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[摘要]矿业三维GIS，是地质矿业信息化的研究重点和热点，是科学计算可视化在地质上的应用，它涵盖地质体的三维可视化，体空间插值等领域。本文主要研究三维GIS技术在矿产勘探中的应用研究。
[关键词]三维GIS技术 矿产勘探 应用研究
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-128-1
0概述
随着地质和矿业的产业化，当今地质、矿业界人士希望能够更直观， 更精确圈定矿体边界，了解地下地质体，包括地层、断层、褶皱构造等的三维形态，准确地解译和圈定地下地质体，以便指导矿业开发和深部找矿预测。
1三维GIS技术在矿产勘探中的应用研究
矿产勘探是一个长时间的研究和生产过程，涵盖了地球物理、地球化学、成矿预测等诸多领域一般要经过成矿研究、地质普查、详查勘探等过程，地质三维可视化可以应用于整个过程，尤其是可延伸至矿山开发，管理等阶段。
1.1成矿分析、地质普查阶段
随着地质勘探工作的深入，地表的矿产资源一般都已经发现，故现在的地质勘探是寻找地下盲矿体，它埋藏于地下一定深度内，这类矿产的成矿预测必须利用反映地下矿体的多种资料，包括地层、岩性、构造、地球物理、地球化学资料，对这些资料进行综合分析，进行成矿预测，以往的成矿预测研究方法是研究者在纸面上对各种资料进行分析，现在三维可视化技术为成矿预测综合分析提供了一个平台，可以在三度空间中分析各种资料及其异常特征对这些资料进行叠加运算，缓冲区分析等。寻找它们与成矿的关系，建立成矿模型，更好地进行成矿预测，在对所有的地质，地球物理和地球化学数据分析的基础上，寻找对成矿最有利的地段，布置普查钻孔，设计普查钻孔的位置、深度，提高普查钻孔的见矿概率，以便节约勘探资金，根据钻孔的见矿概率来提高对矿体成矿规律的认识，更好地进行成矿分析，近几年应用的Vulcan软件对铅锌矿体进行三维可视建模，直观明了地展示地下铅锌矿二、三维形态，为研究矿体的空间展布规律提供了科学依据。
1.2勘探阶段
勘探两个主要问题，一是合理地布置钻孔，减少勘探成本。二是建立钻探数据库，合理地进行地质解释，圈定矿体，进行储量计算，提交高级别的储量。在以往许多地质勘探过程中，常常存在两种情况，一是由于钻孔布置过密，导致勘探成本加大，施工期延长；二是刚好相反，钻孔布置过稀，导致钻探工程不能完全控制矿体，影响提交储量的级别，需要补充勘探，延长施工期。在三维矿山GIS中，对这种矛盾的解决是利用普查阶段得到的普查工程数据，建立矿体的粗略的三维模型，把矿体分成矿房大小的小块，应用品位估算方法粗略估算各小块的品位，由于工程数量较少，将会有许多小块没有工程控制，不能进行品位估算，只有在这些部位补充布置钻孔才能得到完整的品位估算结果，这种利用矿业三维GIS进行详查阶段的钻孔优化布置方法既经济又高效。在钻探施工过程中，利用三维矿山GIS采集勘探数据，包括钻孔、浅井和竖井、探槽、坑道编录数据、地质测量的数据、地层记录数据、岩矿分析化验数据、物探化探测量数据、地震测量的数据以及其它探测和调查数据，建立矿区勘探数据库；在三维可视化环境下进行地质解释，矿体边界的圈定，实现地质体的三维重建和可视化，建立复杂而又不规则的地质体三维模型，应用地统计方法进行矿体储量计算，得到矿体的品位分布规律和储量。
1.3经济评价阶段
在矿山三维GIS中，矿体的品位模型是基于矿房的模型，并且矿房的尺寸可以根据需要改变。由于每一个矿房都有品位，整个矿体的矿石量，金属量也容易计算，这样，对矿体的经济评价就变得比较容易。同时，随着市场情况的变化，可以改变矿体的边界品位，重新圈定矿体，重新计算矿体的平均品位，矿石量，金属量，进行不同市场情况下的矿山经济评价。
1.4采矿设计阶段
