三維地質建模技術及其在煤田構造中的應用

【摘 要】煤炭地質勘查方法、研究對象及數據信息在空間上都是三維的，運用三維地質建模技術管理煤炭地質勘查非常合適。三維地質建模是運用適當數據結構在計算機上構建可以反映地質構造的各種形態、各要素間的關系、地質體的化學屬性分布、物理屬性分布等地質特點的數學模型。三維地質建模解決了傳統地質信息表達法中的缺陷問題，利用計算機的可視化技術，站在三維空間角度表達地質環境和地質體。本文主要論述了煤炭地質勘查的三維地質建模分類、三維地質建模的數據源、煤田勘探里三維地質建模的主要工作程序、三維地質建模對煤田構造的重要作用。

【關鍵詞】三維地質建模技術；煤田構造；應用

0.引言

利用三維地質建模技術能夠對地面、物探、鉆探等手段得到的資料信息進行同化處理或集成處理，提供信息數據的一致性。地質構造要素的表達必須具有三維立體性與直觀性，地質構造中的斷層在三維環境下既可以表達成一個平面，也可以較好的反映出地層和斷層、斷層之間的切割關系，進而彌補剖面圖中的不足。地質勘探工作研究對象在空間分布方面是三維的，要勘探地質情況，必須運用各種勘探方法，深入調查礦床儲存條件和三維地質條件、工程地質條件及開采技術條件。地質勘探工作的實質就是構建勘探區的三維地質模型。

1.煤炭地質勘查的三維地質建模分類

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

2.三維地質建模的數據源

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數據資料。所以，煤田地質勘探的原始數據具有數據類型異構、數據源種類繁多、三維空間分布重要等特征，非常適于運用三維地理信息系統管理。要研究煤田構造，必須先對比勘探區域和鉆孔里的巖層及煤層，再重點研究地形面、斷層面及地層界面等地質曲面的分布規律、空間幾何形態、構造歷史。三維地質建模信息里鉆孔數據十分重要，經過取心與測井，能夠得到鉆孔經過的煤層和巖層的采樣位置、實物采樣機煤層特征。地震勘探也是地質建模重要數據源之一，特別是高分辨率的地震勘探能夠使煤田構造精度大大提升。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物性區別，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建模重要數據源。

3.煤田勘探里三維地質建模的主要工作程序

3.1用于勘探過程中的地質建模流程

利用鉆孔資源建立原型系統過程中，要先合并鉆孔分層，分為幾個全區能夠進行比較的界面，再用界面鉆孔點作為樣點，建立三維曲面。通過三角剖分鉆孔形成的地質界面樣點，建立界面基本三角網，再把三角網細分、加密，建立高次曲面三角網，利用三角網插值進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，結合鉆孔地層缺失、地面露頭等資料信息，在剖面上適當增加斷層，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用于勘探后的地質建模流程

地質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域的整體形態認識。因為有些勘探隊伍中的制圖工程師用AutoCAD、MapGIS等繪圖軟件制作地質圖件過程中，可能出現未考慮圖件電子版會用于建立三維地質模型，所以，制圖工程師所繪制的圖形和地質工程師草圖相似，并沒有運用等高線圖做出三維地質模型的特別要求。盡管等高線是表達曲面的一種基本形式，但它和曲面有一定區別，必須用三角剖分等高線，通過連接不規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，因為原有的斷面交線型值點稠密不均勻，不利于三維曲面的構建，重新采樣的點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；最后，用三角網提取地性線，把地性線加到限定線里，再次形成三角網，利用下煤層底板和上煤層底板斷面交線形成斷層面。

4.三維地質建模對煤田構造的重要作用

4.1使構造要素表達具有立體性和直觀性

以往傳統剖面圖、平面圖表達方式里，斷層通常只能表示成一條斷層線。然而在三維地質建模的三維環境里，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系，所以，三維地質建模使煤田構造要素的表達具有直觀性和立體性。

4.2同化和集成多類型數據與多源數據

由于煤田地質勘探工作關系到很多種原始數據，怎樣管理好和利用好這些數據對地質勘探工作具有重要意義。三維地理信息系統因為具有三維地質建模的各項功能，可以對鉆探、地面及物探等手段得到的各種探測資料進行同化或集成處理，進而提升信息一致性。因為地質勘探資料具有真三維屬性，原有的采樣點控制位置有很大差別，根據采樣空間位置集成和運用數據，能夠充分體現樣品三維空間特性。

5.結束語

雖然三維地質建模技術不能替代地質工程師做出判斷分析，然而它可以幫助地質工程師更好的分析、表達和理解各種復雜的地質構造現象，并制作求交、虛擬切割等具有精準要求的圖形或計算，使地質工程師將更多的精力與時間置于煤田構造規律的研究工作中。

【參考文獻】

[1]蔣法文，黃暉，張振生，張中平，劉曉波.高精度三維地震勘探技術在煤田安全生產中的應用[J].中國煤炭地質，2014（02）.

[2]李青元，董前林，賈會玲，陳強，馬圓圓.三維地質建模技術及其在煤田構造中的應用[J].中國煤炭地質，2014（08）.

[3]孫璐偉，竇新釗，羅金輝.三維地震資料在煤田構造解釋中的應用[J].中國科技信息，2012（09）.