 和 普通 克 里 格 法 得 到 矿 床 的 体积 和 储 量 报 告 如 表 所 示 化 变量 为 核 心 学 地 质 的 新 理 论 和 新 方 法 数 以 及 克 里 格 方 程 组 是 克 里 格 法 储 量 计 算 的 三 大 支 柱 也 是 完 全 掌 握 克 里 格 法 的 关 键 所 在 通 克 里 格 法 的 适 用 条 件 是 区 域 化 变量 存在空 间 相 关 性 即 要 求 其 组 合 样 的 品 位 服 从 正 态 分 布 以 变异 函 数 为 基 本工 具 的 一 种 数 区 域 化 变 量 变 差 函 表 距 离 幂 次 反 比 法和 普 通克里 格 法体 积 与 储 量 报告 表 距 离 幂 次 反 比 法 普通 克 里 格 法 体积 吨位 普 平 均 品 位 金 属 量 一 般选 取 的 理 论 变异 函 数 模 型 为 球 状模 型 式 为 其 公 由 表 可 得 采 用 两 种 方 法 计 算 的 矿 床 体积 和 储 量 相 差 很 小 软 件 对矿 体体积 和 储 量 的 计 算 准确 围 之 内 可 应 用 于 为 资 源 评 估 结 论 本文 旨 在使 用 实 体模 型 和 块 体 模 型 与原 地 质 报 告相 对比 采 用 误 差 在允 许 范 采 矿 设 计 等 工 作 式 中 为 基 台 值 反 映 区 域 变量 在研 究 范 围 内 变 软 件 建 立 矿 体地 质 数 据 化 的 强 度 它 是 最大 变程 的 可 迁 性 变异 函 数 的 极 限 库 并 利 用 距 离 幂 次 反 比 值 为 块 金 值 时 非 连 续 变异 为 变程 表示 区 域 化 变量 在小 于 抽 样 尺 度 由 区 域 化 变量 的 属 性 或 测 量 误 差 决 法 和 普通 克 里 格 法 分 别 对矿 体进 行 了 体 积 和 储 量 计 算 法 这 为 建 立 矿 体 三 维 地 质 模 型 提 供 了 一 种 方 通 过 使 用 软 件 建 立 的 三 维 地 质 模 型 并 可 计 算 其 计 算 结 果 与 定 表示 变量 的 影 响 范 围 当 样 品 距 离 区 域 化 变量 的 空 间 相 关 性 消 失 品 位 分 布 统 计 图 可 以 得 出 大 于 变程 后 可 以 清 楚 的 看 到 矿 体 的 空 间 位 置 形 态 根 据 上 面 的 原 矿 体的 平 均 品 位 体 积 和 储 量 等 始 数 据 服 从正 态 分 布 所 以 可 使 用 普通 克 里 格 法 实 际 矿 山 储 量 对 比 可 得 实 际 矿 山 生 产 的 资 源 评 估 和 计 划 编制 等 工 作 计 算 结 果 准 确 可 用 于 进 行 样 品 估 值 使 用 克 里 格 法 估 值 必 须 首 先 计 储 量 计 算 采 矿 设 计 算 样 品 的 变 异 函 数 和 拟 合 变 异 函 数 的 理 论 模 型 然 后 利 用 变异 函 数 的 理 论 模 型 参 数 进 行 普通 克 里 参 考 文 献 论 数 字 矿 山 格 估 值 一 般使 用 沿 钻孔 方 向 的 变异 函 数 曲 线 来 孙 豁 然 刘 勇 强 丁威 徐 帅 金 属 矿 山 确 定块 金 值 用 全 方 向 变异 函 数 曲 线 来 寻 找 最佳 用 样 品 方 差 来 确 定 基 台 值 通 过 结 构 薛 传东 基 于 软 件 的 三 维 地 层 模 型 研 究 的 滞 后 距 分 析 找 出 变异 函 数 曲 线 的 变程 图 来 选 择 具 有 最大 连 续 性 的 方 向 通 过 主 变异 函 数 也 就 是 估 值 时 陈 广 平 利 用 软 件 打 造 数 字 化 金 属 矿 山 矿 业 快 报 基 于 搜 索椭 球 体的 主 轴 方 向 向 生成 第 二变异 函 数 图 索椭 球 体的 次 主 轴 方 向 方 向 的 变异 函 数 曲 线 软 件 会 自动根 据 主 轴 方 可 以 根 据 此图 来 选 择 搜 从而 可 以 自动求 出 第 三 个 方 向 是 相 互 垂直 的 李 海 华 软 件 的 可 视 化 研 究 煤 矿 开 采 杨 文 静 李 利 波 程 天 赦 基 于 基 于 的 地 质 数 据 库 的 建 立 与应 用 陈 跃 升 现 代矿 业 袁 海 平 这 卓通 照 的 马 坑 铁 矿 地 质 通 过 这 个 方 向 的 变异 函 数 曲 线 可 以 计 算 出 各 异 数 据 库 研 究 金 属 矿 山 的 官 店 铁 矿 三 维 模 型 构 建 向 性 系 数 在确 定各 异 向 性 参 数 的 过 程 中 需 要 也 需 要 有 丰 富 就 可 以 利 用 池 秀 文 代矿 业 向 中 林 游 迪 现 对矿 床 的 成 矿 特 征 有 深 入 的 了 解 的 理 论 知 识 和 实 践 经 验 建 立 之 后 软 件 中 的 普通 克 里 格 法 命 令 白万 备 王 妍 等 基 于 的 矿 山 三 维 地 质 河 南 理 工 大 学 学 报 自然 科 建 模 及 可 视 化 过 程 研 究 学 版 对块 体模 型 建 立 其 品 位 模 型 与 距 离 幂 次 反 比 法 一 样 对 影 冯 超 东 杨 鹏 胡 乃 联 金 属 矿 山 克 立 格 法 在 软 件 中 的 响 范 围 的 样 品 搜 索也 采 用 椭 球 体模 型 其 参 数 设 实 现 及 应 用 置 与距 离 幂 次 反 比 法 基 本一 样 在此不 再 介 绍
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