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。     

城市区域三维地质结构模型建设与集成方法

大区域高精度城市三维地质模型可以实现多源数据有效集成,提升城市地质工作成果的可视化表达能力。本文剖析了交叉折剖面、多源交互式复杂地质体建模等适用于城市地质三维建模的技术方法,并对每种方法的适用性及优劣势进行了详细的描述。以GeoBGS平台为基础,利用不同数据模型的特点,通过标准化钻孔数据库、基准钻孔库、基准剖面库及地层模型的建设实现了通州区范围的土壤环境、地下水环境、地面沉降等多专题信息地质模型。将多专题地质模型进行集成显示和分析,构建了通州区域三维地质集成模型展示系统。为满足空间一体化表达的应用需求,通过空间配准、坐标系统转换及地下模型的拓扑修复,确保了地上地下一体化模型在同一坐标系下的无缝集成。     

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MapGIS-K9软件的城市三维地质建模方法探讨——以武汉市为例

随着我国城市化的快速发展,城市地上地下一体化规划和建设的需求逐渐增大,城市三维地质建模的作用日益重要。以武汉市为例,针对该城市地质条件复杂的情况,运用一种分区交互式建模方法。该方法通过地层剖面数据与水平方向的中断面或地质图所形成的网格作为最小单位,结合断层等特殊地质情况,手动构建地质体,并最终完成整个区域的三维地质模型建立。论文罗列了在模型建立过程中出现的问题,并给出了具体建议。所建三维地质模型已通过野外验证,表明本方法能够很好地应用于城市三维地质建模。     

重磁电综合解释方法 在天津城市三维地质结构调查中的应用

天津作为城市地质调查的试点城市之一,在地质条件上具有其特殊性,属深覆盖地区,在深覆盖地区城市三维地质结构调查中,通过采用重、磁、电探测方法和不同的反演处理方法进行相互验证,综合解释,对查明地层主要界面的埋深、分布范围和厚度,断裂的平面展布状况和深部发育情况,隐伏岩体的分布状况等具有较好效果.通过Z14线剖面实例,介绍了重、磁、电综合分析解释方法的运用,可供类似地区的三维地质结构调查借鉴和参考.     

北京五环城区浅部沉积层的三维地质结构建模

随着城市地下空间的开发利用,对三维地质结构的掌握成为科学合理开发利用地下空间的基本前提,三维地质模型的创建也得以迅速发展。三维地质结构模型可以直观展示地层空间分布形态,为地下空间资源的科学规划提供基础数据。本次工作首次完成了北京五环城区(750 km~2)的三维地质结构模型创建。建模工作基于研究区广泛分布的数千工程钻孔,通过筛选、标准化钻孔数据,绘制相应标准化地层剖面(107条),创建了钻孔模型,以及北京五环城区地下50 m以浅三维地质结构模型,并完成精度验证。本次建模过程整理了大量工程钻孔数据,综合考虑了冲洪积扇发育区地层互层、相交、尖灭、透镜体等复杂的地质现象,具有代表性,可为类似地质建模工作提供借鉴。此外,北京城区三维地质结构模型直观展示了研究区浅部的地层分布与地层结构,为后续三维属性模型的创建提供了实体框架,亦为区内地下空间资源地质评价提供了数据支撑。     

渝东南地区五峰组－龙马溪组页岩气成藏地质条件与有利区预测

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是四川盆地页岩气勘探的重要层位。通过地层厚度、地层埋深、总有机碳含量、有机质类型、有机质成熟度及储层含气量等参数的综合分析,表明渝东南地区五峰组—龙马溪组具有泥页岩厚度大(40~210m)、地层埋深较浅(4500m)、总有机碳含量较高(TOC一般1.5%)、有机质成熟度高(Ro为1.9%~2.7%)等特点,有机质类型多以Ⅰ型为主,现场解吸含气量在五峰组及龙马溪组中下部具有较好的水平。综合分析认为,五峰组—龙马溪组具有较好的页岩气成藏地质潜力。运用多因素叠加及综合地质分析技术,选取总有机碳含量、热成熟度、地层埋深、地层厚度、地表条件5个参数作为核心评价指标对渝东南地区五峰组—龙马溪组的成藏有利区进行了预测,共预测出Ⅰ类有利区6个,Ⅱ类有利区2个,有利区预测结果与目前已有钻井的含气量水平相一致。最后,提出了"有重点、有先后、分层次"的勘探开发部署建议。     

