三维可视化物探技术在矿山地质勘查中的应用

魏华平，黄 忠

（四川省冶金地质勘查局水文工程大队，四川 成都 610000）

随着社会经济的快速发展，能源资源的需求量也日渐扩大。矿产资源短缺已经成为对中国经济快速发展产生制约的瓶颈。地质工作者在未来的很长一段时间内，必须要肩负起快速寻找接替资源，降低能源资源对外低存度的职责。如今，我国在矿山地质勘查中所采取的技术手段日渐更新，但是在勘查时所面临的难度也越来越大。大批的矿山面临着严重的矿产资源短缺危机，解决危机的最好方法是通过合理的矿山地质勘查工作，寻找详细真实的地质资料，对矿山展开化探、物探、钻孔和地质勘查。而合理的使用三维可视化物探技术可以对矿山地质勘查工作提供助力。

1 三维可视化技术简介

三维可视化技术在图形图像处理科学技术和计算机科学技术的快速发展之下而得到快速推广，对模型的绘制与理解，借助于使用三维可视化技术是一种十分可行的手段，更是一种数据的表征形式。通过采取三维可视化技术，可以对地下以及地面诸多地质特征和地质现象进行描述，对区域环境形成最基本的认知。三维可视化物探技术所构建的模型，综合图像图形处理学、地理信息科学、地质学以及计算机科学等新技术，以计算机为物质保证，应用其可视化功能展示三维环境下的地质信息和地质资料，预测和分析地质空间、管理空间的信息，解释地质资料，分析与探讨实体内容，统计信息。随着三维可视化技术在地质勘查与模型构建方面所表现出来的功能越来越强大，在矿山地质勘查领域当中，已经被广泛使用，是必不可少的辅助性勘查工具[1]。

通过使用三维数据模型对空间世界中实体之间相互存在的关系进行反映，是三维模型构建的前提条件和基础。在不同的空间情况下，应用不同的数据结构，可加快实现地质勘查结果准确性提升。目前在地质勘查中，应用三维可视化技术构建的模型分为三种类型，分别为基于实体的数据结构模型、基于面的数据结构模型以及混合数据结构模型。混合数据结构模型综合基于体和基于面的数据结构模型优点，综合两个模型或者是多个模型，也是当前地质勘查期间，应用三维可视化技术时最为常用的模型。

2 地质勘查期间应用三维可视化技术的意义

早在20世纪80年代，在数据信息处理领域以及科学计算领域，已经逐渐开始使用计算机技术。彼时，应用计算机技术的水平还相对滞后，只能够利用相应的软件统一批量处理相关数据，还没有达到交叉处理数据信息和智能化处理数据信息的地步。除此之外，在运行计算机的过程中也没有合适的引导功能，操作者只可以静静地等待计算结果。数据信息的批量处理还必须要求操作人员进行人工操作，最后输出的图像为二维图像，难以对某些数据特征进行直观的反映。这种处理方法在实际的应用过程当中，虽然可以在一定程度上提升数据信息处理效率，但是却难以在最短的时间内为人们提供比较形象和直观的数据认识，甚至会由于操作人员的操作不当以及计算机方面的问题而导致数据遗失，造成数据信息的计算结果出现问题[2]。

随着科学技术的快速发展，关于地质勘探的数据信息也持续增加。在当前数据信息可视化分析期间，如何有效地运用计算机技术和数据信息，已经成为极待解决的主要问题之一。步入21世纪以后，关于计算机计算的科学技术获得大幅度提升，计算机操作软件和硬件也持续更新，电脑磁盘和内存逐渐扩大，使得计算机功能越来越全面。如今在重要和关键的图像图形处理时，选择使用高配置的硬件进行处理已变得可能。在可视化处理数据信息时，比较形象、直观、快速的对海量且复杂的信息和数据进行处理。除此以外，还可以交互补化测绘数据和项目数据，完成数据处理操作。所以截止到目前，最为先进的可视化处理技术已经可以实现准确且快速地对海量复杂的抽象数据进行分析，描述抽象而又复杂的数据信息。通过使用三维可视化技术，可以将数据信息转变成为具体的图像，并且激发人们的形象性思考，从更深层次的角度分析三维可视化技术，从复杂且海量的数据信息中快速寻找到信息数据的特征和规律，提升科学技术操作水平，诊断出问题存在的原因，并且为业务决策提供参考依据和借鉴。三维可视化技术，在一定程度上为处理数据信息的效率提升做出贡献，也能够保证抽象化的数据信息处理结果具有真实性和准确性。

