CN106934858A - 一种矿集区尺度区域三维地质建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了矿集区尺度区域三维地质建模方法及系统。该方法包括：获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；根据插值结果构建虚拟地质剖面；对所述虚拟地质剖面进行编辑；根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。本发明提供的矿集区尺度区域三维地质建模方法及系统能够在保障低成本的基础上，对矿集区尺度区域的地质进行准确的建模。

Description

一种矿集区尺度区域三维地质建模方法及系统

技术领域

本发明涉及三维地质建模领域，特别是涉及一种矿集区尺度区域三维地质建模方法及系统。

背景技术

进入21世纪以来，国际上矿产品需求旺盛、价格不断攀升、勘查投资连创新高，矿业快速发展。在国内，中国经济的持续、快速、健康发展，拉动能源和矿物原材料需求的快速增长，令世人瞩目。中国矿业和地质工作总体上与全球发展同步。矿业和地质工作走出低谷，地勘经济快速发展，矿业行业利润增长迅速；地质找矿深受重视，勘查投人主体多元化，勘查经费快速增长；矿产勘查新发现不断，储量有新的增长，国内矿产生产和供应能力增强；地质工作融入地方，与经济社会的联系更加密切，服务领域不断拓展。但是，与此同时，随着我国工业化、城镇化进程的加快和经济社会的不断发展，矿产资源匮乏的态势在我国愈发显现。在45种主要矿产中有11种国民经济支柱性矿产出现严重短缺趋势，其中石油、铁矿石、铜、钾的对外依存度已超过50％。如不加强地质勘查和加快转变经济发展方式，矿产资源对经济发展的支撑力和承载力将面临很大挑战，成为制约经济可持续发展的关键因素。

目前我国许多大中型矿产由于地质储量枯竭成为资源危机性矿山，但这些矿山许多是由于地质勘查工作投入不够，在其深部及其外围资源潜力不清所致。为解决这些矿产资源危机问题，我国立专项进行危机矿山外围及深部矿产资源勘查工作。目前此项工作正在全国几十个危机矿山全面实施。危机矿山外围及深部矿产资源找矿的突破关键在于隐伏矿床三维立体定位预测的实现，成功的隐伏矿床三维立体定位预测，既依赖于新的理论和勘探技术方法，又依赖于使用先进计算机及信息技术，对危机矿山地质勘查工作获取的多方法信息资料，进行集成、综合。危机矿产地质勘探资料数据包括了从矿山勘探发现和开采后补充勘探等几十年的资料，同时新的危机矿山找矿工作也会产生大量的基础信息，这些信息资料涵盖了地质、地球物理、地球化学、遥感和深部勘探等 多专题的数据；同时，危机矿山地质勘探工作要求在三维立体空间进行，即从空中、地表、地下进行探测，形成全空间的立体三维数据。随着危机矿山找矿工作的深入，对于已经获取的三维空间多元地质勘查数据的有效管理，和在此基础上的储量估算处理，无疑将对危机矿山外围及深部矿产资源找矿工作起到重要的推动作用。

面对严峻的现实，提高矿产资源对经济社会发展的保障能力，探索创新地质找矿新机制、实现地质找矿新突破迫在眉睫。全国能源和重要矿产资源潜力分析结果表明，我国成矿地质条件有利，矿产勘查程度较低，总体资源探明程度不足三分之一，还有很大的资源潜力。

在具体找矿工作中，随着地表矿、浅部矿及易识别矿的日益减少，找矿难度日益增大，找矿效果日益降低，进入21世纪80年代以来，重点找寻深部隐伏矿、新类型矿及新领域矿已经成为世界各国所关注的找矿方向，其中使用三维立体模型开展深部隐伏矿体(即，第二找矿空间)的寻找，已经成为许多国家和地区找矿的主要对象，因此大比例尺(通常大于1:50000)的成矿预测的作用更加突出，它已经成为矿床勘查工作的一个重要组(赵鹏大等，1992)。“第二成矿找矿空间”问题的提出，更强调的是在地壳深部有别于浅表部位的地质构造环境中寻找类似或有别于浅表部位已知矿床的新矿种或新类型矿床，因此，现代矿产勘查必须更新找矿观念，依托多学科、新理论、新技术与新方法进行联合攻关。2011年6月和2012年9月，中国地质调查局分别主办了的“深部矿产远景调查研讨会”和“深部矿产远景调查培训班”，其目的是贯彻落实国 土资源部找矿新机制，实现地质找矿战略行动计划目标，促进地质调查从传统向现代、从单一向综合、从二维向三维转变，推动新理论、新技术、新方法子在实际工作中的应用。矿区隐伏矿体的资源预测要从二维平面预测向三维空间立体预测转化，所涉及的三维技术方法，如：三维找矿信息的获取、三维空间的可视化技术、基于三维空间的资源评价方法等，都是当前学科前沿的重要课题，对它的研发和试验应用具有重要的理论和实际意义。

