基于圖切剖面的降扎溫泉三維地質(zhì)建模研究及應(yīng)用

王麗坤，簡(jiǎn)興祥，羅海金，姚華龍

基于圖切剖面的降扎溫泉三維地質(zhì)建模研究及應(yīng)用

王麗坤1，簡(jiǎn)興祥2，羅海金3，姚華龍3

（1.四川金核礦業(yè)有限公司，成都 610000；2.成都理工大學(xué)，成都 610059；3.四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610061）

本文以若爾蓋降扎溫泉區(qū)為研究對(duì)象，在編制研究區(qū)構(gòu)造綱的基礎(chǔ)上，沿垂直于主斷裂方向繪制圖切剖面，通過輪廓重構(gòu)和等值面提取MC算法，構(gòu)建研究區(qū)地層、構(gòu)造等三維地質(zhì)模型，服務(wù)于下階段地?zé)?地質(zhì)模型構(gòu)建。

圖切剖面；三維地質(zhì)模型；降扎溫泉

若爾蓋降扎溫泉區(qū)地表有地?zé)岙惓ｏ@示，為了了解其地?zé)醿?chǔ)特征和地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，本文嘗試通過構(gòu)建三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型對(duì)其進(jìn)行研究。降扎地區(qū)的礦產(chǎn)資源豐富，前人圍繞區(qū)內(nèi)鈾礦和金礦開展了大量的調(diào)查和研究工作，地質(zhì)資料較豐富，但溫泉周邊區(qū)域并未發(fā)現(xiàn)三維立體數(shù)據(jù)資料，無法利用常規(guī)的鉆孔、地層、斷層、地震等數(shù)據(jù)進(jìn)行三維地質(zhì)建模。故論文以編制的研究區(qū)構(gòu)造綱要圖為基礎(chǔ)，建立一組近似平行的地質(zhì)圖切剖面，為構(gòu)建三維地質(zhì)模型提供條件。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)及周邊寒武系、奧陶系及志留系等地層出露面積較大，在空間展布上呈背斜構(gòu)造，背斜核部出露寒武系，奧陶系及志留系分列兩冀，由于受白龍江大斷裂影響，南翼奧陶系和中下志留統(tǒng)缺失。研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要受溫泉-益哇斷裂（F1）、蘇里木塘-白云斷裂（F3）控制。斷裂以近東西向?yàn)橹?，北東向次之，北西向零星，其中北東向斷裂以平移為主，呈逆時(shí)針扭動(dòng)。北西向斷裂與北東向斷裂為共軛關(guān)系，屬印支期南北向擠壓產(chǎn)物。如埡口-畢岡斷裂（F14）和臥馬龍斷裂（F21）等，斜切區(qū)域主體構(gòu)造線，由近東西向或北西西向斷裂和北東向斷裂，構(gòu)成區(qū)內(nèi)（菱形格）斷裂構(gòu)造格架。

2 三維地質(zhì)建模方法

復(fù)雜地質(zhì)體三維建模算法有體模型和表面模型兩大類。基于體模型的建模方法主要有四面體格網(wǎng)建模、八叉樹建模等；表面建模方法主要有基于剖面輪廓線建模法、鉆孔橢球體建模法、雙層DEM建模法和等值面建模法等(李陳，2018；譚正華等，2017；鄧飛，2007；鄧飛和周亞同，2009；黃超，2020)。三維建模時(shí)，體模型雖然可得到較光滑的結(jié)果，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，建模效率低。

圖1 三維地質(zhì)建模流程圖

本次利用平面地質(zhì)圖構(gòu)建三維地質(zhì)模型，需要對(duì)平面地質(zhì)圖的地質(zhì)信息、空間幾何信息進(jìn)行充分有效地挖掘，以便增加建模的可控性（王丹，2012）。平面地質(zhì)圖和圖切剖面相結(jié)合可以直觀體現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的立體特征重構(gòu)地質(zhì)體的三維形態(tài)（王瑤等，2017）。以平面地質(zhì)圖為基礎(chǔ)，利用MAPGIS等相關(guān)軟件繪制一系列地質(zhì)圖切剖面，將二維剖面映射到三維空間，利用三維剖面上輪廓線的對(duì)應(yīng)性和連續(xù)性構(gòu)建地質(zhì)體三維模型（高士娟等，2015）。

