秦皇島柳江盆地地質建模

王瑩 毛毳 衣偉宏 鞏磊 柳成志

摘要：地質建模是在地質體空間結構分析的基礎上，運用計算機技術，建立可供展示、編輯、計算和輸出于一體的數據模型。在秦皇島柳江盆地地表數字地質填圖、 深部地球物理勘探、鉆探數據分析的基礎上，依托軟件平臺建成了不同范圍、不同數據源的地質模型。其中數字地質填圖建模是很有推廣價值的三維建模方法，可以作為地表區域地質填圖的一種新型表達方式，也可以作為一種過渡性模型，用作更深層次三維地質調查的工作部署基礎和建模約束條件。

關鍵詞：秦皇島柳江盆地;計算機技術;軟件平臺;地址建模

1 引言

我國對盆地的研究經歷了大地構造研究、盆地分析和盆地模擬之后，進入了數字盆地階段。三維數字盆地實際上是采用三維可視化技術，將盆地研究的方式從二維平面帶入三維空間，從平面切片帶入三維實體。三維地質建模及可視化技術的發展將地下構造及屬性特征以直觀的方式呈現給使用者，為三維數字盆地系統的建設提供了可能。三維數字盆地建設的目標是，通過三維地質建模技術建立三維地質模型，以三維地質模型為基礎，承載油氣勘探開發信息，進行地質研究、評價分析、數值模擬等工作，形成一個以盆地為劃分的大范圍綜合平臺，為盆地開發提供支撐。三維數字盆地系統的建設對于國家戰略資源的管理、開發和使用具有重要意義。為此，三維數字盆地模型建設被列為國土資源部油氣資源戰略研究中心十二五規劃的主要工作內容之一。

中國地質找礦和地質災害監測預警所需的深部地質信息還比較匱乏，迫切需要基礎地質工作者轉變工作模式。近年來，隨著計算機三維技術的迅速發展，三維地質填圖和建模作為描繪地質信息的技術手段也逐漸成熟。因此，中國基礎地質調查“從傳統走向現代、從單一走向綜合、從二維走向三維”的理念呼之欲出。

2 秦皇島柳江盆地地址建模的主要方法

2.1 數字地質填圖建模

數字地質填圖建模可劃分為3個關鍵步驟，即運用已有的PRB數據構建地質界面、 將地質界面組合成面模型、將面模型生成體（網格）模型，其中以地質界面的構建最關鍵。按建面方法的不同，數字地質填圖建模中的界面大致可以劃分為模型邊界面、DEM面、斷層面、地層界面、 第四系界面、巖體界面、殘留頂蓋界面、俘虜體界面等類型。地質界面的構建應遵循以下原則：一是地質填圖路線、產狀數據為主要建模數據，其他數據為次要建模數據;二是可信度高的數據約束、校正可信度較低的數據;三是先建模型的邊界面（DEM面、模型的底界面、模型的四周邊界面），再建斷層面，最后建其他地質界面。其他地質界面的構建，先建新地質體界面，后建老地質體界面;四是由分段地質界面組合成更大范圍的地質界面，界面構建應從小到大，并不斷約束。

2.2 地質剖面建模

地質剖面數據是三維地質建模的重要數據源，運用地質剖面構建三維地質模型的方法應用較廣泛。地質剖面數據源主要是圖切地質剖面、礦床勘探線剖面、中斷平面圖、物探解譯的地質剖面等，建模流程主要由數據預處理及錄入、地質界面構建、面模型構建和實體模型構建4個主要步驟組成。

2.3 多源數據融合建模

三維地質建模的原始數據來源具有多源性，涵蓋地貌、地質、物探、化探、遙感、鉆探等數據，數據類型和格式眾多，難以有效利用。另一方面，建模數據獲取難度大、成本高，又具有不均勻和不連續性，建模過程中總感覺數據不夠。多源數據融合建模就是試圖綜合利用各類數據，更真實地反映地質體的三維空間特征。但建模數據之間的融合難度大，目前沒有較完整的方法體系。

