一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法及应用与流程

本发明涉及矿产勘查技术领域中资源储量评估方法，尤其涉及一种基于数字高程模型与专家知识经验相结合，充分发挥计算机应用技术优势的矿产资源储量评估方法及应用。

背景技术：

更为精确的矿产资源储量评估方法对于成矿远景预测、资源储量估算、资源储量动态检测及采矿工程量验收、非法采矿造成资源储量破坏价值评估等地质工作的开展及成效具有重要意义。

然而，由于矿体往往呈隐伏状态深埋地下，已知矿体形态信息十分有限，以目前常用离散数据构建的简单几何形态直接进行矿产资源储量评估往往与矿体实际资源储量悬殊较大，因此，需要利用现代先进技术对矿产资源储量评估方法进行科学改进。

数字高程模型（Digital Elevation Model),简称DEM，是通过有限的高程数据实现对地形曲面数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。数字高程模型为矿体数字形态建模与资源储量评估提供了数学方法与研究方向。

由于含矿地质体是在地球长期演化的动力地质作用下，多以层状、似层状形态产出，根据一般矿体上部、下部界面及端部界线空间数据特征，运用现代科技成果中数字高程模型进行矿产资源储量评估是可以实现的。

通过对提取到的矿体形态空间数据分析、研究，建立矿体形态的数字模型，从而对矿体的资源储量进行科学评估，已经成为数字地质学重要研究方向。

目前，现有技术中还没有应用数字高程模型结合专家知识进行矿产资源储量评估。

技术实现要素：

发明提供了一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法及应用。为实现上述目的,本发明采取的技术方案为：本发明提供了一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法中矿体与围岩接触面科学分解与模型数据组合的方法，将形态复杂的矿体与围岩分界点空间数据提取出来，组合并建立矿体形态数字高程模型数据库，为计算机数字建模提供了可能。

本发明提供的一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法，该方法采用以下操作步骤。

(1) 收集矿体勘查成果资料，包括地质调查、物化探、槽探井探、钻探坑探、采掘工程等勘查手段获取的地质成果资料。

(2) 分析并提取矿体上部、下部界面及端部界线分界点空间数据，包括矿体与围岩分界点空间数据提取、分类、组合，分界点空间数据制图、离散性判定，矿体形态数字高程模型数据库建立。

(3) 基于数字高程模型提取矿体顶、底曲面三角内插格网点高程数据，包括建立矿体的顶、底曲面空间数据三角剖分网模型建立及格网化处理，矿体顶、底曲面模型三角内插格网点高程数据提取。

(4) 根据矿体顶、底曲面三角格网点高程数据估算矿体垂向铅直厚度平均值，包括矿体上部界面和下部界面高程数据均值的估算，进而估算出矿体垂向铅直厚度平均值。 (5) 运用GIS空间分析系统估算矿体边曲线水平投影区面积，包括矿体边曲线模型数据投影制图、图形处理与面积测算。

(6) 根据矿体垂向铅直厚度平均值与边曲线水平投影区面积评估矿产资源储量，包括将估算出的矿体边曲线水平投影区面积值与矿体垂向铅直厚度平均值相乘，再结合矿体体重、品位数据评估出矿体的矿产资源储量。

本发明还提供了上述矿产资源储量评估方法在矿山动用资源储量评估中的应用。

本发明基于数字高程模型，能够充分提取勘查成果资料中反映矿体形态的空间数据信息，通过数据高程建模将离散空间数据进行三角格网化处理，有效地利用这些空间数据信息，从而实现矿产资源储量评估结果更为准确，与目前采用的矿产资源储量评估方法相比，本发明提供的评估方法精度与速度明显提高。

附图说明

图1为本发明提供的矿体与围岩接触面分解及模型数据组合示意图。

图2为本发明提供的矿产资源储量评估方法流程图。

图3为本发明实施方案中提供的矿体分界点空间数据提取流程图。

图4为本发明实施方案中提供的矿体顶、底曲面三角内插格网点高程数据提取流程图。

图5为本发明实施方案中提供的矿体垂向铅直厚度平均值估算流程图。

图6为本发明实施方案中提供的矿体边曲线水平投影区面积估算与资源储量评估流程图。

图7为本发明实施例中收集到的工作区地形地质图。

图8为本发明实施例中收集到的工作区开采工程平面图。

图9为本发明实施例中专家系统分析探测成果资料时应用的剖面图。

图10为本发明实施例中动用矿体界面及界线分界点组合分布图。

图11为本发明实施例中动用矿体底曲面三角剖分初始模型。

图12为本发明实施例中动用矿体底曲面模型数据三角内插格网化点位图。

图13为本发明实施例中动用矿体底曲面模型数据立体格网图。

具体实施方式

一般在矿产资源储量评估时，是根据各种勘查手段获取的矿体局部厚度，按工程部位划分的范围来估算各块段的体积，然后累加出矿体总体积，由于该方法是利用有限的离散数据将矿体简单几何模型化，无法反映出矿体形态的起伏变化，另外一方面是该方法全部在平面投影图上进行，误差大且费时费力。鉴于现有技术中的不足，本发明提供一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法及应用，可通过地质专家系统分析地质勘查成果资料、矿体形态图件资料，根据提取到的矿体分界点空间数据建立矿体形态数字高程模型，运用微积分理论方法，化整为零估算出矿体每个三角内插格网点高程，然后统观矿体形态，估算出矿体垂向铅直厚度平均值，进而评估出矿体资源储量，与现有方法比较估算速度与精度都提高了。

