隱伏礦體三維可視化預(yù)測

前言

國內(nèi)外已有礦山的勘探開發(fā)經(jīng)驗表明，礦山深部存在巨大的資源潛力，但是深部潛在資源的尋找仍然面臨著巨大的困難和風(fēng)險，這是由老礦山具有勘探開發(fā)程度高、預(yù)測評價及找礦向深部三維空間發(fā)展、礦山生產(chǎn)對物化探異常信息產(chǎn)生干擾等固有特點所決定的。作者針對危機礦山及老礦山深部找礦預(yù)測的問題，在多年開展隱伏礦體立體定量預(yù)測探索性研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合由中南大學(xué)負(fù)責(zé)承擔(dān)的國家“十一五”科技支撐計劃課題“銅陵地區(qū)危機銅礦山大比例尺定位預(yù)測技術(shù)開發(fā)”(課題編號: 2006BAB01B07)、國家973計劃前期研究專項課題“危機礦山接替資源大比例尺定位預(yù)測基礎(chǔ)研究”(課題編號: 2007CB416608)和銅陵有色金屬集團股份有限公司校企合作科研課題“銅陵地區(qū)鳳凰山銅礦深邊部隱伏礦體立體定量預(yù)測”，以安徽銅陵銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)資源緊缺的鳳凰山礦田為研究對象，引入三維地質(zhì)建模(3DGM)及三維可視化技術(shù)，研究探索隱伏礦體預(yù)測的三維化、定量化及可視化技術(shù)，重點突破了復(fù)雜地質(zhì)體三維形態(tài)分析、控礦地質(zhì)因素場模擬、成礦信息三維定量提取等關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了隱伏礦體三維可視化預(yù)測的理論與方法體系。該研究采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ?數(shù)據(jù)驅(qū)動)與概念模型(知識驅(qū)動)相結(jié)合的技術(shù)思路，追求預(yù)測評價過程及成果的三維化、定位化、定量化、精細(xì)化和可視化。研究以安徽銅陵鳳凰山礦田為例，通過綜合地質(zhì)分析和成礦規(guī)律總結(jié)，構(gòu)建了礦體定位預(yù)測概念模型。在地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和物化探數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，采用三維地質(zhì)建模技術(shù)，對地層、構(gòu)造、巖漿巖、礦體等地質(zhì)體進行了推斷和圈定，構(gòu)建了地質(zhì)體的線框模型與塊體模型。基于定位預(yù)測概念模型和地質(zhì)體三維塊體模型，通過地質(zhì)空間定義和立體單元劃分，建立了巖體及其表面形態(tài)起伏、接觸帶、地層及褶皺構(gòu)造、斷層等控礦地質(zhì)因素的三維柵格場模型。在定量分析控礦地質(zhì)因素與礦化分布的關(guān)聯(lián)關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了反映這種關(guān)聯(lián)關(guān)系的礦體立體定量預(yù)測模型。利用預(yù)測模型，得到了礦田深部立體單元的品位、金屬量和含礦概率的預(yù)測結(jié)果，并建立了預(yù)測成果數(shù)據(jù)庫。采用科學(xué)計算可視化技術(shù)，實現(xiàn)了預(yù)測成果的三維可視化呈現(xiàn)，建立了預(yù)測成果的三維柵格模型，開發(fā)了預(yù)測成果三維可視化查詢系統(tǒng)，繪制了分層單元礦化指標(biāo)預(yù)測成果圖及等值線圖。基于預(yù)測成果數(shù)據(jù)庫，圈定了深部找礦立體靶區(qū)，為深部找礦工程的設(shè)計布置提供未知礦體的位置、品位和金屬量等信息的指導(dǎo)。本專著即是上述研究成果的歸納和總結(jié)，按照“地質(zhì)信息集成—成礦信息定量提取—立體定量預(yù)測”的主線攥寫，涵蓋了著者開展隱伏礦體三維可視化預(yù)測研究的基本思路、技術(shù)路線、工作過程、工作內(nèi)容和研究成果等。隱伏礦體三維可視化預(yù)測技術(shù)在危機礦山深部找礦工作中的應(yīng)用和推廣，可有效地提高危機礦山隱伏礦體預(yù)測的精度和成功率，大幅度地降低危機礦山深部找礦勘探的成本，對于解決我國當(dāng)前面臨的危機礦山可接替資源問題具有重要的現(xiàn)實意義。我們期待，該專著的出版能夠幫助地質(zhì)找礦領(lǐng)域的廣大地質(zhì)科研工作者、教育工作者和生產(chǎn)第一線的地質(zhì)人員掌握隱伏礦體三維可視化預(yù)測技術(shù)，促進我國隱伏礦體定位定量預(yù)測理論與方法的研究和實踐，推動礦山深部找礦工作。同時，書中提供了大量的隱伏礦體三維可視化預(yù)測研究相關(guān)的大量插圖和表格，可作為原始素材供相關(guān)研究和教學(xué)工作直接使用，具有一定的實用和參考價值。本專著由毛先成主筆，鄒艷紅、陳進、賴健清、彭省臨參加共同攥寫完成，最后由毛先成統(tǒng)稿、修改和定稿。參加研究工作的主要人員還有: 鄧浩、周勝、陳春、唐艷華、曾文波、汪凡云、潘勇、趙瑩、胡超。中南大學(xué)邵擁軍為本研究提供了熱情的幫助和指導(dǎo)，楊斌、胡斌、楊牧、王雄軍、席振銖、彭先定為本研究提供了幫助。銅陵有色金屬集團股份有限公司在課題立項、資料收集、野外工作、研究經(jīng)費、技術(shù)人員等方面提供了全面的支持和幫助。在研究工作整個過程中，得到了銅陵公司呂才玉、呂俊武、疏志明、王勇、俞滄海、王建青、袁新洪、汪宏等提供的各種幫助。在現(xiàn)場、野外和坑道地質(zhì)調(diào)查工作中，得到了銅陵公司鳳凰山銅礦詹德光、汪齊全、楊文、毛薦新、魏代煥、唐樹平的大力支持和協(xié)助。在原始資料的收集與整理工作過程中，銅陵公司鳳凰山銅礦唐樹平、魏代煥等提供了全方位的協(xié)調(diào)、指導(dǎo)和幫助。本研究還利用了銅陵鳳凰山銅礦二輪找礦項目的部分資料。中南大學(xué)出版社及陳海波、唐少軍、汪凡云為本專著的出版提供了選題申報、出版基金申請、審稿編輯等方面的支持和幫助。中南大學(xué)戴塔根教授仔細(xì)地審閱了全文，并提出了寶貴的修改意見。在此一并向以上為本研究及專著出版提供支持和幫助的單位及個人表示衷心的感謝。本書為國家出版基金項目和“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目圖書。由于研究深度和水平所限，書中難免存在疏漏、不足和錯誤之處，敬請廣大讀者批評和指正。

