CN111999780B - 一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，包括根据待测区的岩性标本确定物性岩性识别标准，其中所述待测区包括戈壁荒漠覆盖区；基于探测数据进行地质‑地球物理预填充得到预填图，并建立填图骨架；基于填图骨架进行骨干剖面填图；对骨干剖面填图进行校正得到校正后的骨干剖面填图；基于填图骨架和校正后的骨干剖面填图进行三维反演，得到覆盖区的三维结构模型。本发明通过综合地球物理方法的有效组合，联合钻探和地表地质调查发挥各方法的优势，弥补单一方法的不足，针对填图目标体有的放矢，得到一种多方法联合勘探戈壁荒漠覆盖区三维地质结构的方法，可以适用于大范围区域内戈壁荒漠覆盖区的三维地质结构的构建。

Description

一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法。

背景技术

戈壁荒漠覆盖区是我国西北地区主要的一类地质景观，很多成矿带(如天山-北山成矿带)均位于其中或处于其延伸段。由于上覆第四系、第三系覆盖区，传统的地质填图技术与方法主要是简单勾绘第四系的分布范围和成因类型，无法准确描述下伏基岩的类型与空间展布情况，进而制约人们对覆盖区的地质认识，影响找矿突破。

现有技术中已经提出一些有效的方法，主要有以下几类：(1)应用遥感的方法对覆盖层下的岩系进行识别，该方法存的问题有两个：①探测深度浅，只能探测薄层覆盖，例如地表以下0-5m；②应用范围受覆盖层的类型限制，只能有效识别原地分化覆盖层下的地质体。(2)应用钻探技术探测覆盖层和下伏基岩的结构，该方法探测结果精度高，存在的问题是施工效率低，费用昂贵，不能推广在大范围区域内的工作。(3)利用单一的地球物理方法，如利用航磁数据识别覆盖区地质体、利用地质雷达或高密度探测覆盖层的厚度，利用重力、磁法资料划分覆盖区地质构造等，该类方法只能单一的解决戈壁荒漠覆盖区地质填图中单一的内容，且应用效果受地球物理多解性的限制，存在工作精度低的问题。

随着戈壁荒漠覆盖区的生态治理迫切需要，解决戈壁荒漠覆盖区的基础地质结构与砂土类型及厚度等问题显得尤为重要，从而提出有效的生态恢复与治理方案，迫切需要进行覆盖区地质填图工作。但是现有的上述方法还存在无法应用于大范围区域内戈壁荒漠覆盖区的地质填图的缺陷。

该缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，进而至少在一定程度上克服现有技术中无法应用于大范围区域内戈壁荒漠覆盖区的地质填图的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明的一实施例提供一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，包括：

S1、根据待测区的岩性标本确定物性岩性识别标准，其中所述待测区包括戈壁荒漠覆盖区；

S2、基于探测数据进行地质-地球物理预填充得到预填图，并建立填图骨架；

S3、基于填图骨架进行骨干剖面填图；

S4、对骨干剖面填图进行校正得到校正后的骨干剖面填图；

S5、基于填图骨架和校正后的骨干剖面填图进行三维反演，得到覆盖区的三维结构模型。

在本发明一实施例中，S1之前还包括：

S0、采集待测区的物性标本和岩性标本。

在本发明一实施例中，S0包括：

根据待测区的地质地球物理数据确定物性标本的采集位置，在基岩出露区按照地质填图单元确定标本数量；在戈壁荒漠覆盖区按照区域地质特征在工作区外围采集下伏基岩的岩性标本，其中所述岩性标本中包括钻孔岩芯标本。

