周　邓　姜勇彪

(东华理工大学地球科学学院)



基于3DMine的邹家山铀矿床3#矿带三维模型构建*

周邓姜勇彪

(东华理工大学地球科学学院)

三维可视化建模技术是实现矿山信息化的重要手段之一。在前人研究成果的基础上，基于建模理论，以钻孔、勘探线剖面、采掘平面图等资料为依据，通过3DMine软件平台对邹家山铀矿床3#矿带的地表、矿体、巷道和地质构造进行了三维模型构建，并详细分析了各类三维模型的构建方法，对于采掘进工艺的优化选择有一定的参考价值，对于确保矿山安全生产以及提高资源开发利用的效率也有一定的借鉴意义。

三维可视化建模3DMine空间展布特征采掘工艺

三维可视化建模技术起源于20世纪70年代初，随着计算机技术的迅速发展，该技术在矿产资源开发利用方面得到了广泛应用[1]。邹家山铀矿位于近NE向的赣杭火山岩型铀成矿带西南端，具备较好的成矿地质背景，该矿具有50余a的开采历史，在此期间积累了大量的钻孔、勘探线剖面、采掘平面图等资料，大量学者先后对其成矿物质来源[2]、流体包裹体[3-4]、矿床地质特征[5]、控矿因素[6]等进行了较深入的研究，但对该矿区三维可视化建模的研究相对缺乏。本研究基于研究区内的矿体分布情况和构造特征，以钻孔、勘探线剖面、采掘平面图等资料为依据，借助3DMine软件平台对邹家山铀矿床3#矿带进行三维模型(主要包括地面DTM、矿体模型、井巷模型以及构造模型等)构建，为该矿山资源开发和生产管理提供参考。

1　区域地质概况

邹家山铀矿床位于赣中地区相山火山盆地西北部，扬子板块与华南板块两大地质构造单元缝合线南部，介于NE向遂川—德兴断裂和近SN向鹰潭—安远断裂之间[7]。该矿床属热液脉型铀矿床，具有储量大、品位高等特点，在国内火山岩型铀矿领域占有重要地位。该区域地层特征较简单，基底为青白口系变质岩，盖层主要由白垩系打鼓顶组、鹅湖岭组岩石构成，打鼓顶组岩性主要为砂岩、流纹英安岩等；鹅湖岭组岩性主要为凝灰岩、碎斑熔岩等。矿体一般赋存于流纹英安岩、碎斑熔岩和次火山岩中，受邹家山—石洞断裂构造裂隙带的控制，呈脉状、网脉状分布，局部可呈侵染状分布[8-9]。

2　3#矿带三维模型构建

2.1技术路线

3DMine可视化建模软件具有较强的三维可视化功能，在建模过程当中，可直接兼容AutoCAD、MapGIS、Datamine等多款软件的数据格式，其数据库的建立可直接通过导入Excel数据源的方法实现，也可直接将矢量化的线文件转换为Excel数据文件，对于提高建模效率较有效[10-12]。本研究基于钻孔数据、勘探线剖面、采掘平面图等地质资料，利用 3DMine软件进行三维可视化建模研究，技术路线如图1所示。

图1　技术路线

2.2模型构建2.2.1地表DTM生成

DTM(Digitalterrainmode)即数字地形模型，是1个可表示地形分布特征的数组，是一种可直观描述空间位置特征和地形属性特征的三维表现形式，主要通过已知的坐标信息(X，Y，Z)以离散分布点对连续的地面进行模拟显示[13]。

2.2.1.1等高线赋Z值

首先将相山火山盆地的等高线矢量文件导入3DMine软件，利用裁剪功能对线文件进行裁剪，选定建模区域，并检查校对等高线是否存在间断，是否存在冗余线或钉子角等逻辑错误，并进行相应的修正处理；然后选择“工具/线赋高程/赋Z值”或“工具/线赋高程/等值线赋高程”对所有等高线进行赋值，赋值完毕后，对所有的等高线数据进行再次校对，确保其准确性。

2.2.1.2DTM表面生成及展示

等高线Z值赋值完毕后，可在软件中选择“表面/生成DTM表面”，即可生成该地区的地表模型。然而自动生成的模型是由不规则三角网组成的，因此在模型的边界会出现冗余的三角网，对此，可选择“实体/编辑三角网/删除选择框内的三角片”或“实体/编辑三角网/删除与橡皮线相交的三角片”对模型进行修正处理，使其更加贴近实际。为使生成的图形更加美观，需对三角网的显示参数进行设定。本研究选取的着色方案为“Rainbow”，渲染方式为“光滑渲染”，选择插入图例后在工具栏中选取“Gouraud渲染”，便可生成更具视觉观赏性的模型(图2)。