內(nèi)容概要

　　本專著系統(tǒng)地介紹了礦山深部找礦預(yù)測的一種新理論與新方法——隱伏礦體三維可視化預(yù)測。內(nèi)容包括：地質(zhì)資料數(shù)字化與綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立、礦田控礦規(guī)律總結(jié)與礦體定位模型建立、地質(zhì)體三維建模與可視化、物化探技術(shù)有效性評價與三維地質(zhì)推斷、控礦地質(zhì)因素三維建模、隱伏礦體立體定量預(yù)測模型建立、預(yù)測成果與可視化表達。
　　專著可供從事找礦勘探、礦床建模與成礦預(yù)測、礦產(chǎn)開發(fā)、地學(xué)信息技術(shù)等方面的科技工作者使用，也可?為高等院校地學(xué)類高年級學(xué)生和研究生的教學(xué)參考用書。

書籍目錄

第1章　緒論
　1.1　研究背景
　　1.1.1研究意義
　　1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
　1.2研究目標(biāo)與工作內(nèi)容
　　1.2.1研究目標(biāo)
　 1.2.2工作內(nèi)容
　1.3技術(shù)路線與工作流程
第2章　地質(zhì)資料數(shù)字化與綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立
　2.1　資料現(xiàn)狀與數(shù)據(jù)需求
　2.2　綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)模型與地質(zhì)勘探工程數(shù)據(jù)模型
　　2.2.1綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)模型
　　2.2.2地質(zhì)勘探工程數(shù)據(jù)模型
　2.3地質(zhì)礦產(chǎn)資料數(shù)字化
　 2.3.1　地質(zhì)礦產(chǎn)資料數(shù)字化與原始數(shù)據(jù)構(gòu)建流程
　　2.3.2地質(zhì)資料的掃描數(shù)字化
　　2.3.3編碼數(shù)字化方案
　2.4勘探工程原始地質(zhì)編錄數(shù)字化軟件開發(fā)
　　2.4.1軟件開發(fā)思路
　　2.4.2軟件體系結(jié)構(gòu)
　　2.4.3軟件主要功能實現(xiàn)
　2.5結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　2.5.1　資料分類體系的關(guān)系模式
　　2.5.2編碼數(shù)字化數(shù)據(jù)的關(guān)系模式
　2.6綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立
　　……
第3章　　鳳凰山礦田控礦規(guī)律與礦體定位模型
第4章　　地質(zhì)體三維建模與可視化
第5章　　物化探技術(shù)有效性評價與三維地質(zhì)推斷
第6章　　成礦信息三維定量分析與提取
第7章　　隱伏礦體立體定量預(yù)測與可視化
參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 研究背景1.1.1 危機礦及老礦山深部找礦研究意義1.1.1 危機礦及老礦山深部找礦研究意義 國內(nèi)外已有礦山的勘探開發(fā)經(jīng)驗表明，已有礦山深邊部存在巨大的資源潛力，歷來都是礦業(yè)公司找礦勘探的重要目標(biāo)區(qū)，是新增資源量的主要途徑(彭省臨，2004)。盡管危機礦山及老礦山深邊部具有巨大的資源潛力，但必須看到，深部潛在資源的尋找面臨著巨大的困難和風(fēng)險，這是由老礦山具有勘探開發(fā)程度高、預(yù)測評價及找礦向深部三維空間發(fā)展、礦山生產(chǎn)對物化探異常信息產(chǎn)生干擾等固有特點所決定的: (1)危機礦山及老礦山的研究、勘探和開發(fā)程度較高，地表和淺部易于發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源已基本被開發(fā)完畢，預(yù)測評價對象以深部和外圍隱伏礦及難識別礦為主，同時，礦山生產(chǎn)對物化探方法及異常(如礦山生產(chǎn)電力和巷道設(shè)施對電法探礦的干擾、土壤和水污染對地化探測的干擾等)，傳統(tǒng)預(yù)測評價缺少可供有效利用的地表指示標(biāo)志及直接利用的找礦信息; (2)預(yù)測評價工作的范圍相對狹小，預(yù)測必須在三維空間范圍內(nèi)展開，這與傳統(tǒng)的以二維平面延伸為主的區(qū)域性評價的工作空間有很大的差別，傳統(tǒng)的預(yù)測評價技術(shù)與方法不能適 