然而，当前，针对矿集区尺度区域的地质模型处于空白状态，而且，由于矿集区尺度区域的面积远远比矿区的面积要大，这使得应用于矿区资源勘探的建模方法不再适用于矿集区尺度区域，例如，在矿区我们需要钻出多个钻孔以辅助地质模型的建立，而在矿集区尺度区域，由于矿集区尺度区域的面积很大，钻孔的数量相较于矿区要多很多，成本也会急剧增加，可见，传统的建模方法来对矿集区尺度区域地质进行建模并不理想和现实。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维地质建模方法及系统，能够在保障低成本的基础上，对矿集区尺度区域的地质进行准确的建模。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种矿集区尺度区域三维地质建模方法，所述方法包括：

获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

根据插值结果构建虚拟地质剖面；

对所述虚拟地质剖面进行编辑；

根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

可选的，所述根据插值结果构建虚拟地质剖面，具体包括：

在构建所述地质剖面的过程中，根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息， 对生成的地质体界线进行修正；

根据钻孔中地层界限、岩性界线及矿体边界对构建的所述地质剖面进行优化。

可选的，所述对所述虚拟地质剖面进行编辑，具体包括：

对所述地质剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使所述地质体界线符合实际地质情况。

可选的，所述根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型，具体包括：

获取所述地质剖面上的地质体界线；

以构造分区为基础，从所述地质体界线中筛选出地质体的边界；

将所述地质体的边界连接在一起，形成曲面。

本发明还提供了一种矿集区尺度区域三维地质建模系统，所述系统包括：

地质调查数据获取单元，用于获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

时空关系定义单元，用于定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

插值单元，用于采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

虚拟地质剖面构建单元，用于根据插值结果构建虚拟地质剖面；

地质剖面编辑单元，用于对所述虚拟地质剖面进行编辑；

三维地质模型确定单元，用于根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

可选的，所述虚拟地质剖面构建单元，具体包括：

修正子单元，用于在构建所述地质剖面的过程中，根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正；

优化子单元，用于根据钻孔中地层界限、岩性界线及矿体边界对构建的所述地质剖面进行优化。

可选的，所述地质剖面编辑单元，具体包括：

地质剖面编辑子单元，用于对所述地质剖面上的地质体界线进行检查和编 辑，使所述地质体界线符合实际地质情况。

可选的，所述三维地质模型确定单元，具体包括：

地质体界线获取子单元，用于获取所述地质剖面上的地质体界线；

地质体边界筛选子单元，用于以构造分区为基础，从所述地质体界线中筛选出地质体的边界；

曲面生成子单元，用于将所述地质体的边界连接在一起，形成曲面。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过获取矿集区尺度区域的地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据，定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系，并采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值，根据插值结果构建地质剖面图，以及对得到的剖面图进行编辑和修正，最终得到了矿集区尺度区域的三维地质模型。实现了基于较少深部勘探工程控制点与地质认识约束的三维地质体界面自动拟合，为大深度的找矿勘查工作提供有效的技术支撑，促进地质工作由二维向三维转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例矿集区尺度区域三维地质建模方法流程图；

图2为本发明实施例地质填图原始数据图；

图3为本发明实施例1:50,000矿集区地质填图数据图；

图4为本发明实施例地质对象时空关系设置图；

图5为本发明实施例剖面编辑图；

图6为本发明实施例三维地质模型图；

图7为本发明实施例区域构造分区图；

图8为本发明实施例拓扑重建图；

图9为本发明实施例矿集区尺度区域三维地质建模系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种三维地质建模方法及系统，能够在保障低成本的基础上，对矿集区尺度区域的地质进行准确的建模。

