地统计学方法在复杂金属矿床地质体形态恢复中的应用

三维地质建模及可视化技术的发展为复杂矿床的找矿工作提供了新的机遇与挑战,通过构建地质体三维模型,使得地质矿产勘查开发工作更为便利。本文以姚家岭锌金多金属矿床为研究对象,运用当前国际上比较流行的地统计学方法展开研究。利用地统计学方法对样品数据进行分析并插值生成姚家岭锌金多金属矿床的三维块体模型,由此分析该矿床的空间地质体形态特征及品位的空间分布规律,对原始钻孔数据进行分析并内插生成姚家岭的三维块体模型以及勘探线剖面图,结果表明,这些三维块体模型的空间形态特征、品位分布特征以及剖面图所呈现的矿体特征都与实际较为符合。因此,本文所采用的方法为矿产勘查工作提供了新思路,对地质工作者的圈矿工作也有一定的指导意义。     

复杂地质体三维实体建模方法

依托常规GIS技术的建模手段不能满足复杂地质体三维实体建模的需求,其建模效果在真三维建模、实体模型应用等方面受限。本文根据复杂地质体的特征,将复杂地质体分为层状的连续型非倒转地质体、非连续型(断裂)地质体、倒转褶皱地质体和非层状地质体。从三维实体建模的角度,提出数据拆分、数据控制、数据简化三种建模数据处理方法,并借助三维GIS的可视化技术与GOCAD真三维建模能力,研究基于GOCAD软件的复杂地质体三维实体建模方法,详细阐述了四类复杂地质体的具体实现方法,并构建三维实体模型。     

基于复杂地质体的地应力场智能识别方法研究

初始地应力是地下开采及施工所需要考虑的重要影响因素,地应力值的准确获得通常采用现场测量与反演计算结合实现。针对某铜镍矿复杂地质体,在已有监测数据的基础上建立三维正交数值模型,获得监测点的地应力计算值。利用遗传规划程序,回归地应力监测点的地应力与各自变量的函数关系。建立地应力实测值和计算值之差的平方和最小的目标优化函数,使用遗传算法智能算法对目标函数进行优化,最终获得了矿区的原岩应力场。检测样本验证结果显示,计算值与实测值的误差控制在10%以内,一定程度上证明了该地应力场智能识别方法的可靠性,可为以后复杂地质体矿区地应力场的计算提供较为可行的研究方法。     

大型复杂地质体三维数值模型构建方法比较研究

真实地质体三维数值模型构建是进行岩体工程数值分析面临的难题,开展大型复杂地质体三维数值模型构建方法比较研究具有重要意义。以3DMine数字化模型为基础,提出了3DMine-FLAC3D耦合建模方法和3DMine-Surfer-Rhino- ANSYS-FLAC3D多软件耦合建模方法,详细阐述了各建模方法具体步骤,深入分析了各建模方法优缺点及适用性,通过对比各建模方法的优势与短板,取长补短,改进了3DMine-FLAC3D耦合建模方法存在的缺陷,解决了复杂地质体三维数值模型构建难题。以广西铜坑矿锌多金属矿体开采为背景,利用大型复杂地质体三维数值建模方法,构建了锌多金属矿三维数值模型,分析了矿体上行开采地表沉陷规律。研究成果对准确构建大型复杂地质体三维数值模型具有重要指导作用。     

共反射角偏移在礁滩复杂地质体成像中的研究

针对生物礁滩地质体具有高速、侧翼边界陡的特点,提出应用共反射角偏移成像技术(CRAM)进行生物礁滩地质体的成像.模型分析表明,虽然CRAM与Kirchoff偏移均属于射线类偏移技术,但是与Kirchhoff叠前深度偏移技术相比较,考虑了多路径的CRAM具有适应大倾角反射面、高速层下反射界面的成像,振幅保真性好、分辨率高的优势.通过建立速度变化大的礁滩模型,证实速度的强烈变化影响射线追踪和波形的稳定性,适当的速度平滑可以改善CRAM技术对复杂地质体的成像质量,有助于提高礁滩复杂地质体的地震识别.     

