地质体三维形态分析：隐伏矿体三维可视化预测关键技术

来源：赛杰奥

地质体是地质空间中的不连续实体，地质体的形态特征常常控制着矿床矿体的形成、定位和分布。定量分析和提取地质体的形态特征，对掌握矿床矿体的定位机制与分布规律具有重要的理论和实践意义。目前，成矿预测转向深部三维空间已成为发展趋势，迫切需要对地质体进行真三维模拟，并在此基础之上发展一种可对地质体三维形态特征进行定量表达、分析与提取的空间分析新方法，以便有效地开展地质体形态控矿规律分析和指导深边部找矿工作。

随着地表矿、浅部矿、易识别矿的日益减少，地质找矿工作逐步向深部空间发展，深部隐伏矿定位预测已成为当前成矿预测研究的重点领域。深部找矿预测需求的逐步增长和三维地质建模、空间信息技术的发展成熟，促进了隐伏矿体三维可视化预测理论和方法的形成与发展。

中南大学地球科学与信息物理学院毛先成教授团队对隐伏矿体三维可视化预测理论和方法进行了较系统的研究，先后获得国家“十一五”、“十二五”科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。隐伏矿体三维可视化预测已在广西大厂锡矿、安徽铜陵凤凰山铜矿、福建丁家山铅锌矿、山东大尹格庄金矿和夏甸金矿、甘肃金川铜镍矿、新疆阿希金矿等大型矿山的深边部找矿工作中获得成功或示范应用。

《地质体三维形态分析》（毛先成，邓浩，张彬著．北京：科学出版社，2020.5）一书是作者针对隐伏矿体三维可视化预测关键技术之一——地质体三维形态分析的总结和提炼，旨在介绍地质体形态分析和形态控矿要素提取的原理、方法、模型及算法。

研究表明，地质体形态特征常常控制着矿床矿体的定位与分布。但之前关于地质体形态控矿的研究大多是地质研究人员的经验表达和定性描述。随着三维地质建模和空间分析技术的发展与成熟，人们开展隐伏矿体三维可视化预测研究，已不满足于使用三维建模软件进行各类复杂地质体的三维可视化表达，还尝试对地质体的形态特征进行三维空间分析与提取。然而，目前主流的三维地质建模软件主要面向地质体三维建模实现，空间分析功能有限。为此，迫切需要研究一种真三维的地质体形态定量分析方法，实现地质体形态控矿要素的定量分析提取，揭示形态控矿规律，为隐伏矿体三维可视化预测提供技术支撑。

作者经过多年的思考、研究和试验，提出如下基本思路：

以地质体三维栅格模型为基础，采用数学形态学和三维欧氏距离变换相结合的方法，构建地质体三维形态分析理论、方法和模型，开发地质体三维形态分析的相关算法与试验软件；

采用地质体三维形态分析方法和软件，对典型矿床的控矿地质体(岩体、构造等)进行三维形态分析试验，提取地质体的形态特征和量化指标，挖掘形态特征、形态指标与矿化空间分布之间的关联关系，发现矿化矿体定位的空间规律与量化规律；

进而，应用和推广地质体三维形态分析的方法、模型和实例，为隐伏矿体三维可视化预测或三维成矿预测等实际应用提供技术支撑。 

▲ 腐蚀与膨胀并行任务剖分示意图

实际上，地质体三维形态分析理论与方法，是本书作者在长期开展隐伏矿体立体定量预测或隐伏矿体三维可视化预测(毛先成等，1986，1988a，1988b，2009，2010a，2010b，2011a，2016；Mao et al., 1991, 2019；Liu et al., 1991)过程中，根据实际需要而提出并逐渐发展起来的，可定量地描述、分析、计算包括超覆、倒转等复杂形体在内的任意地质体的形态特征，提取地质体形态趋势、外凸内凹、表面起伏程度、形态几何参数、距离场等形态特征量化指标，挖掘形态特征、形态指标与矿化空间分布之间的关联关系，发现矿化矿体空间定位规律。作者团队在突破传统形态分析方法的基础上，首次将数学形态学与欧氏距离变换等理论结合起来解决复杂形态地质体的三维空间分析问题，在隐伏矿体三维预测等相关应用中取得良好效果。

▲ 新屋里岩体分级趋势、凹凸栅格模型

本书基于前期研究成果，对地质体三维形态分析方法进行较系统的总结、提炼和完善，不仅提供详细的地质体三维形态分析原理、模型、算法与实现参考，还给出该方法在凤凰山铜矿、丁家山铅锌矿、香花岭锡矿的实际应用案例。

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▲地层界面一级起伏因素(waZ1L3_Z1L2)栅格模型(−200～−120m 标高

本书的研究成果源于系列项目多年研究的积累。国家自然科学基金面上项目“基于栅格模型的地质体三维形态定量分析”(编号：41172297)为该成果的系统研究提供核心支撑。国家重点研发计划课题“深部成矿构造三维分析与建模预测”(编号：2017YFC0601503)、国家自然科学基金面上项目“面向隐伏矿体三维预测的成矿空间复原方法研究”(编号：41772349)、国家自然科学基金面上项目“基于重磁电正反演的隐伏矿体三维预测模型修正方法研究”(编号：41472301)和中南大学创新驱动计划项目“陆内活化成矿作用与深部资源探查”(编号：2015CX008)为本书出版提供支持。