一种矿集区比例尺区域三维地质建模方法，属于地学空间建模领域。该地学空间建模的核心内容是地质属性库-时空关系模型-几何算法-交互式编辑。该方法模型与装置主要用于由1:50,000二维地质图出发，构建矿集区尺度的三维地质几何模型。该方法主要内容是，从地质空间的固有特征分析入手，解决基于较少深部勘探工程控制点与地质认识约束的三维地质体界面自动拟合关键技术问题，为大深度的找矿勘查工作提供有效的技术支撑，促进地质工作由二维向三维转换。总体技术路线图如图1所示。首先，基于1:50,000二维地质图、少量钻孔数据、实测剖面创建地质属性数据库；其次，定义地层与地层之间、构造之间以及地层与构造之间的时空关系；第三，应用协同克里格矩阵建立空间势场；第四，进行人机交互编辑，定义虚拟剖面并自动生成剖面图；第五步，曲面连接与实体组装。

研究通用的、可更新的地质体建模技术一直是地学空间建模中的重点和难点问题。这里“通用的”是指能够满足绝大多数地质工作者需求的地质体模拟方法。在这些需求中，当然应该包括那些缺少钻孔和地球物理数据的用户需求；可更新则是指地质体的建模结果能够随着用户需求的变化，快速升级，易于修改甚至是动态重构。大比例尺空间地质建模主要是面向矿集区的，因此，其所需的体建模方法不仅需要满足已开采或有较多勘探工程的地质体建模的需要，同时还要满足地质工作程度较低的矿集区的地质体重构的建模需求。与前者相比，后者具有研究区面积大、工程控制数据少、建模结果更加依赖于地质专家的地质解释等特点。上述特性，决定了常用的基于勘探工程的地质体三维建模方法，如轮廓线拼接、移动立方格等，并不能完全满足矿集区尺度三维地质体模拟的实际需要。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例矿集区尺度区域三维地质建模方法流程图，如图1所示，矿集区尺度区域三维地质建模的具体步骤为：

步骤101：获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

步骤102：定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

步骤103：采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

步骤104：根据插值结果构建虚拟地质剖面；

步骤105：对所述虚拟地质剖面进行编辑；

步骤106：根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

其中，步骤101中，矿集区尺度地质调查数据具体包括区域地质图(如1:5万地形地质图)、区域地质研究程度图、构造地质图、构造分区图、构造纲要图、区域矿产图、岩性-岩相分布图、岩相古地理图、第四纪地质图等。其中，区域地质图可分为成果地质图和地质填图基本信息，成果地质图又包括平面地质图、地质剖面图和综合柱状图。平面地质图提供了建模相关的地层、岩性、产状、断层等地质要素以及地形、地貌特征、主要居民点等地理信息。地质剖面图描述了岩性、褶皱、断层等地质要素的空间展布形态以及产状、地貌特征等。综合柱状图主要描述平面图区域内的地层层序、厚度、岩性变化及接触关系等。地质填图基本信息是指地质填图野外工作获取的成果数据，通常以表格形式保存，如图2所示(图2为本发明实施例地质填图原始数据图)。

三维建模基本数据主要包括地质调查三维数据(如产状等)、地质勘探数据(如钻孔、槽探等)、地球物理解译与三维反演数据。地质调查三维数据需要包含地质剖面、区域地层产状、构造产状、构造性质、侵入岩体产状、岩性变化等信息。地质勘探工作使用钻探、坑道、槽探等手段揭示近地表、地下地质岩石分层、构造、矿产等分布、产状、质量、数量等。地质勘探产生的信息 是通常所说的“硬数据”，是最宝贵的勘探资料。由于钻探、坑道、槽探等手段都是在三维空间进行的，数据具有真正三维特性。地球物理解译与三维反演数据主要包括物探成果剖面图，如等AB/2视电阻率剖面图，物性-地质剖面图，平洞声波测试剖面图等，为隐伏地区三维地质建模提供必要的信息支持。

三维建模基本数据主要表现为图层形式，如地层区文件、构造线文件、产状点文件、钻孔文件以及由平面等值线数据生成的DEM、TIN等。其中，地层区文件的主要属性为区编号、地层、岩性、颜色等；区域构造线文件的主要属性包括线编号、类型、倾向、倾角、级别、最大延伸深度等；产状点文件的主要属性包括倾向、倾角、左岩性、右岩性等(表1)；钻孔文件包含了钻孔位置表、钻孔形态表、采样信息表中的所有属性信息，来控制钻孔的位置、形态及见矿钻孔的矿体品位信息(表2、3、4)；探槽文件描述了导线位置分布、岩矿信息、层位、产状、接触关系等信息(表5)；坑道文件描述了坑道方位、长度、地质情况等信息(表6)。