基于ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法

与传统的二维（2D）地质绘图技术相比,三维地质建模技术能够更加直观、立体地展现地下岩层的结构和空间分布情况,在工程的规划、设计、施工和风险评估等过程都具有重要的应用价值。针对工程领域的建模对象往往涉及复杂地质体,为实现模型的自动构建,本文提出一种基ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法。首先,在ArcGIS平台的支持下,以钻孔数据和地质剖面图为数据源,采用面向对象编程Python语言结合ArcPy包,通过编程实现钻孔数据的自动预处理;其次,组合ArcScan自动矢量化和SkechUp人机交互对地质剖面进行预处理,从中提取出断裂3D矢量线,将它们集中存储于GIS空间数据库;然后,利用ModelBuilder可视化建模工具,通过调用ArcToolbox的文件转换和空间分析工具分别生成地层的三维实体模型和断裂的三维表面模型,从而实现复杂地质体自动建模;进一步,通过矢量化切割、剖面和开挖多边形作为TIN拉伸扩展工具的输入,并结合ArcScene实现模型多种形式的可视化。最后,采用南京仙林地区三维地质调查项目获取的钻孔数据进行了建模实验,建模结果表明:该方法具有准确、快速和自动化的优势,可为大范围、大批量地质建模提供可靠的技术方案。     

复杂变质带褶皱形态判定新方法——变斑晶包裹物迹线应用研究

经历了复杂多期变形的片岩和片麻岩地区,褶皱形态及形成时代的判定是变质岩构造地质过程研究的难点之一。变斑晶内包裹物迹线记录了区域变质变形作用历史过程,可为通过野外露头观测难以确定的复杂褶皱形态判定提供新的研究途径。本文以美国科罗拉多州阿肯色河Texas Creek地区为例,尝试运用垂直于5期面理弯切轴的定向薄片中叠加面理(变斑晶包裹物迹线)由水平到竖直和由竖直到水平的几何形状变化,确定研究区内一个存在争议的复杂褶皱形态为背形,并推断该褶皱形成于区域内第1期变斑晶生长过程(约为1 500 Ma)中。     

基于线框架模型的三维复杂地质体建模方法

提出了一种基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法,在准确表达复杂地质体各要素空间几何形态与相互关系的基础上,实现地层交错情况下断层面、地层面模型及复杂地质体模型的准确快速构建.建模实践表明:基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法是准确高效的,能适应常见复杂地质条件下三维复杂地质体模型的构建.     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

为了解决传统三维地质建模方法对复杂地质条件场地的建模效率低的问题,基于指示克里金法(indicator kriging)实现复杂地质条件下的三维地质模型的快速构建,以及空间中岩性分布的准确表征;通过二次开发,实现复杂地质情况下三维表观模型与数值模型的融合。以围岩分级修正与高地应力隧道岩爆灾害预测为例,开展三维地质模型的属性分析。最后,结合地应力属性模型与开挖计算得到的隧道围岩应力分布情况实现对某隧道岩爆发生区域、等级的工程预测分析。结果表明,该隧道通过硬岩段易发生中等至强烈岩爆。     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。     

应用TOUGH模拟二氧化碳地质储存过程的复杂地质体建模技术与实现

基于TOUGH2数值模拟器中存在处理复杂地质条件难的问题,提出了将三维地质模型与TOUGH2数值模型耦合的具体思路和方法,并在Windows平台上编制了相应的程序,利用该程序可以直接将地质模型（如GMS和Petrel建立）与TOUGH2的数值模型进行有机融合,并进行了算法验证。通过CO₂地质储存的实例,可以看出地层构造对CO₂的空间运移起着控制作用,模拟结果显示CO₂会沿着背斜面地层进行运移扩散。因此通过此转换程序,能够增强TOUGH2模拟器处理地层起伏、断层、褶被等常见地质构造,以及地质属性随空间变化的地质体,提高了模拟器的使用效率。     

人工地震横波地质勘察——查明复杂、疑难地质问题的新方法

人工横波地震是工程物探的一种新技术，但由于理论上存在一些误区，在工程实践中给地质解释带来一定困难。正确理解和计算横波波速是解决这个问题的首要任务，利用多次叠加时动校正的速度能量团计算横波速度比较可靠，该技术的应用已成功地解决了一些疑难复杂地质问题。准确的横波波速计算可使横波勘探得到更好地推广和应用，为工程设计和建设提供可靠的地质资料。     

