三维地质建模在地质勘查领域的应用与探讨

三维地质建模在地质勘查领域的应用与探讨

谢丽丽

（山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地勘局第二地质大队），山东 济宁 272000）

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本文针对三维地质建模在地质勘查领域的应用与探讨，结合理论实践，在简要阐述三维地质建模相关概述的基础上，摘  要：

分析了其在地质勘查领域中的具体应用路径，并探讨了三维地质建模的用途。分析结果表明，合理应用三维地质建模，可将地质勘查结果清楚、直观、可视化的展示出来，为分析地质勘查结果提供必要的数据支持和理论指导，值得大范围推广应用。

三维地质建模；地质勘查；数据采集；建模关键词：

P628󰀃󰀃A 11-5004（2020）03-0243-2中图分类号：文献标识码：文章编号：

合理应用三维地质建模，可将复杂多变地质结构通过三维可视化的方式表示出来，更加清晰易读，为分析地质结构和矿产资源分布提供有效参考。通常以BIM核心建模软件Civil3D为工具，构建三维地质模型。应用得当可以大幅度提升地质勘查的效率和精度，值得大范围推广应用。

1 三维地质建模相关概述

三维地质建模是一种全新地质勘查模式，通过计算机软技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质结构解译、空间分析、空间预测、地学统计、实体内容分析和图形可视化软件充分结合，应用于地质勘查分析的新技术。三维地质建模起源于上世纪90年代，由加拿大著名学者是Slmon.W.󰀃Houldmg最先提出，同时对三维地质建模进行了比较系统的研究。在新时代地质勘查找矿的背景下，绿色勘查技术愈发深入人心，三维地质建模在强大需求的牵引下，以及计算机网络技术、三维几何造型等先进科学技术飞速发展的背景下，经过三十多年的发展和完善，各项技术愈发先进，被广泛应用在地质勘查领域，并取得了良好效果。

2 三维地质建模的具体应用路径

三维地质建模在地质勘查找矿中应用时，流程包括：数据采集、建模、粗差点处理、地勘数据处理、岩层曲面生成、地质模型加工等环节。

2.1 数据采集

地质找矿数据多为点数据，在三维地质建模中，地质三维信息主要包括两个方面，其一是点位，其二是点号。也是描述地形地貌及地质结构组成的主要数据[1]。通过Civil3D软件通过读入dem或者csv等格式，获取地质勘查的三维空间坐标数据。这些数据获取途径有两个方面，其一是仪器采集数据，其二是测绘软件直接导出数据。多途径的数据采集取代，丰富了Civil3D软件对地质勘查数据预处理的功能，从而实现勘查数据从二维平面向三位立体的转换，通过当地规划局提供的地形图，就可以得到地质勘查地形数据，大大降低了地质勘查找工作量，提升工作效率。2.2 建模

在Civil3D软件中，数字化地质勘查模型也被称之为曲面，

收稿日期：

2020-03作者简介：

谢丽丽，女，生于1986年，汉族，河北辛集人，本科，地质矿产工程师，研究方向：矿产资源勘查与找矿预测。

因此，在三维地质建模时，需要先创建一个有针对性的曲面对象，然后将的采集到数据录入曲面定义项中，就可以自动生产地质勘查区域原始地形曲面，完成三维地质建模工作。

2.3 粗差点处理

地质勘查找矿多采用斜井勘查，但斜井大多只有地面坐标和地下坐标，断点深度也只是测量深度，采用传统的二维勘查技术，断点组合难度比较大，并且准确率也比较低，因此，在三维地质建模时，需要采用Civil3D软件对斜井进行校正处理，通过录入斜井的斜角、方位角等数据，就可以模拟出斜井轨迹模型，对斜井的深度进行有效校正，从而输入斜井轨迹数据，对地质勘查层面点位坐标及垂直深度进行校正，从而反映出最真的位置，降低组合难度。

2.4 数据处理

按照地质勘查资料所选的三维地质建模数据，将相关数据汇总整理成表格。按照地质勘查找矿底层最终成果统计表，整理出各钻孔位置的三维空间坐标、钻孔空间方位角表，从而获知地质勘查区域岩层及矿物质的分布情况[2]。

2.5 岩层曲面生成

通过Civil3D软件中的模块插件Geotechnical󰀃Module，可通过分组的形式录入整理好的地质勘查控制点，生成各地质勘查曲面。然后在与之对应的地质勘查线上形成纵断面对象，从而将地质勘查结果清晰直观的展示出来。

2.6 地质模型生成

将已经生成的岩层曲面转换为三维实体，经过分层转换处理之后，在进行布尔运算，从而获知实体化的三维地质建模，从而直观的显示出各地质结构之间的关系和分布情况，便于地质勘查找矿工作人员分析研究[3]。

3 三维地质建模的用途探讨

三维地质建模具有非常强大的功能，无论是技术，还是应用体系都比较成熟，具有非常广阔的应用领域，除地质勘查领域之外，在城市地质、水位地质、工程地质、环境地质等勘查领域也有良好应用。

3.1 三维立体场景

通过应用三维地质建模可清楚直观的展示出各三维要素之

间的空间关系，包括：相离、相邻、组成、包含及被包含。3.2 精确计算矿产资源储量

我国很多矿床呈现层状，传统层状矿床储量计算方法为分

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之间。

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不会评价地质勘查方案的优劣，而是比较注重地质勘查的结果。而三维地质建模就是一种比较易于理解的信息表达方式，制作精良的三维地质建模，无论是专家领导，还是非行业人员，都能一目了然的获知地质勘查结果。

