3DMine软件在基础地质勘查工作中的应用

张 璐,周新鹏,林 伟,李致君,李红梅

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)

1 引 言

随着全球矿产勘查难度的日益增大，利用新的技术与方法来提高隐伏矿、深部矿和难识别矿的发现率是目前矿产勘查中的主要研究课题之一[1,2]。运用现代空间信息理论，将三维建模技术应用到地质矿产勘查研究，建立勘查区地层或矿床的三维空间与属性模型，满足勘查数据综合处理的业务需求，对提高地质、矿产勘查研究精度、勘查成果的综合利用效率，具有重要的研究意义[3]。

2 3DMine软件的基本特点

3DMine矿业工程软件是由北京三地曼矿业软件科技有限公司研究并开发的国内第一款拥有自主知识产权、采用国际上先进的三维引擎技术、全中文操作、符合国际行业标准且易于操作并支持客户化的三维矿业软件系统[4-6]。3DMine软件的主要特点：二维和三维界面技术的完美整合；使用 AutoCAD通用技术和操作风格，操作方便、快捷；支持选择集的概念，快速编辑和提取相关信息；集成国外同类软件的功能特点，步骤更为简单；交互直观的工程设计；爆破结存量的计算和实方虚方的精确计算；多种全站仪的数据导入；工程图的打印绘制准确简便；数据兼容性非常好。3DMine软件已被广泛地应用于地质、测量、采矿和生产管理等方面，主要为固体矿产的地质勘探数据管理、矿床地质模型、构造模型、传统和现代地质储量计算、露天及地下矿山采矿设计、露天短期进度计划以及生产设施数据、规划目标数据建立实用三维可视化基础平台[7-11]。该软件主要用于数据库建立、矿山三维建模和矿体的三维可视化，而在基础地质勘查项目中的应用成果相对较少。

近年来，在地质勘查领域，AutoCAD计算机辅助制图软件得到了普及和推广，同时，Mapgis软件、Surfer软件等专业软件的开发和应用也受到重视，从而推动了软件工具的快速发展。作为专业的制图软件，它们是先进且具备可操作性的，但是都局限于二维空间。在深部矿产资源的勘探中，人们常常需要分析和预测矿体或成矿岩体在空间的展布特征，将取得的地质、物探成果数据置于真实的三维空间立体显示来综合分析异常体的大小及分布情况、钻孔数据的联合分析等，这就需要将现有的二维资料都实现三维可视化，最大限度地提高资料的利用率。

3DMine软件通过空间三维模型的建立，工程模型和勘探数据库的显示，以及多层次的数据叠加，从而可以实现自动切制平面、剖面界线、地形线，自动叠加坐标网格和图签图例，保障制图工作的高效性和准确性，这是二维软件所不能做到的。

本文将结合实际工作，重点介绍3DMine软件在地质勘查项目中的一些应用。

3 3DMine软件在地质勘查工作中的一些应用

3.1 三维表面模型的建立和应用

近年来，在省级自然资源厅地质勘查项目中所用的地形图基本的都是收集的Mapgis图件(图1)，基本上都带有高程属性。以山西省浑源县某工区的部分地形线为例，为了更直观地让野外工作人员提前了解工区的地形起伏情况，安排好每天的工作量，就需要将地形平面图转换为三维格式。3Dmine提供了AutoCAD、Mapgis、Surfer等多种软件的接口，可以很方便地将这些软件中各种原有的平面图件导入3Dmine内进行编辑处理。图形导入可以直接将二维图形转换成初始三维表面模型。将地形图直接导入后，会发现高程都为0，每条线只有起始点带有属性，需要运用工具→属性数据计算，将带有高程的属性列赋值给Z值，数据处理方式选择“复制始点属性”就可以将所有等高线赋值成功。这是建立三维表面模型的基础。通过表面菜单生成表面模型有两种方式：①直接选择“生成DTM表面”，再进行渲染、添加三维网格、图例等(图2)；②选择“三维面模型”即可生成带有坐标和底面的模型(图3)。