基于地質(zhì)圖切剖面的三維地質(zhì)建模具體流程見圖1。

首先將研究區(qū)的地質(zhì)圖切剖面作為控制剖面，構(gòu)建一組若干條（近似）平行或垂直的二維地質(zhì)圖切剖面，并通過對(duì)圖切剖面的空間定位、地層相關(guān)屬性填充及邊界追蹤，獲取區(qū)域地層輪廓邊界及相關(guān)參數(shù)信息；地層屬性離散化，將地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的邊界及其相關(guān)區(qū)域進(jìn)行空間離散化插值，獲取空間離散坐標(biāo)信息及屬性信息；提取地層邊界，作為模型的二維輪廓的邊界，對(duì)二維輪廓表面進(jìn)行重構(gòu)建模，利用等值面提取MC算法構(gòu)建模型表面和內(nèi)部，由三維地質(zhì)數(shù)據(jù)場(chǎng)生成三維地層模型。

在三維地層模型基礎(chǔ)上，將圖切斷層剖面邊界作為斷裂線，通過空間插值法構(gòu)建斷裂面；沿著斷裂面將地層切割，分開上下盤；沿著斷裂方向?qū)⒌貙用驽e(cuò)動(dòng)，最后形成三維模型斷裂系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)模型建模。

1.第四系；2.上白堊統(tǒng)；3.下侏羅統(tǒng)；4.下泥盆統(tǒng)；5.上志留統(tǒng)；6.中志留統(tǒng)；7.下志留統(tǒng)；8.中奧陶統(tǒng)；9.寒武系；10.下震旦統(tǒng)；11.安山玢巖；12.閃長(zhǎng)玢巖；13.石英二長(zhǎng)巖；14.煌斑巖；15.輝綠巖；16.實(shí)測(cè)整合地質(zhì)界線；17.實(shí)測(cè)不整合地質(zhì)界線；18.實(shí)測(cè)性質(zhì)不明顯斷層；19.推測(cè)性質(zhì)不明斷層；20.實(shí)測(cè)逆斷層；21.推測(cè)逆斷層；22.實(shí)測(cè)正斷層；23.實(shí)測(cè)平推斷層；24.圖切剖面

3 三維地質(zhì)建模實(shí)現(xiàn)過程

由于若爾蓋降扎溫泉地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，周邊區(qū)域未開展地質(zhì)鉆孔工作，僅開展小比例地質(zhì)調(diào)查、水文調(diào)查和物探勘查工作，資料遠(yuǎn)達(dá)不到地質(zhì)建模要求。

利用已有二維地質(zhì)圖切剖面。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造走向、地層分布和物探解譯成果，以區(qū)域構(gòu)造綱要圖為底圖，沿垂直東西方向主斷裂繪制地質(zhì)圖切剖面若干（圖2）。利用圖切剖面構(gòu)建地層輪廓邊界及獲取地層相關(guān)屬性和空間位置信息，離散化空間坐標(biāo)，提取地層三維輪廓，實(shí)現(xiàn)利用地質(zhì)圖切剖面進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)體三維地層及地質(zhì)構(gòu)造的建模。

三維地質(zhì)建模時(shí)，需沿區(qū)內(nèi)主要斷裂方向，截取若干條平行二維地質(zhì)圖切剖面，將其矢量化（圖3），根據(jù)多條圖切剖面地質(zhì)要素信息，自動(dòng)搜尋三維地質(zhì)塊體，最后利用插值、擬合、三角剖分等數(shù)學(xué)與幾何方法構(gòu)建三維地層模型如圖4。

