王天毅 曾忠誠(chéng) 楊濤 張若愚 李琦 菅坤坤

摘要：隨著我國(guó)地質(zhì)事業(yè)進(jìn)入了新階段，出現(xiàn)了包含城市地質(zhì)以及三維地質(zhì)填圖等新的領(lǐng)域，地質(zhì)工作由傳統(tǒng)的二維開(kāi)始向三維轉(zhuǎn)變，因此三維地質(zhì)建模技術(shù)就顯得尤為重要。文章以Surpac軟件為基礎(chǔ)，盆地三維地質(zhì)建模為主干，通過(guò)建模流程、建模資料收集和整理、影響建模效果的因素分析等六個(gè)方面，詳細(xì)介紹了三維地質(zhì)建模的技術(shù)路線、技術(shù)方法和影響因素。三維地質(zhì)建模過(guò)程實(shí)質(zhì)是受各種地質(zhì)資料約束而進(jìn)行修正模型的過(guò)程，利用的地質(zhì)資料越豐富構(gòu)建的模型就越真實(shí)。三維地質(zhì)建模技術(shù)在地質(zhì)要素可視化和地質(zhì)資料綜合利用等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模;Surpac;盆地

1.三維建模的流程概述

三維地質(zhì)建模工作有一套技術(shù)流程。首先對(duì)工作區(qū)已有地質(zhì)資料和生產(chǎn)資料進(jìn)行收集，一般要收集工作區(qū)地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、物探剖面資料、斷層資料、探槽和鉆孔編錄等資料，其次，對(duì)收集到的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分門別類整理，根據(jù)項(xiàng)目的具體情況對(duì)整理后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成Surpac軟件可以識(shí)別的數(shù)據(jù)類型，然后，將整理后的數(shù)據(jù)分別導(dǎo)人到Surpac軟件中.再次進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，并保存為Surpac軟件默認(rèn)的數(shù)據(jù)格式，最后，利用處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究區(qū)地形、地層、斷層三維建模，得到三維地質(zhì)模型。

2.三維地質(zhì)建模資料整理

地質(zhì)資料包含的大量數(shù)據(jù)是整個(gè)三維地質(zhì)建模工作的重要基礎(chǔ)，但這些數(shù)據(jù)一般是不可以直接使用的，因此，資料的有效整合是整個(gè)項(xiàng)目得以順利進(jìn)行的第一步。收集和應(yīng)用到的資料包括：工作區(qū)地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、物探資料、斷層資料、探槽、鉆孔和各種報(bào)告等資料。

2.1地質(zhì)圖

由于盆地一般進(jìn)行三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查，項(xiàng)目的重點(diǎn)在于地表以下內(nèi)容，同時(shí)，盆地工作區(qū)范圍一般比較大，尤其是盆地周邊地區(qū)出露的地質(zhì)體類型十分復(fù)雜，地質(zhì)體的數(shù)量非常多，所以可以根據(jù)項(xiàng)目的工作重點(diǎn)和實(shí)際情況，以“盆地內(nèi)部留重點(diǎn)，盆地邊部留主體”為指導(dǎo)思想，需要將收集到的地質(zhì)圖進(jìn)行重新整理，在整理的過(guò)程中以地質(zhì)塊體為劃分重點(diǎn)，出露單獨(dú)的、過(guò)于小的地質(zhì)體選擇去除，對(duì)單個(gè)出露面積小但同一類型出露范圍較大的地質(zhì)體進(jìn)行合并，超過(guò)一定長(zhǎng)度和流域面積的河流內(nèi)容予以保留，其余的給予去除。首先將涉及的各地質(zhì)圖投影到同一中央經(jīng)線并拼合在一起，然后進(jìn)行合并地質(zhì)圖圖面的整飾，在此過(guò)程中參考大中比例尺地質(zhì)圖，最后得到供建模使用的盆地地質(zhì)圖。

2.2地形圖

地形圖是一個(gè)地區(qū)最基本的資料，它可以直觀地反映工作區(qū)的地形地貌特征。首先將涉及的地形圖投影到同一中央經(jīng)線并拼合在一起，其次，進(jìn)行圖面整飾，去除非等高線內(nèi)容以及許多無(wú)屬性的線段，給不帶高程屬性的地形線賦值，最后用Mapgis提取工作區(qū)范圍內(nèi)的地形文件，并將地形線的格式轉(zhuǎn)換為.dxf格式，并單獨(dú)保存。

