李亮

摘要：近年來，隨著計算機仿真和可視化技術(shù)的進一步發(fā)展，三維可視化建模技術(shù)在地質(zhì)工作中的應(yīng)用日趨成熟，地質(zhì)工作者通過三維建模，可以大致了解地質(zhì)體的賦存情況等問題。三維可視化建模技術(shù)就是運用現(xiàn)代空間信息理論來研究地質(zhì)體及其環(huán)境的信息處理、數(shù)據(jù)組織、空間建模與數(shù)字表達，同時利用科學(xué)可視化技術(shù)來對地質(zhì)體及其環(huán)境信息進行真三維再現(xiàn)和可視化交互的科學(xué)與技術(shù)。MicroMine軟件能夠幫助用戶在礦產(chǎn)勘查、開采過程中提供各種技術(shù)指導(dǎo)和解決方案，同時還可以為礦山企業(yè)的資源評價與管理、礦山開采設(shè)計等生產(chǎn)技術(shù)管理和項目決策提供了有利的方案。本文主要對MicroMine軟件的基本原理、應(yīng)用以及操作流程等問題作簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：MicroMine；三維建模；資源儲量估算；應(yīng)用方法

隨著計算機圖形技術(shù)、三維GIS技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的快速發(fā)展和日趨成熟，將GIS技術(shù)、三維地質(zhì)建模及可視化與固體礦產(chǎn)資源量估算相結(jié)合，開發(fā)先進實用的儲量估算軟件是目前國內(nèi)地學(xué)信息研究的重要方向之一。Micro-Mine公司是一家提供從資源勘查、到采礦和礦山自動化管理全線軟件產(chǎn)品、支持及咨詢的國際公司。MicroMine軟件安裝用戶超過2000個，中國區(qū)20多個省份200多個單位的用戶分布在礦業(yè)行業(yè)各領(lǐng)域，包括礦山、地勘單位、設(shè)計院、礦產(chǎn)資源管理機構(gòu)、礦業(yè)評估與咨詢公司、大學(xué)等，在冶金、煤炭、貴金屬、建材、化工等行業(yè)上均有使用。

1.軟件介紹

MicroMine軟件系統(tǒng)是澳大利亞MicroMine國際礦業(yè)軟件有限公司開發(fā)的從事地質(zhì)勘查、資源評估、儲量計算及露天和地下礦山開采設(shè)計的三維立體空間（三維GIS）平臺軟件。軟件中儲量評估模塊提供全面的建模功能及計算方法：2D塊建模、網(wǎng)格化的礦體建模、3D礦塊距離冪次反比法、3D最近距離法、3D最小曲率法、多邊形建模、3D礦塊克里格法。MicroMine礦業(yè)軟件的應(yīng)用給礦山企業(yè)的資源精確化評估與管理、礦山項目多方案快速對比研究、三維開采設(shè)計和方案優(yōu)化等生產(chǎn)技術(shù)管理和項目決策提供了快捷途徑。

MicroMine軟件是一個處理勘探和采礦數(shù)據(jù)的強大工具，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，幫助用戶進行勘探數(shù)據(jù)解譯、構(gòu)建模型、進行資源評估和采礦設(shè)計。同時MicroMine軟件是采用國際先進的三維引擎技術(shù)，以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)、地質(zhì)數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、Lerchs-Grossmann法、圖論學(xué)為基礎(chǔ)理論構(gòu)建的一套具有地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)解譯、三維建模、資源評估和采礦設(shè)計等功能的三維可視化國際礦業(yè)軟件。

MicroMine主要功能：（1）野外數(shù)據(jù)采集；（2）坑道掌子面采樣；（3）異常圖、地球化學(xué)圖、地球物理剖視圖；（4）勘探和鉆孔數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)有效性檢查和校正；（5）鉆探計劃及優(yōu)化；（6）地質(zhì)建模；（7）三維可視化顯示；（8）三維動畫；（9）資源評估；（10）采礦設(shè)計；（11）礦山及勘探測量；（12）采礦計劃；（13）經(jīng)濟評價；（14）地下、露天爆破設(shè)計；（15）露采品位控制和露采采場設(shè)計。

MicroMine軟件系統(tǒng)主要可以分為八個主要的模塊，分別為：

（1）核心模塊：核心模塊作為MicroMine軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要控制系統(tǒng)的運作，同時對錄入的數(shù)據(jù)進行檢查、處理和校正。用戶可以使用此模塊對各類數(shù)據(jù)進行可視化和解譯等處理。