表1地质调查三维数据格式

表2钻孔位置表

表3钻孔形态表

表4采样信息表

表5探槽记录表

表6坑道记录表

字段名称	数据类型	长度	小数位数	字段状态	空值状态
						坑道号	文本型	32	0	必须	可有空值
编录日期	日期型	8	0	必须	可有空值
						总长度	双精度型	32	7	必须	可有空值
比例尺	文本型	32	0	必须	可有空值
						制表人	文本型	20	0	必须	可有空值
地质描述	可变文本	50	0	必须	可有空值
						备注	可变文本	50	0	可选	可有空值

表7坑道记录表

步骤102时空关系主要指定义构造、地层边界等的关系数据。根据地质学原理，矿床的赋存是一个长期的地质演化过程。在很多研究区内，历史上存在重大历史事件和多期次的强烈构造运动等，导致构造、地层等地质对象之间存在复杂关系。这些关系的厘定需要通过矿床学、年代学等多种科学技术手段的组合。在模拟地层等曲面之前，定义构造与构造之间、地层与地层之间、以及构造与地层之间的空间约束条件，如图3所示(图3为本发明实施例1:50,000矿集区地质填图数据图)。

步骤103基于协同克里格算法的快速隐式空间插值方法。应用隐式空间插值算法，整合产状、位置以及时空关系等地质属性数据。该方法模型的输入数据集主要包括①.点集P＝{p_j∈l_i，j＝1，2，…，n；i＝1，2，...，m}。其中，p_k为点数据，l_i为地质边界线；②.产状集合V＝{v_k(x_k，y_k，z_k)，k＝1，2，…，s}。其中v_k为某地质边界的产状；时空关系为集合R，如图4所示(图4为本发明实施例地质对象时空关系设置图)。

协同克里格算法：传统的地质统计学方法如普通克立格法、泛克立格法等，只限于对单变量的研究与估算，并未能充分考虑空间尺度对区域化变量的影响。为解决此问题，MATHERON Georges在上世纪60年代提出了多元地质统计学，其核心方法就是协同克立格。在此之后，Goovaerts(1998)对其进行了改进。该方法思想是以协同区域化理论为基础，以协变异函数为基本工具，研究定义于同一空间域内，既有统计相关又具有空间位置相关的多元信息的空间结构。在地质找矿应用中，一个具体的实例是，在研究多金属矿床时，常遇到多个金属元素伴生的现象，如银，铜，铅，锌等(候景儒和黄竞先，1990)。在数学上，我们可以将每一个化学元素看作为一个变量，则当某一个变量的取样不足时，单独对该变量进行普通克立格计算往往达不到要求的精度。但如果其他变量有较充足的取样量时，研究该变量与其他变量间的空间关系，借助其它元素的样品信息，应用协同克立格法估算该元素的品位与空间关系。显而易见， 该方法相比于普通克立格法能明显改进估计精度。