柿庄南煤层气勘探钻井数据快速入库及三维可视化技术研究

针对沁水盆地南部柿庄南区块钻井资料管理分散和三维可视化利用程度低的现状,以该区大数据量钻井资料为研究对象,探索了一种新的面向三维地质建模的钻井数据快速标准化建库方法,并基于该方法研发了面向Petrel的三维地质建模数据快速入库与输出软件模块。经柿庄南区块实际应用检验表明,该技术方法能够快速完成大批量复杂钻井数据的标准化建库工作,可为煤及煤层气田钻井数据的快速数字化建库和三维可视化建模提供应用借鉴。     

三维地质建模及应用实例

文章介绍了实体模型、场模型和混合模型三类空间数据模型及其相应的三维地质构模方法,列举了三维地质构模在矿产资源评价、城市地质、地下水资源评价方面的3个应用实例。在矿产资源评价中的应用是实体模型与场模型的集成,三维显示与检索采用实体模型,资源量估算和矿化分布预测采用场模型;在城市地质中的工程地质层状地质体建模采用多层DEM构模法,介绍了基于三维地层模型的剖切等应用分析;地下水资源评价中含水层组的三维建模采用剖面构模法,以水文地质剖面为建模数据源,辅以钻孔、含水层组底界埋深等值线、地表高程等值线等作为约束条件。     

不连续、薄互层煤层气地质建模技术——以澳大利亚苏拉特盆地为例

澳大利亚苏拉特盆地煤层气具有纵向煤层层数多、横向连续性差、厚度薄、煤阶低、渗透率高、含气饱和度高等特点,运用三维地质建模技术精确定量表征这种不连续的薄互煤层挑战难度大。利用地震、测井、地质解释成果,充分挖掘煤系地层特点与三维建模技术的相关性。首先利用地震构造解释与分层数据,采用"井震结合"方式建立地层构造格架;其次利用井间煤层对比统计煤层延展长度,作为模型变差函数的变程大小主要依据,采用煤层厚度分布图作为模型平面趋势约束,运用岩相垂向概率分布作为模型垂向上的趋势约束,通过序贯指示模拟方法建立薄互煤层的岩相模型;基于岩心标定下测井解释的含气量与埋深、密度的相关关系建立含气量模型;利用中途测试解释的渗透率建立渗透率模型;利用等温吸附曲线与压力梯度曲线,建立埋深与最大吸附含气量相关关系,从而建立含气饱和度模型。运用薄互煤层厚度累加的等效网格粗化方法,有效解决了薄互煤层精确三维地质建模与数值模拟运算速度耦合难的问题。实践表明:该套薄互煤层气地质建模技术能够较准确表征煤层发育地质特征,为后续产能模拟、方案设计提供可靠支撑。     

南缘霍玛吐构造带三维地质建模应用效果

霍玛吐构造带地表、地下地质结构复杂,受二维测网限制,合理地构造建模和准确的速度建场较难,是制约该区圈闭落实和油气发现的主要因素。采用深浅层分层控制法消除层面间的相互干扰、复杂断块分组控制法解决逆断裂上下盘层位关系搭建的难点、层位网格约束法快速准确修改模型局部异常,逐级分解建模,有效解决了复杂构造三维建模难点,最终建成符合实际的三维地质模型。应用井控模型约束三维转深技术实现了多信息约束下的层速度建模与转深。三维空间建模提高了构造解释三维空间合理性,同时为三维空间速度分析与建场提供基础,降低了构造成图误差,提高圈闭落实精度。     

地层条件对超大断面隧道软弱破碎围岩施工影响过程规律的数值模拟分析

兰渝铁路两水隧道地质条件复杂,围岩软弱破碎,沿线地形起伏,隧道埋深变化大。根据埋深等地层条件的变化,在不同的区段选择合适的施工方案,控制隧道围岩变形是隧道安全控制的关键所在。结合该工程的勘察和设计资料,采用大型有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型,系统地研究不同埋深条件下开挖进尺对隧道变形的影响。从变形角度揭示了埋深对开挖进尺的影响规律,确定了不同埋深条件下最利于变形控制的循环进尺,为工程的施工决策提供技术指导和理论支持。     

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.      