（2）勘探模塊：勘探模塊主要提供勘探數(shù)據(jù)處理與可視化功能。

（3）資源評估模塊：資源評估模塊的主要作用是為用戶評估資源儲量提供工具，同時還可以對各類工程數(shù)據(jù)進行處理。

（4）線框模塊：線框模塊主要功能是通過連接線框和線條建立起表現(xiàn)礦體等地質(zhì)模型的復(fù)雜三維實體和表面模型并對其進行管理。

（5）采礦模塊：采礦模塊主要用于處理礦山設(shè)計過程中所遇到的各類問題，簡化礦山設(shè)計的流程，降低操作難度，并提供露天設(shè)計、地下礦設(shè)計和爆破設(shè)計等應(yīng)用工具。

（6）測量模塊：測量模塊主要用于錄入測量過程中得到的工程數(shù)據(jù)，并通過一定的方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有三維空間性質(zhì)的點和線。

（7）繪圖模塊：繪圖模塊是對核心模塊所提供的快速繪圖功能的擴充。

（8）露天境界優(yōu)化模塊：露天采礦優(yōu)化模塊主要的功能是利用合適的數(shù)學(xué)計算方法，從已得到的塊段模型中優(yōu)化出最具有工業(yè)價值的子塊模型，使可預(yù)見的礦體價值最大化。

MicroMine軟件主要從事地質(zhì)勘查、資源評價、儲量估算及露天和地下礦山開采設(shè)計等方面的工作，該軟件不僅可以將地質(zhì)勘查工作過程中涉及的各種地質(zhì)平面圖形轉(zhuǎn)化為三維地質(zhì)模型、礦體模型等，然后通過各種數(shù)據(jù)信息之間的對比，發(fā)現(xiàn)異常，從而得到對找礦有用的信息，為后續(xù)工作過程中在礦區(qū)找礦提供重要的理論依據(jù)。而且Micro-Mine軟件還能為礦體資源儲量估算提供有效、準(zhǔn)確的科學(xué)方法，用戶利用這些方法可以有效、精確的估算出礦區(qū)內(nèi)礦體資源儲量，還可以利用該軟件計算分析該礦體的品位等級和資源儲量類型。并且通過MicroMine軟件建立的礦區(qū)內(nèi)各礦體的三維地質(zhì)空間模型可以很直觀地了解該礦體的空間位置以及儲存情況，使用戶能夠清楚地掌握礦山的勘探情況、地質(zhì)情況等。

2.MicroMine軟件資源儲量估算工作流程

將資源儲量估算方法與三維可視化技術(shù)相結(jié)合，進行礦山資源儲量評估技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，資源儲量估算是開發(fā)礦山最重要、最核心的過程。資源儲量估算需要根據(jù)從該礦山的得到的數(shù)據(jù)利用距離反比法等數(shù)學(xué)方法對可預(yù)見的礦體進行空間插值，以此來得到未知礦體的工業(yè)品位、資源儲量等重要信息，便于了解該礦體的工業(yè)價值。利用Mi-croMine軟件估算固體礦產(chǎn)資源量有效地改變了傳統(tǒng)地質(zhì)工作過程中計算處理繁雜的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息的方法，減少了用戶的工作時間，提高了工作效率，節(jié)約了工作成本，同時利用該軟件進行資源儲量估算具有精確、可信、快速、便捷的特點。endprint

MicroMine軟件估算礦產(chǎn)資源儲量主要有以下步驟（如圖1）：

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：用戶首先需要得到工程坐標(biāo)數(shù)據(jù)、工程測斜數(shù)據(jù)、樣品分析數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)及巖性數(shù)據(jù)五類基本數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)檢查：將得到的各類工程數(shù)據(jù)導(dǎo)人MicroMine軟件中，運用合理的排序方法將各類工程數(shù)據(jù)進行排序處理，并使用軟件校驗功能進行數(shù)據(jù)檢查及三維視圖中對勘查工程的數(shù)據(jù)校驗。

（3）地質(zhì)解譯：按照得到的礦體剖面端點坐標(biāo)以及剖面涉及的范圍根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圈定出合理的剖面。

（4）建立線框模型：使用線連接成面技術(shù)根據(jù)剖面上的礦體截面形態(tài)來構(gòu)建三維礦體表面。

（5）標(biāo)識采樣數(shù)據(jù)：通過線框模型建立的三維地質(zhì)實體模型或礦體實體模型，結(jié)合該模型標(biāo)識出重要的樣品數(shù)據(jù)。

（6）樣品組合：根據(jù)實際生產(chǎn)開采的礦體厚度以及樣品樣長在空間上的分布情況，然后加權(quán)平均分割取樣樣品的樣長，得出較為均勻的組合樣長樣品數(shù)據(jù)。

（7）建立空塊段模型：通過分析礦體在空間上的分布范圍、礦體的空間位置以及礦體產(chǎn)狀在空間上的變化等因素，確定出合理的礦體礦塊劃分原則，將各礦體實體劃分成若干立方體小礦塊。

