储量估算系统技术方案

1、1 系统技术方案MAPGIS矿山资源量估算与三维建模系统是一个单机环境下，基于MAPGIS平台，集地质矿产勘查（核查）综合资料整理与采集、矿体圈定、资源储量估算、三维模型显示、矿山储量核查与矿产资源辅助评价分析于一体的软件系统，实现对地质矿产数据的有效存储与管理、为矿产资源储量核查、矿山开发管理、成矿预测辅助分析提供有利的工具。整个系统分为固体矿产资源储量动态管理子系统和三维地质建模与分析应用子系统。2.2.11.1 固体矿产资源储量估算子系统固体矿产资源储量动态管理子系统实现地质矿产数据和信息的标准化录入和检查、可视化固体矿产储量估算与成果编制、资源储量动态管理功能、地质矿产成果编制与输出1

2、.1.1 数据录入与检查功能系统能有效对基础地质地理数据、勘查工程产生的数据、成果资料数据、三维模型数据这些来源广泛、类别众多、数量庞大的空间数据和属性数据进行录入与组织存储，对于勘探工程产生的数据应支持数据的修改和查询，对于其它类型数据应支持存取管理，为政府进行储量管理、矿产经济评价与分析、三维可视化资源储量估算提供数据服务。另外还应支持以下功能：1.2.3.4.5.5.11.5.1.1.1.1.1 数据录入系统采用高效的录入方式， 选中需要导入数据的矿区，点击“数据导入”。图1-1-1“矿区总表”对话框只需将“矿区信息Excel数据”及“背景图层数据”通过点击后面的“浏览”打开点击“导入数

3、据库”即可导入。图1-1-2 “矿区基本数据导入”对话框针对不同阶段的数据录入的要求系统提供多种导入方式的选择：l “清空Access表，然后复制Excel中的数据”l “按照关键字，添加数据库中没有的数据记录”l “按照关键字，更新已有的数据记录，添加没有的数据记录”图 1-1-3“数据导入操作方式选择”对话框1.1.1.2 数据正确性和完整性检查系统提供数据检查工具，利用该工具可对原始勘查数据进行数据正确性与完整性的检查，可以在一定范围内有效检查用户在编录过程中输入的不合理数据。在开始所有的操作之前，应先用数据检查工具将所有的数据检查一遍，以避免在以后的操作中由于数据的不合理导致需要重新操

4、作的问题，可以大大减少错误发生。检查方式可以是逐条勘探线检查，也可以全部勘探线一次检查。1.1.1.3 矿区数据更新与维护具有数据动态管理功能，支持数据的更新和维护，避免数据更新导致的老数据丢失问题。新的数据录入可以采用数据增加录入的方式，在数据录入时选择需要的方式即可。l “清空Access表，然后复制Excel中的数据”l “按照关键字，添加数据库中没有的数据记录”l “按照关键字，更新已有的数据记录，添加没有的数据记录”已存在的数据还可以通过系统以下的对话框进行查看和修改。双击即可修改。图1-1-4 矿区数据的维护与更新对话框1.1.1.4 数据矢量化及标准化针对很多矿区数字化程度不高，

5、手工图件为主的情况，可以先将纸质图件扫描，然后使用MapGIS平台进行图件的矢量化工具，并存储成MapGIS可识别的点、线、面文件。针对原有资料数据格式不统一，存放分散、综合利用率低的问题，系统数据管理模块提供数据标准化录入与管理工具，统筹规划，统一建库，实现数据的标准化、一体化管理及资源共享提高政府全省矿产资源管理、规划、科研等工作的效率。如地层文件的根据相应的方式进行矢量化和标准化后可以导入到系统中建立三维剖面从而构建三维地层模型。1.1.2 可视化固体矿产储量估算与成果编制可视化固体矿产储量估算与成果编制根据矿区的相关勘查信息对矿体的储量进行估算和储量估算成果的交互编制，包括勘查资料的整

