城市级三维地质建模的统一地层序列方法

三维地质建模是“智慧城市”建设的基础内容之一,涉及数百平方公里到数千平方公里的城市级地质范围。由于城市级地质范围跨越地质单元多、地质情况复杂,传统的三维地质建模方法对跨地质单元的地层连线考虑不足,常导致不同地质单元间的地层连线出现错误。针对该问题,提出一种基于地层沉积顺序的统一地层序列方法,进而识别钻孔分层中的缺失和倒转情况,将同一岩性中倒转与正常的情况加以区分,避免建模时的错误连线或插值。通过添加0厚度层,使所有钻孔的地层序列可完全一致,构建各钻孔分层间的对应关系,以降低不同地质单元间的地层连线错误率。通过讨论地层缺失、倒转、重复等特殊情况和实例验证,研究结果能够有效地对城市级三维建模中各种地质情况的连线问题做出明确的判断,减少在跨越地质单元多、地质情况复杂的城市级三维地质建模中的地层连线错误,为“智慧城市”建设提供底层支撑。     

基于地层层序表集的三维地层建模方法研究

钻孔样本间因存在地层层序不一致而导致无法确定建模时各地层拓扑关系,是采用钻孔数据建立三维地质模型的难点。拟通过下述方法解决这一难点：在已知的主地层层序表情况下,由主地层层序表结合钻孔信息推测出其他地层层序表,建立地层层序表集,再通过运用空间分析的手段来确定钻孔样本与各张地层层序表的归属关系,采用最大数目地层连接法来自动确定两个地层层序表间相互连接关系,并得到合并表;然后结合这种连接法,将全部地层层序表合并为一张最终地层层序表,从而确定所有地层拓扑关系;所有钻孔数据按照最终表进行标准化,之后运用表面建模方法进行三维地层建模。在诸永高速公路K120+030～K120+300段滑坡区域的三维地层建模中,运用该方法验证了其有效性。     

基于钻孔数据的三维地层建模关键技术

在基于钻孔数据进行三维地层建模方法中,钻孔样本间地层层序不一致导致建模时难以确定各地层的拓扑关系,快速准确地确定各地层层序和充分利用钻孔数据是建模的关键难点之一。拟通过综合考虑区域内所有钻孔数据,基于地质解释方法理论,以地层出现次数频率高原则进行全自动确定地层层序。首次引入子钻孔递归思想,利用表面建模方法,自下而上逐层创建三维地层模型,可确保钻孔数据不丢失且准确地应用于地层建模中,并能适应地层尖灭、地层超覆、透镜体等复杂地质构造。该方法地学意义明确,具有鲁棒性好、运行效率高及可操作性强等特点,算法已在同济曙光软件中实现,并已在多个实际地质建模工程中得到了验证。研究结果表明,该算法能充分利用已有钻孔信息,建模过程全自动完成,对复杂地层建模亦具有较强的适应性。     

三维地层建模钻孔数据预处理研究

钻孔数据是三维地层建模的主要数据来源之一,在三维地层建模中,地层界面一般基于钻孔数据插值而成,正确处理钻孔数据是构建理想三维地层模型的前提和基础。三维地层拓扑关系极其复杂,地层界面插值数据在数学上选择也不是惟一的,因此,常导致构建地层模型出现与事实相悖的情形。针对这一点,根据地层地质演变历史,建立地层层序序列,此序列记录地层地质年代顺序及其拓扑关系。根据地层地质特征,可将地层拓扑关系概化为两类：“覆盖”和“侵蚀”。据此地层层序序列可惟一确定地层界面插值数据,从而构建正确地层模型。采用python语言实现了该钻孔数据预处理算法,实例表明,该预处理方案能正确地预测实际地层。     

基于子面模板库的第四纪三维地质模型快速构建

为了实现第四纪地质三维地质模型的快速半自动构建,利用地表地形图、第四系分区图、钻孔、剖面等第四系相关数据源,按照第四系具有的严格自上而下的标准层序,依次计算每一地层的地层分区.将所有地层分区图在一张平面图上进行叠加分析,得到平面分区求交后的碎小多边形集合即地层二维子面模板库.从二维子面模板库中提取各个地层所包含的子面,并利用钻孔、剖面上相应地层的高程样本数据插值得到地层的三维顶面和底面模型,进行拓扑处理建立三维地质模型.该方法完全参照第四系三维地质填图工作的基本流程,引入二维子面模板库的概念,通过将三维地层面构建分解为地层平面分布各子区域构建和地层子面高程计算两个部分,将三维建模过程中大量计算工作转化到二维平面中完成,在保证三维地质模型精度的前提下,大大提高了建模的效率.      