應(yīng)向三維空間展開的要求; (3)危機礦山及老礦山在歷年的勘探和開發(fā)過程中，積累了大量甚至海量的與地質(zhì)礦產(chǎn)相關(guān)的礦床勘探、生產(chǎn)地質(zhì)等基礎(chǔ)資料，這些資料是礦山多年積累的寶貴的數(shù)據(jù)財富，是開展進一步預(yù)測評價和二輪找礦工作的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)預(yù)測評價方法對歷史地質(zhì)資料尤其是對歷年的地質(zhì)勘探與生產(chǎn)地質(zhì)資料利用不充分，難以滿足危機礦山深邊部找礦的精密空間定位的要求。因此，采用適合危機礦山找礦特點的預(yù)測評價新方法，是老礦山深邊部資源評價找礦取得突破的關(guān)鍵。自20世紀(jì)80年代以來，通過面向危機礦山深邊部找礦的預(yù)測評價新方法的研究與實踐(彭省臨等，2004)，發(fā)展出了適合于危機礦山深邊部找礦的“隱伏礦體立體定量預(yù)測”新方法(毛先成、陳國珖，1988a，1988b; Mao，1991; 毛先成、戴塔根等，2006，2009，2010)。該方法屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動與知識驅(qū)動相結(jié)合的三維定量評價方法，它強調(diào)預(yù)測評價的客觀化、精細(xì)化、三維化和定量化，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的三維、定量、非線性建模為核心技術(shù)，追求礦化定位機制內(nèi)在規(guī)律的探尋和三維空間中精細(xì)的定量預(yù)測評價。隱伏礦體立體定量預(yù)測把礦山歷年積累的地質(zhì)、勘探和生產(chǎn)方面的地質(zhì)資料及以這些地質(zhì)數(shù)據(jù)為內(nèi)涵的綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫作為預(yù)測評價的數(shù)據(jù)前提，可充分挖掘和提取隱含在綜合地質(zhì)資料與數(shù)據(jù)中的成礦信息，保證建立的預(yù)測模型是客觀的、定量的和三維的。隱伏礦體立體定量預(yù)測較好地解決了直接指示信息少、干擾大、向三維空間發(fā)展、資料挖掘不充分等固有問題，適應(yīng)危機礦山及老礦山深邊部找礦的新需要，是老礦山深邊部找礦取得突破的有效方法。本研究針對危機礦山及老礦山深部找礦預(yù)測的上述問題，在多年開展隱伏礦體立體定量預(yù)測探索性研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家“十一五”科技支撐計劃課題“銅陵地區(qū)危機銅礦山大比例尺定位預(yù)測技術(shù)示范研究”(課題編號: 2006BAB01B07)、國家973計劃前期研究專項課題“危機礦山接替資源大比例尺定位預(yù)測基礎(chǔ)研究”(課題編號: 2007CB416608)和銅陵有色金屬集團股份有限公司校企合作科研課題“銅陵地區(qū)鳳凰山銅礦深邊部隱伏礦體立體定量預(yù)測”，以安徽銅陵銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)資源緊缺的鳳凰山礦田為研究基地，通過三維地質(zhì)建模(3DGM)及三維可視化技術(shù)的引入，研究探索隱伏礦體立體定量預(yù)測的三維化和可視化技術(shù)，重點突破成礦信息三維提取等關(guān)鍵技術(shù)，形成隱伏礦體三維可視化預(yù)測的理論與方法體系，實現(xiàn)危機礦山深邊部資源的三維可視化預(yù)測評價(毛先成、鄒艷紅、陳進等，2010)。在找礦實踐上，本研究的實施，完成了鳳凰山銅礦深邊部資源的三維可視化定位定量預(yù)測評價工作，不僅可以幫助準(zhǔn)確地查明鳳凰山銅礦深邊部的資源潛力和實現(xiàn)深邊部找礦的快速有效突破，還可為銅陵地區(qū)其他礦山的資源評價與找礦工作提供示范，對銅陵有色公司資源控制戰(zhàn)略的實施具有重要的意義。