在本发明一实施例中，S1包括：

S11、对采集的岩性标本进行地质定名，并对定名后的标本按照物性参数进行测量得到物性测量数据，其中物性参数至少包括岩性标本的密度、磁化率、电阻率；

S12、按照地质填图单元的物性测量数据结合岩性与物性对应关系确定物性岩性识别标准。

在本发明一实施例中，S2包括：

基于探测数据结合重力数据、磁法数据和钻孔对待测区的岩体、地层和构造进行地质-地球物理预填充得到预填图；

基于预填图采用综合地质-地球物理方法确定岩体、构造系统和地层的边界；

在确定的边界内基于地质事实对部分地区的预填图进行验证性剖面，建立填图骨架。

在本发明一实施例中，S3包括：

基于所述预填图选择骨干剖面进行联合勘探，结合钻孔确定骨干地质-地球物理综合解释剖面；

根据物性岩性识别标准在骨干地质-地球物理综合解释剖面进行岩性划分，得到骨干剖面填图。

在本发明一实施例中，S3还包括：

根据第四系覆盖区界线和深度界线进行相应的勘探方法，包括：

采用高密度电阻率电法对覆盖层厚度小于150m的地区基岩面进行探测；

采用浅层地震方法对覆盖层区深度在150m-1000m的地区基岩面进行精细分层探测；

采用音频大地电磁法对第四系覆盖层厚度大于1000-2000m的覆盖区基地进行探测；

采用长周期大地电磁法对深度大于2000米的深部地质结构进行探测。

在本发明一实施例中，S4包括：

针对物探剖面的延长段与异常区域增加布设钻孔，补充异常区域的地质属性，得到校正后的骨干剖面填图。

在本发明一实施例中，S5包括：

以填图骨架和校正后的骨干剖面填图为约束，按照1:50000进行重力、磁法的三维反演，建立三维地质结构模型；

基于三维地质结构模型对于不符合地质认识的区域增加布设钻孔和物探剖面进行结构细化，得到覆盖区的三维结构模型。

在本发明一实施例中，还包括：

S6、根据覆盖区的三维结构模型进行填图区的三维实体可视化。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，该方法通过综合地球物理方法的有效组合，联合钻探和地表地质调查发挥各方法的优势，弥补单一方法的不足，针对填图目标体有的放矢，得到一种多方法联合勘探戈壁荒漠覆盖区三维地质结构的方法，可以适用于大范围区域内戈壁荒漠覆盖区的三维地质结构的构建。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法的步骤流程图；

图2为本发明一实施例提供的方法建立长干河地区的主要岩性-物性识别标准的示意图；

图3为本发明一实施例中经过S2处理的示意图；

图4为采用高密度电阻率法基岩面探测示意图；

图5为采用浅层地震方法基岩面与覆盖层结构探测示意图；

图6为采用音频大地电磁法基岩面探测示意图；

图7为采用长周期大地电磁法深部结构探测示意图；

图8为本发明建立骨干填图剖面的示意图；

图9为本发明中步骤S6进行三维填图的过程示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

基于现有技术中的问题，本发明提出一种基于多方法联合勘探的戈壁荒漠覆盖区三维填图方法，可有效刻画戈壁荒漠覆盖区第四系组成、基岩埋深与类型、岩体地层的空间展布等更为详尽的特征，通过实地应用证明方法的有效性。

本发明是利用多方法(包含重力、磁法、高密度、浅层地震、大地电磁、地质调查和钻探)联合勘探，实现在戈壁荒漠覆盖区三维地质填图的一套完整技术流程，具体实施形式包括6个步骤：物性统计与岩性识别标准建立；断裂构造系统划分；覆盖层厚度探测与识别；覆盖层下伏基岩岩性识别；填图区三维地质结构反演；三维地质模型建立与动态可视化。

图1为本发明一实施例提供的一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法的步骤流程图，如图1所示，包括以下步骤：

如图1所示，在步骤S1中，根据待测区的岩性标本确定物性岩性识别标准，其中所述待测区包括戈壁荒漠覆盖区；

如图1所示，在步骤S2中，基于探测数据进行地质-地球物理预填充得到预填图，并建立填图骨架；

如图1所示，在步骤S3中，基于填图骨架进行骨干剖面填图；

如图1所示，在步骤S4中，对骨干剖面填图进行校正得到校正后的骨干剖面填图；

如图1所示，在步骤S5中，基于填图骨架和校正后的骨干剖面填图进行三维反演，得到覆盖区的三维结构模型。

基于上述对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，涉及戈壁荒漠覆盖区的地质填图与找矿、综合地球物理勘探、钻探、联合反演成像等领域，主要包括：物性统计与岩性识别标准建立；覆盖区地质-地球物理预填图、综合地球物理勘查；断裂构造系统划分；覆盖层厚度探测与识别；覆盖层下伏基岩性质识别；覆盖层基岩面空间形态识别；三维地质模型建立与动态可视化等。通过开展少量地质-地球物理及物性测量工作，完成覆盖区三维立体填图工作，进而为我国广大戈壁荒漠覆盖区大宗紧缺矿产找矿突破、覆盖层组成、基岩埋深及类型、岩体与地层的空间展布与刻画等的调查与研究提供一种经济、有效的解决途径。

