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一种合理、可行的固体矿产勘查三维优化方法-矿业在线

地质空间关系解释是地质研究中最艰难的工作。以三维优化的勘查方法建立三维优化的可视化地质模型来解释勘查区内复杂的地质空间关系,并以此指导后续的矿产勘查?矿井建设与开采一直是地质人的梦想。

《固体矿产勘查三维优化方法: 基于R-TIN/ GR-TIN 勘查网和TTP-曲面细分》(黄桂芝著. 北京: 科学出版社, 2017. 12)一书提出了一种基于R-TIN/ GR-TIN 勘查网和TTP-曲面细分的固体矿产勘查三维优化方法。 其主要内容包括:
①旋转顶点处各有一个钻孔?内部有三个钻孔的正方形, 并拼接为正方形配套单元, 再通过平移复制形成交错分散性更好的旋转式三角形勘查网, 或在此基础上细分方法进行加密, 选择一种作为勘查网;
②在参考层局部底板等高线图的基础上, 通过旋转虚拟岩心, 建立不同情况下只要一个非定向斜孔见到断层或矿层, 就可以求得其产状的数学模型;
③依据相邻三个数据点(钻孔资料?分析点或内插点) 处同一矿层或断层的三维坐标和产状建立求解所圈定的三角形曲面产状变化过渡点的三维坐标和产状的数学模型;
④依据钻孔中所见矿层或断层的三维坐标和产状建立求解和内插断矿交点的数学模型;
⑤利用已知地质点?分析点及其内插加密点制作勘查区三维地质模型或矿层底板等高线图;
⑥在三维模型中, 调整尚未施工钻孔的位置以对断层和矿层进行三维追踪控制我的美女群芳 , 在新施工钻孔完工后及时进行三维模型的补充?修改和完善;
⑦采用基于R-TIN/ GR-TIN 勘查网和TTP-曲面细分方法的三角形模型法或三角形曲面积分法估算资源/ 储量。

先想象一下,相邻的三个或四个钻孔之间的矿层(床)曲面是什么模样。 应该有三种可能:凸?凹?平。 现在,不考虑平,只考虑凸与凹,但不知道是凸或凹,也不知道凸点?职业中介凹点的具体位置。 在没有办法的情况下,只能先将其连成空间平面。 这样,矿产勘查可类比为削果皮,如图1 所示。

图1 果皮曲面类型图
(a)GR-TIN 网;(b)正方形网;(c)三角形网;(d)正三角形网
相同的是,削皮之后,果体与矿体的外表都成了多面体。 不同之处包括:
第一,削皮前后,果体形状的差异可以控制,一般较小,而矿体形状的差异难以控制,有时较大。 因为,前者是在可见的情况下进行的,果皮上哪有坑,哪有包,都能看到,削的时候我们可以调整每一块果皮的大小和形状,不会把有包的地方都削下去,也不会让有坑的地方削不着。 削皮之后,只是果的体积被三维缩小,但形状仍与削皮前相仿;而后者是在看不见地下矿层(床)是什么模样的情况下布置钻孔,进行勘探的,不知道哪凸哪凹,在经过比喻的削皮之后,不只是矿层(床)的体积被三维缩小或放大了阴魂借子,其形状与削皮前可能差别较大,只是当时无法知道,只能等开采后才见分晓。
第二,弃皮与贴皮的不同。 对于果皮,可以削而弃之,但对于“矿皮”,则要把削下去的再贴回去(该处为凸时),恢复其曲面形状。 如果不贴回去,这些“矿皮”中的矿产资源/ 储量就等于扔了,像弃果皮一样。 可这项贴“矿皮”的工作很难,因为需要在看不见它们的情况下先把它们的模样画出来,还需画得比较准确;然后才能贴得好,才能使后续的资源/ 储量估算比较准确。
第三,削皮时多几片或少几片给人的敏感不同。削果皮时多几刀,多几片没关系,因为成本低,没人去算计。 矿产勘查时若多了几个钻孔,多了几片“矿皮”,情况可不一样。 一个钻孔的投入少则几十万康康舞曲简谱,多则上百万,矿权单位和勘探单位都不会轻视钻孔投入问题。
总之,通过上述对比可以看出,矿产勘查工作的特点若用漫画的形式表现,则是先削去“真矿皮”,然后再贴上“假矿皮”(该处为凸时),勘查质量的高低就在于“假矿皮”与“真矿皮”之间的相似程度。

