三维地质结构模型精度评估理论与误差修正方法研究

三维地质模型精度评估与误差修正问题已成为制约三维地质模拟技术深入发展应用的瓶颈。在综合国内外研究现状与发展趋势的基础上,提出了三维地质结构模型精度评估、误差检测、动态修正的总体研究框架。在模型精度评估方面,提出分别构建三维地质结构模型精度评估的一般理论模型、面向特定地质体的实际操作模型和地质结构构造不确定性的三维空间分布模型的研究思路,指出应重点研究地质实体自身特性、三维地质建模方法对三维地质结构模型精度的影响,解决由一般地质界面的内插误差和特殊地质体的外推误差引起的精度评估问题。在模型误差修正方面,提出基于建模初始数据的模型误差修正方法和基于建模中间结果的模型误差修正方法,在具体实现时,引入“数据 模型的可视化交互技术”。这些研究成果为建立一套完整的三维地质结构模型精度评估与误差修正的理论体系和方法体系奠定了基础,有助于完善复杂地质条件下三维地质模拟的方法与技术。     

回采工作面煤层动态标定预测技术应用研究

智能开采对于地质条件的不适应问题非常突出,特别是对煤层起伏和厚度的绝对精度提出了更高的要求。三维地震勘探横向分辨率高,能够对煤层起伏进行控制,但在地震解释时,煤层底板高程受时深转换计算影响,存在一定的误差。针对这一问题,以工作面三维地震数据和采掘过程中探煤厚数据为基础,通过不断更新速度场提高煤层底板时深转换绝对精度;同时利用迭代插值算法,不断更新工作面煤层厚度;通过对计算得到的数据进行误差统计和分析。在TJH304回采工作面进行试验,利用工作面巷道和切眼探煤厚数据并结合三维地震资料动态解释后,工作面推采前方煤层底板高程值和厚度值绝对误差变小;特别是距离当前采煤面30 m以内的4个验证点煤层底板高程值误差范围为0.37~0.58 m,煤层厚度值误差为0.32~0.44 m。结果表明,三维地震动态解释技术可最大化将三维地震和井下生产数据有效结合,不断提高煤层空间精度,为智能开采提供预想煤层模型。      

基于UPSO-Kriging的综采工作面三维建模研究

基于传统地质统计学的综采工作面煤层赋存形态三维建模的基础是Kriging插值算法,但其选择并拟合的变差函数模型并不能较好地反映实际的地质特征与空间数据的变化趋势。对此,本文提出UPSO-Kriging插值法:针对PSO算法存在的收敛速度慢、易陷入局部解等问题,优化算法,将优化的PSO算法(UPSO)引入Kriging插值中求解变差参数,拟合出变差函数模型,实现工作面煤层结构中各层的高程值预测;在此基础上,基于规则网格法建立DEM数字高程模型,运用Three.js实现了综采工作面煤层赋存形态三维可视化,可为煤炭企业的透明、智能、分质开采提供科学依据。     

基于3DMine软件的煤炭资源数据建模与分析

三维地质模型可以为不同领域的工程设计、施工及决策提供帮助。以山东古城煤矿3煤为研究对象,基于3DMine软件对目标煤层进行三维地质建模、储量计算和煤质分布规律分析。首先结合已有地质资料和钻孔数据建立钻孔数据库,构建了插入断层面的3煤顶底板表面模型;然后将煤层模型块体化,采用距离幂次反比法对块体属性模型进行插值,并据此计算了煤层可采储量、分析目标煤层煤质分布情况。结果表明,使用断层模型控制下的煤层三维表面模型能够直观反映煤层和构造的实际空间形态,在考虑全矿性损失影响后,依据煤层三维块体属性模型计算所得的可采储量结果更具实际参考意义,结合三维煤层模型分析煤质与煤层埋深的关系表明,研究区从北西到南东,随着煤层埋藏深度逐渐增加,煤的深成变质作用逐渐加深,灰分、硫分、挥发分随之降低,发热量和黏结指数随之升高。      