利用圖切剖面構(gòu)建的三維地層模型，其地表的第四系與中志留統(tǒng)，因受空間插值疊加的影響，生成的地層較實(shí)際地層有一定的交錯(cuò)或消失，其他相關(guān)地層基于與實(shí)際地層保持一致；生成模型的地下部分（見圖5），與原始剖面相比匹配度較好。生成模型的7號(hào)剖面（圖6）有6個(gè)地質(zhì)單元，包括下志留統(tǒng)（S1）、中志留統(tǒng)（S2）、寒武系（?）、中奧陶統(tǒng)（O2）、輝綠巖（βμ3）、下震旦統(tǒng)（Z1）等，與原始7號(hào)剖面（圖7）基本一致。

圖3 研究區(qū)圖切剖面矢量化

將二維地質(zhì)圖切剖面數(shù)字化后，根據(jù)獲得的斷層走向、傾向等相關(guān)信息，利用剖面間插值三維建模方法實(shí)現(xiàn)三維斷裂系統(tǒng)的三維建模（圖8）。

圖4 研究區(qū)三維地層模型

圖5 三維地層模型剖面切片

圖6 地層模型07號(hào)剖面切片

圖8 圖切剖面法重構(gòu)的三維斷裂系統(tǒng)模型

4 總結(jié)

在若爾蓋降扎溫泉地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料研究的基礎(chǔ)上，利用圖切剖面通過輪廓重構(gòu)和等值面提取算法，構(gòu)建三維地質(zhì)模型。該模型可以展示區(qū)域的地層和構(gòu)造特征，為后續(xù)構(gòu)建地?zé)岬刭|(zhì)模型和進(jìn)行地?zé)崮M研究提供一定參考和依據(jù)。對(duì)逆斷層常具“s”型展布，一般有“上陡下緩”的特征，在模擬中存在不足，將在今后的工作中進(jìn)一步完善。

李陳．2018．基于剖面的三維復(fù)雜地質(zhì)體建模技術(shù)研究[D]．成都：成都理工大學(xué)，2-5．

譚正華，譚姣月，潘梅，王李管．2017．基于空間輪廓線的高質(zhì)量礦體表面三維重構(gòu)方法[J]．黃金科學(xué)技術(shù)，25（2）：96-103．

鄧飛．2007．剖面三維地質(zhì)建模與高斯射線束正演的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．成都：成都理工大學(xué)，7-12．

鄧飛，周亞同．2009．基于曲面插值的剖面三維塊狀地質(zhì)建模[J]．微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，26（9）：173-176．

黃超，姜楷，李亮，李宸，曾方侶，何青．2020．礦山三維地質(zhì)建模研究進(jìn)展[J]．40（2）：323-326．

王丹．2012．基于平面地質(zhì)圖的三維地質(zhì)建模方法研究[D]．南京：南京師范大學(xué)，11-18．

王瑤，張像源，陳文杰，鮑蕊．2017．虛擬鉆孔在深層三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用[J]．城市地質(zhì)，12（2）：118-122．

高士娟，毛先成，張寶一，任佳，李勇．2015．基于平面地質(zhì)圖的地質(zhì)體三維建模[J]．地質(zhì)找礦論叢，30（4）：594-601．

Research and Application of 3D Geological Modeling of the Jiangzha Hot Spring Based on Cutting Section of Geological Map

WANG Li-kun1JIAN Xing-xiang2LUO Hai-jin3YAO Hua-long3

(1-Sichuan Jinhe Mining Co., Ltd, Chengdu 610000; 2-College of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610061)

This paper establishes a three-dimensional geological model of the Jiangzha hot spring area in Zoigê by means of Mc Algorithm based on contour reconstruction and isosurface extraction on the basis of a cutting section along the direction perpendicular to the main fault and regional structure outline map, serving the construction of geothermal geological model in the next stage.

Cutting section; 3D geological model; Jiangzha hot spring

P628

A

1006-0995（2022）02 -0302-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.023

2021-05-11

四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2018SZ0274）

王麗坤（1985— ），女，山西應(yīng)縣人，高級(jí)工程師，主要從事地球物理信號(hào)處理和地?zé)峥辈榈确矫嫜芯?/p>