地质-地球物理三维可视化建模及其应用——以雄安新区为例

地球物理方法作为探测地质结构的有效手段,可提供丰富的地质资料,利用地球物理数据开展三维可视化建模,能够将其转化为有用的地质信息,对形象、直观、准确地认识地下情况具有重要意义。针对雄安新区三维地质结构探测需求,基于钻孔、地质剖面、地震、测井等数据资料,采用三维构造建模、属性模拟、三维数据体网格分析等技术,建立了雄安新区三维地质结构模型和容东地区浅部三维物性模型,实现了三维模型的可视化显示与分析。地质-地球物理三维可视化建模为查明雄安新区地层结构和构造格架,评价水源地、深层地热资源和工程场地等提供了技术支撑。     

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...     

雄安新区岩土标准地层序列划分

为统一雄安新区地层序列划分标准,实现雄安新区工程勘察数据的入库、互相调用和综合利用分析,在搜集雄安新区大量工程勘察资料的基础上,综合考虑地质年代、地质成因、沉积序列、地层岩性、物理力学性质等因素,对雄安新区100 m深度范围内的地层进行了统一划分,并对标准地层采用"主层编码+岩性亚层编码+特殊成分编码+工程性质次亚层编码"的形式进行了标准化编码。将雄安新区100 m以浅地层自上而下划分为18个主层,其中冲洪积层及冲湖积层、5个钙质结核层是具有典型特征的标志层,可作为地层划分的重要依据,并根据颗粒粗细对各主层内的亚层进行了分层。雄安新区100 m深度范围内地层序列划分标准的建立,可为勘察单位在雄安新区规范、标准地开展工程地质工作提供借鉴,同时也可满足政府部门对工程地质数据的有效管理与精准服务的需求。     

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。     

高密度电阻率法在雄安新区起步区第四系地质结构精细划分中的应用研究

在雄安新区起步区,通过高密度电阻率法对某研究区0~200 m深度工程建设层进行了精细剖面探测,结果表明反演断面图包含了丰富的地质信息,反映了第四系早、中、晚更新统及全新统地层的埋深及起伏形态等地质结构;认为中、晚更新统地层砂层透镜体发育,隐伏地裂缝不发育;结合工程地质钻探和第四纪地质研究,初步建立了0~200 m深度地层岩性格架;验证了高密度电阻率法在雄安新区起步区规划和建设地质勘探中的有效性、可行性,证实了雄安新区起步区作为生态宜居一类地区的重要地位,为雄安新区起步区地下结构"透明化"提供基础地质依据.     

长春市第四系三维地质结构模型的研究

长春市三维地质结构模型是应用GMS软件,利用该区钻孔资料作为地层建模的基础数据建立的,最终通过模型建立展示地质结构的真实效果。     

综合多源数据的矿床三维地质建模——以四川某铅锌矿为例

四川某铅锌矿床深部存在一产状平缓的滑覆构造, 在地下深部分布广泛, 但地表无明显露头。传统的二维地质剖面难以展示全貌, 因此通过GOCAD软件建立三维地质模型, 展现该矿床地下地质结构与构造。首先以DEM、填图、钻孔、勘探线剖面、卫星遥感影像等多源数据建立地质数据库, 构建地形地貌模型; 然后利用地表填图和勘探线联合剖面的断层线建立断层模型, 确定了构造格架, 展现滑覆构造的产状分布; 其次利用钻孔品位数据进行空间变差函数分析, 在含矿层位进行克里金插值, 构建矿体模型, 并结合钻孔分层数据建立地层模型; 最终建立了综合地表、构造、矿体和地层的三维地质实体模型。在此基础上剖切实体模型, 讨论各地质单元的形态特征, 探讨深部成矿前景。结果表明, 通过综合该研究区多源数据的三维地质建模, 能将勘查过程中产生的原始资料整合在一个模型中, 该模型清晰地展示了地下地层、构造、矿体的产状与接触关系, 揭露隐伏构造, 并且在建模过程中能从三维角度检查原始数据的正确性, 提高认识, 为研究区深部找矿工作提供参考依据。     