基于GR-TIN/ R-TIN 和TTP-曲面细分的固体矿产勘查三维优化方法的特点如下。
1.“矿皮”的形状———GR-TIN / R-TIN及其TTP-加密网
在RG-TIN 勘查网中,因为平均边长较短?直角三角形较少,在面积和钻孔数量相同时,所削下去“真矿皮”的体积较正方形网和基于正方形网的三角形网中的要小,较正三角形网中的要大。
以削果皮为例的实验数据为例:
方案1,在直径为5000mm 的球体表面布设GRTIN削果皮,当GR-TIN 中基础正方形的边长为500mm,其中3 个采样点的位置分别为a(150mm,150mm)?b (200mm托奶门,375mm)仰月唇?c (400mm,200mm) 时, 在球体表面的1000mm ×1000mm 范围内, 所削果皮的体积之和为4591512. 139m3 ( 531881. 976?587483. 050?655123. 169?689089. 398?769571. 115?363514. 071?550262. 735?444586.625 之和)罗宫春色,如图1(a)所示;
方案2,在同一球体表面同样大小的范围内布设500mm×500mm 的正方形网削果皮,所削果皮的体积之和为10431374. 15(4×2607843.537)m3李宣榕,如图1(b)所示;
方案3,在方案2 的基础上连接500mm×500mm 正方形网中两组对角线中的一组对角线,以所形成的直角三角网削果皮,所削果皮的体积之和为5557739. 216(8×694717.402)m3,如图1(c)所示;
方案4,在同一球体表面同样大小的范围内布设边长为537.285mm 的正三角形网削果皮,所削果皮的体积之和为3609481. 36(8×451185.170)m3,如图1(d)所示。
在范围(或底面积)相同的情况下,从所削果皮的体积来看,方案1 较方案2 减少55. 98 %?较方案3 减少17.39 %;方案4 较方案1 减少21.39 %,但较方案1 中所需控制点多22.22 % [(9-7) /9,另两个点在其他基础正方形内]。 可见,如果是削果皮,正三角形网好,因其所削果皮最薄;如果是矿产勘查,则GR-TIN/ R-TIN 好,因其所削“矿皮”次薄,但节省钻孔。
将图1 中的果皮平铺到平面上的图形概略表示,如图2 所示。