三维地层模型误差修正机制及其实现技术

三维地层模型是地下工程辅助分析的有效工具,而工程钻孔数据是建模主要的数据源。由于地质现象的复杂性和采样数据的稀疏性,仅仅利用零散的钻孔采样数据无法有效地控制最终建模结果的误差和精度。在分析三维地层建模误差来源的基础上,提出并实现了两种误差修正方法：地质剖面修正法和虚拟孔修正法。在建模过程中,基于实际勘察获取的资料和工作经验,结合对地质模型的理解,在特定位置处生成能反映地层局部变化特征的地质剖面或虚拟孔,然后将其与实际的钻孔数据一起约束到模型之中,构建出相对精细的三维地层模型,从而在三维空间中实现对地层模型的精确修正。     

地层数字制图中纵、横分界线控制搜索新算法

针对目前地层数字连线中处理地层缺失和倒转困难的问题,考虑6种地层缺失和倒转情形,提出了纵、横向结合地层分界线控制点搜索算法。将剖面图绘制视为一个多层地层区域组合叠加的过程,在保持地层连续性的前提下兼顾各地层相互之间的影响,有效处理了地层倒转、缺失问题,在此基础上提出一种增加虚拟点、微调已有点的新算法。结合3次样条插值函数,对绘制出的剖面图进行修正,实现了地层光滑连线,达到了地层无缝、无重叠组合的效果。将提出的复杂地层连线新方法应用于广东梅河高速公路工程数字制图中,构造出的地层分布图像准确性好,比较符合实际,可以为工程的勘察、设计和施工提供参考。     

基于真三维GIS的地质构造模型与空间分析

带有断层的地质体建模难于层状地层,是当前研究的难点,模型完成后的三维空间分析功能目前也处于研究阶段,是当前研究的热点.以某石膏矿为例,介绍了利用存在地层倒转、地层缺失等复杂钻孔数据进行三维建模的流程以及模型建立后的三维空间分析方法和地学应用,尝试了三维GIS空间-属性查询、空间裁剪、纵剖面横切面的自动生成方法和实例研究.结果表明,地质体和构造的特征的三维建模和空间分析有利于地质演化的理解和开采设计的优化.     

基于ArcGIS的钻孔三维层序——构造可视化建模

以廊坊市为例,收集和利用廊坊市区范围的工程地质、水文地质、城市建设等约200～300个场地钻孔资料,通过层序地层分层法、数据处理、三维钻孔数据库建立及三维空间拟合,采用ESRI公司的ArcGIS软件进行第四系三维地层构造建模和可视化分析。     

基于实体建模的三维地层构造

以三维实体模型为基础,提出了三维地层实体模型,给出了三维实体地层模型的体系数据结构和几何拓扑结构,完整描述了三维地层模型。给出了地层模型的构造过程,并讨论了地层缺失、倒转等的特殊地质状况的构模处理方法。三维地层实体模型是完整,全面的地层模型,比基于多层网格和三棱柱体元的地层模型具有更多的优点。     

陇东煤田中侏罗世层序地层格架

层序地层对比是指在横向上不同钻孔（钻井）或剖面之间,进行层序地层格架的横向对比工作。这方面的工作包括：三级层序边界的追踪、对比,三级体系域的对比,标志层的追踪和对比,煤层的对比等。层序地层对比和层序地层格架具有重要的意义。在含煤盆地中,湖泛面变化控制了范围内聚煤中心的迁移规律,因此,层序对比工作对于寻找有利聚煤区域十分重要。此外,研究煤层在层序地层格架中的位置并进行横向上的层序对比工作,可以有效地追踪煤层在层序地层中位置的变化情况,总结出煤层聚集和赋存的规律,从而较好地规划和指导陇东煤田煤炭资源的勘查开发工作。     

浑江煤田石炭二叠纪含煤岩系层序地层与聚煤作用

运用层序地层学有关理论和方法,分析了浑江煤田石炭系-二叠系含煤岩系的层序,探讨了聚煤作用的控制因素。石炭纪-二叠纪含煤地层共识别出4个层序边界,划分为3个三级层序。为分析煤层厚度与地层厚度及砂岩百分含量的关系,绘制了三维相关图。研究表明,层序2地层厚度在40-70 m时,层序3地层厚度在50-80 m时,煤层发育较厚,而此时砂岩百分含量小于50%,表明有利于煤层聚积的环境是沉降速率中等、陆源碎屑供给相对较少的沉积环境,主要是三角洲间湾以及下三角洲平原地区。研究区含煤岩系层序地层格架中,不同层序沉积时期,煤层的分布有所不同,对于层序2来说,主要可采煤层分布在最大海泛带两侧,而层序3主要可采煤层分布在海侵面附近,此时较低的泥炭堆积速率与较慢的可容空间增加速率相平衡,从而形成该煤层。     

工程地质钻孔信息模型及数据库研究

为了建立结构规范统一的工程地质勘察信息数据库,提出了“用户”与“系统”两级数据库相互映射的技术,把用户对数据的操作和计算机处理数据的过程分离开来。其中用户数据库面向用户的需要,系统数据库则满足信息管理的要求。在系统数据库中采用“块-层”结构的地层数据模型,对钻探区域进行了“地层层序”优化。“块-层”模型把钻探区域的“优化地层层序”作为一个基本块,针对性强,层次清晰地表达了复杂多变的地层信息,将有不同地层层序的各个钻探点统一成相同的结构,解决了在地层模型中难以表达地层翻转、缺失信息的问题,极大地方便了后续的信息处理和钻孔数据插值的进行。     

