精细化矿体三维混构模型构建技术研究.pdf

精细化矿体三维混构模型构建技术研究 ① 荆永滨１，２， 王李管３，４， 曾庆田３ （１．河南工程学院 安全工程学院，河南 郑州 ４５１１９１； ２．河南工程学院 煤矿灾害预防控制实验室河南省高校重点实验室培育基地，河南 郑州 ４５１１９１； ３．中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 ４１００８３； ４．中南大学 数字矿山研究中心，湖南 长沙 ４１００８３） 摘 要 为满足数字矿山建设对矿体三维模型越来越高的精度要求，研究了精细化矿体混构模型的构建方法。 利用分支轮廓线的 中轴线构造过渡轮廓线，建立无缝连接的矿体分支；通过断层与矿体、矿体与矿体模型之间的布尔运算，实现矿体和断层边界吻合 的无缝模型；使用外存八叉树技术构建小尺寸单元块的精细块段模型，提高块段模型边界与矿体表面模型边界的吻合；分析矿石品 位的空间变异性，根据变异函数变程、勘探网度以及钻孔工程数量确定对应储量分级的样品搜索策略对矿石品位进行克里格方法 估值。 以某铜矿为实例对该方法进行验证，结果表明本文提出的精细化模型构建技术能够满足资源分类评价、采矿设计、剖切后出 工程图等较高的模型精度要求。 关键词 数字矿山； 精细模型； 混构模型； 变异函数； 克里格 中图分类号 ＴＤ６７２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０６．００２ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０６－０００５－０５ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｒｅｆｉｎｅｄ Ｈｙｂｒｉｄ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｏｒｅｂｏｄｙ ＪＩＮＧ Ｙｏｎｇ⁃ｂｉｎ１，２， ＷＡＮＧ Ｌｉ⁃ｇｕａｎ３，４， ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ⁃ｔｉａｎ３ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１１９１， Ｈｅｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ Ｂａｓｅ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１１９１， Ｈｅｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ４．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｎｅ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｏｒｅｂｏｄｙ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｈｉｇｈ ｆｏｒ ｍｉｎｅ ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ， ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｒｅｆｉｎｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｒｅｂｏｄｙ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｓｔｅｐｓ ｆｉｒｓｔｌｙ， ｏｒｅｂｏｄｙ ｂｒａｎｃｈｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅａｍｌｅｓｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｉｍ ｃｏｎｔｏｕｒ ｌｉｎｅｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ ｕｓｉｎｇ ｍｅｄｉａｌ ａｘｉｓ ｏｆ ｃｏｎｔｏｕｒ ｌｉｎｅｓ ｂｒａｎｃｈｅｓ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｏｏｌｅａｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆａｕｌｔ ａｎｄ ｏｒｅｂｏｄｙ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｒｅｂｏｄｉｅｓ， ａ ｃｌｏｓｅ⁃ｆｉｔｔｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｒｅｂｏｄｙ ａｎｄ ｆａｕｌｔｓ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅａｍｌｅｓｓ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ． Ｔｈｅｎ， ｒｅｆｉｎｅｄ ｂｌｏｃｋ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ ｃｅｌｌ ｂｌｏｃｋ ｗａｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔ⁃ｏｆ⁃ｃｏｒｅ ｏｃｔｒｅｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅ⁃ ｆｉｔｔｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｌｏｃｋ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｎｄ ｏｒｅｂｏｄｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｒｅ ｇｒａｄｅ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ， ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｖｉｒｏｇｒａｍｓ， ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｇｒｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｒｉｌｌｓ， ａｌｓｏ ｔｈｅ ｏｒｅ ｇｒａｄｅ ｏｆ ｃｅｌｌ ｂｌｏｃｋｓ ｗｉｔｈｉｎ ｂｌｏｃｋ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ Ｋｒｉｇｉｎｇ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ． Ｗｉｔｈ ａ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ ａｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒｅｆｉｎｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ， ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｉｅｗｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｎｅ； ｒｅｆｉｎｅｄ ｍｏｄｅｌ； ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｅｌ； ｖｏｒｉｇｒａｍ； Ｋｒｉｇｉｎｇ 矿床三维建模是数字矿山软件系统中的核心功 能［１］。 通过矿山勘探工程和各种平剖面图构建真实 的矿床三维模型，包括断层、矿体等三维模型及相应的 地质属性，为基于三维环境的资源管理、矿山设计、采 掘设计、生产计划编制等提供可视化的基础数据［２］。 矿床三维地质建模的发展，从用于储量计算、资源 风险评价的三维模型，到直接用于采矿设计、生产出图 的模型，对模型的要求越来越高［３］。 目前，常用的建模 ①收稿日期 ２０１４－０６－２４ 基金项目 国家高技术研究发展（“８６３”）计划项目（２０１１ＡＡ０６０４０７）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（１３Ｂ４４０９２５）； 河南工程学院博 士基金项目（Ｄ２０１３０２１） 作者简介 荆永滨（１９８１－），男，河南郑州人，讲师，博士，从事矿山三维建模及可视化、地质统计学方面的研究工作。 第 ３４ 卷第 ６ 期 ２０１４ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１４ 方法是采用基于面和基于体的模型［４－６］，基于面的模型 表示矿体的边界，基于体的模型表示矿体内部属性。 