基于距离场的三维矿体模型与地表化探数据的关联关系分析——以红透山铜矿田为例

针对成矿定量预测强调三维空间信息的综合研究的特殊需求,以及定性与定量、二维与三维数据综合分析难等关键问题,本文提出了一种基于三维非均质空间的加权最短距离场算法,既可反映断层破碎带在成矿元素运移过程中的通道作用,亦可回溯出目标体元到源体元的最短路径。应用该方法开展了对红透山铜矿区的三维矿体模型在地表的距离场值与土壤地球化学测量数据的关联关系分析,发现已知和预测矿体共同的距离场与化探异常有更高的匹配性,间接证明了预测矿体的可靠性。该方法一定程度上解释了由矿体导致的地表化探异常,可以为化探、遥感等地表数据与三维地质数据模型进行综合分析及关联关系的提取提供借鉴。     

顾及梯度的高斯混合模型在三维属性场空间聚类中的应用

针对高斯混合模型(GMM)在空间聚类中由于忽视目标对象之间的空间关联性而导致的高误判率等问题,本文提出了一种顾及梯度的高斯混合模型:GMM-G,并将其应用在三维属性场的空间聚类中。GMM-G用反映标量场最大属性变化方向的梯度因子来定义邻域规则,设定梯度正交平面所通过的邻域体元更倾向于与中心体元归属于相同或相近的类别;并据此设计了符合归一性和空间连续性的空间邻域信息函数,来定义中心体元属于各类别的具有空间领域规则约束的后验概率。通过对由蒙特卡洛随机抽样构建的实验场的空间聚类结果进行对比表明,相对GMM方法,GMM-G具有更优的聚类精度及效率。最后,把GMM-G方法用于红透山铜矿区可控源音频大地电磁法(CSAMT)三维视电阻率场的空间聚类,得到了与已知岩性划分具有较高匹配度的分类结果,该方法可为物性属性场的岩性划分及地质推断提供相关的依据和参考。     

多源数据融合的规则体元分裂三维地质建模方法

针对传统地质建模方法中地层模型表达不精确,地层边界存在锯齿现象和模型数据量大,不能在Web端流畅加载和渲染等问题,提出了一种基于规则体元分裂的三维地质建模方法。该方法首先利用地质勘察中的钻孔与地质剖面资料进行数据转换融合,通过插值算法加密地层矢量点,然后构建规则体元并进行体元类划分,设计5种不同的规则体元分裂类型,与此同时进行体元分裂模型的数据结构设计,并通过Three.js对不规则体元数据结构进行解析和展示。在此基础上,以郑州市某区域的勘测资料为基础数据构建了三维地质模型,并进行了Web端可视化。试验证明,所构建的模型能够精确、光滑地表达不同地层结构,且能够在浏览器中实现地质体内部信息的快速渲染、空间查询和分析。     

基于三棱柱体的三维地质体可视化研究

三维可视化技术能形象表达地层信息的真实形态及构造要素的空间关系而应用广泛,建立了一种以三棱柱体作为基本体元来实现三维地质体可视化的方法,该方法通过对三角形的自分解并且充分考虑地质体内所存在的断层等地质现象,在引入虚拟钻孔的基础上,建立三维模型,该模型通过自分解而实现地质体内部信息的显示,最后用实际资料进行了验证。     

三维地质模型构建方法的研究及应用

地质体三维建模是地学信息系统的核心问题之一.对三维GIS及地学领域的空间构模方法的现状进行分析,结合地质体工程特点,提出一种三维地学空间构模方法--似三棱柱(STP)法.该方法以似三棱柱体作为三维地质体建模的基本体元,并采用5类基本元素和6组拓扑关系对似三棱柱体的数据结构进行描述.它能有效地表达各种三维地质现象,也可以更好地与传统的多层TIN模型结合,维护好空间实体的拓扑关系.基于本文的建模方法开发了一个适合地质领域的三维GIS初步原型,并用实际钻孔数据进行了验证.     

