淺談地質(zhì)開發(fā)工作中三維地質(zhì)建模技術(shù)的應(yīng)用

【摘 要】長(zhǎng)期以來(lái)，地質(zhì)信息的模擬與表達(dá)采用的都是剖面圖和平面圖，這種表現(xiàn)形式的實(shí)質(zhì)就是將三維空間當(dāng)中的地層、地貌和構(gòu)造以及一些其它的地質(zhì)現(xiàn)象反映到某一個(gè)平面上進(jìn)行表達(dá)。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(guò)程的繁雜。而三維地質(zhì)模型的提出有效克服了傳統(tǒng)方法的不足，其利用計(jì)算機(jī)與可視化技術(shù)，能夠直接從三維空間的角度來(lái)表達(dá)地質(zhì)體及地質(zhì)環(huán)境?；诖它c(diǎn)，本文首先對(duì)三維地質(zhì)建模進(jìn)行概述，并在此基礎(chǔ)上對(duì)三維地質(zhì)建模技術(shù)在地質(zhì)開發(fā)工作中的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)開發(fā)；三維地質(zhì)；建模技術(shù)

0.前言

三維地質(zhì)建模的概述：

所謂的三維地質(zhì)模型具體是指利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中建立起一個(gè)能夠真實(shí)反映地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)和各個(gè)要素之間關(guān)系及地質(zhì)體空間物性分布等地質(zhì)特征的幾何模型。該模型能夠以真三維的形式表達(dá)出地質(zhì)構(gòu)造的真實(shí)特征、形態(tài)和三維空間物性參數(shù)的分布規(guī)律，但其也存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面上：其一，三維地質(zhì)建模與可視化是一項(xiàng)集諸多學(xué)科于一身的綜合性應(yīng)用技術(shù)，主要包括地質(zhì)、數(shù)學(xué)、油藏工程、計(jì)算機(jī)圖形、概率統(tǒng)計(jì)以及地球物理等等；其二，因該模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源途徑較多，故此需要對(duì)這些數(shù)據(jù)類型進(jìn)行綜合考慮，才能建立起一個(gè)被相關(guān)專家所認(rèn)可的模型。

在地質(zhì)勘探中，地質(zhì)構(gòu)造是相當(dāng)復(fù)雜的，地質(zhì)體也是千變?nèi)f化的，如何根據(jù)眾多的前人收集的地、化、物、遙等二維圖件資料，構(gòu)建出能反映地質(zhì)信息和地質(zhì)現(xiàn)象本質(zhì)的三維地質(zhì)模型，讓地質(zhì)工作者全面、準(zhǔn)確的掌握整體地質(zhì)情況，更加科學(xué)、高效的、直觀的分析并解決地質(zhì)問題，預(yù)測(cè)隱伏礦體，三維地質(zhì)建模可以提供很好的解決辦法。三維地質(zhì)建模通過(guò)對(duì)鉆孔資料、剖面圖、地震數(shù)據(jù)、等深圖、地質(zhì)圖、地形圖、物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、工程勘察數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等各種原始數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，利用地球科學(xué)與信息科學(xué)技術(shù)，使用數(shù)值模擬和空間分析的技術(shù)方法，進(jìn)行三維地質(zhì)建模，構(gòu)建能真實(shí)反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系、地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律的三維地質(zhì)模型，為礦體的預(yù)測(cè)提供支持。

1.三維地質(zhì)建模分類

三維地質(zhì)建?？梢苑譃楹芏喾N類，有主要側(cè)重于反映地質(zhì)體表面形態(tài)的表面建模，側(cè)重于反映地質(zhì)體內(nèi)部變化規(guī)律的實(shí)體建模；根據(jù)建模的對(duì)象的空間尺度分有對(duì)整個(gè)礦區(qū)建模的宏觀建模和對(duì)巖石和化石建模的微觀建模；有針對(duì)固定時(shí)刻的靜態(tài)建模和適用于地下水流動(dòng)模擬的動(dòng)態(tài)建模；有用于表達(dá)地質(zhì)界面和地質(zhì)體空間形態(tài)的拓?fù)洳灰恢陆：涂梢詫?duì)體元進(jìn)行插值模擬和空間分析的拓?fù)湟恢陆＃挥袑?duì)單個(gè)地質(zhì)體建模的單體建模和對(duì)多個(gè)地質(zhì)體進(jìn)行建模的多體建模；有對(duì)分層較好的地質(zhì)體的單值建模和針對(duì)倒轉(zhuǎn)褶皺地質(zhì)形態(tài)的多值建模。

2.三維地質(zhì)建模方法

基于鉆孔的建模方法對(duì)沒有斷層的層狀地質(zhì)體的模擬具有很好的效果，如果鉆孔數(shù)據(jù)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(jiǎn)單斷層的地質(zhì)體三維建模問題，但對(duì)具有復(fù)雜的斷層結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體不能很有效的解決；非層狀地質(zhì)體的建模能對(duì)少數(shù)幾個(gè)復(fù)雜礦體進(jìn)行建模，也能對(duì)具有復(fù)雜斷層的地質(zhì)體進(jìn)行建模，但礦體較多，就很難保證數(shù)據(jù)的一致性；利用貝塞爾曲面和NURBS曲面實(shí)現(xiàn)的曲面建模方法，能很好的解決地質(zhì)體的表面建模，通過(guò)表面建模后，然后利用實(shí)體建模方法構(gòu)建地質(zhì)體的實(shí)體模型，可以解決復(fù)雜地質(zhì)體的模擬；對(duì)于復(fù)雜的單個(gè)地質(zhì)體的建模經(jīng)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(zhì)體的三維模擬一般要根據(jù)具體的地質(zhì)體來(lái)定，由于地質(zhì)體的復(fù)雜性，一般要使用幾種方法綜合建模，達(dá)到真實(shí)體現(xiàn)地質(zhì)體的三維形態(tài)的效果。