3 矿山地质勘查期间三维可视化技术的应用

3.1 建立地表地形模型

在地表和地形模型构建的时候，其基本的依据是地表地形等高线。综合运用Auto CAD软件的地形文件预处理功能、等高线编辑功能和闭合等高线副高程等功能完成相关操作。以生成的DTM表面命令完成地形DTM表面生成，同时要渲染表面文件，对表面文件进行现实化处理以后，获得与现场实际地表地形相符合的模型。在模型构建时及步骤总体分为五步。

第一步，要对地形文件进行整理、分层、管理、优化，整理各个图层文件，对不常用的图层文件进行合并或者删除，对常用的图层文件进行保存处理。

第二步，等高线编辑。对重复点、重复线、间断线以及钉子角等问题做出处理。

第三步，等高线赋高程。通过采取赋Z值命令和等值线附高程命令完成等高线高程赋值。

第四步，完成地表模型构建。执行生成DTM表面命令和Counmod渲染命令，圆滑处理构建的模型。

第五步。现实化处理。将卫星图片张贴在地表模型的表面，或者完成工业广场建筑物模型构建。

3.2 建立完成地质勘探模型

为了地质勘探模型构建，首先要完成钻孔数据库构建，这是由于钻孔数据库可以为控制地质模型走势等顶底板点提供支持。地址数据库构建可采取3Dmine完成，以勘探钻孔资料为依据完成定位表建立、岩性表建立、测斜表建立和化验分析表建立。

表1 钻孔数据库结构表

3.3 三维可视化模型构建步骤

在具体构建矿山地质模型的实践活动当中，其所涉及到的流程有数据信息采集、数据信息的差值处理、数据信息组织以及综合运用数据信息完成图形绘制。

3.3.1 原始数据信息采集

原始数据信息采集的对象，包含有地表数据信息、矿体数据信息以及判断层数据信息，其中矿底数据信息采集的时候，是基于勘探线剖面图，在平面图上投影各个矿带边界线控制点，结合剖面图，从而获取矿带边界数据，矿体数据信息在进行表现时，主要为离散点三维坐标[3]。地表样本数据信息采集时，通常是以测量为主，通过采取彩境界图测量人工边坡，最主要的是坡底线上的点和台阶坡顶线，伴随着采样点密度上升，地貌特点所反映的现象也更加具有真实性。断层数据信息采集时，其依据是勘探线剖面图，结合剖面图信息获取断面从数据，其表现也是离散点三维坐标。

3.3.2 数据插值

基于露天矿场为例，这种类型的矿场操作范围相对比较大，倘若在施工期间采集基础的数据信息，单纯凭借着勘探技术人员是难以满足生产需求的。若是想要表达断层和矿坑的信息更加清晰，那么就必须要灵活性的采取空间插值技术。就露天的矿场而言，在前期阶段的数据信息采集时，可选择使用Kriging插值方法。采集数据之后，再运用双线性插值获取数据信息，如此一来，不仅可以减少时间浪费，也可以保证各类数据信息真实性。

3.3.3 数据结构组织

就勘查矿体地表而言，电表上所描述的点线特征都拥有十分重要的意义和作用。但是在模型当中描述这些点、线时，却难以实现其真实性和生动性，因而在描述这些地表面上的点、线特征时，可选择应用不规则网格模型。就露天矿场而言，不规则网格模型是最为合适的模型，可通过使用不规则模型的多边形态转化成为三角形网格形态，并且为绘制图形提供重要的参考[4]。

3.3.4 绘制图形

通过使用三维可视化技术，可以生成任何地质的平面图和剖面图。以生成的剖面图绘制工作为例，在确定剖面线位置以后，通过应用剖面线切割实体模型，获得面域模型。随后将面域模型展开，得到首尾相连的直线段之后，再以直线段为对象，进行逐一连接，从而获得连续剖面线。最后以坐标转换操作所获得的剖面线为依据，添加完成坐标网格以后，绘制完成剖面图。

4 结语

将三维可视化技术应用到矿山地质勘查工作中，可以综合性的分析与展示采矿工程三维信息和地质体三维信息，为地质勘查和采矿工作简化提供帮助，并且保障地质勘查工作和采矿工作安全施工，由此以来，也能够最大程度上推动采矿工作深入发展实现其现实意义。本文以矿山地质勘查的现实情况为出发点，首先分析三维可视化技术的基本概念和特征，了解赛维可视化技术在当前实际工程施工中应用的必要性。其次探究三维可视化技术应用的重要意义，得知可以为地质勘探提供技术支持，实现勘查效率提升。最后，从地表地形模型构建、地质模型构建以及三维模型构建流程三个角度展开综合性的分析，探究矿山地质勘查当中三维可视化物探技术的应用方式。