数字矿山矿床三维建模的发展方向是精细化。 表 面模型的精细化就是边界吻合的无缝模型，块段模型 的精细化就是更小的模型块度和更准确的属性值［７］。 本文结合矿床混构模型构建过程，对模型的精细化构 建提出解决方法。 实现了考虑分支轮廓线和主干轮廓 线形态的分支精确建模，通过布尔运算切割建立断层 和矿体边界吻合的无缝模型，采用外存八叉树技术构 建小尺寸单元块的精细块段模型，利用对应储量分级 的样品搜索策略对矿石品位等属性进行估值，从而建 立在准度和精度上进一步提升的矿床混构模型。 精细 三维混构模型将不同时间、来源和类型的数据加以整 合，既准确描述矿体及其它地质对象的形态，又能够准 确表示对象内部的非均匀属性［５，８］，使矿床地质资料 得到充分利用，为后续矿床开采以及相关领域深入研 究的各方面提供数据支撑。 １ 精细表面模型 表面模型属于面模型，用面来表示三维空间的对 象，如地形面、岩层面、断层面和矿体外壳等。 表面模 型可以准确地表示复杂的实体形态，并且数据存储量 远远小于体素模型。 矿业软件系统中通常采用三角网 表示表面模型，即用一系列大小不等的三角形面片来 表示各种复杂的表面。 １．１ 分支建模 相邻剖面上轮廓线数目不一致时，就会存在分支 问题，如图 １。 常用的解决分支问题的方法是构造过 渡轮廓线，将存在分支问题的两个相邻剖面上的主干 轮廓线划分对应分支轮廓线个数的多条闭合轮廓线， 然后分别建立表面模型［９］。 图 １ 表面模型分支问题 以往构造过渡轮廓线的方法只是简单的将主干轮 廓线打断，然后形成多个过渡轮廓线，整个过程具有较 大的随意性。 本文基于 ＤＩＭＩＮＥ 软件的功能，利用分 支轮廓线之间的中轴线将主干轮廓线划分多条过渡轮 廓线。 具体步骤如下 １） 分别计算主干轮廓线和全部分支轮廓线的最 小外包，并创建最小外包长方形的形心； ２） 投影全部分支轮廓线至主干轮廓线所在剖面， 移动使形心对齐并进行缩放； ３） 分别选择两个分支轮廓线相邻部分的曲线段， 进行定比例内插得到其中轴线； ４） 对中轴线进行延伸、打断等编辑，使其连接于 主干轮廓线上两点； ５） 使用中轴线对主干轮廓线进行区域划分，得到 过渡轮廓线。 对主干轮廓线进行区域划分构造过渡轮廓线时， 不能添加或删除顶点，才能使主干轮廓线组和分支轮 廓线组重建的表面在分支位置无缝连接。 采用这种方 法，用户可以根据其对矿体形态的理解和已有的经验 交互式进行矿体分支的建模，如图 ２ 所示，其中（ａ）为 主干轮廓线和分支轮廓线；（ｂ）为分支轮廓线投影对 齐缩放后，内插得到中轴线；（ｃ）为将主干轮廓线划分 为多条轮廓线；（ｄ）为矿体分支建模结果。 图 ２ 过渡轮廓线法分支建模 １．２ 布尔运算方法 通过轮廓线建立的表面，相邻轮廓线上的点是用 直线连接的。 而在实际当中，断层面通常是空间曲面， 因此断层面与矿体之间会存在一些不吻合的情况，包 括矿体超出断层以及矿体与断层之间存在空隙。 为了 确保断层面和矿体表面模型之间完全吻合，需要将断 层和矿体表面模型进行布尔运算。 一种是直接把超出 的部分矿体用断层面切掉，第二种是把与断层有空隙 的矿体延伸过断层后再用断层将超出部分切掉，从而 得到断层与矿体的无缝模型。 图 ３ 为一小块矿体和断层，矿体的两个分支中，一 个超出断层，另一个没有接触到断层。 对于没有接触 到断层的分支，在建立表面模型时，可以适当的把最末 端分支轮廓线的尖灭距离增大，使其超过断层，然后通 过布尔运算将超过部分切掉，最终得到矿体和断层的 无缝模型，见图 ４。 ６矿 冶 工 程第 ３４ 卷 图 ３ 延伸前后矿体分支与断层的关系 图 ４ 矿体与断层的布尔运算结果 建立矿体表面模型时，如果剖面上两条轮廓线的 距离较近且形状比较复杂，那么在与相邻剖面上对应 的轮廓线分别进行表面重建时，两个表面模型可能会 相交。 而在实际当中这种相交是不能存在的，相交的 矿体部分对矿石储量计算、切割平剖面图以及块段模 型的建立等都是有影响的。 为了能够较为真实的反映 矿体的空间关系，在分别建立各个矿体模型之后，将相 交的矿体分别进行布尔运算，切割出相交的部分，使矿 体模型之间达到完全吻合。 ２ 精细块段模型 块段模型属于体模型，将表面模型包含的空间区 域分解为一组六面体单元块，每个单元块具有大小、位 置和地质属性。 块段模型可以表示矿石品位等非均匀 地质体的内部属性变化。 块段模型的精细化表现在两 个方面空间几何形态和地质属性值。 空间几何形态方 面可以通过减小单元块的尺寸达到高精度模拟对象的 形态，但会使单元块的数量大大增加，不利于模型的使 用［８］。 