三維地質建模技術在地勘找礦中的應用

（中陜核工業(yè)集團二一一大隊有限公司，陜西 西安 710024）

一直以來，地質資料成果的表現(xiàn)與解釋都是基于二維空間的，它的本質就是將實際地下三維地質空間中的地質特征和現(xiàn)象投影到某個平面上展示，這種表達方式描述三維空間中真實地下地質構造事并不直觀，而且往往無法揭露整個空間的變化規(guī)律，很難使地質技術人員完整、直接地解釋和理解地下各種地質情況，在目前日趨復雜的地勘找礦工作中，已經難以滿足其分析預測、工程設計部署等需求。各類新型勘探技術的運用，例如三維地震勘探、地質雷達、深部地化剖面等，致使各種地質物探資料迅速增長，地質人員更需要利用新的方法來綜合利用這些數(shù)據(jù)。面對大量的實測數(shù)據(jù)，如何利用其來推斷區(qū)域內的分布規(guī)律，地質工作者會感到很難分析，傳統(tǒng)的工作方法大多用平面圖件來反映地質信息，而如今則更希望利用計算機技術自動顯示這些信息在地下三維地質空間中的分布規(guī)律。三維地質建模的技術理論和軟件技術日益成熟，同時三維地質建模軟件也已經大量推出，如法國南錫法學研發(fā)的GOCAD軟件，澳大利亞的Encom公司的Discovery PA軟件，國內的3D mine軟件等等，這一類軟件目前已經在石油勘探、礦產儲量評價、礦產開采、地質巖土工程等領域得到了廣泛應用。但目前地質勘查找礦階段，尤其是找礦預測中還應用得較少。

1 地質勘探中三維地質建模方法理論

在地質找礦勘探中，地質體的三維模擬一般要根據(jù)具體的地質體來定，由于地質體的復雜性，一般要使用集中方法綜合建模，達到真實體現(xiàn)地質體的三維形態(tài)的效果?；阢@孔信息的建模方法是較為常用的方法，對沒有斷層的層狀地質體的模擬具有很好的效果，但鉆孔數(shù)據(jù)不多，也有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。但礦體或地層結構較為復雜時，就很難保證數(shù)據(jù)的一致性；近年來，利用貝塞爾函數(shù)實現(xiàn)的曲面建模方法，能很好的解決地質體的表面建模，通過曲面建模，然后利用實體建模方法構建地質體的實體模型，就可以解決復雜地質體的模擬。

2 三維地質建模在地勘找礦應用中的關鍵技術

（1）建立三維空間下的鉆孔信息數(shù)據(jù)庫。鉆孔是在地質礦產勘查中，獲取地下地質信息為地質和礦產資源參數(shù)做出可靠評價的重要方法，通過鉆孔中不同深度取得的巖心、礦樣進行取樣分析可以獲取可信的礦體、巖層分布情況。鉆孔巖心數(shù)據(jù)包括了三維地質建模中所需要的到的很大部分信息。這些數(shù)據(jù)信息反映了巖層的原始狀況，是對地下巖層的模擬分析，可視化表達的主要數(shù)據(jù)。因此，收集地質找礦中的各類鉆孔數(shù)據(jù)信息是進行三維地質建模的重要步驟。目前由于取得鉆孔數(shù)據(jù)的成本相對較高，而且在一定范圍內的工作區(qū)內大多只能取得有限的鉆孔數(shù)數(shù)據(jù)，必須最大程度利用好這些數(shù)據(jù)所含的各類信息，在一定范圍內結合工區(qū)內的地質規(guī)律和地質經驗，這樣才能完成構建比較符合實際情況的三維地層模型。將地質剖面圖結合鉆孔資料加入三維地質建模中，也可在三維地質建模過程中根據(jù)相鄰鉆孔按照地質推斷規(guī)范原則重新繪制新的地質剖面圖，最后將這些地質剖面圖與鉆孔資料組合在一起進行綜合建模，由此將極大地提高三維地質模型的豐富度和可信度。

（2）三維地質模型拓撲關系結構分析。從地質構造方面來看，拓撲關系表現(xiàn)了地質對象間相互關聯(lián)情況，這些拓撲信息包括了地質層位間上覆、交疊等的地層構造關系與地質體的位置空間關系。拓撲也可以理解為對所有這類地質體關系進行儲存的一種數(shù)據(jù)結構[1]。簡單來說，例如多層地層，上層巖層的底界面和與它相鄰的下層巖層的頂界面是上下巖層這兩個地質實體的公用邊界，它們間的拓撲關系則是相鄰和同一的關系，在存儲此拓撲關系數(shù)據(jù)時可以融合上層巖層的底界面和其相鄰的下層巖層的頂界面，也就是把上下巖層邊界的曲面保存為一個地層曲面，由此必將在一定程度上減少拓撲數(shù)據(jù)的存儲空間。地質模型系統(tǒng)的關鍵技術之一就是描述地質對象之間關系所采用的拓撲結構。