本发明在提供一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法中，首先提供了一种矿体与围岩接触面分解及模型数据组合的方法，如图1，该方法包括：将矿体与围岩接触面分解为上部、下部界面及端部界线，由上部界面上提取到的分界点空间数据与端部界线上提取到的分界点空间数据组合成矿体顶曲面模型数据，由下部界面上提取到的分界点空间数据与端部界线上提取到的分界点空间数据组合成矿体底曲面模型数据，由端部界线上提取到的矿体分界点空间数据组合成矿体边曲线模型数据，并以此建立矿体形态数字高程模型数据库。

本发明提供的一种基于数字高程模型的矿产资源储量评估方法，如图2，该方法包括：

S1、收集矿体勘查成果资料；

S2、分析并提取矿体上部、下部界面及端部界线分界点空间数据；

S3、基于数字高程模型提取矿体顶、底曲面三角内插格网点高程数据；

S4、根据矿体顶、底曲面三角格网点高程数据估算矿体垂向铅直厚度平均值；

S5、运用GIS空间分析系统估算矿体边曲线水平投影区面积；

S6、根据矿体垂向铅直厚度平均值与边曲线水平投影区面积评估矿产资源储量。

所述的步骤S2中，分析并提取矿体上部、下部界面及端部界线分界点空间数据，如图3，该步骤包括：

1) 地质专家根据专业知识与实践经验，对矿体探测所采用的地质调查、物化探工作、探矿工程、采掘工程成果资料进行系统分析；

2) 地质专家根据矿体形态提取出探测成果资料中与围岩接触面的工程测控点空间数据，并推算出矿体上部、下部界面及端部界线上的推测点空间数据，组成矿体与围岩分界的基本分界点空间数据；

3) 地质专家对矿体与围岩分界点空间数据进行分类组合，并运用GIS编辑系统分别绘制矿体上部、下部界面及端部界线的分界点组合分布图，以判定分界点空间离散性；

4) 当分界点离散性无法满足矿产资源储量评估精度要求时，需要绘制进一步的反映矿体形态的综合性图件，通过地质专家系统分析，提取矿体上部、下部界面及端部界线的加密分界点空间数据；

5) 利用矿体基本分界点与加密分界点空间数据建立矿体形态数字高程模型数据库。

所述的步骤S3中，基于数字高程模型提取矿体顶、底曲面三角内插格网点高程数据，如图4，该步骤包括：

1) 利用DEM分析系统对矿体形态模型数据建立矿体顶、底曲面三角剖分初始模型，包括利用矿体基本分界点空间数据构建的基础模型、利用矿体基本分界点与加密分界点空间数据共同构建复合模型；

2) 利用DEM分析系统分别对建立的矿体顶、底曲面初始模型进行三角剖分网生成、整理、内插网格化处理，从而建立矿体形态空间数据三角格网模型；

3) 分别将矿体顶、底曲面模型中的三角格网点高程数据输出为明码数据文件或属性图元文件。

所述的步骤S4中，根据矿体顶、底曲面三角格网点高程数据估算矿体垂向铅直厚度平均值，如图5，该步骤包括：

1) 根据矿体顶、底曲面三角内插格网点高程数据，运用微积分理论方法分别对估算出矿体上部、下部界面的高程平均值 (H顶 =1/m×∑Hi、H底 =1/n×∑Hi) ；

2) 根据矿体上部、下部界面的平均高程差，估算出矿体垂向铅直厚度平均值 (L=H顶 -H底 ） 。

所述的步骤S5中，运用GIS空间分析系统估算矿体边曲线水平投影区面积，如图6，该步骤包括：

1) 运用GIS空间分析系统对矿体形态数字高程模型数据库中矿体边曲线模型数据进行投影、制图、连线，并参考矿体顶、底曲面模型格网化处理时采用的网格间距设定线光滑加密距离进行光滑处理，生成封闭的矿体边曲线；

2) 运用GIS空间分析系统对矿体边曲线水平投影区面积进行估算。

所述的步骤S6中，根据矿体垂向铅直厚度平均值与边曲线水平投影区面积评估矿产资源储量，该步骤包括：

1) 用矿体垂向铅直厚度平均值乘以矿体边曲线水平投影区面积，估算出矿体体积；

2) 根据矿体体重与品位数据，评估出矿体中矿产资源储量的矿石量及有益组分总量。

为了使本发明目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明实施例中提供了一种基于数字高程模型的矿山动用矿体资源储量评估方法的应用，下面详细介绍本方法在河南省驻马店市某石灰岩矿区矿体动用资源储量的评估过程。