用电子版传统地质报告构建煤炭勘探区三维地质模型方法与软件研究

本文探讨将电子版的传统地质报告转化为三维地质模型的技术方法。首先分析了传统地质报告中可用于三维地质建模的主要数据源,认为煤层底板等高线图和勘探线剖面图是两种主要的数据源;然后分析了由电子版的传统地质报告构建三维地质模型的技术关键是由煤层底板等高线构建煤层底板曲面的不规则三角网、断层曲面的三角网和将二维剖面转化为三维剖面。讨论了三维建模前的数据预处理:将打断的等高线接起来;仔细处理等高线与断面交线相遇时的"未及"与"过伸";为等高线赋高程;用等高线为断面交线赋高程。提出了半自动分区构建被断层切断的煤层底板曲面的方法。给出了断层曲面的两种构建方法:相邻煤层底板等高线图的断面交线相连;相邻剖面图上断面交线相连。讨论了煤、岩层体的构建方法中煤层顶板曲面和侧环面的构建。指出了今后煤田勘探队在编制地质报告的图件中应该注意的几个问题。     

利用钻孔雷达探测煤矿井下顶底板界面的数值模拟研究

为了更好地在实际生产中识别煤层顶底板位置和对采掘有威胁的地质构造,验证钻孔雷达在煤矿井下探测的有效性,笔者根据时间域有限差分原理,基于gprMax2D软件对煤矿井下钻孔雷达数据进行了模拟。建立了多频多煤层厚度的水平钻孔模型、多倾角下的倾斜钻孔模型、正断层模型、裂隙带模型、陷落柱模型和夹矸模型并得到相应数值模拟结果。结果表明,钻孔雷达能够识别顶底板位置并有效发现异常地质体;雷达中心频率在50～600 MHz时能够得到较好的探测结果且分辨率随频率升高而升高;斜钻孔对于顶底板识别影响较小;断层、裂隙带、陷落柱和夹矸等在数值结果中显示出了各自的特点,这些特点在实际生产中可为雷达剖面解释提供参照。总体上看,利用钻孔雷达对煤矿井下顶底板界面和特殊构造进行探测是可行的。     

多源数据三维地质结构模型约束的属性建模方法：以北京市通州城市副中心为例

支持多源异构数据的三维地质建模方法一直是三维地质建模研究的重点和难点之一。本文以北京市通州城市副中心工程地质勘察为例,设计了一种多源数据三维地质模型自动建模方法。该方法首先在数据预处理阶段,利用剖面、地震剖面解译及等值面(线)等数据生成虚拟钻孔,从而将异构的多源数据统一转换成同构的虚拟钻孔数据,然后利用钻孔和虚拟钻孔实现三维地质结构的自动化建模;根据已构建的三维地质结构创建属性模型结构约束,采用六面体网格或四面体的单元结构构建属性模型网格;属性模型网格中的每个属性块通过三维空间插值方法进行属性赋值,然后将属性变化映射为颜色变化,建立了相应的三维地质属性模型,实现了多源数据三维地质结构模型约束的属性建模。该方法已经应用在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域,通过使用多源异构的建模数据,使构建的三维地质模型更加完善,有助于三维地质模型的推广和应用。     

掘进工作面前方煤层底板高程动态预测的试验研究

快速掘进急需构建掘进前方高精度二维地质模型。以沁水煤田某矿区XY-S工作面为例,基于三维地震解释成果,利用巷道掘进过程中煤层底板高程实测信息,动态刷新三维地震平均速度场,更新掘进前方煤层底板高程,最后对掘进前方预测的精度进行统计分析。结果表明:通过不断利用掘进实测煤层底板高程,刷新平均速度场,更新掘进前方煤层底板地质剖面,掘进前方煤层底板剖面与实际揭露剖面之间误差逐渐越小,实测点前方25 m和50 m范围的煤层底板高程最小绝对误差可达0.2 m和0.45 m。若实测点数据密度大、分布均匀,预测精度将会进一步得到提高,可为快速掘进提供高精度煤层底板导航数据。      