雄安新区城市地下空间探测技术研究

近年来随着我国城镇化进程的加快推进,对城市地下空间开发利用的需求愈发迫切,城市地下空间探测技术也取得了较大发展,但对特定区域的探测技术方法仍存在适用性问题,尤其是0–200 m地下空间结构精细划分和异常识别.本文基于雄安新区工程地质钻孔物性资料统计分析,建立了雄安新区地下空间地层物性柱子,指导地球物理数据解释.结合实际地球物理探测结果,对地球物理探测技术解决问题的能力和分辨率进行了分析、评价,并基于评价结果建立了适用于雄安新区地下空间结构精细成像的探测技术体系.     

基于GOCAD的三维工程地质地层建模研究

三维工程地质地层模型的建立能够更为直观地观察城市地下空间的地质结构,能够为岩土勘察、设计和施工提供辅助参考。论文依据《长春市两横两纵快速路系统——二环路工程（二段标）岩土工程勘察报告（详勘）》中提供的钻孔数据,采用GOCAD三维地质建模软件建立了研究区局部路段地层分布的三维工程地质地层模型。通过应用实例证明,GOCAD软件具有快速建模,可视化效果良好的特点,能够较真实地反映地层实际分布情况,将其应用于岩土工程的勘察工作中是切实可行的。     

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。     

雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析

【研究目的】雄安新区地热水化学场特征及其影响因素对了解区域地热资源聚敛机制具有重要意义。【研究方法】在区内5个主要构造单元（容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷和高阳低凸起）开展地热水水化学采样和测试分析工作。【研究结果】研究区内主要分布有砂岩热储和岩溶热储,水化学类型以Cl-Na型和Cl·HCO₃-Na为主。从浅入深,地热水TDS值呈增大趋势。自西向东,地热水TDS含量表现为增大的趋势,指示着地下水流向。受断裂带导水作用影响,部分深部雾迷山组与馆陶组地热水发生混合现象。雾迷山组岩溶热储地热水的变质系数和脱硫系数低,热储封闭性较好,处于相对还原状态,而馆陶组和明化镇组砂岩热储地热水封闭性相对较差。【结论】区内地下水化学场主要受水岩相互作用程度、断裂、储层封闭性等因素影响。研究成果对于认识雄安新区地热资源、科学合理开发利用地热能,推进北方地区冬季清洁取暖具有重要意义。     

浅层高分辨率反射地震试验研究：以雄安新区第四系为例

雄安新区城市规划建设对地下空间的高精度勘探提出了高要求,作为具有高分辨率的地面物探方法,反射波地震勘探技术具有良好应用前景。本文探究了厚覆盖区条件下的高精度有效反射地震探测技术,并利用反射纵波技术在雄安新区进行提高浅层分辨率的地震勘探方法试验。根据实际探测目标,通过对比分析不同检波器、震源类型、道距大小及接收排列长度等不同采集因素试验效果,探究已有条件下适宜的震源类型和最佳采集参数。结合实际资料处理和分层解释,试验研究表明,采用高频检波器、选择可控震源激发效果最佳,针对试验目标,结合小道距、适当排列接收等措施,可有效提高厚覆盖区50~300 m深度内反射纵波地震勘探的纵向分辨率,试验获得了丰富的有效波组信息,为内部地层精细划分和解释提供了依据。该方法可为类似环境下城市地下空间的精细探测提供有益参考借鉴。     