1、资料收集。

图7、图8分别是地质专家所收集到的工作区地形地质图、工作区开采工程平面图，这些图件组成了该开采矿体探测成果资料。

2、数据提取。

图9是地质专家对探测成果资料进行系统分析、辅助制图，通过专家的系统分析，认为地形测控点不能直接作为动用矿体上部界面测控点，利用地形测控点高程减去地表覆盖的第四系坡积物平均厚度值（0.75米），推算出动用矿体上部界面推测点空间数据；认为在采矿工程没有揭穿动用矿体上部、下部界面处，采矿工程测量点可以直接作为动用矿体下部界面或端部界线的测控点；采矿工程揭穿矿体上部、下部界面处，要根据用采矿坑内矿体与围岩界线测控点及矿体地质产状推测矿体下部界面向地表、地下延伸情况，从而推算出动用矿体上部、下部界面或端部界线推测点的空间数据。

将上述分析中提取到的采矿工程测控点、以及通过地质专家推算出的推测点，作为矿体形态基本分界点......

将矿体形态基本分界点进行分类与空间组合，分别组建矿体上部、界面及端部界线分界点空间数据。

图10是运用GIS编辑系统将矿体上部、下部界面及端部界线分界点组合空间数据分别组合制图，其中(1)为动用矿体上部界面、端部界线上基本分界点分布图；(2)为动用矿体下部界面、端部界线上基本分界点分布图；(3)为端部界线上基本分界点分布图。

地质专家对上述基本点分布图进行有离散性判定，认为采矿工程揭穿动用矿体部分，工程测控点与端部推测点间距过大，无法满足进一步估算工作要求。

地质专家继续进行动用矿体形态分析，本次工作绘制了多条地质剖面图，在采矿工程揭穿动用矿体部位测控点与端部推测点之间补充加密分界点，并推算出了这些加密分界点的空间数据。

将前述矿体基本分界点、加密分界点按照部位进行空间数据组合，组成形态信息更为完整的动用矿体形态的模型数据，以此建立动用矿体形态数字高程模型数据库。

3、数字建模。

图11是利用DEM分析系统对动用矿体形态模型数据库建立矿体底曲面三角剖分初始模型，并对矿体形态数据模型进行整理，删除边缘错误连接的三角网。动用矿体形态高程数字模型是由基本分界点和加密分界点空间数据共同构建，因此，所建立的动用矿体底曲面三角剖分初始模型为复合数字高程模型。

图12是利用DEM分析系统对上述动用矿体底曲面三角剖分初始模型进行内插格网化处理，从而建立了动用矿体底曲面空间数据三角格网模型。

图13是利用DEM分析系统对所建立的动用矿体底曲面空间数据三角格网模型进行立体制图，可以清晰地观察到动用矿体底曲面地形的连续起伏变化情况。

利用DEM分析系统按照上述动用矿体底曲面三角格网建模方法，建立动用矿体顶曲面空间数据三角格网模型。

利用DEM分析系统将动用矿体顶、底曲面空间数据三角格网数字高程模型中的高程数据输出为明码文本文件，也可以将动用矿体顶、底曲面空间数据三角格网数字高程模型中的高程数据直接标注制图并输出为挂接属性的图元文件。

4、厚度估算。

运用明码数据处理软件或GIS空间分析系统，就可以估算出动用矿体上部、下部界面平均高程值分别为116.45米和142.41米。

从而估算出的动用矿体垂向铅直厚度平均值为142.41-116.45=25.96米。

5、面积估算。

根据前述由基本分界点、加分界点组合的动用矿体形态数字高程模型数据库中的边曲线模型数据，运用GIS编辑系统进行水平投影制图，并用点连接线并光滑处理成封闭的矿体边曲线图元，并运用GIS空间分析系统估算出其面积为36417平方米。

6、资源储量评估。

根据上述估算出的动用矿体垂向铅直厚度平均值及水平投影面积，结合矿体中矿石的体重值为2.57吨/立方米，评估出矿体中已动用矿产资源储量矿石量为36417平方米×25.96米×2.60吨/立方米＝2458002吨。

利用现有技术中常用的评估方法，对工作区动用矿体体积估算结果进行了统计汇总，见下表1所示。

通过上表统计结果，可知利用目前常用的方法评估出工作区矿体已动用矿产资源储量矿石量为2301735吨，相比本发明方法的矿产资源储量评估结果减少了2458002-2301735=156267吨，差比率为156267÷2458002=6.35 ％，这是由于目前常用的矿产资源储量评估方法无法模拟出矿体分界点间连续起伏形态变化造成的，可见本发明在矿山动用矿体资源储量评估中的优势所在，估算结果更为准确、可靠。

应当指出，上述实施例仅例示性说明本发明的基本原理与操作方法，使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。