三维体元拓扑数据模型的改进与实验

在简要介绍三维体元拓扑数据模型建模原理的基础上,分析了三维体元拓扑数据模型的不足,并从处理含夹层地质体和由非平行剖面构建地质体两个方面,改进了三维体元拓扑数据模型的建模条件和数据结构。实验表明,改进后的数据模型更加适合基于剖面的三维地质建模。      

湘赣边界鹿井铀矿床三维定量预测研究

湘赣边界鹿井铀矿床是一个大型的花岗岩型铀矿床,位于鹿井矿田的中部。本文系统收集及整合鹿井铀矿床的三维空间多源信息,包括地质、钻探、地球物理及地球化学信息等,构建了地质数据库及三维地质模型,实现地质空间的三维可视化。在此基础上,根据研究区赋矿地层、含矿岩体、控矿构造等地质要素与矿化空间的耦合关系,以及地化异常等找矿标志,构建了该区找矿模型。通过三维距离场、三维形态场等三维空间信息分析方法,确立含矿构造带、不同岩性接触界面,以及岩体隆起与凹陷的致矿影响范围,并对控矿要素信息进行提取。结合区内地球物理、地球化学等矿化识别标志,建立预测评价模型。利用三维证据权法开展定量预测,圈定了3处成矿有利靶区,为指导研究区深部及外围铀矿找矿工作提供支撑。     

湘赣边界鹿井铀矿床三维定量预测研究

湘赣边界鹿井铀矿床是一个大型的花岗岩型铀矿床,位于鹿井矿田的中部。本文系统收集及整合鹿井铀矿床的三维空间多源信息,包括地质、钻探、地球物理及地球化学信息等,构建了地质数据库及三维地质模型,实现地质空间的三维可视化。在此基础上,根据研究区赋矿地层、含矿岩体、控矿构造等地质要素与矿化空间的耦合关系,以及地化异常等找矿标志,构建了该区找矿模型。通过三维距离场、三维形态场等三维空间信息分析方法,确立含矿构造带、不同岩性接触界面,以及岩体隆起与凹陷的致矿影响范围,并对控矿要素信息进行提取。结合区内地球物理、地球化学等矿化识别标志,建立预测评价模型。利用三维证据权法开展定量预测,圈定了3处成矿有利靶区,为指导研究区深部及外围铀矿找矿工作提供支撑。     

隐伏矿体三维综合信息成矿预测方法

开展三维综合信息成矿预测,是当前隐伏矿体找矿勘探的实际需要,但目前尚缺乏系统的研究,工作方法体系仍有待深入探讨。本文提出了一套较为完善的隐伏矿体三维综合信息定量预测流程和方法。方法包括数据收集及地质数据库管理、三维地质建模及地球物理数据融合、地质特征空间分析及控矿因素提取、多维多元控矿信息融合及预测信息集构建、隐伏矿体三维定位定量预测等多方面内容。由于方法综合了地质体三维建模、多维空间分析技术、地球物理方法以及预测方法,因此可有效提高三维成矿预测的有效性和可靠程度。为验证方法的有效性,本文在宁芜盆地分别针对矿田和矿区尺度,开展了中、大比例尺的三维成矿预测实例研究,取得了较好效果。研究显示该方法体系可有效地对深部隐伏矿体进行定位定量预测,能够服务于今后的新老矿区隐伏矿体找矿勘探工作。     

基于图切地质剖面的区域成矿地质体三维建模与资源评价——以桂西南地区锰矿为例

以成矿规律研究和成矿条件分析为基础的二维成矿定量预测方法难以精确表达含矿地层的三维空间分布情况,导致其预测结果的可靠性差。本文针对矿产资源预测评价中的真三维地学分析需求,以平面地质图和图切地质剖面图为三维地质建模的数据源,按照线框架建模的技术思路,由剖面轮廓线和地面地质界线联合重构了成矿地质体的三维表面,较好地表达了桂西南地区成锰地质体在三维空间中的分布情况。同时,为了分析三维空间中锰矿资源量的分布情况,本文采用规则体元将研究区的三维地质空间分割为连续场,并结合区域锰矿二维成矿定量预测的成果,获得了研究区1 000m以浅含锰地层中锰矿资源量的三维空间分布:研究区锰矿资源量主要集中在上泥盆统(以五指山组为主,5 036万t)和下三叠统北泗组(3 447万t);而下石炭统大塘组资源量仅为566万t,以前的二维预测对该地层内赋存的锰矿资源量估计偏高。三维预测较好地反映了含锰地层三维形态对锰矿分布的控制作用,为研究区锰矿定量预测提供了新的技术手段。     