6、理、根据化学分析结果，进行单工程矿体地段圈定、编制勘探剖面图，根据地质概念模型进行矿体连接、剖面法资源储量估算、地质块段法资源储量估算、地质统计学资源储量估算及地质矿产成果编制与输出工能。1.5.2.1.1.2.1 勘查资料的整理历史资料的数字化及整理首先是将采集或搜集到的有关纸质原始勘察资料通过扫描、矢量化、编辑、录入等方式进行数字化，对于已经数字化的资料则需要视情况进行简单分类整理，以便于进行后面的规范化处理、入库等操作，这一层次的数据作为系统最原始资料保存，除非录入错误一般不允许更改。数据的规范化处理数据的规范化处理按照国家标准、行业标准、地方标准和/或系统建设标准对数字化后的资料分类进

7、行数据的编辑整理、格式化、转换、概括等处理。上述工作需要在有关标准基础上，借助MapGIS软件并结合专业人员知识经验完成。三维建模数据概化处理实现地质勘查成果的立体化和可视化是系统的一个重要目标，其基础就是根据钻孔、剖面、地质图等低维成果建立三维地质模型，再通过必要的渲染和可视化分析手段进行表达。地层建模主要使用两类数据：一类是反映地表变化情况的基础地理数据，如地理底图、DEM数据，这类数据对三维地质模型只起空间定位、地形约束、修饰作用；另一类是反映地下地质结构变化情况的地质勘探解释数据，如钻孔、剖面、地质图等，进行三维地质建模时需要使用这类数据精确确定地层、断层等点状、线状、面状及体状地质构

8、造空间和属性信息，这类数据是进行三维地层建模的关键数据。由于三维地层模型的确定性和拓扑严格性，相应地也要求这类数据必须具有严格的、确定的几何和拓扑一致性。考虑到项目搜集到的钻孔资料多来自于不同时期、不同项目，由于不同项目勘探目标不同、所基于的标准不一致，甚至不同地质人员之间认识的差异性，导致对同一区域或相近区域地质现象解释的详细程度和划分结果不一样，甚至差别非常大或是自相矛盾，这对于强调成果表达和三维地层建模来说是无法接受的。基于不同勘探资料解释得到的剖面图、地质图也存在同样的问题，且由于编制这些图的原始目的主要是进行成果的表现，制图人员多是从制图的角度考虑如何修饰、如何好看，并没有过多考虑图

9、面上地质元素的拓扑、几何的严格和一致性，而这些都是进行三维地层建模所必须的。鉴于上述原因，系统建设过程中需要结合三维地层建模对数据精度和一致性的要求，按一定的规则对原始钻孔、剖面、地质图进行概化处理，使得这些反映垂向地质结构的数据逐步变得有序化，为进一步建立三维地质模型奠定基础。在所有的数据规范化处理工作中最关键的也是最具挑战性的工作是地层、钻孔、剖面、地质图等三维建模基础资料的概化解释工作，这种概化工作主要依靠地质专业人员在对全局地质现象认识的基础上，结合自身经验并参考多方面资料进行人工解释，其中间过程可借助GIS等工具完成。数据入库对于地理底图、DEM等基础地理空间数据可借助MapGIS相

10、应功能进入系统；对规范化处理后的专题属性数据（结构化表格类数据），可借助Excel工具支持导入，还可进行有效性检查、修改、编辑等操作。 1.1.2.2 根据样品分析结果，进行单工程矿体圈定矿产工业要求，具体体现为矿产工业指标（简称工业指标），它是在当前技术经济条件下，各矿产工业部门根据矿产资源供需情况，对矿产质量和开采条件所提出的要求。主要用于矿体圈定、划分矿石类型、品级和计算储量，是评价矿产工业指标的主要依据。系统利用勘查资料形成钻孔采样柱状图，在此基础上根据矿床工业指标，包括边界品位、最低可采厚度、夹石剔除厚度等参数进行单工程中矿体的自动化圈定和交互编辑处理。1.1.2.3 编制勘探剖面图