图2　DTM表面模型

2.2.2数据库构建及三维展示

地质数据库是构建三维体模型的基础，因此在建立地质数据库的同时，须确保其原始资料的完整性和准确性。地质数据资料主要来源于钻探、坑探、槽探、物探、化探等方式[14]。本研究主要在钻探的基础上获取钻孔资料，基于钻孔和勘探线剖面及其他辅助数据资料进行地质体建模。

2.2.2.1钻孔数据库构建

钻孔数据库一般由定位表、岩性表、测斜表、矿化表等一系列表文件组成。定位表表示定位钻孔的位置信息，包括钻孔编号、钻孔坐标(X，Y，Z)、钻孔深度等；岩性表表示钻孔的岩性信息，包括钻孔编号、深度自、深度至、岩性和岩性代号等；测斜表描述钻孔的空间展布特征，包括钻孔编号、深度、倾角和方位角等；矿化表反映矿体的品位信息，包括钻孔编号、深度自、深度至、品位等。本研究钻孔数据库构建的步骤：①新建钻孔数据库，选择“钻孔/新建数据库”，输入数据库名称即可完成新建；②在数据库中增加表文件，数据库中默认有定位表和测斜表，需手动添加岩性表和矿化表；③设置表文件的内在属性，对于定位表和测斜表，软件已自动为之设置了字段名称、类型、长度和精度，岩性表、矿化表可适当增加字段，本研究根据研究区建模需要在岩性表中增加了岩性、岩性代号、厚度等3个字段，字段类型设置为文本类型，在矿化表中增加矿石厚度、品位等2个字段，字段类型分别设置为双精度数字；④将Excel数据源文件通过导入文本导入Excel软件或通过剪贴板依次导入钻孔数据库，若软件提示导入错误，则需对数据源进行校对并及时修正，确保数据库准确无误。

2.2.2.2数据库三维展示

打开钻孔数据库，依次对轨迹、钻孔、图案、文字、显示风格等信息进行设定，其中显示风格的设置对于三维体模型的构建具有重要意义。本研究对显示风格的设定主要有：①为区分岩性，将岩性表中岩性的显示颜色进行了设定，依次对凝灰质粉砂岩、流纹英安岩、含变质角砾碎斑熔岩、碎斑熔岩及第四系选取了不同颜色；②为便于下一步选择矿体，对矿化表中品位的显示颜色进行了设定，品位自0.01%～1.87%均设置为红色。在钻孔显示的页面添加地表DTM后，若部分钻孔的开孔位置高于或低于地表DTM，则需调整数据库中钻孔的高程值，使其与地表DTM相一致，调整后的效果见图3。

图3　钻孔数据库与地表DTM展示

2.2.3矿体模型构建与展示

矿体模型的构建是整个三维建模工作的核心部分，不仅可在三维空间内展现矿体的空间分布特征，也可为计算机辅助采矿设计、生产管理、储量计算提供数据支持[15]。

2.2.3.1确定矿体品位分布

首先对品位曲线中的表名称、字段、位置、类型、颜色等参数进行设置，其中表名称设置为矿化表，字段设置为品位，位置设置为右端显示，类型设置为方框，颜色设置为黄色。为准确把握矿体的分布情况，本研究严格按照《铀矿地质勘查规范》(DZ/T2 1999—2002)设定参数，选择“钻孔/组合样品/按圈矿指标组合”，将圈矿品位指标设置为“≥0.05”，最小可采厚度设置为0.7m，夹石剔除厚度设置为0.7m，确定正确无误后选择“RBC”，即可显示描述值，为矿体的圈定工作奠定基础。

2.2.3.2矿体轮廓圈定

3DMine软件具有切制剖面的功能，可将一定容差范围内的钻孔投影至当前剖面。首先将图形窗口的三维模型转换至XY平面；然后点击工具栏中的“”按钮，沿勘探线方向即可切割剖面；最后在品位分布的基础上根据地质规律和建模原则对矿体进行圈定。具体圈连方法：①对于研究区同一勘探线上多个相邻且含矿的钻孔，若矿体赋存的位置相互对应且符合地质规律，可将其连接成为同一个矿体；②对于研究区同一勘探线上多个不相邻且含矿的钻孔，可按照相应勘查工程间距的1/2尖灭矿体。

2.2.3.3矿体模型构建

矿体轮廓圈定完毕后，将各勘探线中圈定的矿体轮廓线置于三维状态下，利用“实体/连接三角网/闭合线内连接三角网”功能构建矿体面模型。对于相邻勘探线而言，若赋存矿体的位置相互对应且符合地质规律，可利用“实体/连接三角网/闭合线间连接三角网”功能构建矿体模型；若赋存矿体的位置不对应或不符合地质规律，则需将矿体外推、尖灭。选择“实体/连接三角网/扩展外推线体”，按照勘探线工程间距的1/2楔形外推或1/4平行外推(图4)。