块、分段，然后通过各块段采样厚度的平均值乘积作为块段总面积，然后再通过分析采用品位的平均值获知矿产资源的总体储量，此种方法工序繁琐，效率低，精度不足，误差在20%～30%

但应用三维地质建模可有效解决这一问题，可按照钻孔采样点剖析的广义三棱柱进行系统化统计分析，此种方法自动化程度非常高，而且速度比较快，矿产资源储量计算分析的精度也比较高。

3.3 实现平面图和剖面图形态相容

通过三维地质建模可对平面图及剖面图进行三维联动修改，地质勘查找矿工作具有很强的技术性，对找矿人员的综合素质及专业水平有很高要求，需要凭借自己的想象力绘制出地质勘查剖面图，并保证剖面图和平面图的构造、形态相互一致。而通过三维地质建模技术，只需要录入相关数据，就能自动形成剖面图，并对保证剖面图和平面图的一致性，降低工作难度。3.4 便于直观形象的展示矿产资源的空间形态

通过三维地质建模可向非地质专业人员及找矿领导全面、直观、可视化的展示矿产资源分布的空间形态及开采技术条件。最为地质勘查的决策人员，通常不关注地质数据的获取情况、也

4 结语

综上所述，本文结合理论实践，分析了三维地质建模在地质勘查领域的应用，分析结构表明，地质勘查工作具有很强的专业性和技术性，合理应用三维地质建模，既能提升地质勘查找矿工作的质量和效率，也能降低工作难度，保证地质勘查精度，促使我国地质勘查事业持续健康的发展。

参考文献

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王小锋.三维地质建模技术在水利水电工程中的应用[J].水科学与工程技

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彭正泉,董少春,温珍连,etal.江西营脑矿区三维地质建模及其应用[J].矿产勘查,2017,8(1):139-147.

周艳萍,张敏,张瑾瑾.基于GIS的太原市活断层三维建模[J].矿产勘查,2019(4):984-989.

（上接242页）

具体解算过程如下：

①坐标正算求出投点A和B的测点坐标；②通过一井几何定向方法求出C边。

C计=√a2+b2-2abcosr；d=C丈-C计依据两减一加法分配改正数值：Va=-d/3；Vb=﹢d/3；Vc=-d/3

平差边即是：a0=a+va；b0=b+vb；c0=c+vc根据正弦定理：a/sina=b/sinb=c/sinc公式解算出前视D和E起始控制点X，Y坐标数据。高程利用钢尺通过多次错位复测传递至分段斜井内，通过多人复核计算使之满足精度后作为起始控制点指导443m～468m的返掘斜井施工。（2）斜井坡度控制。由于斜井距离较长，坡度为33°，三角高程方法无法直接标定两侧腰线，测量组研究后结合伪倾角腰线法进行坡度控制，通过贯通后复测验证，伪倾角腰线法在指导反掘斜井的施工中，是合理精确的方法，伪倾角公式伪tanA’=cosB(水平夹角）×tanA(真倾角)，示意图如下。

要负责人常去现场，亲自参与把关，对测设数据亲自检核，亲自

参与导线复测，确保导线无误。2.7 贯通误差分析及精度评定（1）贯通误差分析。箕斗斜井全线贯通后，及时对各中段施工导线点进行实测，测量实际偏差值为高程误差0.075m，测点点位偏差0.01m，满足精度要求。主要误差来源为井下环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力等因素的变化，导致测量结果中带有误差。

（2）贯通精度评定。通过贯通后的导线控制点复测，高程误差Mh允=±20√L≈0.097＞实测0.075m，测点点位fx=0.013m、fy=0.008m，导线闭合差F=√fx2+fy2≈0.015m，导线全长相对闭合差K=1/50000＜《工程测量规范》1/8000，以上数据均符合技术规范贯通要求。

3 总结

（1）结合施工中的复杂难度，综合应用了陀螺仪、全站仪、铅垂仪、水准仪、激光指向仪等测量设备，丰富了技术管理人员的知识水平和实践应用能力。（2）为保证斜井的工程质量高标准，创新应用了分层施工方法，避免了大断面直接贯通造成的工程浪费。（3）利用三面光爆法，使大断面斜井的施工质量标准化，减少因超欠挖所附加的工程量，加大了提升安全保障。（4）合理布设导线控制点，通过使用手持冲击钻机打孔的方法，克服长距离地质围岩条件变化大和点位位移变化的影响，做到了控制点的可靠性和统一性。（5）多中段联合反掘高精度的贯通，为斜井的后期装配奠定了强有力的数据保障。

图2  斜井坡度控制施工剖析图

（3）保障措施。①为加快重点工程施工进度，保证施工质量，箕斗斜井各分段先小断面施工斜井上半部工程，等贯通后对测点高程进行附合，统一高程基点并平差后对斜井下半部起底，确保底板统一坡度。②要求施工方每班将中、腰线引至作业面，并在作业面标出，确保工程严格按照中、腰线施工。③箕斗斜井高程测量采用三角高程方法与导线同时测量，为减小地球曲面影响，测量高差时尽量使前后视距相等，往返多次观测。④测量主

参考文献

[1]󰀃

黄金荣.棋盘井煤矿东区主斜井贯通测量技术要点探讨[J].工程技术研

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