鄂尔多斯盆地南缘黄陵地区煤铀兼探钻孔数据集成与三维地质模型构建

鄂尔多斯盆地南缘黄陵地区铀成矿前景良好。中国地质调查局在该地区组织实施了含铀岩系三维地质调查工作,以寻找可地浸砂岩型铀矿找矿靶区为目标,采用“煤铀兼探”、“油铀兼探”的新思路,对煤田钻孔资料进行“二次开发利用”,开展勘查选区研究,完成了354口煤田钻孔（其中筛选出潜在砂岩型铀矿（化）孔49口）和21口铀矿验证钻孔（其中工业矿（化）孔16口）的数据采集建库,在此基础上建立了专题成果图集及三维地质模型。该数据库主要由含铀岩系地层厚度等值线图、砂体厚度等值线图、顶底板埋深等值线图、含砂率等值线图、放射性异常等值线图等专题成果图集和三维地质结构模型组成,为铀矿勘探开发提供了有利支撑和服务作用。     

基于剖面三维地质建模方法及在本溪地区应用

针对成矿带三维地质建模面临的实际问题,以GOCAD软件作为三维建模工具,阐述了基于剖面的三维地质建模流程与方法.为了充分揭示本溪地区深部地质情况及隐伏铁矿的发育情况,采用基于剖面的三维地质建模方法构建了本溪地区907km2的三维地质模型,获取了本溪地区地下三维地质结构,显示出该地区盖层发育宽缓褶皱,断裂切割作用强烈,基底最大埋深可达4200 m,在变质基底埋深较浅的地区,具有很大的铁矿资源勘探潜力.实际应用情况表明,基于剖面的三维地质建模方法符合地质研究从二维到三维的工作流程和思维习惯,是一种有效的成矿带三维建模方法.     

松辽盆地青山口组一段油页岩成矿条件及有利目标区分析

基于钻井、测井、地震及分析化验资料,开展了松辽盆地青山口组一段油页岩成矿条件及有利目标区分析。研究发现,松辽盆地青山口组一段油页岩最大厚度达15m;埋深几十米～2 000m,盆地东南部农安-登娄库一带埋深在500米以浅。将青山口组划分出3个三级沉积层序,青一段油页岩形成于SQ1层序下降半旋回,为深湖相沉积物,油页岩分布受该时期深湖相沉积范围的控制。根据研究区整体地质勘查程度,选取油页岩埋深和油页岩厚度为主要评价指标,并以含油率作为参考指标,建立了青一段油页岩有利目标区优选方案,确定了A类选区为农安-增盛-长春岭-朝阳沟勘查区和白城东北部勘查区,B类选区为登娄库背斜带南部地区,C类选区为农安-增盛-长春岭-朝阳沟勘查区外围。     

基于多源数据的三维地质建模——以东莞市滨海湾新区为例

由于地质结构的复杂性、地质数据的多源异构性,复杂地质体的快速自动化建模一直是三维地质建模领域的研究难点。本文以东莞市滨海湾新区为例,使用MAPGIS 10.0软件,采用基于多源数据约束的钻孔自动建模和基岩产状下推建模融合的建模方法,并在区域分界面-基岩顶面的约束下实现第四系地质体与基岩地质体的无缝拼接,实现了复杂层状地质体的快速自动构建。对于建模区域第四系地质体的构建,采用针对层状地质体建模的多源数据约束钻孔自动建模方法,以钻孔为基础数据,采用不规则三角网构建第四系地质界面,同时加入地质剖面、地质图、数字高程模型等多源数据作为约束,弥补了钻孔分布的不均匀性,使建立的模型更加符合实际地质情况。对于浅层基岩地质体的构建,使用基于基岩地质图、断层和产状信息的基岩产状下推建模方法,在保证建模效果的前提下,提高了建模效率和自动化程度,并能准确地反映断层等地质现象。计算的实际孔与模型孔的地层厚度差值表明构建的三维地质模型精度较高,可为东莞市滨海湾新区城市地质工作提供重要的基础数据支撑。     

雄安新区工程地质层组划分、三维地质结构构建及其在城市规划建设中的应用

【研究目的】为了规范雄安新区工程地质层组划分,构建三维工程地质结构模型,更好地进行工程地质与岩土工程资料交流与利用。【研究方法】本文以雄安新区工程地质调查资料为基础,阐述了雄安新区第四纪地层特征,进行了工程地质分区,划分了100 m以浅地层工程地质层组,分析了各层组的空间分布规律及其工程特性;构建了三维工程地质结构模型,探讨了其在城市规划建设中的应用。【研究结果】雄安新区全新世地层底板埋深一般7～16 m,晚更新世地层底板埋深一般50～60 m,中更新世地层底板埋深一般70～80 m,早更新世地层底板埋深约140～190 m;可将雄安新区工程地质区划分为冲积—洪积平原工程地质亚区、冲积—湖积平原工程地质亚区和冲积平原工程地质亚区;100 m深度范围内地层可划分18个工程地质层组,其中(1)～(4)层为全新统(Q_h),(5)～I1层为上更新统(Q_p³),I2～I5层为中更新统(Q_p²),I6～I8层为下更新统(Q_p¹),构建了研究区三维...