Representing the geological body heterogeneous property field using the quadratic generalized tri-prism volume function model (QGTPVF)

3D geological modeling should be an effective tool for accurately representing the geometric structure boundary and internal property fields of geological body. However, conventional methods have rarely focused on the expression of geological heterogeneous properties, known as 4D modeling. A volume function is defined as a piecewise mathematic function that describes a parameterized geological property field and created by fitting the property functions of certain 3D voxels. The quadratic generalized tri-prism volume function (QGTPVF) model is proposed for representing geological property fields with a sedimentary strata structure based on the volume function method and generalized tri-prism (GTP) voxel model. A QGTPVF is designed for borehole sample points, and it interpolates geological properties by fitting quadratic volume functions combined with the influence of geological geometric structure constraints, including stratum interfaces and fault planes. This research mainly focuses on the QGTPVF definition and fitting method, single GTP volume function is a continuous quadratic function, and a property smoothing along directionally adjacent bedding GTPs method is also studied, so geological property field is also expressed by the smooth function. A preprocessing method of faults geological structures is given, and the general framework QGTPVF is also discussed for practical applications. The QGTPVF model could be converted to tetrahedron voxel and 3D grid models for calculation and analysis easily. An example on a porosity property field is studied to verify the method’s accuracy and reliability by comparing to Kriging and inverse distance weighted interpolation methods, and the result of accuracy and time complexity are better, so the QGTPVF provides a new solution for modeling geological property fields.     

An irregular triangle mesh buffer analysis method for boundary representation geological object in three-dimension

Three-dimensional (3D) buffer analysis is a basic function of spatial analysis used widely in 3D Geographic Information Systems (3DGIS). Current buffer analysis methods for spatial points and curves generally function well. One exception is buffer zone of surface. Previous researchers in this field have used voxel models to overcome this limitation; however, defects with voxel model buffer analysis include redundancies, approximations, and poor visualization characteristics. In this contribution, a surface buffer analysis method is presented for the boundary representation of geological objects. Exact geometric representation is achieved via the construction of irregular triangle meshes in 3D. The results can be used for 3D structural modeling and then form the basis for spatial analysis or model-based quantitative assessment in mineral potential mapping and resource evaluation. Three comparisons between existing voxel methods and our new method, evaluating visualization, precision and redundancy, are conducted. The comparisons show that our proposed method is robust and provides a higher quality output than voxel modeling. Finally, uncertainty analysis of buffer distance in different geological objects was discussed.     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。     

基于IDL的三维地质动态建模

三维地质建模凭借着形象直观、操作简单、功能丰富的优势,广泛应用于地质、矿产、工程等领域。在讨论表面建模与实体建模方法的基础上,开发程序探索了其在交互式数据语言（IDL）平台上的实现过程,并初步建立了可以应用于滑坡、泥石流、地面沉降等动态过程展示的算法。最后以煤田与泥石流模型的构建与可视化作为实例进行了效果验证。经测试,IDL可以较好地完成三维地质建模任务,并且在插值、剖分等方面表现了自己的优势,为工程地质信息化的实现提供了一种思路。      

An improved buffer analysis technique for model-based 3D mineral potential mapping and its application

Buffer zones in bo\th two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) spaces are commonly used in prospectivity mapping. The method completes a modelling that starts with a real example and progresses to the development of a virtual model. This includes the consideration of lithological or structural contacts at depth, which is a theoretical concept based on extrapolation of data collected in the field, rather than an empirical observation of the feature based on physical samples. This contribution documents an improved buffer analysis method for the study of 3D-space that is implicit (rapid), precise (smooth) and based on triangulated characteristics, which can be used to construct influence domains of geological models. As traditional 2D GIS-based mineral potential mapping is gradually becoming limited with time, mineral potential mapping in three dimensions (3D) is increasingly becoming an important tool in finding concealed economic mineralization. This contribution documents an improved methodology of buffer analysis for prospectivity mapping processing mineralized favourable models rather than describing an advance in the geometry of surface rendering of “geological complexity”. Measures used in this buffer analysis include the: (1) voxelization of geological objects (i.e. assigning numerical values of features on a regular cube in 3D-space); (2) revision of the 3D Euclidean distance transform and the calculation of signed distance field; (3) extracting surfaces from the field; and (4) construction of a buffer-surface based on a “discrete smooth interpolation” (DSI) algorithm. Furthermore, this contribution constructs 3D models using a buffer analysis algorithm and prospectivity mapping introduced here, which is based on real data from the Jiama Cu-polymetallic deposit in Tibet and Daye Fe deposit in the Hubei Province, China. This contribution also presents a comparison between voxel and irregular triangle models, which illustrate that irregular triangle mesh buffer analysis (ITB) can improve modelling techniques for GIS-based 3D mineral potential mapping. The outcome is an increase in the accuracy of prospectivity mapping.     