图1 某工区地形

图2 DTM表面

图3 三维面模型

在野外勘查中，会经常用到电法、磁法、地震勘探等物探方法，而人文干扰、工业干扰等都会对物探数据采集造成干扰。目前卫星影像图分辨率都比较高，明显的村庄、工厂、风机等因素都可以显示出来，将卫星影像图贴合到地形表面(图4)，再进行物探工程测点的部署(图5、图6)，可以直观地看到测点在野外的分布情况及施工可能遇到的一些困难，为施工人员的野外工作提供便利，同时技术人员也会对每天的数据质量把控做到心中有数。

图4 卫星影像图与三维面模型的贴合

图5 物探布点与三维面模型的贴合

图6 卫星影像图、物探布点、工区范围与三维面模型的贴合

3.2 地形线切割

地质勘查工作中一项非常重要的工作就是地质剖面的实测，在野外记录簿中岩性分层是按照测点号来区分的(图7)。在后期室内成图时，一般常用Mapgis软件先切割地形线，再进行岩性分层。但前提是必须先给剖面所经过的高程线进行赋值，而且切割出来的地形线上不带测点号，无法直接依据野外记录簿进行地质剖面的绘制。由于山西省浑源县某工区内包含20多条实测剖面，涉及面积比较大，如果在Mapgis中绘制地质剖面，需要耗费大量的时间和精力。而利用3DMine软件通过将实测点坐标导入，可以快速切割出地形线剖面图，只需再将地形线进行分解即可得到相应的测点及编号(图8)，也可以加上相应的坐标网格及剖面小平面图，并且结果可以完全导入Mapgis中来进行后期地质内容编辑(图9)，大大缩短了工作时间，极大地提高了工作效率和准确率。

图7 野外记录簿

图8 利用3DMine软件切割的地形线剖面

图9 导入Mapgis中的地形剖面(右图为局部放大)

3.3 剖面图的三维可视化

除了常规的地质工作外，在地质找矿与地热资源勘查中，为了避免单一物探方法的局限性，提高勘探精度，在剖面查证中，通常会选用多种物化探方法来进行综合勘探，所以一个工区经常会有多种剖面图，为了在同一个空间分析这些剖面成果的关联性及异常的展布情况，就需要将这些平面图立体显示。而3DMine软件具有二维与三维互换的界面，并且可以兼容常用的Mapgis、AutoCAD、Surfer等成图软件格式[12,13]，可以更好地实现剖面图的三维可视化。

以某工区的地热资源调查项目为例，如图10所示，工区内实测了六条剖面，4条黄线为AMT实测剖面，2条紫色线为二维地震勘探剖面。AMT剖面图为Mapgis格式，地震地质剖面为AutoCAD格式。从图11和图12上可以看出，两种剖面图只有深度，在图的最上方是实测点号，没有坐标信息，而要实现真三维的立体显示，必须要有真实的坐标来进行校正。此时，可以利用实测点号切割剖面得到坐标信息再进行套合(图13)。为了保密，此处将坐标删去两位。这样，就可以在3DMine软件中通过两次平面坐标转换和一次YZ调换，实现将剖面图立体显示(图14)。

图10 工区测线布设

图11 1线AMT测量视电阻率反演断面

图12 S1线地震地质剖面

图13 1线AMT测量视电阻率反演断面图叠加坐标网格

图14 6条剖面图的立体显示

通过剖面图的立体显示，可以看到AMT剖面的电性结构在空间的对应关系，从图15可以看出，四条AMT剖面所反映的电性结构拟合效果比较好，仅在局部地方会发现3线与5线在交点处有差别(图16)。在色标一致的情况下，造成这种现象的原因可能与野外实测值或者处理方法有关。在施工过程中，及时将各种剖面成果进行三维可视化，能尽早发现问题，在野外及时进行纠正，这在施工质量方面也起到了一定的监督作用。

图15 AMT联合剖面电性结构(精确拟合)

图16 AMT联合剖面电性结构(不拟合)

4 结 语

经过实践证明，通过3DMine真三维平台可以将地质勘查工作中的地质、物探等各种平面、剖面图实现三维可视化，对成果的分析与异常的展布情况有直观的显示。同时，在实测地质剖面图的绘制中也起到了很好的效果，可以大大减少工作量，极大地提高了工作效率。在地勘工作中推广和应用3DMine三维软件，对整个地矿工作具有十分积极的作用。