雄安新区地热地质模型探究：来自地球物理的证据

雄安新区内地热资源丰富，区内有牛驼镇地热田、容城地热田和高阳地热田，地热资源开发利用较早，但是对其深部热源机制仍未形成统一观点。为了研究雄安新区内地热田深部热源机制，在新区及外围进行了深反射地震和长周期大地电磁探测，对取得的同剖面的深反射地震和大地电磁数据进行处理和综合解释，探明了研究区从地表至莫霍面范围内地质构造和电性结构。下地壳结构在深反射地震剖面与大地电磁剖面上有很好的对应关系。电阻率低值区对应着在深反射地震剖面上存在一系列反射同相轴，且同相轴可以延续到莫霍面，电阻率高值区对应着在深反射地震剖面上无明显连续反射同相轴，尤其是在莫霍面之上呈现地震反射近似"空白区"。结合区域地热资料构建了研究区深部地热地质模型，对新区内深部地热机制进行了解释。该模型为"二元"生热模型，其热源包含两个部分，深部地幔热源和地壳放射性元素衰变生热。放射性元素衰变生热占地表热流的接近30%，而幔源热流在地表热流中的占比可达约70%。在牛驼镇下方，莫霍面以上，由于地幔热物质上涌造成下地壳上隆，幔源岩浆底侵作用于下地壳形成了局部热异常，该热异常具有低速高导的地球物理特征，认为是牛驼镇地热田和容城地热田的深部热源；以区域断裂为热通道，大地热流由深部向上传导、扩散到牛驼镇凸起和容城凸起顶部，对碳酸盐岩储水层进行加热，形成地热储层；上覆新近系沉积地层是良好的热盖层。     

雄安新区地下水资源概况、特征及可开采潜力

地下水资源在中国社会经济发展中发挥重要作用,特别是在地表水资源相对匮乏的北方地区。掌握一个地区地下水资源状况、动态变化特征及可开采潜力,对该地区的供水安全保障至关重要。本文选择雄安新区,在近年来开展的区域水文地质调查、监测及综合研究等成果基础上,结合前人研究,对雄安新区区域水文地质条件、地下水动态变化特征等进行分析总结;以恢复地下水降落漏斗为地下水可持续开采利用方案的目标,从白洋淀流域平原区尺度,设置现状开采条件、河流补水、工农业节水及地下水禁(限)采等不同情景方案,采用地下水数值模拟技术,综合分析不同情景30年后的预测结果,提出白洋淀流域平原区地下水可持续开采利用方案;在流域地下水可持续开采利用方案基础上,分析雄安新区地下水可开采的最大资源量,进而评价雄安新区地下水可开采潜力。结果显示,雄安新区区域水文地质条件相对简单,浅层富水性中等,深层富水性较强;地下水位为多年下降状态,近年来,浅、深层地下水整体呈企稳或回升状态,局部地区仍有所下降;地下水质量总体良好,且较为稳定。根据评价结果,雄安新区地下水可开采潜力约为1.80×10~8m~3/a,其中,浅层地下水可开采潜力约为1.50×10~8m~3/a,深层地下水可开采潜力约为0.30×10~8m~3/a。     

三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用

煤炭地质勘查的研究对象、勘探方法、数据资料在空间上都是三维的,适合于采用三维地质建模技术进行管理。根据三维地质建模与煤炭地质勘查是否同时,可将煤炭地质勘探三维地质建模分为两类,一类为勘探工作中,主要以钻孔数据为主,用于制作三维地质模型的原型,生成煤层底板等高线、剖面图草图,供地质工程师进一步加工,构建精细的三维地质模型;另一类为勘探工作后,即以已经做好的煤层底板等高线图、剖面图为主要数据源,构建精细的三维地质模型。精细的三维地质模型可用于煤矿设计、数字矿山建设。三维地质建模技术的应用有利于煤炭地质构造的研究,主要表现在:第一,可对地面、钻探、物探、化探多种手段获得的探测资料进行集成与同化处理,提高信息空间的一致性;第二,地质构造要素表达具有直观性与三维立体性,如断层的表达,其在三维环境中不仅可表达为一个面,并且能清晰反映断层与地层、以及断层与断层之间的相互切割关系,弥补了平、剖面图上仅表现为一条断层线的不足;第三,可平、剖面三维联动编辑,很好地保证平面图与剖面图的空间一致性;第四,可以在剖面上以画草图的方式确定剖面上煤层对比与断层切割方案。     