设有K个变量构成协同区域化变量集合{Z_k(x)，k＝1，2，…，K}。假设它们是二阶平稳的，即一阶矩和二阶矩存在且平稳：

设k₀为k＝1，2，…，K中某一特定值，即设为我们要估计的主变量，要估计的是中心点在x₀处的承载上的平均值

样品有效数据集是而是确定在承载上的平均值，即

要得到待估样本点的无偏最优估计值，必须满足最小方差无偏估计的要求：

第一，无偏条件，即

第二，估计方差最小性，即

满足二阶平稳的协同区域化变量必须每一个区域化变量Z_k(x)的期望存在且平稳，其互协方差函数也存在且平稳即交叉变异函数的定义为：

交叉协方差函数为

C_kk(h)＝E[Z_k(x+h)·Z_k(x)] 公式5

要求权重系数满足协同克立格方程组，即：

方程组未知数为个权系数及K个拉格朗日参数μ_k，共有个未知数，同时也有个线性方程构成这个方程组。

算法的矩阵形式为：

Kλ＝M 公式7

其中：

基于上述协同克里格算法，由二维地质图出发，构建区域大比例尺三维地质体，需要回答三个问题。即建模方法，如何在稀疏数据场解译并推断出合理的地质曲面；如何解决整合主要构造曲面的问题；如何检验复杂地质体模型质量。本方法模型包含以下三个前提假设。即①.地质曲面是界定两个目标地质体的几何对象；②.产状数据决定了地层等地质曲面的空间展布；③.在未定义约束关系的情况下，地质曲面的延展是无限的。应用该模型所需要的输入数据包括①.地质边界的出露(至少一部分)是已知的；②.每个地质边界至少采集一个产状点。由该方法模型所考虑的前提假设、输入数据以及适用条件来看，可以解决如下地质曲面的重构问题：①.沉积层系的模拟，即不同年代的地层是近似平行的；②.侵入岩体的模拟，即存在已知出露以及地质剖面作为约束条件；③.变质岩体的模拟，即存在已知边界线及其产状作为约束条件。该方法模型的输入数据集主要包括①.点集P＝{p_j∈l_i，j＝1，2，…，n；i＝1，2，...，m}。其中，p_k为点数据，l_i为地质边界线；②.产状集合V＝{v_k(x_k，y_k，z_k)，k＝1，2，…，s}。其中v_k为某地质边界的产状。

步骤104构建虚拟(图切)地质剖面。要获得地质体曲面，首先要创建虚拟地质剖面。虚拟地质剖面中地层界线的模拟是通过对地层区产状的综合分析得到的结果。在创建图切剖面的过程中，可以加入钻孔进行综合计算，在自动生成剖面的过程中，计算机会根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正，以便于更符合实际地质情况。同时，钻孔的选择主要考虑孔深和岩性，地层方面需打穿含矿层，选择尽量深的钻孔；在岩性方面，需尽量保持岩性完整，即钻孔尽量包括围岩到矿，再到围岩多个界线。在定义勘探线的时候，就需要把参与模拟的钻孔依次关联到离钻孔最近的剖面上，图切剖面自动拟合算法会根据钻孔中地层、岩性界线及矿体边界对模拟结果进行优化处理。

步骤105依次对剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使其符合实际地质情况。重点检查地质体界线是否相交，地质体界线的形态是否符合地质规律，地质体界线与地表的交点与实际出露情况是否一致，地质体界线是否缺失，构造线的错动距离是否合理。针对检查结果，对剖面上的地质体界线进行编辑，依据已有三维地质概念模型中层序及地层厚度，将缺失的地质体界线补充完整，如图5所示(图5为本发明实施例剖面编辑图)。

步骤106在获取地质体界线的基础上，以构造分区为基础，逐一筛选地质体的边界，将地质体的边界线连接成曲面。对于地层来说，首先筛选地层的上下界面，分别连接成两个曲面，进而生成其他侧面。曲面的生成是基于三角网的插值实现的，只对曲面整体进行编辑和修改，在某些特殊情况无法解决具体问题，如曲面中某三角形位置不对，或出现了三角形交叉，三角形重叠等现象。 这就需要对于基础三角形的一系列编辑功能，如删除三角形，添加三角形，修改三角形顶点坐标，修改三角形名称，修改三角形颜色等。生成的完整曲面还需再次进行拓扑检查，查找在编辑过程中产生的悬挂点、悬挂边、相交线、未封闭线等问题。根据计算机生成的拓扑检查结果，进行三维空间编辑，删除悬挂点及悬挂边，将相交线、未封闭线等通过打断线、连接线、结点平差等具体功能解决其拓扑问题。封闭曲面通过计算机拓扑检查后，进行拓扑重建，可形成三维地质体。生成的三维地质体应根据需要修改其颜色，使其与地质图中颜色近似，便于三维空间分析。使用ASCII码格式文件保存矿集区三维地质模型，如图6所示(图6为本发明实施例三维地质模型图)。

作为本发明的又一个实施例，首先，数据收集与整理，花垣-渔塘铅锌矿自20世纪以来，进行了多次勘查工作，取得了海量的勘查数据，如钻孔数据、探槽数据、坑道工程数据、物化探数据、相关勘查报告等。研究区通过1：5万的区调和矿调工作，积累了花垣县幅和麻栗场幅等基础地质资料，为重点区域的区域三维地质建模提供了数据基础。

通过对相关资料进行收集、整理发现，随着数字化建设的不断深入，近年来的相关资料和图件基本采用电子文档和计算机制图，而早期的勘查资料大多为纸质资料。电子版资料需要按照研究区三维空间数据库的格式要求进行格式转换，或重新录入，经检查通过后进入数据库。而纸质文档和图件则首先要进行数字化，信息提取与重新录入，经格式检查后进入数据库。