3.三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)及研究方向

三維地質(zhì)建模融合了多門學(xué)科的知識(shí)，要準(zhǔn)確的描述地下地質(zhì)體的復(fù)雜空間關(guān)系和屬性關(guān)系，就要對(duì)三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)有所突破。

（1）對(duì)三維地質(zhì)建模起到基礎(chǔ)性作用的是準(zhǔn)確獲取地下地質(zhì)體的三維空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)鉆孔獲得的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用到地質(zhì)建模中，并對(duì)三維地震、地質(zhì)CT、地球物理等技術(shù)獲得的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和解譯，轉(zhuǎn)化成對(duì)地質(zhì)建模有用的數(shù)據(jù)。

（2）真實(shí)折剖面技術(shù)，在一個(gè)勘探剖面中，由于鉆孔會(huì)發(fā)生傾斜，存在某個(gè)鉆孔或某幾個(gè)鉆孔偏離勘探線較遠(yuǎn)的情況，平剖面數(shù)據(jù)是在一個(gè)勘探線平面上的數(shù)據(jù)，和勘探工程所反映的真實(shí)地質(zhì)情況之間必然就會(huì)存在一定的誤差，這種誤差在很多情況下，會(huì)對(duì)建模的結(jié)果造成較大的影響。怎樣由平剖面轉(zhuǎn)換到真實(shí)折剖面技術(shù)，是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。我們采用如下的方法把鉆孔控制下的平剖面轉(zhuǎn)換成真實(shí)剖面：第一步、利用鉆孔的孔口坐標(biāo)信息及測(cè)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(shù)據(jù)通過(guò)坐標(biāo)變換，由二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為三維空間數(shù)據(jù)；第三步、將平剖面上有鉆孔控制的部分，向鉆孔軌跡進(jìn)行投影，使平剖面上這一部分信息與真實(shí)鉆孔的空間位置重合；第四步、對(duì)于平剖面上的外推部分，按兩種方式進(jìn)行處理：一是校正到勘探線上；二是校正到最外側(cè)相鄰鉆孔的延長(zhǎng)線上。

（3）三維地質(zhì)建模軟件能使用多種建模方法，如面建模、體建模、面體結(jié)合的建模方法，能使用多種建模數(shù)據(jù)類型。

（4）利用獲得的多源數(shù)據(jù)建立一個(gè)合理、高效的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，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(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（5）地層礦層一體化建模技術(shù)，使用剖面數(shù)據(jù)的一致離散化處理和“層間相似、層內(nèi)一致”的地層礦層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩種方法，剖面數(shù)據(jù)的一致離散化，指的是沿地質(zhì)剖面進(jìn)行序列化掃描，將剖面上的地層礦層線同時(shí)轉(zhuǎn)化成豎直的類似鉆孔樣品的形式；地層各層之間及其內(nèi)部、礦層各層之間及其內(nèi)部及地層與礦層之間，在空間上的重疊、包含關(guān)系能夠以最簡(jiǎn)單的方式得到處理和體現(xiàn)。這套處理流程的另外一個(gè)附帶優(yōu)勢(shì)就在于，對(duì)于所構(gòu)建的每個(gè)地層礦層模型，在每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)上都有一個(gè)樣品數(shù)據(jù)與之對(duì)應(yīng)。

（6）我們?cè)谌S地質(zhì)建模中大多用的是鉆孔和剖面數(shù)據(jù)，要能真實(shí)的體現(xiàn)地質(zhì)體的形態(tài)，我們要拓寬數(shù)據(jù)的來(lái)源，地質(zhì)、物探、化探、地震、遙感等一系列數(shù)據(jù)也要用上，如何盡最大效果的用好這些數(shù)據(jù)，對(duì)三維地質(zhì)建模有很關(guān)鍵的作用。

（7）三維地質(zhì)模型中各個(gè)地質(zhì)體之間的數(shù)據(jù)要保持一致性，各個(gè)地質(zhì)體之間要避免存在空隙和交疊的情況。保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性對(duì)體素華和實(shí)體的數(shù)值模擬，空間分析具有重要的意義。

（8）對(duì)各種特殊地質(zhì)體的描述，如對(duì)于侵入體、分支斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺等特殊地質(zhì)現(xiàn)象的建模，也是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

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

4.小結(jié)

三維地質(zhì)建模是利用各種多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，特別是鉆孔數(shù)據(jù)，利用多種地質(zhì)建模方法，如表面建模、實(shí)體建模或者面體結(jié)合的建模方法，結(jié)合各種地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)，建立一個(gè)真實(shí)的三維地質(zhì)模型，為用戶展示一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)地質(zhì)環(huán)境，還可以利用數(shù)值模擬和空間分析對(duì)隱伏礦體進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。能給我們的隱伏礦體的預(yù)測(cè)提供科學(xué)的指導(dǎo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱良峰，吳信才，潘信.三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估理論與誤差修正方法研究[J].地學(xué)前緣，2013（04）.