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基于3Dmine的鄂西高磷赤铁矿凉水井矿区三维建模
2011-01-15
借助于国内矿业软件3Dmine建立了鄂西高磷赤铁矿凉水井矿区的三维模型。在介绍三维建模理 论,不规则三角网(TIN)原理,块段建模原理和基于块段建模的品位估值的基础上,建立了矿山的地质数据库,并且 构建了矿区地表、断层、矿体、地质界线和品位块体模型。建立的模型形象逼真,具有一定的科学性和准确性,为矿 产资源评估、开采设计和生产计划编制提供了基础。
S SSS Sp等, 装备了很多的矿山, 特别是澳大利亚、 转, 北西翼倾角稍缓。铁矿层随褶皱的反复出现而 SSSSSS S S SSS ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ 金ꢀ ꢀ属 ꢀꢀ矿ꢀ ꢀ山ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ 总 第 SSS期 SSSS年第 S期 SSSSSSSꢀ SSSSꢀ S SSSSS SSS 基于 3Dm SS的鄂西高磷赤铁矿 S 凉水井矿区三维建模 S, S S, S S 3 S 叶海旺 ꢀ 王 ꢀ 荣 ꢀ 韩亚民 ꢀ 刘景秀 ꢀ 常 ꢀ 剑 S S 武汉理工大学; S 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室; 3 S 武钢矿业公司程潮铁矿; S 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 S 摘ꢀ 要ꢀ 借助于国内矿业软件 3Dm SSS建立了鄂西高磷赤铁矿凉水井矿区的三维模型。在介绍三维建模理 论, 不规则三角网 S S SSS原理, 块段建模原理和基于块段建模的品位估值的基础上, 建立了矿山的地质数据库, 并且 构建了矿区地表、断层、矿体、地质界线和品位块体模型。建立的模型形象逼真, 具有一定的科学性和准确性, 为矿 产资源评估、开采设计和生产计划编制提供了基础。 关摘摘ꢀ 3Dm SSSꢀ 三维建模ꢀ 高磷赤铁矿 3 33 333333333 33333 3 33333 333333 333 333 33333333333 33 3333333 333 33333333 3 33333333 33 33 3 S, YSH SSw SSg ꢀW SSg RSSg ꢀH SS YSm S S 3 S ꢀSSS S S, S S Sgx S ꢀChSSg SSSS ( S( ((((( (((((((((( (( ((((((((((( S( ( (((( ( (( (((((((((( (( ( (((((( (((((((((( ((((((((( ((( ((( ((((m (( ( 3 ( C(((((((( I((( ( ((( (( (((((((( (( ((( C ( , ( ((( S( S(((((((( ((((((( I(((((((( (( ( ((((( (((((((( C ( , ((( ) 3 3333333ꢀ ShS thSSS dSm SSS SSSSlm SdSl Sf h Sgh phSSphSSSSS hSm StStS m SSS SS w SStH SbSS SS cSSStSSctSd w Sth thS hSlp Sf thS dSmSStScm SS SSg SSftw SSS 3Dm SS S OS thS bSSSS Sf SS tSSdScSSg thS thSSSS Sf thS 3D m SdSlSSg, tSSSSgSlStS SSSSgS lSS SStwSSk, blSck m SdSlSSg pSSScSplS SSd SSS gSSdS SStSm StSSS bSSSd SS b lSck mSdSlSSg, thS dSpSSSt gSSlSgScSl dStSbSSS SS WWW.KY114.CN bS Slt, SSd thS b lSck m SdSl Sm SSg dSpSSSt SSSfScS, fSSlt, SSS-bSdS, gSSlSgScSl lSm St SSd SSS gSSdS SS SStSb lSShSdS ShS SSw m SdSl SS qSStS clSSS tS thS SSSl tSSSSSS SSd cSS SccSSStSlS SSflSct thS gSSlSgScSl StSSctSSS, wh Sch pSSvSdSS S bSSSS fSSm SSSSSl SSSSSScSS SSSSSSm SSt, m SSSSg dSSSgS SSd pSSdSctSSS SchSdS lSSg pSSpSSStSS S K 3yw3333ꢀ 3Dm SSS, ShSSS d Sm SSSSSSSlm SdSlSSg, H Sgh phSSphSSSSS hSm StStS ꢀ ꢀ 欧美矿业界在 SS世纪 SS年代就将计算机辅助 1ꢀ 摘区地摘概况 设计技术应用于地质、矿业领域。