通常基础数据主要来源于地质、物探、化探、遥感、重砂等方面。研究区收到的勘查数据中收集图件具体包括花垣幅1:5万地形地质图、麻栗场幅1:5万地形地质图、花垣-凤凰整装勘查区地形地质图(1:20万)、湖南省铅锌矿成矿规律图(1:500000)、湖南省铅锌矿成矿要素图(1:500000)、湖南省铅锌矿预测成果图(1:500000)、湖南省龙山-凤凰预测工作区李梅式层控热液型铅锌矿成矿要素图(1:100000)、湖南省龙山-凤凰预测工作区李梅式层控热液型铅锌矿预测要素图(1:100000)、湖南省龙山-凤凰预测工作区李梅式层控热液型铅锌矿预测成果图(1:100000)、湖南省花垣县渔塘寨矿区铅锌矿成矿要素图(1:10000)、湖南省花垣县渔塘寨矿区铅锌矿预测要素图(1:10000)、花垣-凤凰整装勘查区最小预测区分布图(1:200000)、花垣-凤凰整装勘查区化探异 常图(1:200000)、花垣-凤凰整装勘查区物探异常图(1:200000)、花垣-凤凰整装勘查区遥感解译成果图(1:200000)等、白岩矿区铅锌矿勘探线剖面图(1:5000)、白岩矿区铅锌矿钻孔柱状图、清水塘矿区白岩矿区铅锌矿勘探线剖面图(1:5000)、清水塘矿区铅锌矿钻孔柱状图、三塘矿区白岩矿区铅锌矿勘探线剖面图(1:5000)、三塘矿区铅锌矿钻孔柱状图、猪圈坪矿区铅锌矿钻孔柱状图、大脑坡矿区铅锌矿勘探线剖面图、杨家寨矿区铅锌矿勘探线剖面图、野外实测剖面图、野外素描图等。

湖南湘西北铅锌矿位于扬子陆块东南缘与江南地轴过渡部位的八面山褶皱带内(陈明辉等,2011；罗卫等,2009；孙玉娴等,1985)。在经历了武陵、加里东、海西、印支、燕山、喜马拉雅期的构造运动之后，在区域上形成了总体以北东向褶皱变形和深大断裂为主的构造格架(杨绍祥，劳可通,2007a；张攀华,1984)。深大断裂主要包括花垣—张家界断裂、吉首—古丈断裂、麻栗场断裂，呈北北东—北东—北东东—近东西方向的帚状弧形展布形态，北东侧朝着保靖、张家界方向收敛，南西侧朝着贵州境内发散(付胜云等,2006；杨绍祥和劳可通,2007b)。

研究区位于湘西北帚状弧形构造带的外侧(北西侧)，是一个在扬子旋回基础上发展起来的长期沉降单元(罗卫,2009)。区内主要地层分布有元古界震旦系、古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系。其中下古生界尤为发育(杨绍祥和劳可通,2007b)，地层之间没有明显的角度不整合接触现象。区内主要含矿层为寒武系下统清虚洞组中段(∈2q2)的厚层灰岩，平均厚度约为200m。清虚洞组岩石类型以灰岩为主，自下而上由灰岩向白云岩过渡(周云等,2011)。控制研究区铅锌矿的岩相为早寒武世晚期碳酸盐岩台地边缘浅滩-藻礁相(付胜云,2011)，藻礁分布情况与铅锌矿化带的分布基本吻合。藻礁越发育，藻礁灰岩越厚，则矿化越有利。矿体以浅黄色闪锌矿为主，呈斑块状、浸染状充填于藻礁灰岩的空隙中，似层状多层产出，脉石矿物为方解石、重晶石、萤石等(刘文均等,1994)。总结并提出的地质属性库-时空关系-几何算法-交互式编辑模型出发，开展与MVT铅锌矿床成矿预测相关的三维区域地质建模验证工作。

(1)区域钻孔模型

在区域地质建模验证工作中，仍然会包含少量三维钻孔模型。与传统方法 相似，基于描述钻孔的三个数据表，钻孔位置表、钻孔形态表和采样信息表。它们能够精确地描述了钻孔上的空间采样点在三维空间中的形态和位置关系。通过对三个数据表的有效设置，就可以建立三维钻孔模型。

