地质矿产勘探储量估算工作及数据流程分析

Answer 1

一、工作流程分析

矿产资源勘查三维可视化储量估算系统研制的基本目的是辅助完成对地质勘查获得的关于勘探储量计算的各种成果的综合分析，实现储量的可视化计算。矿产资源勘查三维可视化储量估算系统数据库结构及其流程，必须代表通行的矿产资源储量估算评价流程。如第二章矿产储量估算的需求分析所述，储量估算在不同的勘探阶段要求不同，但工作流程大体相似，可用如下图表达：

图3-1 勘探储量估算工作流程

上述工作流程在矿产资源勘查三维可视化储量估算系统（MRES）中可概括为如下过程：

1.数据管理（data management）

地质勘探获取的各种勘探资料首先要通过合适的软件工具进入三维系统，这些资料有图形资料，如：地质图、工程分布图、地形等高线数据等，也有矿体各种工程获得的分析数据，如：矿石的品位、比重等，还有关于三维地下岩石、岩性及厚度的描述。MRES系统应该对这些数据进行科学的管理，如表格数据的录入、编辑、修改和查询等。对于二维图形数据，如地质图等，可以通过GIS软件矢量化后进入系统。另外系统还可以处理遥感影象及DEM数据，形成效果逼真的三维图形。

2.单工程矿体圈定（ore body delineation in a drill）

三维可视化技术将各单工程所见地层、岩石、构造和矿体显示在三维空间坐标中，按照国家储量圈定规范，根据矿床的工业指标，如边界品位、工业品位、可采厚度、夹石厚度及有害组分等，圈定单工程矿体的形态、厚度、位置等。系统在圈定过程中，既要可以根据规范自动圈定矿体，又要提供交互智能工具，用户可以在工程图上通过人机交互对话圈定矿体。

3.剖面矿体圈定（ore body delineation inprofile）

矿体连接是一项非常重要而且智能化高的工作，由于三维地质体的复杂性和人们认识的局限性，导致不同的地质专家圈定的结果可能不一样，计算机只能提供半自动的辅助交互工具来帮助专家完成剖面矿体的连接，用户可以使用方便实用的剖面编辑器完成矿体的半自动连接。

4.三维矿体圈定（ore body delineation）

将剖面连接，系统形成三维地质体，并使用多种方法进行可视化储量计算。

5.矿体储量估算（ore body reserve management）

完成各种储量分析，如统计报表、采（盘）区储量、品位吨位分析、经济价值分析、虚拟勘探与开采等。

上述工作在系统中被称为3DEM过程，MRES中可概括为如下工作流程：

图3-2 MRES系统3DEM工作流程

二、系统中数据分析

1.勘探工程产生的数据

地学信息的可视化是将地质构造学、计算机图形学和计算可视化等专业知识相结合，计算机可视化是方法，地质内容研究是目的。因此，从事这方面研究不仅要有专业的计算机科学理论，还要了解地学工作的内容。在进行系统分析及设计时，必须在地学方面找到依据。

在进行地质特征提取之前，大致经过三个步骤：数据采集、数据相关性分析和数据集成。地质统计学的观点认为，任何地学数据要与其所处的空间数据相结合，才能进行检索、可视化、分析和操作。地质勘察获取的数据资料是以钻孔记录或者测井记录的形式保存的一些采样数据，如：矿石的品位、废石含量以及一些观测特征，如岩性等，都是沿着钻孔取样的结果。另外一类是定性描述地层边界或上下底界线的数据资料，这种资料包括在地质普查中获得的地质图、剖面图、构造线和地层结构面等。表3-1是一个典型的钻探资料数据。

表3-1 钻孔数据

图3-3 钻孔空间形态

可视化系统建模所使用的数据是阿舍勒矿区的，以此为例，做一重点分析。矿区的山地工程资料是三维地质建模最主要的原始资料（矿区的山地工程包括：钻孔、槽探、平硐、沿脉、穿脉等，为了形象、方便及简单地描述，以下均将山地工程简称为钻孔），包括：一是钻孔的空间位置信息（即钻孔的测量数据）包括钻孔在三维空间的起点坐标（X,Y,Z）以及钻孔的长度；二是钻孔在空间的位置变化信息，即钻孔在空间的倾斜方向和倾角，这两个资料描述了钻孔在空间的形态，如图3-3所示。三是钻孔的地质资料及分析结果，即采样信息：包括采样位置、样品代号、分析结果、样品长度，还包括在充分了解钻孔的地质资料基础上划分出的钻孔的地质界线，包括岩性代号及地质代号。表3-2给出了了原始数据字段的解释。以阿舍勒矿区的原始数据为例，原始材料描述了三个表如表3-3所示，表3-4为钻孔的空间总体位置信息，表3-5为钻孔在空间的位置变化信息，表3-6为采样信息及地质描述。

