三維地質(zhì)建模技術(shù)及其在煤田構(gòu)造中的應(yīng)用

【摘 要】煤炭地質(zhì)勘查方法、研究對象及數(shù)據(jù)信息在空間上都是三維的，運(yùn)用三維地質(zhì)建模技術(shù)管理煤炭地質(zhì)勘查非常合適。三維地質(zhì)建模是運(yùn)用適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機(jī)上構(gòu)建可以反映地質(zhì)構(gòu)造的各種形態(tài)、各要素間的關(guān)系、地質(zhì)體的化學(xué)屬性分布、物理屬性分布等地質(zhì)特點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型。三維地質(zhì)建模解決了傳統(tǒng)地質(zhì)信息表達(dá)法中的缺陷問題，利用計算機(jī)的可視化技術(shù)，站在三維空間角度表達(dá)地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)體。本文主要論述了煤炭地質(zhì)勘查的三維地質(zhì)建模分類、三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)源、煤田勘探里三維地質(zhì)建模的主要工作程序、三維地質(zhì)建模對煤田構(gòu)造的重要作用。

【關(guān)鍵詞】三維地質(zhì)建模技術(shù)；煤田構(gòu)造；應(yīng)用

0.引言

利用三維地質(zhì)建模技術(shù)能夠?qū)Φ孛?、物探、鉆探等手段得到的資料信息進(jìn)行同化處理或集成處理，提供信息數(shù)據(jù)的一致性。地質(zhì)構(gòu)造要素的表達(dá)必須具有三維立體性與直觀性，地質(zhì)構(gòu)造中的斷層在三維環(huán)境下既可以表達(dá)成一個平面，也可以較好的反映出地層和斷層、斷層之間的切割關(guān)系，進(jìn)而彌補(bǔ)剖面圖中的不足。地質(zhì)勘探工作研究對象在空間分布方面是三維的，要勘探地質(zhì)情況，必須運(yùn)用各種勘探方法，深入調(diào)查礦床儲存條件和三維地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件及開采技術(shù)條件。地質(zhì)勘探工作的實(shí)質(zhì)就是構(gòu)建勘探區(qū)的三維地質(zhì)模型。

1.煤炭地質(zhì)勘查的三維地質(zhì)建模分類

按照煤炭地質(zhì)勘查工作和三維地質(zhì)建模是否是同時進(jìn)行，可以把三維地質(zhì)建模分成兩大類。第一類是勘查煤炭地質(zhì)工作中，前期勘探工作主要是利用鉆孔數(shù)據(jù)制作三維地質(zhì)模型原型，進(jìn)而形成煤炭層底板等剖面圖、高線圖的草圖，提供給地質(zhì)工程師再次加工，建立更精確細(xì)致的地質(zhì)模型；第二類是勘查煤炭地質(zhì)以后，根據(jù)已完成的煤層地板的剖面圖、高線圖等主要數(shù)據(jù)信息，建立更精確細(xì)致的地質(zhì)模型。更精細(xì)的地質(zhì)模型可以用來設(shè)計煤礦或是建設(shè)數(shù)字礦山。

2.三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)源

勘探煤田過程中，會涉及航空遙感資料、航天遙感信息、地面采樣資料、地震剖面圖及鉆孔資料信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。所以，煤田地質(zhì)勘探的原始數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)類型異構(gòu)、數(shù)據(jù)源種類繁多、三維空間分布重要等特征，非常適于運(yùn)用三維地理信息系統(tǒng)管理。要研究煤田構(gòu)造，必須先對比勘探區(qū)域和鉆孔里的巖層及煤層，再重點(diǎn)研究地形面、斷層面及地層界面等地質(zhì)曲面的分布規(guī)律、空間幾何形態(tài)、構(gòu)造歷史。三維地質(zhì)建模信息里鉆孔數(shù)據(jù)十分重要，經(jīng)過取心與測井，能夠得到鉆孔經(jīng)過的煤層和巖層的采樣位置、實(shí)物采樣機(jī)煤層特征。地震勘探也是地質(zhì)建模重要數(shù)據(jù)源之一，特別是高分辨率的地震勘探能夠使煤田構(gòu)造精度大大提升。地震剖面方面，地震勘探的同相軸連線能夠當(dāng)作巖煤層界面和剖面間的相交線，同相軸振幅和波形能夠反映界面兩側(cè)物性區(qū)別，鉆探信息做成的勘探線剖面圖和地震剖面通過多次糾正后都是地質(zhì)建模重要數(shù)據(jù)源。