(2)构建地表地质体表面模型

将平面地质图融合到地形等高线生成的数字高程模型(DEM)中，形成全地表地质体表面，即可表达出露地质体地表分布情况。同时，也便于验证建模结果与原始地质信息的一致性。

首先，将矢量地质图中地层、岩体等图层整理为一个区图层，进行必要的编辑，如根据具体需要删除河流等要素，确保每个区都是完整封闭的。接下来利用地形等高线生成数字高程模型，并将第一步中整理好的区图层融合到DEM中，生成全地表地质体表面。

(3)地质体界线三维模拟

①.构造分区

首先统计研究区内构造的性质、产状，及区域内地层的产状信息，依据三维地质格架模型，理解整个区域内的构造条件及地层演化特征。

然后根据研究区内主要构造的性质、产状及对地层、成矿的影响，以茶垌-花垣-张家界大断裂为边界，将产状相近的地质体构造分区，将整个研究区分为两个大的区块，一个为大断裂北西侧，总体倾向为北北西-北西向；另一个区块为大断裂南东侧，总体倾向为南东-南东东向。本项目分别对两个区块进行地质体曲面的三维模拟，如图7所示(图7为本发明实施例区域构造分区图)。

②.虚拟剖面的模拟

要获得地质体曲面，首先要创建图切剖面。图切剖面中地层界线的模拟是通过对地层区产状的综合分析得到的结果。在创建图切剖面的过程中，可以加入钻孔进行综合计算，在自动生成剖面的过程中，计算机会根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正，以便于更符合实际地质情况。研究区主干勘探线方向为北西-南东方向，近似于图幅的对角线方向。勘探线剖面按主干剖面方向设置，共设置了与主干剖面方向平行的54条剖面。在李梅矿区共418个钻孔，投影到1：5万的花垣幅之后，钻孔分布过于集中，因此，考虑到建模需要，在已知钻孔中选择了8个钻孔参与图切剖面中地质界 线模拟。钻孔的选择主要考虑孔深和岩性，地层方面需打穿含矿层，选择尽量深的钻孔；在岩性方面，需尽量保持岩性完整，即钻孔尽量包括围岩到矿，再到围岩多个界线。在定义勘探线的时候，就需要把参与模拟的钻孔依次关联到离钻孔最近的剖面上，图切剖面自动拟合算法会根据钻孔中地层、岩性界线及矿体边界对模拟结果进行优化处理。

③.人机交互编辑

依次对剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使其符合实际地质情况。重点检查地质体界线是否相交，地质体界线的形态是否符合地质规律，地质体界线与地表的交点与实际出露情况是否一致，地质体界线是否缺失，构造线的错动距离是否合理。

针对检查结果，对剖面上的地质体界线进行编辑，依据三维地质格架模型中层序及地层厚度，将缺失的地质体界线补充完整。

结合地球物理解译成果对剖面上的地质体界线进行修正，特别是对于隐伏地区的地质体界线的推断时，要充分考虑地球物理解译的推断结果，对于岩性界面及岩体边界进行合理修正。

(4)曲面连接

在获取地质体界线的基础上，以构造分区为基础，逐一筛选地质体的边界，将地质体的边界线连接成曲面。对于地层来说，首先筛选地层的上下界面，分别连接成两个曲面，进而生成其他侧面。

曲面的生成是基于三角网的插值实现的，只对曲面整体进行编辑和修改，在某些特殊情况无法解决具体问题，如曲面中某三角形位置不对，或出现了三角形交叉，三角形重叠等现象。这就需要对于基础三角形的一系列编辑功能，如删除三角形，添加三角形，修改三角形顶点坐标，修改三角形名称，修改三角形颜色等。

(5)曲面成体

生成的完整曲面还需再次进行拓扑检查，查找在编辑过程中产生的悬挂点、悬挂边、相交线、未封闭线等问题。根据计算机生成的拓扑检查结果，进行三维空间编辑，删除悬挂点及悬挂边，将相交线、未封闭线等通过打断线、连接线、结点平差等具体功能解决其拓扑问题。

封闭曲面通过计算机拓扑检查后，进行拓扑重建，可形成三维地质体。生成的三维地质体应根据需要修改其颜色，使其与地质图中颜色近似，便于三维空间分析，如图8所示(图8为本发明实施例拓扑重建图)。

