基於柵格模型的地質體三維形態定量分析

《基於柵格模型的地質體三維形態定量分析》是依託中南大學，由毛先成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於柵格模型的地質體三維形態定量分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛先成
• 依託單位：中南大學

項目摘要

地質體形態特徵是控制礦床礦體形成、定位和分布的重要因素，定量地分析和提取地質體的三維形態特徵，對掌握礦床礦體定位機制和分布規律具有重要的理論和實踐意義。本項目以安徽銅陵鳳凰山礦田新屋裡岩體和甘肅金川礦田含礦超基性岩體為實驗對象，運用集合論、數學形態學和歐氏距離變換的理論與方法，抽象出地質體三維形態分析的基本運算，構造出支持形態結構分解的形態運算組合和結構元素，提取出度量三維形態特徵的幾何參數，建立具有完備數學基礎的地質體三維形態分析集合運算模型，設計和開發地質體三維形態分析的算法和實驗軟體。在此基礎上，定量地分析和提取新屋裡岩體和金川岩體的幾何形狀、形態結構和形態參數，分析形態參數與礦體空間分布的關聯關係，揭示岩體形態控制礦體空間定位與分布的規律。項目研究成果將為地質體三維形態分析和礦體空間定位規律研究提供支撐模型、實驗軟體及示範實例。

結題摘要

地質體形態特徵是控制礦床礦體形成、定位和分布的重要因素，定量地分析和提取地質體的三維形態特徵，對掌握礦床礦體定位機制和分布規律具有重要的理論和實踐意義。但已有的形態分析多集中在地質研究人員的製圖表達和定性描述，缺少形態定量分析理論與方法。 本項目以安徽銅陵鳳凰山礦田新屋裡岩體和甘肅金川礦區超基性岩體為試驗對象，在建立地質體三維柵格模型的基礎之上，運用集合論、數學形態學和歐氏距離變換的理論與方法，獲得了地質體三維形態分析的基本運算，構建了支持形態結構分解的形態運算組合和結構元素。結合地質體柵格模型與形態分析數學基礎，建立地質體三維形態分析集合運算模型，設計和開發了地質體三維形態分析的算法和實驗軟體。本項目提出的方法與自主開發的軟體解決了各類表面包含彎曲以及超覆現象的複雜形態地質體的形態定量分析問題。 在對新屋裡岩體和金川岩體的實際分析過程中，由於岩體規模龐大，導致串列軟體某些運算異常耗時，嚴重影響了軟體的計算效率和使用體驗。高性能計算平台的發展為千萬級以上規模柵格數量的三維地質體的形態分析計算提供了高性能計算保障。為了達到計算速度的數量級的提高以支持形態參數的快速提取，本項目突破了三維數學形態學和三維歐式距離變換的並行算法的構造瓶頸，建立了高效的地質體三維形態分析並行算法，完成了基於高性能計算平台的地質體三維形態分析並行程式的設計與開發。 基於PC平台的地質體三維形態分析串列軟體和高性能平台的地質體三維形態分析並行程式，以新屋裡岩體和金川岩體為實例，定量地分析和提取了岩體的幾何形狀、形態結構和形態參數，重建岩漿通道三維骨架和追蹤岩漿通道流動軌跡，構建岩體控礦地質作用場，分析了岩體形態參數、地質作用場與礦體空間分布的關聯關係，揭示了岩體形態等因素控制礦體空間定位與分布的規律。分析結果驗證了方法的有效性以及並行程式的快速分析能力。已成功套用於大尹格莊金礦、丁家山鉛鋅礦、阿希金礦等大型礦床的地質體形態控礦規律分析。 本項目較好地解決了地質體三維形態分析基本集合運算、地質體多級形態結構分解、地質體形態特徵參數提取、形態控礦作用分析等關鍵科學問題，為地質體三維形態分析和礦體空間定位規律研究奠定了形態學理論基礎，為研究和套用提供了支撐模型、試驗軟體及示範實例。