单元块的地质属性值则通过软件中的地质统计 学工具对单元块进行插值得到准确、可靠的属性数据。 ２．１ 外存八叉树模型 传统的块段模型存储结构简单，数据存储量大，没 有空间索引机制，检索速度慢，模型的更新较为困难。 外存八叉树块段模型能够很好的存储和管理精细块段 模型［１０］。 外存八叉树是八叉树与 Ｂ＋树的结合，既利用了八 叉树三维空间的结构性又利用了 Ｂ＋树的高性能外存 索引机制，从而保证了海量矿山属性数据的存储和快 速查询。 外存八叉树具有两个重要性质① 临近结点 的聚集作用；② 查询叶子结点并不需要确切知道其定 位码。 这两个性质对于块段模型具有重要应用价值， 为块段模型任意点和区域属性查询提供技术支撑。 外 存八叉树块段模型可以通过任意大小的查询单元查询 属性模型并返回查询矿石与废石比例，既减少查询算 法对计算机内存的需求又提高了查询准确性。 ２．２ 块段模型属性估值 具有属性值的块段模型可以用来进行地质体属性 变化规律研究、储量／ 资源量计算、露天境界优化等贯 穿采矿过程始末的各项工作。 属性估值，尤其是品位 估值是建立精细块段模型的一个重要内容。 矿业软件 中的品位估值通常采用地质统计学方法进行，地质统 计学方法能够复制属性数据的区域相关性，且具有较 好的估值精度［１１］。 传统块度模型在利用原始样品数 据对块段模型单元块进行估值时，只能设置搜索到的 样品数据个数，如果这些样品属于同一个钻孔，则插值 结果的可靠性大大降低。 因此，通过设置钻孔的数量 对样品数据的搜索进行约束。 例如，单元块在钻孔工 程控制区域内部，样品数据中应该至少有两个钻孔工 程的样品才对单元块进行品位估值，从而将传统品位 计算方法和地质统计学方法的优点结合。 ３ 工程应用 ３．１ 建立矿体表面模型 该铜矿床地质构造复杂，自上而下分为 ７ 个矿体， 在垂直方向上铁、铜矿体呈互层产出，相间排列，矿区 共揭露断层构造数 ４０ 条，按产状分为 ３ 组。 勘探工程共计 ５８６ 个，铜矿边界品位 ０．３％。 在建 立断层模型之前，通过各个勘探线剖面图和中段地质 平面图对矿体轮廓线、断层进行分析和整理，将图纸上 矿体轮廓线和断层信息导入 ＤＩＭＩＮＥ 系统软件中。 根 据边界品位设置钻孔轨迹显示方式，调整矿体轮廓线。 通过实体建模功能创建矿体表面模型和断层模型，利 用表面模型的布尔运算建立矿体和断层的无缝模型， 见图 ５。 为方便布尔运算操作，需要将每个断层保存 为单独的文件。 图 ５ 矿体与断层的无缝模型 ７第 ６ 期荆永滨等 精细化矿体三维混构模型构建技术研究 ３．２ 原始样品数据统计分析 利用直方图分析原始样品数据分布形式，以便选 择合适的克里格方法以及用于检验块段模型估值结果 是否复制了原始样品的分布形式。 原始样品的统计特 征值见表 １。 表 １ 原始样品中铜品位统计特征值 最小值最大值平均值标准差中值样品个数 ０．００１％１５．８３％０．４８５％０．４９０．３１％２３ ２１７ 样品中特别大的品位值对矿床资源估算产生的影 响较大，特高品位会影响试验变异函数的稳健性，可能 造成周围单元块品位值被过高估计［１２］。 目前，在矿业 中广泛使用的方法是将特高品位替换为临界值，特高 品位确定为大于均值的 ６～８ 倍。 本文采用图形分析 的方法，借助概率分布图来确定特高品位，将图上数据 连续性开始变差的位置确定为特高品位临界值，如图 ６ 所示，铜品位大于 ３％的数据连续性开始变差，并且 这些数据的频率极小，因此可将这些数据视为特高 品位。 图 ６ 原始样品铜元素品位值概率分布图 ３．３ 变异函数模型 组合样长度取原始样品长度平均值１．１５ ｍ。 样品 组合后统计特征值见表 ２。 表 ２ 组合样品中铜品位统计特征值 最小值最大值平均值标准差中值样品个数 ０．００２％３％０．４９７％０．４５０．３４％２３ ６１１ 计算全向变异函数，确定块金为 ０．０２，基台为 ０．２。 然后采用地质法进行元素品位变异函数分析，即按走 向、倾向、厚度 ３ 个方向分别进行变异函数的计算分析。 计算参数为滞后距 ４ ｍ，滞后距容差 ２ ｍ，滞后距数目 ２５。 矿体走向为东偏南 ４０，计算方向参数见表 ３。 表 ３ 变异函数计算参数 方向方位角／ （）倾角／ （）容差角／ （）容差限／ ｍ 走向１３００１０２０ 倾向４０２７１０２０ 厚度４０ －６３ １０２０ Ｃｕ 元素三个方向上的实验变异函数如图 ７ 所示。 图 ７ Ｃｕ 元素实验变异函数 对实验变异函数进行拟合，得到变异函数理论模 型，理论模型为球状模型，块金 Ｃ０＝０．０２，基台 Ｃ＝０．２， ３ 个方向的变程 ａ 分别为 ３７、３５、１９。 ３．