本发明提供的方法基于少量工程控制点、地形地质图、实测剖面、产状、地质体界面露头线以及构造等地质认识的地质体界面自动模拟。由于采用隐式空间插值作为三维地质建模算法的核心机，因此本发明具有建模速度快速、动态可更新、易于扩展性等特性以及在避免大量重复劳动等，相较于目前流行的单纯的人机交互建模技术，具有明显优势。

本发明还提供了一种矿集区尺度区域三维地质建模系统，图9为本发明实施例矿集区尺度区域三维地质建模系统结构图，如图9所示，建模系统包括：

地质调查数据获取单元901，用于获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

时空关系定义单元902，用于定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

插值单元903，用于采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

虚拟地质剖面构建单元904，用于根据插值结果构建虚拟地质剖面；

地质剖面编辑单元905，用于对所述虚拟地质剖面进行编辑；

三维地质模型确定单元906，用于根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

其中，所述虚拟地质剖面构建单元904，具体包括：

修正子单元，用于在构建所述地质剖面的过程中，根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正；

优化子单元，用于根据钻孔中地层界限、岩性界线及矿体边界对构建的所述地质剖面进行优化。

所述地质剖面编辑单元905，具体包括：

地质剖面编辑子单元，用于对所述地质剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使所述地质体界线符合实际地质情况。

所述三维地质模型确定单元906，具体包括：

地质体界线获取子单元，用于获取所述地质剖面上的地质体界线；

地质体边界筛选子单元，用于以构造分区为基础，从所述地质体界线中筛选出地质体的边界；

曲面生成子单元，用于将所述地质体的边界连接在一起，形成曲面。

本发明提供的系统能够基于少量工程控制点、地形地质图、实测剖面、产状、地质体界面露头线以及构造等地质认识的地质体界面自动模拟。由于采用隐式空间插值作为三维地质建模算法的核心机，因此本发明具有建模速度快速、动态可更新、易于扩展性等特性以及在避免大量重复劳动等，相较于目前流行的单纯的人机交互建模技术，具有明显优势。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种矿集区尺度区域三维地质建模方法，其特征在于，所述方法包括：

获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

根据插值结果构建虚拟地质剖面；

对所述虚拟地质剖面进行编辑；

根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根据插值结果构建虚拟地质剖面，具体包括：

在构建所述地质剖面的过程中，根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正；

根据钻孔中地层界限、岩性界线及矿体边界对构建的所述地质剖面进行优化。

3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述对所述虚拟地质剖面进行编辑，具体包括：

对所述地质剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使所述地质体界线符合实际地质情况。

4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型，具体包括：

获取所述地质剖面上的地质体界线；

以构造分区为基础，从所述地质体界线中筛选出地质体的边界；

将所述地质体的边界连接在一起，形成曲面。

5.一种矿集区尺度区域三维地质建模系统，其特征在于，所述系统包括：

地质调查数据获取单元，用于获取地质调查数据，所述地质调查数据包括地层区特征数据、构造线特征数据、产状点特征数据、钻孔特征数据、勘探线特征数据、槽探特征和坑道特征数据；

时空关系定义单元，用于定义地层与地层之间的时空关系、断层之间的时空关系以及地层与断层之间的时空关系；

插值单元，用于采用协同克里格算法对所述地质调查数据和所述时空关系进行隐式空间插值；

虚拟地质剖面构建单元，用于根据插值结果构建虚拟地质剖面；

地质剖面编辑单元，用于对所述虚拟地质剖面进行编辑；

三维地质模型确定单元，用于根据所述虚拟地质剖面确定矿集区三维地质模型。

6.根据权利要求5所述的建模系统，其特征在于，所述虚拟地质剖面构建单元，具体包括：

修正子单元，用于在构建所述地质剖面的过程中，根据钻孔控制的地层岩性段和产状信息，对生成的地质体界线进行修正；

优化子单元，用于根据钻孔中地层界限、岩性界线及矿体边界对构建的所述地质剖面进行优化。

7.根据权利要求5所述的建模系统，其特征在于，所述地质剖面编辑单元，具体包括：

地质剖面编辑子单元，用于对所述地质剖面上的地质体界线进行检查和编辑，使所述地质体界线符合实际地质情况。

8.根据权利要求5所述的建模系统，其特征在于，所述三维地质模型确定单元，具体包括：

地质体界线获取子单元，用于获取所述地质剖面上的地质体界线；

地质体边界筛选子单元，用于以构造分区为基础，从所述地质体界线中筛选出地质体的边界；

曲面生成子单元，用于将所述地质体的边界连接在一起，形成曲面。