11、，根据地质概念模型进行矿体连接从钻孔柱状图根据地质概念模型形成勘探剖面图，计算机完成的具体工作有各种工程在剖面位置投影计算、剖面地层矿体的自动生成、剖面矿体的交互圈定、地层、构造的剖面连接等。1.1.2.4 剖面法资源储量估算系统提供平行剖面法和不平行剖面法两种方法。根据块段两侧勘探剖面内的工程资料，块段截面积及剖面间的垂直距离分别计算出块段的体积和矿产储量，各块段储量的总和，按矿体、矿石品级、储量类型统计矿体资源储量。该方法是矿床勘探中应用最广的一种资源储量估算法。它利用勘探剖面把矿体分为不同块段。除矿体两端的边缘部分外，每一块段两侧各有一个勘探剖面控制。按矿产质量、开采条件、研究程度等，还

12、可将其划分为若干个小块段，根据块段两侧勘探剖面内的工程资料，块段截面积及剖面间的垂直距离即可分别计算出块段的体积和矿产储量，各块段储量的总和，即为矿体或矿床的全部储量。 图1-1-5 三维块段交互连接及储量统计剖面法的特点是借助勘探剖面表现矿体不同部分的产状、形态、构造以及不同质量，科同研究程度和矿产储量的分布情况。按勘探剖面的空间方位和相互关系，剖面法又分为水平剖面法、垂直平行剖面法和不平行剖面法。而在垂直剖面法中又可分为两种；一种是按勘探线为划分块段边界的，这是最常用的一种；而另一种则是以勘探线间的平分线为划分块段边界的，又称之为“线储量法”。即每一勘探剖面至相邻两剖面之间二分之一距离的地

13、段，即为该剖面控制的地段，分别计算各块段的储量，然后累加即为矿体或矿床的储量。 地质剖面法储量估算的主要处理流程如下：（1） 利用勘探剖面把矿体分为不同块段（2） 求剖面上的平均品位、面积:C,S（3） 体积计算：两个剖面平行 、两个剖面不平行（4） 矿体储量计算： 矿石量 = 矿石体积 * 矿石体重 金属量 = 平均品位 * 矿石量1.1.2.5 地质块段法资源储量估算根据单工程圈定结果和已经揭露的地质信息，生成剖面矿体投影图、储量管理图、采样平面图以及中段图。在各投影图中提供添加投影点、划分块段、块段储量计算、删除块段、块段注记设置等操作。根据在剖面视图中给每一个连接面积输入的矿体名称，系

14、统自动将此矿体名称回填到了单工程圈定结果上，根据地质块段法的原理，产生“若干个不同厚度的理想板块体”的条件。根据不同投影方式，将整个矿区的带有相同矿体号的见矿工程投影到水平面或垂直面上。提供通过鼠标勾线的方式，将一个矿体划分为若干个块段，通过块段储量计算计算各个块段的储量，并可以设置注记将其标识在矿体图上。此方法原理是将一个矿体投影到一个平面上，根据矿石的不同工业类型、不同品级、不同资源储量类型等地质特征将一个矿体划分为若干个不同厚度的理想板块体，即块段，然后在每个块段中用算术平均法(品位用加权平均法)的原则求出每个块段的储量。各部分储量的总和，即为整个矿体的储量。地质块段法应用简便，可按实际

15、需要计算矿体不同部分的储量，通常用于勘查工程分布比较均匀，由单一钻探工程控制，钻孔偏离勘探线较远的矿床。 图 1-1-6 矿体水平投影储量图及块段储量计算地质块段法按其投影方向的不同又分为垂直纵投影地质块段法，水平投影地质块段法和倾斜投影地质块段法。垂直纵投影地质块段法适用于矿体倾角较陡的矿床，水平投影地质块段法适用于矿体倾角较平缓的矿床，倾斜投影地质块段法因为计算较为繁锁，所以一般不常应用。1.1.2.6 地质统计学法资源储量估算组合样划分在进行地质统计学资源储量估算之前，要将取样长度不等的样品作等长处理，即划分组合样。系统提供矿区采样分析数据的组合样划分功能。数据统计分析提供直方图分析、概

16、念图分析、位置图分析、正态QQ图分析、普通QQ图分析、散点图分析和变差函数分析。通过图形的方式显示空间分布特征，如数据分布形态、数据特异值、数据累计概率分布情况、数据的空间分布位置。组合样导入可以选择组合样文件中不同矿体进行统一储量计算，也可以对单个矿体进行约束TIN文件的导入。空块模型建立系统提供空块模型的生成功能，同时实现边界约束处的多级细分处理。变差函数分析系统需要提供方便的交互工具和显示界面进行变差函数计算和拟合。可以实现任意步长、方向、搜索半径、搜索角度（包括倾角、走向、滚动角等）下变差函数的计算。在计算完成之后，可以设置步长间权值，对每个步长计算值对变差函数的贡献进行分配。变差函数