４ 块段模型克里格品位估值 由于该矿床多为层状矿体，且被多条断层切割得比 较破碎，要能够准确模拟矿体形态的精细块段模型，就需 设置较小的单元块，基本单元块尺寸为４ ｍ ２ ｍ ２ ｍ， 边界单位块尺寸为 ２ ｍ １ ｍ １ ｍ。 对块段模型单元块进行估值时，样品数据搜索范 围和参与估值的样品对估值结果的影响很大。 采用克 里格方法估值时搜索范围通常为一个椭球体，椭球体 长半轴、次半轴和短半轴的长度与走向、倾向和厚度方 向变异函数的变程成比例。 本文综合变异函数变程和 勘探网度分 ３ 次对块段模型估值，将单元块的资源量 归类为探明的、控制的和推断的。 估值的搜索范围和 样品控制的具体参数见表 ４。 表 ４ 对应储量分级的估值搜索范围 资源 等级 长半轴 ／ ｍ 次半轴 ／ ｍ 短半轴 ／ ｍ 最小 工程数 探明５０５０２５２ 控制１００１００５０１ 推断２００２００１００１ 块段模型可以用矿体或者任意平剖面对约束进行 可视化，图 ８ 为用矿体和 ６４－７４ 线勘探线剖面多重约 束得到的块段模型及品位估值结果，图 ９ 为矿体混构 模型经过切割得到的剖面图。 ８矿 冶 工 程第 ３４ 卷 图 ８ 块段模型品位估值结果 图 ９ 切割矿体混构模型后得到剖面图 精细化矿体混构模型经过矿体或者任意平剖面约 束后的块段模型能够满足矿体的分区域储量统计分 析、单体开采设计等精度要求。 切割混构模型得到的 剖面图中块段模型和表面模型边界吻合程度较好，满 足平面出图精度要求。 ４ 结 论 针对数字矿山对三维模型精度要求的增加，研究 了精细化矿体混构模型的构建技术。 考虑分支轮廓线 和主干轮廓线形态，利用分支轮廓线之间的中轴线经 过投影、缩放等操作将主干轮廓线分割为多个区域，构 造成过渡轮廓线，分别建立模型，解决分支建模问题。 根据断层和矿体的位置关系，分别建模后通过布尔运 算对模型进行切割，建立边界吻合的无缝模型。 采用 外存八叉树技术构建小尺寸单元块的精细块段模型。 分析矿石品位的空间变异性，根据变异函数变程、勘探 网度以及钻孔工程数量确定对应储量分级的样品搜索 策略对矿石品位进行估值。 以某铜矿为实例，建立断 层和矿体模型，分析铜元素的空间变异性，建立块段模 型并根据变异函数变程和勘探网度确定搜索参数进行 估值。 结果表明本文提出的精细化模型构建技术不仅 能够满足可行性研究、开采设计、境界优化和生产计划 编制等对模型的要求，还能够满足资源分类评价、剖切 后出工程图等较高的模型精度要求。 参考文献 ［１］ 吴立新， 殷作如， 钟亚平． 再论数字矿山特征、框架与关键技术 ［Ｊ］． 煤炭学报，２００３，２８（１）１－７． ［２］ 周智勇， 陈建宏， 杨立兵． 大型矿山地矿工程三维可视化模型的 构建［Ｊ］． 中南大学学报（自然科学版），２００８，３９（３）４２３－４２８． ［３］ 曾庆田， 王李管， 李 德，等． 云南某铜矿资源及开采环境评价可 视化建模技术研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２００７，２７（３）１５－１９． ［４］ 倪平泽， 刘修国， 李超岭，等． ３Ｄ 矿床建模技术在数字矿产勘查中的 应用［Ｊ］． 地球科学（中国地质大学学报），２０１０，３５（３）４４４－４５２． ［５］ 杨成杰， 吴冲龙， 张夏林，等． 基于实体与块体混合模型的三维矿 体可视化建模技术［Ｊ］． 煤炭学报， ２０１２，３７（４）５５３－５５８． ［６］ 李建华， 边馥苓． 工程地质三维空间建模技术及其应用研究［Ｊ］． 武汉大学学报（信息科学版）， ２００３，２８（１）２５－３０． ［７］ 李章林， 吴冲龙， 张夏林，等． 带精细属性特征的矿体实体模型动 态构建方法［Ｊ］． 中国矿业大学学报， ２０１１，４０（６）９９０－９９４． ［８］ 荆永滨， 王李管， 毕 林，等． 复杂矿体的块段模型建模算法［Ｊ］． 华中科技大学学报（自然科学版）， ２０１０，３８（２）９７－１００． ［９］ 李 梅， 毛善君， 马蔼乃． 平行轮廓线三维矿体重建算法［Ｊ］． 计 算机辅助设计与图形学学报， ２００６，１８（７）１０１７－１０２１． ［１０］ 毕 林． 数字采矿软件平台关键技术研究［Ｄ］． 长沙中南大学 资源与安全工程学院，２０１０． ［１１］ 侯景儒， 黄竞先． 地质统计学在固体矿产资源／ 储量分类中的应 用［Ｊ］． 地质与勘探，２００１，３７（６）６１－６６． ［１２］ 侯景儒， 张树泉， 黄竞先． 特异值的识别、处理及块段平均品位 估计［Ｊ］． 地质找矿论丛，１９９０（３）９３－１０３． ９第 ６ 期荆永滨等 精细化矿体三维混构模型构建技术研究