经过 SS年的发 展, 今天的采矿软件已经形成了相当的规模。以矿 床模型为代表的矿业软件迅速发展, 相继推出用于 地质资料处理、矿床建模、采矿设计、计划编制、测绘 图形处理等方面的矿用商业化软件, 如 DStSm SSS, 该矿山位于湖北省之西部, 扬子地台东北部及 秦岭地槽东南段, 在扬子地台内, 为古生代海相沉积 型层状赤铁矿。该矿区构造线方向主要为北东向, 至矿区东部转为东西向。矿区内褶皱较发育, 其特 征是S 背斜紧密, 并常呈箱状出现; 向斜开阔, 两翼倾 角多不对称, 一般是南东翼较陡, 局部直立乃至倒 SSSpSc, S ScSSm SS, S StSc, SSSx, S SScSm, VS lcSS, 北美和南非的一些矿山, 取得了很好的经济效益。 本研究借助于 3Dm SSS软件建立了鄂西高磷赤铁 矿凉水井矿区地质数据库, 并在此基础上构建了矿区 地表、断层、矿体、地质界线模型以及品位块体模型。 针对品位块体模型选用了距离幂次反比法品位估计, 并与矿山实际勘探获得的平均品位进行了对比, 结果 表明, 所建模型可靠, 具有一定的科学性和准确性。 多次暴露于地表, 其产状严格受褶皱形态控制。矿 床为沉积型缓倾斜薄矿体, 厚度为 S~ S m, 矿床有 S S S 个含矿层S 下部第一、第二含矿层 S FS, FS S矿层薄, S ꢀ 十一五 ꢀ国家科技支撑计划项目 S编号S SSSSSSSSSS SSS。 叶海旺 S SSSSꢀ S, 男, 武汉理工大学资源 与环境工程学 院, 矿物资源 加工与环境湖北 省重点 实验室, 副教授, 博士, S3SSSS湖 北省武 汉市珞狮路 SSS号。 ꢀ 8Sꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 规模小 品位低 工业价值不大 上部第四含矿层 多为鲕绿泥石铁矿 夹层多 选冶困难 中部 矿体模型建立的基础。 3. 1. 1ꢀ 不规则三角网 ( 3333333y三角网 )的形成 不规则数据点生成的不规则三角网有很多种可 第三含矿层 规模大 品位高 为矿区主要工业 矿层。本研究的建模对象为其中的凉水井矿区。 能 但是对于良好的 是唯一的 模型 其基本要求有 2ꢀ 地摘数据摘的建立 根据原始的图形地质资料 包括地质横剖面图 钻孔信息数据图 借助于 软件创建地质数 力求每个三角形尽量接近于等边形状 保证最近点构成三角形 即三角形的边长 据库 建立了 个数据表 开孔表、测斜表、化验表、 之和最小。 岩性表。 度快的 的数据库平台为功能强大 运行速 数据库平台。其中开孔表 在所有可能的三角网中 不规则三角网在地形 拟合方面表现最为出色 是 生产的主要方法。 和测斜表表现了钻孔的空间形态变化 化验表记录 了钻孔样品中 品位的变化 岩性表记录了钻孔 因为不规则三角网每一个三角形的外接圆内不包含 其它的点 保证了最大化地使每个三角形接近于等 边形状 三角形的边长之和最小。不规则三角网形 样品各段岩性的变化。对数据表进行数据检验 修 正钻孔数据中错误的数据。对数据进行样品组合 成规则 可根据 角度法来建立 即在由两相邻三角形构 成的凸四边形中 交换凸四边形的两条对角线 年提出的 最大最小 由于本矿床为层状薄矿体 选取 进行样品组 合 这是对品位和储量进行估算的前提。建立后的 数据库可以对任意数据进行查询 更新 编辑 修改 统计分析等。各数据表结构见表 钻孔空间位置 个 内角的最小角不再增大。 最优方法 据此提出了局部 交换凸四边 如图 所示。 形的对角线 可获得等角性最好的三角网。 . 1. 2ꢀ 带约束条件的不规则三角网 当地形特征线、特殊的范围边界线、等高线等被 作为预先定义的限制条件作用于 的生成时 必 须考虑带约束条件的不规则三角网。带约束条件的 表 1ꢀ 地摘数据摘数据表摘构 3 表 名 字 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 段 X 坐标 开孔表 钻孔号 测斜表 钻孔号 化验表 钻孔号 岩性表 钻孔号 最大孔深 深度 Y坐标 Z 坐标 倾角 方位角 WWW.KY114.CN 从 从 至 品位 不规则法则是 将所有数据包括约束线上的数据点建立标 准的不规则三角网。 嵌入线段约束 根据对角线交换法 至 岩性描述 调 整每条线段影响区域内的所有三角形。如图 用于 完成约束线段的插入。 摘 1ꢀ 摘孔空摘位置 3ꢀ 三摘模型的构建 3. 1ꢀ 三维模型构建的基本原理 三维模型构建的基本原理是采用不规则分布的 数据点生成不规则三角网来逼近表面模型的 所建立的模型并非真正的三维空间实体 而是面或 空壳 封闭的面 后称实体 。 是数字高程模型 法带来 的一种表示方法 它减少了规则格网 的数据冗余 在计算速度方面优于等高线法 既可以 进行表面积、坡度、体积的迅速计算 又可以进行表 摘 2ꢀ 摘束摘段 aa插入到已有的不摘摘三角网的摘程 面渲染和切制剖面。 