（8）界定空塊模型：通過建立的三維礦體模型，剔除夾石或采空區(qū)通過的礦塊，從而界定空塊模型。

（9）品位插值：利用距離反比法或其他統(tǒng)計學(xué)方法通過各礦體實體確立的數(shù)據(jù)搜索范圍對劃分出的各個立方體礦體實體進行估值。品位插值過程需要注意：1）生成的塊模型應(yīng)該被線框所標(biāo)記，所有未標(biāo)記的塊（在線框表面上部、外部等）應(yīng)該被過濾掉；2）數(shù)據(jù)搜索中加載先前生成的搜索橢球體；3）在對各礦體的塊模型進行插值時應(yīng)使用距離反比法；4）檢查所有被賦值的塊是否全部都已插值（統(tǒng)計或最大/最小），在塊模型中不能有缺失的品位值。

（10）資源量類型：確定資源量類型需要根據(jù)搜索橢球體的工程量、搜索的次數(shù)以及品味模型估值時的估值次數(shù)等因素來確定。

（11）資源儲量可靠性驗證：估算出礦體的資源儲量后，需要對估算出的資源儲量的可靠性進行驗證。驗證估算的礦產(chǎn)資源的可靠程度可以采用地質(zhì)塊段法估算出部分或全部礦體實體的資源儲量，與所采用的估算方法得到的礦體資源儲量進行對比，即可驗證其估算方法的可靠性。

3.資源儲量估算參數(shù)的確定

（1）單工程礦體厚度：根據(jù)樣品的長度、礦體的產(chǎn)狀以及鉆孔方位，利用真厚度計算公式算出單樣品的真厚度，再將各單樣品的真厚度相加所得到的結(jié)果即為單工程礦體的真厚度。

（2）礦體平均品位：采用距離反比加權(quán)法將礦體劃分為若干個立方體塊，以各立方體塊的估值結(jié)果為依據(jù)進行統(tǒng)計分析，對各立方體塊的體積加權(quán)求得礦體的平均品位。

（3）樣品組合：根據(jù)原始樣品中的樣品長度選擇合適的組合樣品長度以便于原始樣品信的充分利用。

（4）礦石體積質(zhì)量：利用小體積質(zhì)量法和算術(shù)平均法計算礦石的平均體積質(zhì)量。

（5）礦體的圈定：圈定礦體時應(yīng)遵守根據(jù)儲量估算工業(yè)指標(biāo)、礦體形態(tài)特征等確定的圈定原則，即單工程樣品中達到邊界品位和厚度要求以及礦體中小于夾石剔除厚度的夾石圈人礦體。

（6）礦體的連接：按礦體在空間上的分布規(guī)律，根據(jù)礦體的總體產(chǎn)狀進行連接。

（7）礦體估算邊界的圈定：在單工程圈定的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦體空間分布規(guī)律、礦體的產(chǎn)出位置、工程控制程度及三度空間上的對應(yīng)關(guān)系等條件，利用有限外推和無限外推的辦法圈定礦體的資源儲量估算邊界。

4.資源儲量實體模型的建立

實體模型包括了礦體模型、巖層模型、地表模型、井巷模型、斷層模型等。

4.1礦體模型

巖體石模型是礦床模型的重要組成部分，也是礦山進行地質(zhì)評價及找礦預(yù)測、礦山開采研究與設(shè)計的基礎(chǔ)。礦體模型的建立有兩種方法：（1）根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫圈定礦體的邊界：該過程主要是按照勘探線方向切剖面，再根據(jù)鉆孔軌跡上樣品的品位分布圈定礦體的邊界。圈定了一個勘探線剖面以后，按照同樣的方法以此類推圈定出其他勘探線剖面的礦體邊界。（2）根據(jù)礦山已經(jīng)解釋的地質(zhì)剖面圖導(dǎo)人MicroMine軟件連接礦體：該方法主要應(yīng)用于已經(jīng)投產(chǎn)的礦山，利用已有的剖面圖紙建立礦體模型，并且在此基礎(chǔ)上進行下一部的開采設(shè)計。該建模方法的思路是：首先剖面圖紙掃描轉(zhuǎn)化為電子圖紙，其次將其矢量化（MAPGIS、Corel-DRAW等）調(diào)整比例、轉(zhuǎn)換坐標(biāo)后導(dǎo)人MicroMine軟件中結(jié)合勘探線圖將剖面轉(zhuǎn)換到正確的位置，最后根據(jù)方法一圈定出礦體的邊界。巖體模型的建立和礦體模型建立方法相似。