浅覆盖区第四系三维地质结构模型不确定性分析——以运漕幅离散钻孔为例

针对以离散钻孔为主要数据源建立的第四系三维地质结构模型,采用地统计学方法以置信度指数定量评估三维地质结构模型的不确定性。通过分析目标地层顶面趋势,获取其地质复杂度信息;利用半方差函数模型分析目标地层顶面的空间自相关性,获取其数据精度信息;结合专家经验,以置信度综合评估模型的不确定性。以运漕幅第四系三维地质结构模型为例,分别绘制早—中更新世青弋江组(Qp1-2 qy)与中—晚更新世大桥镇组(Qp2-3 d)顶面高程与置信度指数图。结果表明,钻孔位置和运漕幅右下角钻孔密集处的置信度指数较高,图幅边缘及地层缺失处的置信度指数偏低。置信度指数与钻孔数据精度呈正相关,与地质复杂度呈负相关。置信度指数可为以离散钻孔为主要数据源建立的第四系三维地质结构模型的不确定性分析提供量化工具。     

基于Monte Carlo模拟的三维剖面地质界线不确定性分析

三维剖面地质界线是构建三维地质结构模型的重要基础数据,其不确定性会影响三维模型的几何形态和属性分布。以单一分布为假设前提的统计学不确定性分析方法掩盖了其他概率分布特征对模型的影响。突破单一误差分布条件的假设前提,本文使用Monte Carlo方法模拟了不同概率分布情况下地质剖面数据中地质界线的抽样采集,以及地质界线空间分布的不确定性;依托地质界线空间位置与地质属性的耦合关系,提出了用地质属性概率分布实现地质界线空间不确定性的定量可视化,并结合实际地质剖面探讨了多种概率分布条件下地质界线的空间不确定性。实例研究表明,基于Monte Carlo模拟的不确定性分析方法可以突破单一误差分布假设条件,结合地质属性概率可充分揭示出建模数据的内在不确定性与模型外在要素形态之间的耦合关系。     

一种基于物性数据的深部三维地质建模方法

地质采样信息不足是制约深部三维地质建模的重要因素, 深部物性探测数据由于其易于获取而能够有效形成可视化模型.结合这一特点, 在地质调查项目工作中探索出了一种基于物性探测数据的三维地质建模方法.它首先利用岩石样品物性测量实验数据提取出物性参数及其对应地质属性的映射关系, 然后将不同地球物理方法所获取到的物性数据进行综合建模并解释, 最后将解释后的可视化模型转换为地质三维模型.实践证明, 该方法能够针对性地解决项目中的一些深部地质三维建模问题.      

采掘工作面地质信息数字孪生技术

矿井地质透明化是智能化煤矿建设的基础,三维地质建模是实现矿井地质透明的重要手段,以往采掘工作面地质建模存在插值算法不符合地质规律、多源异构地质数据融合程度低,以及煤矿生产装备与地质信息耦合少等问题。提出煤矿采掘工作面地质信息数字孪生的概念,采用离散光滑插值(Discrete Smooth Interpolation,DSI)算法,利用钻探数据及地震构造解释数据地质建模,建立DSI平行相似约束后迭代计算得到的地质综合模型。开发了三维地质建模软件,实现了点(地质点)、线(地质界线、地层界线)、面(三维地质界面)、体(封闭地质体)4种地质对象的构建,在体对象基础上开发了立方网功能,基于区域统计学算法对体对象内的空间数据进行属性插值。使用建模软件构建掘进、回采工作面数字孪生的地质模型载体,接入微震监测系统、电阻率监测系统、随掘地震监测系统、随采地震监测系统实时监测数据,实现工作面地质信息数字孪生,反映采掘扰动下的地质变化;为煤矿掘进生产提供基于地质模型的场景仿真和掘进规划巷道断面曲线下发,指导掘进机自主掘进,提供掘进前方地质异常距离预警,保障掘进地质安全;为回采工作面提供基于地质模型的场景仿真和规划截割曲线,指导采煤机自主规划截割,提供回采前方地质异常构造位置、应力集中区位置距离预警,提高回采工作的安全性。该技术在内蒙古鄂尔多斯唐家会煤矿进行了应用,为安全、高效采掘工作提供地质保障。      