麻类作物植硅体形态研究

大麻在中国被称为“五谷”之一,可纤用、油用、药用以及用于宗教活动等,在社会生活中发挥着重要的作用。由于早期大麻果实易腐烂灰化、不易保存,因此建立大麻的植硅体鉴定标准,对揭示其起源、驯化和传播过程具有重要意义。本研究对大麻(Cannabis sativa L.)、红麻(大麻槿)(Hibiscus cannabinus L.)、黄麻(Corchorus capsularis L.)、青麻(苘麻)(Abutilon theophrasti Medicus)、亚麻(Linum usitatissimum L.)、苎麻(Boehmeria nivea (L.)Gaudich.)等6种麻类作物的果实或种子进行了系统的植硅体形态研究,探寻具有鉴定意义的特征植硅体类型,为研究其起源、驯化和传播提供新的方法。将每份样品解剖出不同的部位,采用湿式灰化法对每个部位分别进行植硅体提取,并在光学显微镜和扫描电镜下分别进行观察分析。结果表明,发育植硅体的部位有：大麻的苞片和果皮、苎麻的果被和果皮、黄麻种皮以及青麻种皮,未见植硅体的部位有：红麻和亚麻的种子。仅有大麻果皮中存在典型形态特征的植硅体,如不规则多边疣粒板型(单体或聚合形态)、不规则多边平滑板型(单体或聚合形态)、双层嵌套板型。分析表明,大麻的不规则多边板型(包括不规则多边疣粒板型及不规则多边平滑板型)植硅体形态大小稳定,种内差异较小,且与木本植物、草本植物中形态类似的植硅体区别明显。综上,不规则多边板型植硅体为大麻特有的植硅体类型,可用于鉴定大麻的种属。其中,不规则多边疣粒板型植硅体形态特征更明显且产量更丰富,平均1g大麻果实的不规则多边疣粒板型植硅体产量可达10.2±0.4×10⁶粒,可作为鉴定大麻种属的主要特征植硅体,其主要特征为：1)单体为边缘棱角分明、正面具若干小型疣状突起、背面具0~3个大小相近的乳突的多裂片式不规则多边形板状结构,长度为15.4±2.3μm,宽度为10.8±1.7μm,厚度为6.2±1.0μm;2)由若干形态相同、大小相近的单体通过边缘裂片间隙拼合为片状平面拼图结构;3)与不规则多边平滑板型植硅体(长度为27.9±4.5μm,宽度为18.6±3.1μm,厚度为10.0±1.4μm)形成双层嵌套结构。进一步分析表明,大麻不同品种间不规则多边疣粒板型植硅体在形态大小上细微的差异与品种间果实形态大小差异以及气候条件无直接关系,推测其形态的种内差异可能是受局地土壤环境影响所致。

     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

应用MATLAB接口程序建立复杂地质体FLAC3D模型

FLAC3D非常适合于模拟大变形问题,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点,但是FLAC3D非完全可视化的建模方式和网格划分方法大大限制了FLAC3D的通用性。通过编写MATLAB接口程序生成FISH脚本程序,完成了复杂地质体的建模,并以天子庙隧道为例说明建模的可行性与高效性。     

基于SURPAC的复杂地质体FLAC3D模型生成技术

针对FLAC3D软件在复杂地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等不足,提出了一种新型的基于SURPAC软件的直观、快速的FLAC3D模型生成技术。在利用SURPAC软件构建地质体块体模型的基础上,将模型以数据文件的形式输出,然后对输出的数据文件运用ACCESS数据库进行处理,形成FLAC3D命令流,再将命令流调入FLAC3D软件中执行,从而实现了FLAC3D的直观、快速建模。该建模方法在广西大厂铜坑矿的空区稳定性分析建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行的和有效的。     

基于GOCAD的复杂地质体FLAC^3D模型生成技术

鉴于FLAC3D难以建立复杂三维地质体的缺陷和GOCAD强大的地质建模能力,本文提出了基于GOCAD软件建模和划分网格,并通过GOCAD与FLAC3D的接口程序,将其导入FLAC3D的复杂三维地质体建模方法,从而实现了复杂地质体FLAC3D模型的直观、快速建模。该建模方法在郴宁高速公路某软土地基斜坡高填路堤建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行和有效的。