2.3鉆孔資料

鉆孔數(shù)據(jù)是地質(zhì)技術(shù)人員在野外鉆探現(xiàn)場(chǎng)記錄并整理的第一手技術(shù)資料，對(duì)于地質(zhì)剖面的形成及其他深部信息的獲取具有十分重要的作用。首先，將鉆孔涉及的地層資料進(jìn)行梳理，其次，根據(jù)最新的地質(zhì)認(rèn)識(shí)重新劃分鉆孔中的標(biāo)志層，對(duì)已經(jīng)廢除的地層代號(hào)進(jìn)行刪除，對(duì)未細(xì)分的老資料進(jìn)行重新分層，最后，將鉆孔資料整理成表格方便以后查閱，同時(shí)，將整理好的鉆孔位置投影在最新的地質(zhì)圖上。

2.4物探資料

雖然地下有鉆孔資料可以顯示地質(zhì)情況，但僅僅是局部，且對(duì)于新生代沉積較發(fā)育的盆地而言，大多鉆孔資料作用也有限，而物探的測(cè)量手段多樣，探測(cè)深度可以達(dá)到項(xiàng)目的要求，所以，應(yīng)盡可能收集各種比例尺物探（重、磁、電、震）資料，尤其是盆地內(nèi)部或者穿越盆地的物探剖面資料對(duì)三維地質(zhì)建模工作十分重要。首先根據(jù)地質(zhì)認(rèn)識(shí)對(duì)收集到的物探剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行重新解譯，同時(shí)對(duì)未達(dá)到盆地邊界的物探剖面結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行合理延伸，其次，將所有解譯的地質(zhì)剖面進(jìn)行參數(shù)變換，得到數(shù)條統(tǒng)一比例尺的地質(zhì)剖面，最后，用Mapgis將解譯的地質(zhì)剖面線文件格式轉(zhuǎn)換為.dxf格式，并單獨(dú)保存。

2.5斷層資料

盆地周邊及盆地內(nèi)部一般分布著數(shù)量眾多的斷層，有些斷層不僅控制著盆地的邊界，甚至控制著各個(gè)時(shí)期地層的展布，斷層研究是三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查工作的又一個(gè)重點(diǎn)。首先將收集到的各個(gè)時(shí)期的斷層資料分類梳理，在此過(guò)程中需要參考收集到的探槽資料，其次，以最新的地質(zhì)認(rèn)識(shí)整理斷層資料，將最新證明不存在的斷層去除，斷層位置不準(zhǔn)及延伸不準(zhǔn)確的進(jìn)行修正，以前不存在但通過(guò)新技術(shù)發(fā)現(xiàn)的斷層添加上去，確定各個(gè)斷層之間的相互交切關(guān)系，最后將斷層投影到最新的地質(zhì)圖上，同時(shí)資料整理成表格。

2.6地質(zhì)剖面圖

地質(zhì)剖面圖是反映工作區(qū)地質(zhì)調(diào)查成果的一種基本圖件。地質(zhì)剖面圖是劃分地質(zhì)單元的基礎(chǔ)資料，是地質(zhì)填圖工作的前提。首先確定盆地的主構(gòu)造線方向，收集剖面應(yīng)該以垂直盆地主構(gòu)造線方向的資料為主，若物探解譯的地質(zhì)剖面數(shù)量不能夠滿足建模要求，則需要多條圖切剖面來(lái)彌補(bǔ)，確定合適的剖面間距，重點(diǎn)地層區(qū)剖面間距可適當(dāng)進(jìn)行加密，剖面橫縱比例尺一致，在畫圖切剖面時(shí)應(yīng)以距離最近的物探解譯剖面為參考，同時(shí)將剖面經(jīng)過(guò)的鉆孔和斷層資料應(yīng)用在剖面編制中。在地質(zhì)剖面圖中，斷層線統(tǒng)一用紅色，其余的線（地形線、分層界線）用黑色。