地热规模化开发断层滑动概率评估——以雄安新区深部岩溶热储为例

雄安新区地热资源丰富，具有广阔的规模化开发利用前景，对于实现"绿色雄安"具有重要意义。许多学者的研究集中在地质结构探测、地热资源量评价、地壳稳定性等方面，关于深部岩溶热储规模化开发可能引起的断层滑动研究薄弱。本文在地热地质综合调查的基础上，基于地质力学理论，采用蒙特卡罗随机模拟方法，评价雄安新区主要断层特征（走向、倾角、滑动摩擦系数等）、地应力分布（孔隙压力、最大/最小/垂直主应力大小及方向等），量化雄安新区天然断层在规模化开发利用情况下的激活可能性，结果显示已探明断层在天然、规模化回灌和水力压裂条件下的最大滑动趋势分别为0.26、0.27和0.40，地热开发不会引起断层激活。本研究树立了地热规模化开发的信心，可为雄安新区地热资源安全利用提供支撑。     

全国地质资料馆数字地质资料馆主站日志数据集

为更加准确的摸清地质资料用户的需求,消除资料使用者与资料管理者之间的信息鸿沟,全国地质资料馆开展了数字地质资料馆主站访问日志的数据收集工作。数据集采用计算机自动记录的方法,将访问者的所在地、关键词、IP地址等信息进行完整记录。为了更好的利用这些数据,采用了规范的数据处理方法和质量控制体系。数据集提供了2014—2017年数字地质资料馆主站的访问记录,有效地反映了访问者在进行地质资料获取过程中的行为习惯,可为日后地质资料网站建设、地质资料开发利用、地质资料的管理与服务提供依据。     

基于三维地质模型的西咸新区地下空间开发 适宜性评价

地下空间开发地质适宜性评价是合理进行地下空间开发、降低开发地质风险的重要手段。传统的评价方法没有考虑地下空间复杂的垂向变化,因而无法满足越来越精确的地下空间规划要求。本文以西咸新区沣东沣西为例,结合该区地质地貌背景、工程地质特征、水文地质条件、不良地质作用以及地下空间开发现状等特点,建立地下空间开发地质适宜性评价因子体系;利用三维精细化剖分的评估单元为载体,综合使用多种三维空间分析方法从多要素地质模型中定量或定性提取各项指标,运用层次分析法模型开展研究区地下空间开发适宜性评价。评价结果表明：研究区60 m以浅地下空间开发利用条件优越,总体适宜开发建设。浅层空间易受文物保护区、地面水体、活动断裂影响,中层空间受城市建成区既有设施及地下构筑物影响较大,深部地下空间主要受断裂影响。该方法能够精细刻画地下空间在垂向上的差异,评估过程与结果能够立体透明化表达,能够定性、定量地为地下空间开发利用提供辅助决策,以达到资源保护优先、协同开发的开发利用格局。     

新型小城镇地质环境综合调查服务——以江苏丹阳2016年数据集为例

成果的有效应用服务是城市地质调查工作的核心驱动力,城市地质数据集作为城市地质调查工作的核心成果,是决定城市地质调查研究成果应用服务有效性的关键。中国地质调查局部署开展丹阳小城镇地质环境综合调查试点,本次共完成遥感解译1 047 km²（3期数据）,调查点767个,钻探115个,累计钻探进尺8 720 m（其中第四系孔915 m,水文孔2 366 m,工程孔5 439 m）,采集第四纪地质样品2 904组,地下水样品240组,原状土样1 108组,土壤样2 482组,地下水位统测点70个,抽水试验18组等。查清了丹阳市水文地质、工程地质、地质灾害等分布规律,并围绕丹阳市规划建设对地质工作的实际需求,对各类调查原始数据进行了专项加工,建立了数据集,为丹阳市规划建设提供了良好的支撑服务。文章对数据来源、数据收集方法、处理技术等方面进行了整理和归纳,形成了小城镇地质调查应用服务地质数据集的构建方法,为今后小城镇地质调查和数据集处理及应用提供参考。