1.1.2 危機礦及老礦山深部找礦國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著人類社會對礦產(chǎn)資源需求的不斷發(fā)展，找礦工作已由地表礦、淺部礦、易識別礦轉(zhuǎn)向?qū)ふ译[伏礦、難識別礦，找礦勘探的難度日益增大，礦產(chǎn)勘查的成功率越來越依賴于深入的成礦規(guī)律研究和科學(xué)的礦產(chǎn)資源預(yù)測評價理論與方法。礦產(chǎn)資源預(yù)測與評價經(jīng)過約50年的發(fā)展，經(jīng)歷了起步、發(fā)展和成熟等階段后，目前已進入科學(xué)化、定量化和數(shù)字化階段。在起步和發(fā)展階段，許多地質(zhì)學(xué)家主要從資源總量評價、遠景區(qū)評價、評價方法、計算機程序等方面進行了開創(chuàng)性的理論研究和應(yīng)用工作(Allais et al.，1957; Slicher et al.，1960; Harris et al.，1970; Barry et al.，1970; Sincair et al.，1970; Agterberg et al.，1971; Griffiths，1975; Singer，1976; McCammon，1976)，在此基礎(chǔ)上，逐步形成了較完善的礦產(chǎn)資源定量評價系列理論和方法，突出的代表性成果是國際地科聯(lián)IGCP 98專題推出的6種礦產(chǎn)資源定量預(yù)測評價方法: 國際國內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用的礦床統(tǒng)計預(yù)測理論及方法(Agterberg，1974; Zhao 1992; 趙鵬大等，1994)、美國地質(zhì)調(diào)查局倡導(dǎo)的“三部式”資源評價法(Singer，1993)、我國學(xué)者提出的綜合信息預(yù)測(王世稱等，1989，2000)和致礦地質(zhì)異常預(yù)測方法(趙鵬大等，1991，1993)。自20世紀(jì)90年代開始，隨著GIS空間信息技術(shù)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源預(yù)測與評價進入數(shù)字化階段，形成了以空間數(shù)據(jù)庫和GIS空間分析為技術(shù)支撐、以“多元地學(xué)空間數(shù)據(jù)集成—多元成礦信息提取與融合—礦產(chǎn)資源潛力制圖”為核心流程的礦產(chǎn)資源數(shù)字化預(yù)測評價方法體系(Bonham-Carter et al.，1990; Katz et al.，1991; Rencz et al.，1994; Knox-Robinson et al.，1997; Cheng et al.，1999; Harris et al.，2000，2006; Asadi et al.，2001; Chen et al.，2004; Zhou et al.，2007; Carranza et al.，2008; Cassard et al.，2008; 池順都等，1999; 肖克炎等，2000; 王全明等，2001; 葉天竺等，2007)，其理論和方法日趨完善和實用。上述理論和方法，尤其是基于GIS技術(shù)的礦產(chǎn)資源定量評價方法，已成為目前開展礦產(chǎn)資源與評價的主流方法而廣泛應(yīng)用于區(qū)域礦產(chǎn)資源遠景預(yù)測評價工作中。但上述方法在應(yīng)用于危機礦山深部找礦預(yù)測時，由于需要向深部三度空間發(fā)展，會遇到礦產(chǎn)資源預(yù)測評價的三維空間問題，即無論是預(yù)測評價范圍，還是評價模型及評價結(jié)果等，都不得不考慮真三維空間的要求。上述礦產(chǎn)資源定量評價方法形成和發(fā)展主要源于中小比例尺的全球性和區(qū)域性礦產(chǎn)預(yù)測評價，且其賴以依靠的GIS技術(shù)及軟件仍然屬于2維或2.5維的，因而，尚不能完全適應(yīng)和滿足危機礦山和老礦山可接替資源找礦向深邊部三度空間發(fā)展的要求。為了將礦產(chǎn)資源定量評價理論和方法有效地應(yīng)用于危機礦山和老礦山深部找礦預(yù)測，需要對上述理論和方法進行三維空間擴展或改造，以便滿足礦山真三維空間下的隱伏礦體立體定位定量預(yù)測要求。