吐哈盆地西南部中下侏罗统水西沟群层序地层划分及层间氧化带型铀矿成矿分析

吐哈盆地南部中下侏罗统水西沟群为一套陆相灰色含煤碎屑岩建造。其岩性、岩相变化复杂，地表露头不连接，地层研究程度低。本文以西南部地区数百个铀矿、煤田钻孔资料为依据，结合地表地质调查，建立了厚层砾岩、煤层、韵律组合、化石层等标志，划分了地层层序，将中下侏罗统水西沟群划分为四个三级层序，五个沉积体系域和若干个沉积体系。指出了层间氧化带型铀矿控矿层主要为低水位域，并进行了成矿远景分析。     

如何提高测井曲线解释断层的可靠性

断层在地质剖面上的表现是使地层厚度和层间距发生变化,通常情况下受正断层的影响会使地层缺失,从而导致地层的层间距（或厚度）减小;而受逆断层的影响则会造成地层重复,使层间距（或厚度）变大。因此通过研究相邻钻孔之间测片曲线存横向和纵向的形态变化规律,根据标志层的缺失与重复进而对断层位置、性质、断距大小作出准确判断。而确定断层存在的关键是要找准标志层,标志层的准确性代表了成果的可靠性。实例表明,利用常规测井曲线如视电阻率、散射伽马伽马和自然伽马曲线在煤、岩层对比中的响应规律,可识别出反映局部地段地层的沉积规律及特征,并依据其特殊标志准确的划定断层性质。     

西藏南部江孜地区白垩系的厘定

文中对藏南江孜地区深海一次深海白垩纪地层层序、系统及厚度进行了厘定。建组剖面甲不热、维美等构造复杂,地层层序变化大,重复多。厘定后的岩石层单元有加不拉组、床得组和宗卓组。加不拉组是一套以黑色页岩为主的地层,跨不白垩统一上白垩统三冬阶,下分黑层段和白层段;床得组由紫红色页片状泥灰岩组成,各坎潘期早－中期;宗且即著名的“北家混杂堆积岩”,页岩中含大量外来岩块,时代为坎潘期晚期和马斯特里赫特期。白垩系厚     

复杂地层建模与三维可视化

提出了一种新的复杂地层建模方法。该方法先将离散的钻孔数据点分类,而后将不同类的离散数据点用径向基函数进行拟合;所生成的拟合曲面相交、裁剪得到地层的空间范围;由离散的数据点以及拟合插值点生成地层交界面格网,再经过计算机图形处理生成地层模型的三维图形。利用该方法对复杂地层建模,自动化程度较高、效果较好。     

复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法: 西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图实践

在地球物理资料稀少、钻孔数据匮乏的复杂造山带地区进行三维地质填图, 目前尚处于实践探索阶段.我们的填图工作思路是: 以精细地表地质调查为基础, 在地质-地球物理-钻孔等多源数据约束下, 充分利用野外走廊带解析剖面、实测自然剖面、地球物理解释剖面等资料, 进行人机交互式三维地质建模, 并根据使用资料的准确性、空间分辨的精细程度等对模型的可靠程度进行分块评价.浅表层以地表地质信息(包括产状、地层层序关系、地层厚度、褶皱形态、断层性质与位移、局部和区域概念地质模型等)约束为主, 深部地质结构则主要依据地球物理剖面资料, 少量钻孔资料不仅用以校验地球物理资料解释的可靠性, 并对模型施加强约束.以西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图为例, 着重讨论了在三维建模中如何具体实现上述思路和约束方法.实践证明, 该填图思路和建模方法是行之有效的, 可操作性强.      

引入虚拟钻孔的地层连接推理与地质体建模

结合南京市城市地质调查信息系统项目,将虚拟钻孔引入到地层连接对比过程中,借用广义三棱柱数据模型,实现了地层连接的自动推理和地质体建模。从钻孔数据建模的难点分析入手,介绍了基于钻孔的地表不规则三角形网的生成方法,重点介绍了将虚拟钻孔引入到地层尖灭情况下的地层对比连接算法,最后介绍了该方法在实际应用过程中的情况。该方法能够实现地层连接的自动推理分析,实现地质体的自动建模,减少人工交互建模的工作量。     

河流侵淤作用下三维地层模型的构建

基于钻孔数据的多层DEM构模技术是构建沉积环境下三维地层模型的有效方法,但该方法对在河流的侵蚀和淤积交替作用下形成的地层建模效果并不理想。针对这种缺陷,对传统的建模流程加以改进,充分考虑到河流侵蚀作用对地层的切割影响,在建模的过程中对地层层面进行了两次插值与高程调整,使在钻孔附近地层的尖灭处理更为自然与合理。应用实例表明,该方法的建模结果非常接近于实际地层分布情况,从而验证了该方法的可靠性。