图2 四种方案中果皮曲片示意图
(a)GR-TIN 网;(b)正方形网;(c)三角形网;(d)正三角形网
为什么GR-TIN 勘查网会有如此的效果呢?
在GR-TIN 勘查网中,从钻孔分布的方向来看,以基础正方形顶点为中心,其外侧的控制点分布在16 个方向,如图2(a)所示,既有稳定,又有灵活?变化?和谐,使相邻钻孔数据间的分散性和相似性合理,能够从多方向上很好地呼应配合,即可减小所切“矿皮”的厚度,又可提高对断层等异常情况的捕捉率和对矿层(床)的预测?控制或探明程度;而在正方形网中,以正方形顶点为中心,其外侧的控制点分布在8 个方向,如图2(b)所示,只有稳定,没有灵活?变化?和谐,相邻钻孔数据的分散性不好考德上公培,不能够从多方向上很好地呼应配合,使所切“矿皮”的厚度较大,对断层等异常情况的捕捉率较低,矿层(床)的预测?控制或探明无法得到很好的保障。
GR-TIN 基础上的TTP-密网如何呢中部就业网?
对勘查网而言,从钻孔布局最优化的角度出发,最理想的应是将钻孔布设在地质特征线上或特征点处,即网随形设,灵活而用,以使所求得的曲面形状与真实曲面形状之间差别不大。 作者将这种勘查网称为随形勘查网。 但我们做不到,因为在采掘证实之前我们无法预知地质特征线?特征点的具体位置。 GR-TIN/ R-TIN 基础上的TTP-加密网是在以GRTIN/R-TIN 中交错分散性较好的钻孔布局对勘查范围进行合理的三角形块段划分,获得合理的基本数据分布之后,在下一勘查阶段钻孔加密时,采用TTP-方法尽可能地将加密钻孔的三维轨迹设计在各矿层(床)?断层金锣oa?尧建云褶曲等三角形曲面内产状变化的过渡点处优优云,并以此方法逐级加密贝蓝品,形成近似的随形网。
2.原始数据的挖掘方法——旋转虚拟岩心法求解非定向钻孔中断层(矿层)产状?解析法求断矿交点
旋转虚拟岩心法求解非定向钻孔中断层(矿层)产状方法的作用是从岩心资料中分析出地质点位的产状信息,使其为向量,以此为基础再求得断矿交点的坐标及所在断矿交线的倾伏信息,使其也为向量。
3.数据内插方法——三角形曲面内产状变化过渡点与相邻断矿交点间断矿交线倾伏变化过渡点的求解方法
对于矿层(床)或断层,由于其曲面变化的复杂性,我们无法确定各三角形曲面内产状变化过渡点的准确位置,但若所求的近似点与实际的准确点间误差不大,则比没有近似点要有利。 TTP-面内过渡点内插方法的特点是同时考虑了距离?方向和夹角的影响,可提高内插过渡点的准确性。 若采用此方法求得矿层(床)或断层的三角形曲面内产状变化的各级近似的过渡点,利用TIN 直接建模,则每一个小的三角形曲片都为近似的随形片,可更好地提高矿层(床)曲面的准确性。求解相邻两个断矿交点间断矿交线倾伏变化过渡点的方法也是矢量内插法,使断矿交点的内插更可靠。
4.地质图件编制方法——断层与矿层(床)分别建模的三维地质建模方法
在以GR-TIN 的TTP-密而得的近似随形网的基础上通过断层与矿层(床)分别建模的方法所建立的三维地质模型将具有更高的精度。 在此三维模型中再剖切所需剖面,可提高剖面中矿层(床)和构造形态的正确性或准确性。
5.资源/储量估算方法——三角形模型法和三角形曲面积分法
基于GR-TIN / R-TIN 勘查网和TTP-曲面细分的三角形模型和三角形曲面积分的资源/ 储量估算方法可以更有效地缩小模拟曲面与真实曲面间的差距,通过提高体积估算的精度来提高资源/ 储量估算的精度。
6. 总体特点
基于GR-TIN/ R-TIN 和TTP-面细分的固体矿产勘查三维优化方法的整体特点可以概括如下:交错分散好,钻孔数量少;剖面数量多,“矿皮”削得高兮妍薄;多方向分析臭鼬猿,对比更可靠;产状为依据,模样贴得好;储量估算准,效益可提高。
7. 合理性与可行性
地质变化复杂性的存在,使我们无法依据有限的钻孔资料绝对客观地对矿层(床)进行全面的分析研究。 基于GR-TIN/ R-TIN 和TTP-曲面细分的固体矿产勘查三维优化方法中解决问题的途径可分为两类:第一类是在其所属的维度内增加方向,如GR-TIN/ R-TIN 勘查网?钻孔的三维优化设计。 这类方法具有绝对的合理性,但同时还需要具有经济上的可行性。 对于GR-TIN/ R-TIN 勘查网,因其可以节省钻孔数量及钻探工程量,经济上当然可行。对于钻孔的三维优化设计,则要根据具体情况下的经济投入确定是否可行。 第二类是先确立假定条件,然后根据其假定再寻找方法。 这类方法具有相对的合理性,但因其都是数据挖掘或数据内插,不涉及经济上是否可行的问题。 对于这类方法,假设的数量越少,假设的可靠性越好,假设时考虑的因素越多,所得结果的合理性就越大。 例如,旋转虚拟岩心法求解非定向钻孔岩心中断层(矿层)产状的方法万玉枝,因假设的在基于GR-TIN/ R-TIN 及其TTP-加密的勘查网基础上编制的矿层底板等高线图中求得的矿层倾角与矿层实际倾角相等的可靠性较好,且只有一个假设,因此,所得结果的合理性也应相应较好;三角形曲面内产状变化过渡点?相邻两个断矿交点间断矿交线倾伏变化过渡点?三角形曲面积分的求解方法,我们假设其均呈均匀的连续弯曲变化,因只有一个假设,且充分考虑了数据点间方向与夹角的影响,当假设情况与实际情况差别不大时,较忽视或淡化数据点间方向与夹角的方法具有相对更好的理论上的合理性,所得结果的准确性应较好飞越彩虹。
因为求解三角形曲面内产状变化过渡点?断矿交点所需的产状数据可以不受岩心情况的限制,只需采用GR-TIN/ R-TIN 及其TTP-加密的勘查网即可求得,所以基于GR-TIN/R-TIN 和TTP-曲面细分的固体矿产勘查三维优化方法将实施中难点处的最后出路放在最好实施的勘查网布局上,而非情况复杂?不好解释的岩心上,使难点的实施因有可以弃难而简的方法而具有实际应用方面的可行性。
本文节选自《固体矿产勘查三维优化方法: 基于R-TIN/ GR-TIN 勘查网和TTP-曲面细分》(. 北京: 科学出版社, 2017. 12)一书。
作者:黄桂芝,来源:赛杰奥(微信号:sci_geo)。
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编辑:矿语君,责编:谢涛。
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