国内常用的采矿设计一般是基于CAD的设计，CAD 软件可以对均匀材质的实体和相对规则的三维实体建模，而对于矿体这样复杂，多变的实体，根本无法表达和操作，随着矿山三维GIS的功能完善，复杂矿体的三维模型的建立在技术上成为可行，这样真正进行地下三维可视化设计也成为可能，可视化采矿设计就是应用三维实体模型技术，建立矿山的数字模型，在三维数字化模型的基础上完成采矿工程布置、方案优化、进度计划编制等采矿设计。顾名思义，可视化采矿设计就是在采矿设计或生产过程中，能即时看到设计对象的结果和效果，实时交互地修改设计对象。并且可以实时验证设计的合理性和正确性，迅速得到满意的结果。而不象以往传统的设计程序那样需要很多的人力，专家花很多的时间和精力去检查设计结果或计划的正确性和合理性，而且不能定论设计方案或计划方案是否最优，在利用可视化采矿设计进行设计时，检查（或审检）人员可以节省大量的时间和精力不去检查那些繁杂的对象关系及细节，因为所有的对象或工程都清清楚楚地跃于眼前，细节及相互间的关系也一目了然。设计人员可以把主要精力用在整个系统的合理性和最优性的分析上。也就是说，只考虑关键的属性，参数。如果它们合理，正确，则结果是正确而无需质疑细节和误差。这样大大地提高了设计产品的质量，水准及速度。减少了设计上的失误和错误，避免了大量的重复设计和修改的工作量。
1.5矿山的生产管理
在矿山采矿过程中，出矿品位是最主要的参数，也是采矿生产计划所关心的主要参数，它关系到矿山的生产配矿，在矿山三维GIS中，已经估算了每一个矿房的品位，而且该品位的估算精度将随着矿山开采的进展，矿体模型的完善而越来越高。因此生产计划中将要开采的任何位置的矿石品位、矿石量、金属量可以直接从计算机中得到，矿山管理人员可以根据将要开采的矿石品位等特征来计划矿山采矿配矿的工作。
参考文献
[1]唐泽圣， 三维数据场可视化，北京： 清华大学出版社，2009.
[2]吴健生， 三维GIS技术在固体矿产勘探和开发中的研究与应用，地质与勘探，2010.
[3]李德仁， 地质体三维可视化及空间数据探索，中国科学院博士论文，2008.
[4]李清泉， 三维地理信息系统中的数据结构，武汉测绘科技大学学报，2008.
[关键词]三维GIS技术 矿产勘探 应用研究
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-128-1
0概述
随着地质和矿业的产业化，当今地质、矿业界人士希望能够更直观， 更精确圈定矿体边界，了解地下地质体，包括地层、断层、褶皱构造等的三维形态，准确地解译和圈定地下地质体，以便指导矿业开发和深部找矿预测。
1三维GIS技术在矿产勘探中的应用研究
矿产勘探是一个长时间的研究和生产过程，涵盖了地球物理、地球化学、成矿预测等诸多领域一般要经过成矿研究、地质普查、详查勘探等过程，地质三维可视化可以应用于整个过程，尤其是可延伸至矿山开发，管理等阶段。
1.1成矿分析、地质普查阶段
随着地质勘探工作的深入，地表的矿产资源一般都已经发现，故现在的地质勘探是寻找地下盲矿体，它埋藏于地下一定深度内，这类矿产的成矿预测必须利用反映地下矿体的多种资料，包括地层、岩性、构造、地球物理、地球化学资料，对这些资料进行综合分析，进行成矿预测，以往的成矿预测研究方法是研究者在纸面上对各种资料进行分析，现在三维可视化技术为成矿预测综合分析提供了一个平台，可以在三度空间中分析各种资料及其异常特征对这些资料进行叠加运算，缓冲区分析等。寻找它们与成矿的关系，建立成矿模型，更好地进行成矿预测，在对所有的地质，地球物理和地球化学数据分析的基础上，寻找对成矿最有利的地段，布置普查钻孔，设计普查钻孔的位置、深度，提高普查钻孔的见矿概率，以便节约勘探资金，根据钻孔的见矿概率来提高对矿体成矿规律的认识，更好地进行成矿分析，近几年应用的Vulcan软件对铅锌矿体进行三维可视建模，直观明了地展示地下铅锌矿二、三维形态，为研究矿体的空间展布规律提供了科学依据。
1.2勘探阶段