17、拟合和结构套合系统提供球状模型、高斯模型、线性模型等多种理论变差函数拟合模型。通过设置不同的块金值，拱高，主轴半径，将拟合模型和实验变差函数的计算结果进行对比，实现对理论变差函数的拟合。块体估值系统提供克里格插值和距离反比插值两种块体估值方式。对于克里格插值提供：普通克里格、简单克里格、泛克里格和指示克里格等几种常用克里格估值方法。1.1.2.7 地质矿产成果编制与输出地质矿产成果图表是矿产勘查、储量核查工作成果最为重要的体现。系统按我国固体矿产勘查规范、资源储量动态核查技术要求提供地质矿产成果图表编制和输出功能。图件编辑根据勘查工程数据、资源储量估算、储量核查结果自动或辅助生成各种资源储量估

18、算图件，包括： 矿区勘查工程平面图 矿区采样平面位置图 勘探线剖面图 矿区采样平面图 矿体工程平面图 矿体垂直纵投影图 矿体水平投影图 矿体等高线图 中段地质平面图 垂直纵剖面图 钻孔测井曲线图将系统生成的图件通过一定的编辑制作功能（如按照要求加上边框，填充相应的颜色、晕线、图案或给图元添加属性）制作成专业的资源储量估算和核查图件。报表生成根据勘查工程数据、资源储量估算、储量核查结果自动生成指定格式的报表，包括： 钻孔单工程矿体编号及面积编号表 平硐单工程矿体编号及面积编号表 探槽单工程矿体编号及面积编号表 剖面矿体面积及平均品位计算表 矿体剖面面积计算明细表 扣除面积计算明细表 块段矿体平均

19、品位计算表 块段矿体体积平均品位矿石量、金属量计算表 矿体体积平均品位矿石量金属量汇总表 矿区矿体体积平均品位矿石量金属量汇总表 矿体编号总表 块段编号及资源储量类型总表 面积编号隶属块段编号对应表 多方案工业指标参数表 钻孔弯曲校正计算表 矿体块段体积计算明细表 矿体资源储量估算表 矿体储量汇总表1.1.3 资源储量动态管理功能动用储量管理模块可以将采空区的相关信息及采空储量统一入库管理，方便监测，二维主要包括采空区坐标录入、导入采空区、采空区的编辑等。1.1.3.1 采空区坐标录入系统提供灵活的采空区坐标录入、浏览、添加、修改的方法。图 1-1-7 采空区坐标编辑对话框1.1.3.2 导入

20、采空区用户只需勾选需要导入的采空区的坐标标识即可将采空区导入。采空区 图 1-1-8 采空区导入菜单 图 1-1-9 采空区导入1.1.3.3 采空区的编辑填写采空区的所属块段，刷新之后即可看到动用矿石量、块段体重、块段倾角、块段厚度、斜面积、块段体积、采出矿量、储量级别出矿品级、品位/金属量信息；填写采空年月。对出矿品位进行设置，相应的采出金属量与贫化率系统会自动给出。图 1-1-10 填入所属块段号得到相关信息1.2 三维地质建模与分析应用子系统2.21.2.1 矿区三维建模系统提供矿区场景的三维建模功能，包含槽、井、坑、探等工程实体、勘探剖面、化学样品、矿体模型、地形模型的显示。5.22

21、.5.1.1.2.1.1 槽、井、坑、探等工程实体的三维显示根据钻孔轨迹数据显示钻孔立体模型；根据槽、井、坑的几何参数和空间位置显示其立体模型；巷道等人造工程实体的三维显示。 图 1-2-1 矿区三维实体显示1.2.1.2 三维模型组合显示提供钻孔、井等勘查工程实体、勘探剖面、化学样品、矿体模型、地形模型等数据的任意三维组合显示功能。 图1-2-2 三维样品及组合显示1.2.2 矿体表面建模模块基于勘探线剖面上的矿体轮廓线通过系统提供的交互连接成矿体表面模型，允许一次选择单个或多个矿体轮廓线进行连接，生成的模型可以进行任意的切割和选择进行要显示的矿体要素和调整显示颜色。若在二维上对矿体面积进行