（3）三維地質模型轉換真實折剖面技術。在一個勘探剖面中，由于鉆孔會發(fā)生傾斜，存在某個鉆孔或者某幾個鉆孔偏離勘探線比較遠的情況。平剖面數(shù)據(jù)是在一個勘探線平面上的數(shù)據(jù)，和鉆探數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的實際地下地質信息之間往往會存在某種誤差，這類誤差在較多情況下，會對三維地質建模的可靠性產生較大影響。通過平剖面數(shù)據(jù)進行轉換到三維真實折剖面的技術，也是三維地質建模的關鍵技術之一。要把鉆孔控制下的平剖面轉換成真實剖面；首先利用鉆孔的井口坐標及測斜信息生成鉆孔的三維空間分布情況圖；然后對不同類型的平剖面數(shù)據(jù)進行坐標轉換，由二維空間數(shù)據(jù)轉換為三維空間數(shù)據(jù)；同時將平剖面數(shù)據(jù)中的有鉆孔信息控制的部分，沿著鉆孔位置軌跡進行投影，使平剖面上這一部分信息與實際鉆孔的位置信息在三維空間中能夠吻合；最后針對平剖面上需要外擴推斷的部分進行整合處理，一方面是統(tǒng)一校準到勘探線上，另一方面是校準到外側相鄰鉆孔的延長線上。

（4）地層礦層一體化建模技術。主要是地層礦體剖面數(shù)據(jù)的統(tǒng)一離散化處理以及地下礦體地層拓撲信息結構兩種方法，地層剖面數(shù)據(jù)的統(tǒng)一離散化處理，是通過按地質剖面次序進行模擬掃描，將剖面數(shù)據(jù)的地層礦層信息同時轉換成垂直的類似與鉆孔取樣分析的形式；地層與地層之間與其內部，在空間上的交錯、包含關系通過相對直觀的角度得到表達和處理。這套建模流程最大的一個優(yōu)點在于，相應所建模的地下三維地層礦體模型，在各個信息節(jié)點上基本都有相應的鉆孔樣品數(shù)據(jù)對應。由此推廣到其他各類地質體的表述，特別是對于侵入巖體、斷層、褶皺等特殊地質現(xiàn)象的建模，都可以通過地層礦層一體化建模技術解決。

3 應用實例

陜西鳳北某地區(qū)金礦，工作區(qū)金礦化帶主要分布在上元古界的羅漢寺群的碎屑巖段中，產于荊梢灣背形兩翼與軸向近似平行的構造擠壓片理化帶、破碎帶中，主要蝕變?yōu)閺姽杌?、綠泥石化、絹云母化、微細粒侵染狀黃鐵礦化及褐鐵礦化等。通過鉆孔工程的控制，主要在區(qū)內共發(fā)現(xiàn)近似平行的3條北西西向金礦化蝕變帶。以Encom Discover PA軟件為工作平臺，再收集整理地質資料、地球物理資料、鉆孔、地形測繪資料的基礎上，依據(jù)“點-線-面-體”的思路，通過合理的解釋形成剖面，進而三維可視化表達，構建出三維地質結構模型，模型應該直觀地展現(xiàn)出地形地貌、地質構造、地層巖性和礦體的空間分布形態(tài)和空間關系，輔助圈定深部找礦靶區(qū)，提出合理的勘查意見。

首先，通過將整理好以后的礦區(qū)鉆孔等數(shù)據(jù)分別導入井口坐標信息表、井斜、樣品分析表和化驗表中，構成礦區(qū)鉆孔信息數(shù)據(jù)庫[2]。由此建立最主要的地質數(shù)據(jù)庫，地勘技術人員還可以加入其他相應的勘探資料如測繪信息、剖面信息、物探、化探等資料信息導入三維建模數(shù)據(jù)庫中進行綜合管理和利用，還可以用三維空間的方式顯示鉆孔的數(shù)據(jù)、沿任意位置角度切制剖面、形成剖面文件或線文件，利用綜合三維地質建模平臺將各類地質數(shù)據(jù)動態(tài)地在三維計算機圖形中進行表現(xiàn)，直接、快捷地展示各種勘探工作數(shù)據(jù)的地下空間位置關系、分析數(shù)值和對應的形態(tài)關系，如此就可以進行三維地質勘探工作的合理性評價與工程效果驗證，對地質勘查找礦分析預測形成可靠地的地質模型。

在礦體圈定與外推的過程中，還可以對礦體圈定按地質統(tǒng)計學規(guī)范進行質量監(jiān)控，將取得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息再反饋給地質人員，修正錯誤，確保圈定的礦體礦段與直接工程的一致性。

最終建立的三維地質礦體模型如圖1所示，經過對比分析認為，該金礦床礦體深部仍有延伸，且有隱伏礦體存在，在后續(xù)勘查工作中應加強對礦區(qū)南部、西南部覆蓋區(qū)及深部礦體的勘查。有了現(xiàn)成的礦體模型，能夠快速實現(xiàn)任意方向的礦體剖面的切割。通過切割繪制的二維剖面與礦體界線，能夠驗證三維地質與礦體模型的構建是否恰當，通過在三維地質建模中產生的各類信息反饋，不斷驗證礦體連接和三維模型構建的合理性，不斷改進優(yōu)化，最終為地質、物探等人員，提供良好的基礎圖件數(shù)據(jù)，為下一步找礦預測提供了可靠的三維地質模型。

4 小結

通過收集整理礦區(qū)已有的資料，建立了礦區(qū)地質數(shù)據(jù)庫、地表模型、礦體模型等，完成了礦體三維地質建模，實時展現(xiàn)地質找礦工作中的成果，較少、縮短了不同專業(yè)技術人員的溝通時間，加快了項目工作進程，為后續(xù)地質勘查工作的設計提供了良好的數(shù)據(jù)支撐。