淺談地質開發工作中三維地質建模技術的應用

【摘 要】長期以來，地質信息的模擬與表達采用的都是剖面圖和平面圖，這種表現形式的實質就是將三維空間當中的地層、地貌和構造以及一些其它的地質現象反映到某一個平面上進行表達。雖然該方法也能夠獲得一定的信息，但是其不足之處也是顯而易見的，即空間信息的損失與失真和制圖過程的繁雜。而三維地質模型的提出有效克服了傳統方法的不足，其利用計算機與可視化技術，能夠直接從三維空間的角度來表達地質體及地質環境。基于此點，本文首先對三維地質建模進行概述，并在此基礎上對三維地質建模技術在地質開發工作中的具體應用進行研究。

【關鍵詞】地質開發；三維地質；建模技術

0.前言

三維地質建模的概述：

所謂的三維地質模型具體是指利用適當的數據結構在計算機中建立起一個能夠真實反映地質構造的形態和各個要素之間關系及地質體空間物性分布等地質特征的幾何模型。該模型能夠以真三維的形式表達出地質構造的真實特征、形態和三維空間物性參數的分布規律，但其也存在一定的技術難點，具體體現在以下兩個方面上：其一，三維地質建模與可視化是一項集諸多學科于一身的綜合性應用技術，主要包括地質、數學、油藏工程、計算機圖形、概率統計以及地球物理等等；其二，因該模型的基礎數據來源途徑較多，故此需要對這些數據類型進行綜合考慮，才能建立起一個被相關專家所認可的模型。

在地質勘探中，地質構造是相當復雜的，地質體也是千變萬化的，如何根據眾多的前人收集的地、化、物、遙等二維圖件資料，構建出能反映地質信息和地質現象本質的三維地質模型，讓地質工作者全面、準確的掌握整體地質情況，更加科學、高效的、直觀的分析并解決地質問題，預測隱伏礦體，三維地質建模可以提供很好的解決辦法。三維地質建模通過對鉆孔資料、剖面圖、地震數據、等深圖、地質圖、地形圖、物探數據、化探數據、工程勘察數據、水文監測數據等各種原始數據建立數據庫，利用地球科學與信息科學技術，使用數值模擬和空間分析的技術方法，進行三維地質建模，構建能真實反映地質構造形態、構造關系、地質體內部屬性變化規律的三維地質模型，為礦體的預測提供支持。

1.三維地質建模分類

三維地質建模可以分為很多種類，有主要側重于反映地質體表面形態的表面建模，側重于反映地質體內部變化規律的實體建模；根據建模的對象的空間尺度分有對整個礦區建模的宏觀建模和對巖石和化石建模的微觀建模；有針對固定時刻的靜態建模和適用于地下水流動模擬的動態建模；有用于表達地質界面和地質體空間形態的拓撲不一致建模和可以對體元進行插值模擬和空間分析的拓撲一致建模；有對單個地質體建模的單體建模和對多個地質體進行建模的多體建模；有對分層較好的地質體的單值建模和針對倒轉褶皺地質形態的多值建模。

2.三維地質建模方法

基于鉆孔的建模方法對沒有斷層的層狀地質體的模擬具有很好的效果，如果鉆孔數據不多，可利用插值方法模擬虛擬的鉆孔；利用三棱柱的建模方法可以解決具有簡單斷層的地質體三維建模問題，但對具有復雜的斷層結構的地質體不能很有效的解決；非層狀地質體的建模能對少數幾個復雜礦體進行建模，也能對具有復雜斷層的地質體進行建模，但礦體較多，就很難保證數據的一致性；利用貝塞爾曲面和NURBS曲面實現的曲面建模方法，能很好的解決地質體的表面建模，通過表面建模后，然后利用實體建模方法構建地質體的實體模型，可以解決復雜地質體的模擬；對于復雜的單個地質體的建模經常使用基于平行剖面的單體建模方法，能有很好的效果。地質體的三維模擬一般要根據具體的地質體來定，由于地質體的復雜性，一般要使用幾種方法綜合建模，達到真實體現地質體的三維形態的效果。