图4　矿体模型

2.2.3.4实体模型验证

矿体模型构建完毕后，需对其进行验证，检查是否存在逻辑错误(如自相交三角形、无效三角形、开放边线等)，在此基础上通过实体编辑完善模型，使其最终通过验证。

2.2.4巷道三维模型构建与展示

巷道三维模型可较为直观地展示巷道间的空间分布关系，可对采矿设计、生产管理等工作提供依据。根据巷道长轴线与水平面的三维空间关系，可划分为直立、水平和倾斜巷道3类。

2.2.4.1水平巷道建模

对于所有水平巷道而言，均可对其中心线赋以高程值，由中心线直接生成巷道模型，但通过该方法构建的巷道模型是独立且封闭的，可通过布尔运算将所有相互连接的水平巷道相互贯通，使其贴近实际[16]。巷道中心线赋以高程值后，也可首先将中心线生成腰线，然后通过腰线构建巷道模型，该方法优点在于各巷道的交汇处是相互贯通的。本研究具体建模步骤：收集了标高为-10、30、70、110、150m的采掘平面图，在此基础上首先分别绘制巷道中心线，并将该类线文件依次导入建模软件，利用“线赋高程”功能分别对其进行赋值处理；然后利用“地下/巷道模型/由中线生成腰线”功能将中心线生成腰线，通过腰线构建巷道模型。

2.2.4.2直立、倾斜巷道建模

直立巷道即长轴线与水平面方向相互垂直的巷道，如主井、副井、风井、盲立井等。倾斜巷道即长轴线与水平面方向成一定角度的巷道，如斜井、暗斜井等。首先在采掘平面图中找到直立、倾斜巷道的位置，依次连接相邻且对应的巷道；然后以连接线为中心线生成巷道模型。具体方法：①将标高为-10、30、70、110、150m的采掘平面图依次导入建模软件并赋以相应的高程值；②连接相邻且对应的巷道中心线，并由中心线直接生成巷道模型；③通过软件中的布尔运算约束实体，使相互连接的巷道保持畅通(图5)。

图5　巷道模型

2.2.5构造模型构建与展示

地质构造模型不仅可直观地展示地质构造的空间展布特征，也可反映构造与矿体间的相互关系。其中构造最明显的表现方式为断层，因此本研究以断层为主构建构造模型，主要通过钻孔和勘探线剖面相结合的方法构建断层模型，具体操作方法为：

(1)绘制断层线。首先查找与断层相对应的钻孔，然后对照钻孔所在的勘探线剖面绘制断层线，若断层在钻孔中未见及但在勘探线剖面中实际存在，则需根据勘探线剖面的标志层(矿体)和断层的产状进行勾勒绘制。

(2)断层模型构建。断层模型有断层面模型和断层带模型2种形式[16]，建模方法：①断层面模型，对于相邻勘探线间未闭合的断层线，可通过开放线到开放线的方法生成面模型，对于不相邻勘探线间未闭合的断层线，可根据地质规律与建模原则将其尖灭至点或线；②断层带模型，对于同一勘探线中闭合的断层线，可通过闭合线内连接三角网的方法生成面模型，对于相邻勘探线间闭合的断层线，可通过闭合线间连接三角网的方法生成体模型，对于不相邻勘探线间闭合的断层线，可通过闭合线间连接三角网的方法生成体模型(图6)。

图6　构造模型

3　结　语

基于3DMine软件，对邹家山铀矿床3#矿带进行了可视化建模研究，对地表、矿体、构造、井巷工程三维建模方法进行了详细分析，通过构建该类三维模型，可直观展现矿体、构造的分布形态，为进一步研究矿体与构造的关系以及进行储量估算提供了依据。

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ConstructionoftheThree-dimensionalModelofthe3#OreBeltofZoujiashanUraniumDepositBasedon3DMine

ZhouDengJiangYongbiao

(CollegeofEarthSciences,EastChinaInstituteofTechnology)

Thetechniqueofthree-dimensionalvisualizationmodelingisoneoftheimportantmethodstoachievemineinformatization.Basedonthepreviousstudyresults,themodelingtheoryandthebasicinformationofdrillings,prospectinglineprofilesandminingplans,thesurface,ore-body,roadwayandgeologicalstructuremodelofthe3#oresectionofZoujiashanuraniumdepositareestablishedbyadopting3DMinesoftware.Thespatialdistributioncharacteristicsofthemodelsareshown,besidesthat,themethodsofthethree-dimensionalmodelingareanalyzedindetail.Theabovestudyresultscanprovidesomereferencefortheoptimizationselectionofminingandexcavationtechniques,besidesthat,italsohascertainreferencesignificanceforensuringminingsafetyproductionandimprovingtheefficiencyofresourcesutilization.

Three-dimensionalvisualizationmodeling, 3DMine,Spatialdistributioncharacteristics,Miningandexcavationtechnique

2015-10-14)

*中国地质调查局工作项目(编号：1212011220248)。

周邓(1988—)，男，硕士研究生，344100 江西省抚州市临川区学府路56号。