3D Metallogenic Prediction Based on 3D Geological-Geophysical Model: A Case Study in Tongling Mineral District of Anhui

3D metallogenic prediction is an important method and frontier of mineral resources exploration in the world. This paper introduces a case study of 3D metallogenic prediction based on 3D geological-geophysical model in Tongling mineral district. The research contents,methods,and results are summarized as the following aspects: ①Based on 25 comprehensive interpretation profiles,established 3D geological model of the study area. Using 3D property inversion of gravity-magnetic data technology to obtain 3D physical characteristics,a 3D geological-geophysical model was established;②Combined with the previous research on the metallogenic theory,this paper summed up some favorable geological conditions for ore-controlling,and established the quantitative prediction model;③By using“cubic predicting model”prospecting method, delineated 15 predicted targets according to the value of information and geological condition. This research built the 3D geological-geophysical model successfully,and under the guidance of geological prospecting theory,quantitatively extract the favorable prospecting information based on different deposit types. This research extends the traditional regional metallogenic prediction method to 3D space,and it has important guiding significance for the old mine prospecting.     

多源异构地质数据集成方法应用研究

大数据技术的高速发展为地质数据挖掘与分析带来了新的机遇。借鉴大数据技术的思想,提出了一种多源异构的地质数据集成方法,为数据挖掘、地质数据信息化服务提供了技术基础。针对北京周口店研究区,建立了其野外地质三维综合信息平台,将各类地表、地质体、地质信息等结构、半结构、非结构数据集成到统一的平台系统中,实现了研究区域相关地质数据的集成管理、可视化浏览、查询与分析,为大数据方法在地质领域的应用提供了新的思路。     

基于成矿系统的三维定量预测研究——以四川拉拉铜矿为例

随着矿产资源预测的发展,三维矿产资源定量预测评价已经成为矿产勘查领域的热点。然而真正决定矿产预测及矿产勘查成败的核心在于:如何构建恰当的预测变量来反映成矿作用过程。本文以四川拉拉铜矿为例,通过成矿系统分析“源-运-储-保”四大要素总结了该区矿产预测的地质找矿要素。基于三维地质建模技术以及成矿信息定量提取技术,构建了区域找矿要素三维地质信息。以找矿信息量为数学模型,确定了拉拉铜矿成矿有利区划,圈定了4个找矿靶区。本次研究将矿床成矿系统分析(知识驱动)与三维定量分析(数据驱动)相结合,将成矿作用过程及关键因素(源、运、储、保等)转化为可预测的具体空间要素,并使用三维可视化技术进行三维空间重构,该方法为今后的三维定量预测工作提供了有利参考。     

工程地质空间多场耦合构模技术研究

现有的三维地质模拟技术没有考虑地质空间几何结构场与属性参数场之间的耦合关系,从而限制了计算机模拟结果的真实性和实用性。工程地质空间多场耦合构模问题已成为制约三维地质模拟技术深入发展应用的瓶颈。在综合国内外研究现状与发展趋势的基础上,提出了工程地质空间多场耦合构模的总体研究框架和基本工作流程,给出了研究过程中所遇到的主要科学问题的解决思路或实现方案,并通过实例说明地质体多场耦合模型在三维地质建模及可视化系统中初步实现后的效果。这些研究成果为建立一套完整的地质体多场耦合构模理论体系和方法体系奠定了基础,有助于推动工程地质数字化建模分析技术的深入应用。