3 對秦皇島柳江盆地三維地質建模的幾點思考

3.1 完善地質思維的表達方式至關重要

三維地質建模關鍵在于地質表達方式的創新，需要地質學家從過去側重地質思維 （加上地史演化，屬4D范疇）轉變到兼顧重視現實表達方式上來。地質思維兼有邏輯思維與藝術思維，注重高度概括，忽略許多細節，在建模需要無縫連接時存在依據不足，同時用想象建立起來的各種模式難以用數學參數表達出來。編程員的信息技術思維難于理解地質體相互關系的深層次含義，導致在三維建模過程中，思維方式矛盾突顯。三維地質建模的技術方法仍欠成熟，缺乏研究者認可的統一流程。地質學家、地球物理學家、建模技術人員的水平，以及相互溝通能力是高質量建模的關鍵。不同類型地區三維地質建模的技術流程總結也勢在必行。

3.2 實施分階段建模，不斷完善三維地質模型

由于當前的客觀原因，三維地質調查無法以網格式部署物探、鉆探工作量，所以目前的建模單位應該是目標地質體。礦集區三維地質建模要以控礦構造、含礦地質體為主要目標地質體。三維地質建模是一個不斷完善的過程，當前可以依據現有資料構建地質概念模型，也就是地質圖三維建模，然后有針對性地開展物探工作，不斷完善深部地質結構解釋。這樣也便于實現多學科之間的數據融合，對已經建立的成礦模式在3D空間里接受檢驗。

3.3 數字地質填圖建模值得探索并推廣

數字地質填圖建模值得進一步探索，可以作為地表區域地質填圖的一種新型表達方式。過去區域地質調查圖件的圖切剖面、盆地模型、成礦模型等也試圖揭示地下情況，但受條件限制只能用二維紙質圖件表達。在1：5萬圖切剖面圖上，1cm相當于500m深。在當今信息化時代，從地表填圖數據直接進行三維建模（可暫定大致200m以淺），可以將這些圖切剖面、立體模型圖件實現實體化、可視化。同時，它也可以作為一種過渡性模型，用作鉆孔設置的參考，或作為更深層次三維建模的約束條件。

3.4 三維地質模型的展示需要一種通用軟件平臺

三維地質建模專業軟件價格昂貴，非專業人員使用也較困難。為了能夠讓更多人方便地使用構建好的模型，需要一種通用展示方式。基于Adobe Acrobat軟件平臺開發了三維地質模型展示系統，實現了將Micromine、 MapGIS、Surpac、GOCAD、Geosoft 等眾多專業地學軟件構建的各類地質模型在通用平臺上展示 （轉換為 PDF文件），并擁有便利的人機交互功能。該展示系統主要有如下功能。

（1）多源地質模型導入。這是最基本的功能，通過U3D標準數據接口，可獲取不同類型軟件中的三維地質模型。目前，Adobe Acrobat提供2種獲取三維模型的方式，一種是通過文件方式，直接讀取含有模型的PDF文件，另一種是通過軟件間的捕獲功能實現。

（2）三維模型動態展示。可以利用Adobe Acrobat提供的快捷菜單，實現對模型的動態展示，如動態改變三維模型的位置、朝向，模型樹展示、自定義剖面展示等功能。

（3）模型編輯與美化。利于Adobe Acrobat 及Adobe 3D Reviewer工具相結合，可實現三維模型的編輯、材質設置、場景燈光設置等功能。

（4）多視圖定義與轉換。利于Adobe Acrobat視圖管理功能，可實現對三維模型的任一視角、任一視圖的操作與轉換。

（5）靈活的人機交互。允許用戶從表單域、書簽、批處理序列、文檔或頁面動作調用JavaScript腳本，為PDF三維模型添加模型隱藏和顯示、模型動畫設置、模型渲染、模型縮放、剖面控制、模型指針設置等功能。

5 總結

三維地質調查工作強調多源數據的交互解譯與有機融合，物探數據、勘探資料、地質圖、地質演化規律相互印證。強調地質人員全程參與，與物探人員、計算機人員溝通交流，多學科融合，以便正確理解地球物理信息的地質含義，在3D 空間里理解所有地質體、構造的幾何形態和成因關系。秦皇島柳江盆地三維地質模型的構建、 地質體空間展布可視化， 為該區地質結構及其與成礦關系的研究提供重要依據。三維模型揭示出盆地基底褶皺和斷裂的空間展布情況，使找礦地質要素的三維空間特征變得更清晰。秦皇島柳江盆地西部變質巖-花崗巖雙基底的鑒別，也為本區礦物源的研究提供了新思路。

參考文獻：

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