勘探两个主要问题，一是合理地布置钻孔，减少勘探成本。二是建立钻探数据库，合理地进行地质解释，圈定矿体，进行储量计算，提交高级别的储量。在以往许多地质勘探过程中，常常存在两种情况，一是由于钻孔布置过密，导致勘探成本加大，施工期延长；二是刚好相反，钻孔布置过稀，导致钻探工程不能完全控制矿体，影响提交储量的级别，需要补充勘探，延长施工期。在三维矿山GIS中，对这种矛盾的解决是利用普查阶段得到的普查工程数据，建立矿体的粗略的三维模型，把矿体分成矿房大小的小块，应用品位估算方法粗略估算各小块的品位，由于工程数量较少，将会有许多小块没有工程控制，不能进行品位估算，只有在这些部位补充布置钻孔才能得到完整的品位估算结果，这种利用矿业三维GIS进行详查阶段的钻孔优化布置方法既经济又高效。在钻探施工过程中，利用三维矿山GIS采集勘探数据，包括钻孔、浅井和竖井、探槽、坑道编录数据、地质测量的数据、地层记录数据、岩矿分析化验数据、物探化探测量数据、地震测量的数据以及其它探测和调查数据，建立矿区勘探数据库；在三维可视化环境下进行地质解释，矿体边界的圈定，实现地质体的三维重建和可视化，建立复杂而又不规则的地质体三维模型，应用地统计方法进行矿体储量计算，得到矿体的品位分布规律和储量。
1.3经济评价阶段
在矿山三维GIS中，矿体的品位模型是基于矿房的模型，并且矿房的尺寸可以根据需要改变。由于每一个矿房都有品位，整个矿体的矿石量，金属量也容易计算，这样，对矿体的经济评价就变得比较容易。同时，随着市场情况的变化，可以改变矿体的边界品位，重新圈定矿体，重新计算矿体的平均品位，矿石量，金属量，进行不同市场情况下的矿山经济评价。
1.4采矿设计阶段
国内常用的采矿设计一般是基于CAD的设计，CAD 软件可以对均匀材质的实体和相对规则的三维实体建模，而对于矿体这样复杂，多变的实体，根本无法表达和操作，随着矿山三维GIS的功能完善，复杂矿体的三维模型的建立在技术上成为可行，这样真正进行地下三维可视化设计也成为可能，可视化采矿设计就是应用三维实体模型技术，建立矿山的数字模型，在三维数字化模型的基础上完成采矿工程布置、方案优化、进度计划编制等采矿设计。顾名思义，可视化采矿设计就是在采矿设计或生产过程中，能即时看到设计对象的结果和效果，实时交互地修改设计对象。并且可以实时验证设计的合理性和正确性，迅速得到满意的结果。而不象以往传统的设计程序那样需要很多的人力，专家花很多的时间和精力去检查设计结果或计划的正确性和合理性，而且不能定论设计方案或计划方案是否最优，在利用可视化采矿设计进行设计时，检查（或审检）人员可以节省大量的时间和精力不去检查那些繁杂的对象关系及细节，因为所有的对象或工程都清清楚楚地跃于眼前，细节及相互间的关系也一目了然。设计人员可以把主要精力用在整个系统的合理性和最优性的分析上。也就是说，只考虑关键的属性，参数。如果它们合理，正确，则结果是正确而无需质疑细节和误差。这样大大地提高了设计产品的质量，水准及速度。减少了设计上的失误和错误，避免了大量的重复设计和修改的工作量。
1.5矿山的生产管理
在矿山采矿过程中，出矿品位是最主要的参数，也是采矿生产计划所关心的主要参数，它关系到矿山的生产配矿，在矿山三维GIS中，已经估算了每一个矿房的品位，而且该品位的估算精度将随着矿山开采的进展，矿体模型的完善而越来越高。因此生产计划中将要开采的任何位置的矿石品位、矿石量、金属量可以直接从计算机中得到，矿山管理人员可以根据将要开采的矿石品位等特征来计划矿山采矿配矿的工作。
参考文献
[1]唐泽圣， 三维数据场可视化，北京： 清华大学出版社，2009.
[2]吴健生， 三维GIS技术在固体矿产勘探和开发中的研究与应用，地质与勘探，2010.
[3]李德仁， 地质体三维可视化及空间数据探索，中国科学院博士论文，2008.
[4]李清泉， 三维地理信息系统中的数据结构，武汉测绘科技大学学报，2008.