2.7其他資料

收集工作區(qū)其他相關(guān)文字及圖件資料，包括區(qū)域地質(zhì)報(bào)告、勘探報(bào)告及論文等資料。

3.構(gòu)建三維地質(zhì)模型

3.1地表模型

地表模型可以將工作區(qū)的地形與地貌直觀、清楚地展現(xiàn)出來(lái)，將來(lái)也可以同地層實(shí)體模型拼接在一起，用于直接切地質(zhì)剖面。建立地表模型是三維建模的第一步，也是必不可少的一步。首先，將格式為.dxf的地形文件導(dǎo)人到Surpac軟件中，保存為軟件默認(rèn)的.str格式，其次選取兩個(gè)特定的點(diǎn)，進(jìn)行線文件2D轉(zhuǎn)換操作，使地形移動(dòng)到真實(shí)的三維空間位置，然后，使用清潔層功能，刪除地形線中的交叉點(diǎn)和重復(fù)點(diǎn)，對(duì)線串進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，最后，用DTM工具創(chuàng)建地表模型，單獨(dú)保存。同時(shí)也可以利用邊界線和地表模型建立地表實(shí)體模型。

3.2地層實(shí)體模型

建立地層模型是三維地質(zhì)建模的重點(diǎn)工作，地層模型是整個(gè)三維地質(zhì)建模最重要的成果。首先，將格式為.dxf格式的地質(zhì)剖面線分別導(dǎo)人到surpac軟件中，保存為軟件默認(rèn)的.str格式，每條剖面選取兩個(gè)特定的點(diǎn)，進(jìn)行線文件2D轉(zhuǎn)換操作，使剖面移動(dòng)到真實(shí)的三維空間位置，其次，運(yùn)用線文件工具進(jìn)行各個(gè)地質(zhì)體的解譯，解譯線必須是閉合的且一般為順時(shí)針，每個(gè)地層解譯線需單獨(dú)保存，解譯時(shí)應(yīng)注意相鄰地層之間接觸空隙的問(wèn)題，接下來(lái)，打開(kāi)相同地層的解譯線，使用創(chuàng)建三角網(wǎng)功能創(chuàng)建地層實(shí)體模型，并進(jìn)行有效性驗(yàn)證，一般需要輔助以手動(dòng)進(jìn)行部分三角形連接，然后，使用相同方法將所有涉及的地層進(jìn)行實(shí)體建模，注意各個(gè)地層實(shí)體模型需單獨(dú)保存，且修改dtm時(shí)對(duì)應(yīng)的線文件也會(huì)一同修改，最后，利用事先做好的地表實(shí)體模型切割掉多余的部分，使得到的地層實(shí)體模型可以和地表模型完美的套合在一起，并單獨(dú)保存。

3.3斷層模型

斷層模型是三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的重要組成部分，各個(gè)斷層的展布不僅可能控制著地層的展布，還可能控制著盆地的邊界，因此建立斷層模型十分有意義。首先，在制作圖切剖面時(shí)，已經(jīng)將斷層的信息分別錄入，且斷層線為紅色表示，當(dāng)?shù)刭|(zhì)剖面輸入到surpac軟件中，斷層線被分配了不同的線串號(hào)，單獨(dú)保存出來(lái)，其次，根據(jù)收集和整理到的斷層資料，將surpac軟件中的斷層線再分類，不同斷層用不同的線串號(hào)進(jìn)行保存，接下來(lái)，使用創(chuàng)建三角網(wǎng)功能將相同線串號(hào)的線進(jìn)行創(chuàng)建斷層模型并保存，同樣的，其他線串號(hào)的斷層線也分別建立斷層模型并分別保存起來(lái)，最后，將所有斷層模型合并成一個(gè)斷層模型文件并單獨(dú)保存。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）三維地質(zhì)建模過(guò)程實(shí)質(zhì)是一種受約束過(guò)程，收集及應(yīng)用的地質(zhì)資料越豐富，構(gòu)建的模型就越接近真實(shí)地質(zhì)情況，因此建模前期的地質(zhì)資料收集與整理工作要給予高度重視。（2）相比傳統(tǒng)的二維軟件，三維軟件進(jìn)入地質(zhì)工作者的視野較晚但具有一定的優(yōu)越性，以Surpac為代表的三維地質(zhì)建模軟件功能十分強(qiáng)大，尤其在地質(zhì)要素可視化和地質(zhì)資料綜合利用等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。（3）我國(guó)地質(zhì)工作進(jìn)入了新階段，三維地質(zhì)建模技術(shù)在接下來(lái)的地?zé)崮芸碧?、城市地質(zhì)以及三維地質(zhì)填圖等領(lǐng)域定能發(fā)揮重要作用。因此應(yīng)加快三維地質(zhì)建模技術(shù)的人才培養(yǎng)工作，尤其是盆地建模領(lǐng)域的人才培養(yǎng)。

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