是地面模型、地质模型和 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 王ꢀ 荣等S 基于 3Dm SSS的鄂西高磷赤铁矿凉水井矿区三维建模ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ SSSS年第 S期 ꢀ 矿区三维模型的建立 矿区地表 地表模型建立的原始数据来源于原始的 SStS CSD文件的地形等高线, 在 3Dm SS中导入原始的 的地质界面与地表相交出露到地表, 此时, 使用线框 布尔运算来对出露地表的地质界面进行剪切。地质 界面和地表交线实质上也是地质平面图上所显示的 地质界线, 可以根据平面图的地质界线来校核所生成 的地质界线。在建模范围内, 该矿山的地层主要 PS,l PSS, PSm, CSh, D3S。图 S为地层模型。 ꢀ 等高线数据、坐标网、勘探线等相关数据, 通过坐标 网所显示的大地坐标数据, 将各线数据调整到原始 地形所在的大地坐标系位置, 然后将等高线赋予原 始地形的所在的高程, 形成三维等高线。将等高线 作为约束条件, 通过等高线上的点生成不规则三角 网, 通过消隐、渲染、光照等效果后形成矿区 DSS, 如图 3所示。 ꢀ ꢀ 矿体模型 矿体模型生成也类似于地层模型, 生成的方法 有 S种, 通过地质剖面图或钻孔数据图, 可以通过钻 孔数据图来校核地质剖面图中的矿体的形态和空间 结构位置。矿体模型和地质模型建立的不同之处在 于地层模型类似地表 DSS, 是面模型; 而矿体模型 实际上是表面模型内外包裹互不透气的三维线框实 体模型, 它的建模方法实际上是通过表面模型的逼 近规则, 加上自身的缝合和包裹技术来实现的。 ꢀ ꢀ 生成后的矿区地表模型由 S部分组成, 其中一 种是线文件, 储存赋高程的等高线数据, 储存为 S S 3dS格式; 另外一种是体文件, 存储不规制三角网 S S S S, 储存为S S 3dm 格式。这 S种格式均可转换 WWW.KY114.CN 为 SSSpSc中的线文件和体文件。 矿体模型只能反映矿体的空间形态, 而无法表 断层模型 现出矿体局部品位和岩性及其分布情况, 也无法估 建立断层模型以清楚掌握断层和矿体的相互位 算出储量, 因此必须建立矿体的块体模型。该模型 置关系以及断层的对矿产开采的影响。断层的三维 建模, 主要采用的是 S S 技术生成断层的线框模型 ꢀ 块段建模原理 ꢀ 的建立以块段模型为基础, 3Dm SS采用的是可变的 三维块段模型, 在某一方向上块段的尺寸可变化。 由于矿层较薄, 本研究所采用的块段尺寸为 S m ꢀ S m ꢀ S S m, 边界的尺寸为 S S m ꢀ SS S m ꢀ S SS m。 三维建模的矿区面积过大, 只以 S至 - S6号勘探线 之间的矿体为例, 推估了该区域内的矿石品位。 块段模型是品位估值和储量计算的基础, 把矿体 划分成许多小块段 S待估块段 S, 在充分考虑信息样品 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之后, 根据搜索到的 一定范围内的有品位信息的块段来估算无品位信息的 块段, 对搜索到的有用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待估块段品位。 数据搜索是对待估块段进行推估的首要工作, 是按指定的方式为推估准备数据, 搜索对待估块段 具有影响的样品点。样品数据点的搜索方法可分为 球体搜索法和椭球体搜索法, 由于矿体的各向异性, 一般采用椭球体搜索法。 以逼近断层空间形态。断层模型一般有 S类S 一类 是以面的形式存在, 即通常所说的断面层; 另一类是 断层非常发育, 并且在空间上已经形成了一定的宽 度, 三维建模一般将它建立成三维实体, 即通常所说 的断层破碎带。断层实体模型的数据来源为地质剖 面图, 将各个剖面图形导入 3Dm SSS之后, 均进行坐 标转换调整到实际大地坐标的位置, 然后将线相连 形成 DSS 面 S类似于地表模型的生成 S。本矿区的 地质条件较好, 只有 S个断面层。 ꢀ 地层模型 地层模型建立的数据来源为地质剖面图以及钻 孔数据库, 钻孔数据库中储存了钻孔从上至下的各个 地层的信息。而地质剖面图也表现了各地层的地质 界线, 将各地质剖面图导入 3Dm SS, 然后通过钻孔数 据库中的地层数据来校核剖面图。连接各个地层的 地质界线形成各地质界面。在很多情况下, 地层模型 ꢀ SSꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ N Z (B ) = ꢀ ( I ꢀ G , ꢀ 图 ꢀ矿区 号勘探线之间矿体的块段模型 ( = ( /( ( ꢀ ( = , ( ) N p ( ( /( ) ꢀ ( = Z (B ) G ( ( ( ( , ( = , ( , , ( ( ( , , ( = ( ꢀ ( ( ( ( ( N 参ꢀ 考ꢀ文ꢀ献 ꢀ ꢀ WWW.KY114.CN ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 结 ꢀ论 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
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