3.三維地質建模關鍵技術及研究方向

三維地質建模融合了多門學科的知識，要準確的描述地下地質體的復雜空間關系和屬性關系，就要對三維地質建模的關鍵技術有所突破。

（1）對三維地質建模起到基礎性作用的是準確獲取地下地質體的三維空間數據和屬性數據，通過鉆孔獲得的數據可以直接應用到地質建模中，并對三維地震、地質CT、地球物理等技術獲得的地質數據進行解釋和解譯，轉化成對地質建模有用的數據。

（2）真實折剖面技術，在一個勘探剖面中，由于鉆孔會發生傾斜，存在某個鉆孔或某幾個鉆孔偏離勘探線較遠的情況，平剖面數據是在一個勘探線平面上的數據，和勘探工程所反映的真實地質情況之間必然就會存在一定的誤差，這種誤差在很多情況下，會對建模的結果造成較大的影響。怎樣由平剖面轉換到真實折剖面技術，是三維地質建模的關鍵技術之一。我們采用如下的方法把鉆孔控制下的平剖面轉換成真實剖面：第一步、利用鉆孔的孔口坐標信息及測斜信息生成鉆孔的空間分布軌跡圖；第二步、把不同格式的平剖面數據通過坐標變換，由二維數據轉換成為三維空間數據；第三步、將平剖面上有鉆孔控制的部分，向鉆孔軌跡進行投影，使平剖面上這一部分信息與真實鉆孔的空間位置重合；第四步、對于平剖面上的外推部分，按兩種方式進行處理：一是校正到勘探線上；二是校正到最外側相鄰鉆孔的延長線上。

（3）三維地質建模軟件能使用多種建模方法，如面建模、體建模、面體結合的建模方法，能使用多種建模數據類型。

（4）利用獲得的多源數據建立一個合理、高效的空間數據庫，能提供高效的空間查詢與索引，友好的用戶界面，是三維地質建模的關鍵技術之一。

（5）地層礦層一體化建模技術，使用剖面數據的一致離散化處理和“層間相似、層內一致”的地層礦層拓撲結構兩種方法，剖面數據的一致離散化，指的是沿地質剖面進行序列化掃描，將剖面上的地層礦層線同時轉化成豎直的類似鉆孔樣品的形式；地層各層之間及其內部、礦層各層之間及其內部及地層與礦層之間，在空間上的重疊、包含關系能夠以最簡單的方式得到處理和體現。這套處理流程的另外一個附帶優勢就在于，對于所構建的每個地層礦層模型，在每個數據結點上都有一個樣品數據與之對應。

（6）我們在三維地質建模中大多用的是鉆孔和剖面數據，要能真實的體現地質體的形態，我們要拓寬數據的來源，地質、物探、化探、地震、遙感等一系列數據也要用上，如何盡最大效果的用好這些數據，對三維地質建模有很關鍵的作用。

（7）三維地質模型中各個地質體之間的數據要保持一致性，各個地質體之間要避免存在空隙和交疊的情況。保持數據一致性對體素華和實體的數值模擬，空間分析具有重要的意義。

（8）對各種特殊地質體的描述，如對于侵入體、分支斷層、倒轉褶皺等特殊地質現象的建模，也是三維地質建模的關鍵技術之一。

（9）怎樣利用曲面求交的方法解決地質體中存在各種情形的特殊地層面，如地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形。

4.小結

三維地質建模是利用各種多源地質數據，特別是鉆孔數據，利用多種地質建模方法，如表面建模、實體建模或者面體結合的建模方法，結合各種地質建模的關鍵技術，建立一個真實的三維地質模型，為用戶展示一個虛擬的現實地質環境，還可以利用數值模擬和空間分析對隱伏礦體進行預測和對儲量進行預測。能給我們的隱伏礦體的預測提供科學的指導。

【參考文獻】

[1]朱良峰，吳信才，潘信.三維地質結構模型精度評估理論與誤差修正方法研究[J].地學前緣，2013（04）.