22、了修改，只需再次从数据库导入矿体模型即可，无需重新连接矿体模型。利用一系列矿体的轮廓线、辅助线，不一定是勘探线或边界线，在线之间连接三角网，能应用于各种复杂情况下，创建各种复杂实体，如矿体尖灭到一条线（点）、相邻剖面轮廓线形状极不相似或剖面间还有工程的情况。该方法的核心是用辅助线，将所要连的段，连接起来，成为一个整体，再连三角网。 图1-2-3 基于剖面矿体轮廓线生成矿体表面模型1.2.3 三维地层建模模块基于钻孔获得的岩性信息，在剖面图上根据相邻工程，邻接剖面的地质研究情况以及地层连接的要求（如按年代、分组或岩性）对剖面地层（岩层）进行自动连接。连接完成之后地质人员根据实际地质情况进行交互修

23、改；如修改地层（岩层）形态、图上绘制断层处理（手工绘制、指定坐标绘制），根据断层落差对断层两侧的地层（岩层）进行外推或尖灭处理。在勘探线剖面上的地层（岩层）轮廓线之间进行连接生成地层（岩层）实体模型和在三维面模型基础上生成地层（岩层）的块体模型。在生成地层（岩层）三维面模型时根据地层（岩层）间的接触关系进行轮廓线连接。在生成地层（岩层）实体模型后可允许对模型进行任意切割并选择进行要显示的地层（岩层）要素和调整显示颜色。近似平行剖面的地质面构建方法基本思路是在两个相邻的剖面上选择两组可以对应拼接的弧段，采用轮廓线拼接的方式建立地质面，其主要过程为从两个相邻的地质剖面上寻找两组对应的剖面线进行拼接

24、构建地质面。在进行拼接的过程中平台提供合并添加线、添加尖灭点、提取子弧段、添加控制线、生成透镜体、相交面切割等一系列交互建模工具，用于三维环境下交互建模。当地质面都生成以后，就可以形成地质块体了，首先创建一个空的地质体，选择相应的地层编号，然后把相应的地质面跟剖面区添加到该块体中去，就形成一个封闭的地质体。图1-2-4 基于近似平行矿山剖面构模过程1.2.4 三维采空区建模三维采空区建模使采空区的相关信息及采空储量统一入库管理，方便监测，在三维中更加直观的表现采空模型。系统提供如下功能： 根据实际地质测量结果，在三维视图中显示采空区边界范围； 根据采空区边界范围和采空区所属采掘面间关系自动生成

25、采空区三维模型； 基于采空区三维边界，手工交互生成采空区三维模型功能； 显示采空区与矿体表面模型相交结果并获取采空区动用地质储量； 显示采空区与矿体块体模型相交结果并获取采空区动用地质储量； 可对求交后的矿体表面模型、块体模型进行联合显示与信息查询。在三维视图，利用中段法显示采空区将采空区边界导入到系统中。这时在视图中可以看到一些白色边框，即为采空区边界。图 1-2-5 采空区边界显示效果采空区边界的连接有两种方式：（1）单个连接：在视图中双击选定要连接生成一个采空区的两个采空区边界，单击右键生成一个采空区。图 1-2-6 双击选择采空区边界生成采空区（2）自动生成采空区：系统会根据采空边界的名称，将相同名称的采空区边界连接成一个采空区。图 1-2-7 自动生成采空区效果图系统还提供双击删除某个采空区、删除所有采空区、修改采空区颜色的功能。将矿山三维基本数据导入，矿体图层导入，系统提供 “基于矿体表面模型计算采空储量”，系统会自动求出采空区内的矿体。图 1-2-8基于矿体表面模型计算采空储量效果图基于矿体表面模型计算采空储量建立的模型可提供查询功能，双击视图中的基于矿体表面模型的采空模型，会