編輯推薦

《隱伏礦體三維可視化預(yù)測》編輯推薦：當(dāng)今有色金屬已成為決定一個國家經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)等發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是提升國家綜合實力和保障國家安全的關(guān)鍵性戰(zhàn)略資源。作為有色金屬生產(chǎn)第一大國，我國在有色金屬研究領(lǐng)域，特別是在復(fù)雜低品位有色金屬資源的開發(fā)與利用上取得了長足進展。我國有色金屬工業(yè)近30年來發(fā)展迅速，產(chǎn)量連年來居世界首位，有色金屬科技在國民經(jīng)濟建設(shè)和現(xiàn)代化國防建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。與此同時，有色金屬資源短缺與國民經(jīng)濟發(fā)展需求之間的矛盾也日益突出，對國外資源的依賴程度逐年增加，嚴(yán)重影響我國國民經(jīng)濟的健康發(fā)展。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，已探明的優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源接近枯竭，不僅使我國面臨有色金屬材料總量供應(yīng)嚴(yán)重短缺的危機，而且因為“難探、難采、難選、難冶”的復(fù)雜低品位礦石資源或二次資源逐步成為主體原料后，對傳統(tǒng)的地質(zhì)、采礦、選礦、冶金、材料、加工、環(huán)境等科學(xué)技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)。資源的低質(zhì)化將會使我國有色金屬工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨生存競爭的危機。我國有色金屬工業(yè)的發(fā)展迫切需要適應(yīng)我國資源特點的新理論、新技術(shù)。系統(tǒng)完整、水平領(lǐng)先和相互融合的有色金屬科技圖書的出版，對于提高我國有色金屬工業(yè)的自主創(chuàng)新能力，促進高效、低耗、無污染、綜合利用有色金屬資源的新理論與新技術(shù)的應(yīng)用，確保我國有色金屬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有重大的推動作用。作為國家出版基金資助的國家重大出版項目，《有色金屬理論與技術(shù)前沿叢書》計劃出版100種圖書，涵蓋材料、冶金、礦業(yè)、地學(xué)和機電等學(xué)科。叢書的作者薈萃了有色金屬研究領(lǐng)域的院士、國家重大科研計劃項目的首席科學(xué)家、長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、全國優(yōu)秀博士論文獎獲得者、國家重大人才計劃入選者、有色金屬大型研究院所及骨干企業(yè)的頂尖專家。國家出版基金由國家設(shè)立，用于鼓勵和支持優(yōu)秀公益性出版項目，代表我國學(xué)術(shù)出版的最高水平?！队猩饘倮碚撆c技術(shù)前沿叢書》瞄準(zhǔn)有色金屬研究發(fā)展前沿，把握國內(nèi)外有色金屬學(xué)科的最新動態(tài)，全面、及時、準(zhǔn)確地反映有色金屬科學(xué)與工程技術(shù)方面的新理論、新技術(shù)和新應(yīng)用，發(fā)掘與采集極富價值的研究成果，具有很高的學(xué)術(shù)價值。中南大學(xué)出版社長期傾力服務(wù)有色金屬的圖書出版，在《有色金屬理論與技術(shù)前沿叢書》的策劃與出版過程中做了大量極富成效的工作，大力推動了我國有色金屬行業(yè)優(yōu)秀科技著作的出版，對高等院校、研究院所及大中型企業(yè)的有色金屬學(xué)科人才培養(yǎng)具有直接而重大的促進作用。

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