3.煤田勘探里三維地質(zhì)建模的主要工作程序

3.1用于勘探過程中的地質(zhì)建模流程

利用鉆孔資源建立原型系統(tǒng)過程中，要先合并鉆孔分層，分為幾個全區(qū)能夠進(jìn)行比較的界面，再用界面鉆孔點(diǎn)作為樣點(diǎn)，建立三維曲面。通過三角剖分鉆孔形成的地質(zhì)界面樣點(diǎn)，建立界面基本三角網(wǎng)，再把三角網(wǎng)細(xì)分、加密，建立高次曲面三角網(wǎng)，利用三角網(wǎng)插值進(jìn)行跟蹤形成曲面等高線，最后將曲面三維可視化。利用相同方法可以構(gòu)建松散層底面、地面、煤底面、煤頂面等，在此期間，工程師可以二次加工原始剖面圖，結(jié)合鉆孔地層缺失、地面露頭等資料信息，在剖面上適當(dāng)增加斷層，修改煤層頂線、地層界線等，最終形成勘探線剖面圖、煤存量計算圖、煤層底板等高線。

3.2用于勘探后的地質(zhì)建模流程

地質(zhì)工程師通過觀察勘探線剖面圖、煤層底板等高線圖形成對勘查區(qū)域的整體形態(tài)認(rèn)識。因?yàn)橛行┛碧疥?duì)伍中的制圖工程師用AutoCAD、MapGIS等繪圖軟件制作地質(zhì)圖件過程中，可能出現(xiàn)未考慮圖件電子版會用于建立三維地質(zhì)模型，所以，制圖工程師所繪制的圖形和地質(zhì)工程師草圖相似，并沒有運(yùn)用等高線圖做出三維地質(zhì)模型的特別要求。盡管等高線是表達(dá)曲面的一種基本形式，但它和曲面有一定區(qū)別，必須用三角剖分等高線，通過連接不規(guī)則小三角平面才能形成曲面。制作煤層底板曲面主要分為三步：

首先，連接斷面交線和制圖員前期打斷的需要連接的等高線，重新做斷面交線和底板等高線的采樣，因?yàn)樵械臄嗝娼痪€型值點(diǎn)稠密不均勻，不利于三維曲面的構(gòu)建，重新采樣的點(diǎn)間距要和等高線間距相等；其次，賦予各條等高線高程值，用斷面交線和等高線作為限定線限定三角剖分，建立斷面交線、等高線限定三角網(wǎng)；最后，用三角網(wǎng)提取地性線，把地性線加到限定線里，再次形成三角網(wǎng)，利用下煤層底板和上煤層底板斷面交線形成斷層面。

4.三維地質(zhì)建模對煤田構(gòu)造的重要作用

4.1使構(gòu)造要素表達(dá)具有立體性和直觀性

以往傳統(tǒng)剖面圖、平面圖表達(dá)方式里，斷層通常只能表示成一條斷層線。然而在三維地質(zhì)建模的三維環(huán)境里，斷層不僅可以表示成一個面，還能夠清楚的看到斷層和斷層間、地層和斷層間的互相切割關(guān)系，所以，三維地質(zhì)建模使煤田構(gòu)造要素的表達(dá)具有直觀性和立體性。

4.2同化和集成多類型數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)

由于煤田地質(zhì)勘探工作關(guān)系到很多種原始數(shù)據(jù)，怎樣管理好和利用好這些數(shù)據(jù)對地質(zhì)勘探工作具有重要意義。三維地理信息系統(tǒng)因?yàn)榫哂腥S地質(zhì)建模的各項(xiàng)功能，可以對鉆探、地面及物探等手段得到的各種探測資料進(jìn)行同化或集成處理，進(jìn)而提升信息一致性。因?yàn)榈刭|(zhì)勘探資料具有真三維屬性，原有的采樣點(diǎn)控制位置有很大差別，根據(jù)采樣空間位置集成和運(yùn)用數(shù)據(jù)，能夠充分體現(xiàn)樣品三維空間特性。

5.結(jié)束語

雖然三維地質(zhì)建模技術(shù)不能替代地質(zhì)工程師做出判斷分析，然而它可以幫助地質(zhì)工程師更好的分析、表達(dá)和理解各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，并制作求交、虛擬切割等具有精準(zhǔn)要求的圖形或計算，使地質(zhì)工程師將更多的精力與時間置于煤田構(gòu)造規(guī)律的研究工作中。

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