表3-2 信息字段内容

表3-3 原始材料

表3-4 钻孔的空间总体位置信息（部分）

表3-5 钻孔在空间的位置变化信息（部分）

表3-6 采样信息及地质资料（部分）

钻孔位置信息表、采样信息表及位置信息表ER关系图如下：

图3-4 数据表ER关系

2.其他相关数据

这些数据是指矿产勘探过程中所需的其他来源的数据，包括：

（1）地质图。大比例尺地质图数据，可以通过平面GIS软件进行数字化进入系统；

（2）勘探工程分布图。以GIS格式进入系统；

（3)DEM测量数据。专业的地形测量形成的高程数据，为形成地面高程模型提供数据；

（4）遥感影像。通常以某种图像格式进入系统。

3.系统产生的中间数据

为完成三维储量估算，会产生一些中间性成果数据，这些数据包括：

（1）钻孔三维可视化文件。包括岩性、矿体颜色和位置等信息。

（2）剖面数据。通过钻孔工程数据形成的勘探钻孔剖面图形数据。包括剖面钻孔位置、图形、分层和矿化信息等。

（3）曲面数据。通过矿体、地层连接形成地质体表面文件，包含有图形、曲面对应的地质体等信息。

（4）体数据。由曲面组成地质体，每个地质体均赋有属性。

（5）储量晶格文件。晶格图形、储量、品位、估计参数、吨位等。

（6）成果图件。矿体截面图等。

这些数据在系统中可分成三类：表数据、三维图形数据和二维图形数据。

三、三维可视化系统的功能描述

三维建模及其相关信息可视化方法研究的成果都将在三维地学信息可视化系统中实现。因此，系统本身不仅要提供一般的地学可视化系统通用的分析和显示的功能，也要具备一些面向矿产资源评价的功能。

三维地质模型理论的研究目的是为了最终开发出三维地学模拟软件。项目将应用各种三维可视化控件，着重研究三维空间地质体的智能编辑、投影转换、三维空间投影图的隐线隐面处理、三维图形的裁剪处理、以地质实体的光照模型来逼真地显示地质体三维空间形态，任意剖面图的获取、三维制图图示图例库及数字化制图等。可视化系统初步设计中的主要交互功能包括：

（1）人工交互设计：主要用于创建和编辑设计目标。包括对点、线、面、多边形、层等目标物体的编辑和操作，以及文字的编辑和操作。

（2）移动：任意在屏幕上一定图形、图像。

（3）放大、缩小：对操作对象进行任意倍数的放大、缩小，不仅包括给定倍数的放大、缩小，而且可以在屏幕上选择任意区域范围放大成屏幕的范围。

（4）恢复：将经过放大、缩小、移动等操作的三维物体或二维物体恢复操做前的状态。

（5）放映：允许制作动画，并与其他功能结合操作。

（6）旋转：提供三维图形、图像的真三维旋转，可以绕X、Y、Z三轴的任意轴旋转，并提供自动旋转的功能。

（7）剖面移动：允许任意方向、任意角度、任意高程、任意位置进行剖面切制和任意厚度的块段分割，并按照给定的步长移动剖面。

（8）固化和消隐：能将原始的、倾斜的多边体、三角面体和栅格网状模型显示为固化的物体，使得空间物体看起来是三维的面体，且固化和消隐转化方便。

（9）数据查询：对于原始数据可进行查询显示，并作为活动的窗口，可任意移动和放大。

（10）全局视窗：提供一个全局或“鸟眼”的视窗，显示原始的整屏，特别是在切制剖面后，显示剖面的移动及其在平面的位置。

（11）隐藏、半隐藏、可视：可以方便地将屏幕上的物体成为隐藏、半隐藏、可视三种状态，只有可视的物体才可以被编辑和操作。

（12）打印：针对一些常用的地质图件，提供打印功能。

三维地学信息可视化系统不仅要管理图形数据，还要能够建立起矿体三维概念模型，智能化辅助完成三维地质建模分析及计算。进行矿产资源评价的核心目标就是进行储量的计算，可视化系统的主要需求就是为完成储量计算提供可视化的操作环境，例如计算过程及结果的显示。设计的功能包括：

（1）三维模型功能：提供创建三维模型的各项功能。主要有栅格网状表面模型、三角面模型、等值线模型。栅格网状表面模型主要用于完成栅格网状模型的建立和操作，包括等值线操作。三角面模型为主要的功能模块，包括对二维、三维固化三角面模型的编辑及操作。等值线模型可以创建等值线、面，并对点、线、面进行操作。地下水模型：结合其他模型的选项精确建立复杂的地下水模型。

（2）分析交互功能：用于获得详细的交互点和目标、获得统计数据、创建图例、标绘数据信息、创建目标与文字、文件或ISIS数据库的联系。

（3）块模型功能：用于储量计算。包括创建储量计算的空间范围、显示储量计算的有关信息、切制地质剖面或块段、添加计算公式、变异函数的计算、品位估算、储量计算等与储量计算有关的操作。

（4）地质属性显示功能：对相关的地质内容进行操作。包括钻孔的操作，如创建、显示、修改等；地球物理数据的处理及操作、断层构造的操作、用栅格方法进行储量计算、对样品进行组合、样品的显示。