多源地质数据综合三维建模及地质学分析——以青海木里三露天勘探区为例

常规的二维地质图件难以直观地表达煤炭资源的三维空间展布。基于青海木里三露天勘探区的钻孔数据、二维平面地形地质图、煤层底板等高线和地质勘探剖面图,对该地区地形、煤层底板和断层的三维空间形态及温度场进行了重构。三维重建结果清晰明确地展示了三露天勘探区煤层的形态特征、各个沉积旋回的聚煤范围和强度、构造轮廓特征以及地下地温特征等。结果表明,基于多源地质数据的三维可视化技术可直观形象地反映煤层等地质体的形态和属性特征,可有效地分析复杂断层在地质历史中产生的先后顺序及古构造应力场特征。使用三维建模技术重构地质体对沉积构造及地质体属性特征分析是一种行之有效的手段。      

三维矿床地质模型的不确定性

三维矿床地质模型的不确定性对矿山生产决策有着重要影响,正确地对矿床地质模型进行不确定性分析可以对其本身和在其基础上所做的决策作出科学评价。矿床地质模型的不确定性主要来自于建模数据和插值方法的不确定性。通过对建模数据的产生、处理过程的分析,利用处理不确定性问题的理论和方法建立建模数据的不确定性模型。通过对建模方法产生的理论误差和实测误差进行量化,实现对建模方法不确定性的定量描述。将建模数据的不确定性和建模方法的不确定性进行叠置分析,建立矿床模型的不确定性模型。以内蒙古自治区某煤矿的地质资料为例,通过不确定性分析,建立了该矿的不确定性三维矿床地质模型。      

煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径,针对智能开采需求和地质保障要求,分析了回采工作面地质保障主要面临的难题,包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状,对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标,采用综合探测、数据融合等技术,构建工作面静态地质模型,利用地质雷达、惯性导航技术,动态修正工作面地质模型,通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”,获取采煤机关键截割曲线,与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式,实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割,推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式,融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库,构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型,并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化,实现地质模型的任意剖切,结合随采地质...     

基于三维地质模型的河南韩梁铝土矿成矿分析及资源量估算

依据河南省鲁山—宝丰韩梁地区铝土矿的地质特征,利用Surpac 6.3矿业软件建立了该矿区的地质数据库及地层、矿体、断层和地表模型,形象表达了矿区的地形地貌和矿体的产状及空间关系。推断出矿床形成的环境和成因,应用块体模型和距离幂次反比法对矿体的品位分布和资源量进行了动态估算,表明块体估算资源量的方法可靠准确,提高了储量估算的效率,为勘查工作提供了可靠的参考和科学依据。     

基于多源异构数据的大比例尺地上地下一体化城市三维模型集成方法研究北大核心CSCD

本文通过对大比例尺城市三维模型和城市地质模型集成过程中存在的问题进行研究,提出了基于多源异构数据的地上地下一体化城市三维模型集成方法。首先将地上、地下三维模型以独立功能区为单位进行单体化处理和重组,并在单体化区域内以高精度DEM为地层的水平基准,以钻孔岩性矢量为地层的垂向基准,采用钻孔核定法对地质体穿插、建筑体悬空、河流水体交叉等不正确、不合理的三维空间拓扑关系进行处理和校正,从而在不同的地学空间实体之间建立正确的相交、相离或重合的拓扑关系,实现地上地下三维模型的一体化集成。本次选取北京南站附近4.9 km^(2)区域开展试验,使用本方法快速、准确地解决了496处地层穿插错误、385处建筑体悬空错误和2处水体拓扑错误,取得了良好的集成效果,为已建模型的二次利用提供了机会。