4.2地表模型

建立地表模型的方法有兩種：（1）柵格法：該方法直接將測量點的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)人到MicroMine軟件中從而生成地表DTM模型；（2）不規(guī)則三角網(wǎng)法：該方法主要是對已有的礦山工程地質(zhì)平面圖矢量化，在CAD等制圖軟件中使用多段線繪出等高線、坐標(biāo)網(wǎng)格等。之后導(dǎo)入到MicroMine軟件中，然后對等高線賦高程值并創(chuàng)建DTM命令從而生成地表模型。

4.3斷層模型

斷層實體模型是對礦山進行可視化管理的基本內(nèi)容，也是完善礦體實體模型的基礎(chǔ)。斷層模型的建立可能會影響到礦山后續(xù)開采工作的進行。斷層模型具體建立的步驟為：（1）將現(xiàn)有的地質(zhì)剖面圖中所有的斷層線并入到一個圖層，之后導(dǎo)人MicroMine軟件中通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將相應(yīng)的剖面轉(zhuǎn)換到其原始位置，將所有剖面文件和平面文件存為兩個不同的文件。接著在Micromine軟件中打開剖面文件和平面文件并且從中過濾出斷層跡線，利用剖面或平面斷層跡線的對應(yīng)關(guān)系，利用剖面跡線或平面跡線均即可創(chuàng)建出三維斷層模型。

4.4布爾運算

通過MicroMine軟件建立的實體模型問存在著一定的聯(lián)系，并且建立的三維模型可能會存在一定的缺陷，運用MicroMine軟件中的實體運算功能（線框布爾運算）可以避免這些問題，布爾運算提供了表面與實體之間、實體與實體之間、表面與表面之間三種運算方式。利用軟件提供的線框布爾運算可以將各實體模型內(nèi)部的重疊部分剔除，同時還可以將各個實體模型間的空間關(guān)系表達得各位逼真，將礦體及巖體模型與斷層模型的接觸關(guān)系真實反映出來。

5.資源儲量估算及評價

（1）組合樣長：為了確保用于估值的樣品品位按照相同的樣長進行加權(quán)平均，保證估值過程不出現(xiàn)明顯偏差，需要進行組合樣長。組合樣長就是把已知采樣樣品的長度全部轉(zhuǎn)化為同一長度，避免因為樣品長度太長導(dǎo)致在利用樣品進行空間插值時使得該樣品分配的計算權(quán)值過大。

（2）三維礦體空塊模型：建立空塊模型就是將一個大的空塊模型切割細分成無數(shù)個小塊，類似于矢量圖形的柵格化，每一個小塊或單元都具備一定的屬性。小塊的劃分規(guī)格需要根據(jù)礦體的產(chǎn)狀以及厚度等因素來確定，劃分體積越小，就越接近空塊模型的實際大小。

（3）資源儲量估算：資源量的估算是使用已知采樣點的品位，利用特定的數(shù)學(xué)方法進行空間插值，

估算出未知采樣點的品位值，使得空塊模型中每個小塊的中心點都有與其相應(yīng)的品位值，然后軟件會依次估算出每個小塊的資源量，累加每個小塊的資源量就能得到礦體的資源儲量。

（4）資源儲量可靠性驗證：驗證估算的礦產(chǎn)資源的可靠程度可以利用距離反比加權(quán)法和封閉多面體法得到的資源量報告及塊段法得到的礦石資源量，最后將兩種估算方法得到的礦體資源儲量進行對比，就能夠驗證其估算方法的可靠性。

6.結(jié)語

現(xiàn)代勘查技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)據(jù)庫信息的積累，使得三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)成為地學(xué)信息研究的熱點。使用MicroMine軟件系統(tǒng)估算礦產(chǎn)資源儲量，簡化了傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)方法計算處理繁雜的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息等工作的流程，提高了用戶的工作效率。運用軟件對礦山項目的資源儲量進行估算和可靠性研究，不僅可以彌補傳統(tǒng)方法品位估算誤差過大的不足，客觀真實反映項目資源儲量的可靠程度，而且還可以提高礦體的三維可視化和數(shù)字化程度，以三維形式顯示出礦體的空間分布等地質(zhì)特征，為后續(xù)礦山的開發(fā)研究創(chuàng)造有利條件。同時運用該軟件還可以快速設(shè)計開采模擬方案，及時準(zhǔn)確地計算出各方案的技術(shù)指標(biāo)，為開采方案的優(yōu)選化提供基礎(chǔ)，也為工作者的決策提供充足的依據(jù)。MicroMine軟件的實用性和科學(xué)性決定了該軟件在地勘工作中的重要地位，可視化技術(shù)不僅可以對勘探工程的布置做出指導(dǎo)，確?？碧皆O(shè)計的科學(xué)性，減少勘探風(fēng)險，并且極大地提高了礦產(chǎn)勘查的效率。endprint