以下以东天山-北山地区的应用为例，对图1所示方法的各个步骤进行详细介绍：

在步骤S1中，根据待测区的岩性标本确定物性岩性识别标准，其中所述待测区包括戈壁荒漠覆盖区。

该步骤中主要是根据标本数据确定物性岩性识别标准，但是在该步骤之前还包括：

步骤S0、采集待测区的物性标本和岩性标本，具体为：根据待测区的地质地球物理数据确定物性标本的采集位置，在基岩出露区按照地质填图单元确定标本数量；在戈壁荒漠覆盖区按照区域地质特征在工作区外围采集下伏基岩的岩性标本，其中所述岩性标本中包括钻孔岩芯标本。

在本发明的一实施例中，步骤S1具体为：对采集的岩性标本进行地质定名，并对定名后的标本按照物性参数进行测量得到物性测量数据，其中物性参数至少包括岩性标本的密度、磁化率、电阻率；按照地质填图单元的物性测量数据结合岩性与物性对应关系确定物性岩性识别标准。

基于上述步骤S0和S1，主要是建立物性测量统计与岩性识别标准，具体实施中主要分为三步：1)物性标本采集根据工作区已有的地质地球物理资料，合理部署物性标本的采集位置，对于基岩出露区，参照地质填图单元划分，做到每个地质填图单元都采集30块以上数量的标本；对于覆盖区，参照区域地质特征在工作区外围采集下伏基岩可能的岩性标本，重点采集钻孔岩芯标本。2)岩性标本的地质定名和物性测量，首先地质人员对标本进行地质定名，对照采集前的工作部署，重点检查定名和部署不一致的部分；然后对定名后的标本按照地球物理物性参数测量规范，测量各个标本的密度、磁化率、电阻率等物性参数，重点检查各个地质单元物性异常数据，确保标本地质定名和物性测量的准确性。3)物性统计与岩性识别标准建立，按照填图单元分类统计物性(密度、磁化率、电阻率等物性参数)，采用回归分析的方法分析各个填图单元的岩性与物性之间的对应关系，建立通过物性特征识别岩性的标准。这里的回归分析采用的方法为最小二乘线性回归法，可参照matlab、lapack等数据库的相关工具实现。

图2为本发明一实施例提供的方法建立长干河地区的主要岩性-物性识别标准的示意图，如图2所示，包括第四系、葡萄沟组等区域划分的地质单元，分别从密度、磁化率和电阻率的方面进行描述，将作为该区填图的基本规律和主要约束而存在。

在步骤S2中，基于探测数据进行地质-地球物理预填充得到预填图，并建立填图骨架。

在本发明的一实施例中，步骤S2具体为：基于探测数据结合重力数据、磁法数据和钻孔对待测区的岩体、地层和构造进行地质-地球物理预填充得到预填图；基于预填图采用综合地质-地球物理方法确定岩体、构造系统和地层的边界；在确定的边界内基于地质事实对部分地区的预填图进行验证性剖面，建立填图骨架。

该步骤具体包括：首先，在充分收集前人在工作区开展的基础矿产、水文，煤炭，钻井、物探等资料的基础上，结合重力与磁法资料等面积性资料，对工作区主要岩体、地层、构造进行合理推断解释与编图，在此基础上重点梳理与筛选工作区内关键地质问题认识不清的地区，部署开展1：50000重力和磁法勘探扫面工作，使用综合地质-地球物理方法，综合确定工作区主要岩体、构造系统、地层等地质的边界，并以地质事实为基础对已满足填图精度的地区部署少量验证性剖面，从而建立工作区地质填图骨架，解决地质体平面分布问题。

图3为本发明一实施例中经过S2处理的示意图，第一行三个图片分别展示同一地区的重力布格异常图、对布格异常求取归一化总水平导数-垂向导数后识别的岩体边界图和预填图处理后的效果图，第二行的三个图片分别是航磁化极异常图、对航磁化极异常求取归一化总水平导数-垂向导数后识别的岩体边界图和预填图处理后的效果图，如图3所示，通过区域重力、磁法及前期物性资料，首先对原始填图区域进行预填图，将基岩与地层的分布范围与延伸确定出来，同时，确定对重点地区进行下一步的处理。

在步骤S3中，基于填图骨架进行骨干剖面填图。

在本发明的一实施例中，步骤S3具体为：基于所述预填图选择骨干剖面进行联合勘探，结合钻孔确定骨干地质-地球物理综合解释剖面；根据物性岩性识别标准在骨干地质-地球物理综合解释剖面进行岩性划分，得到骨干剖面填图。

在步骤S2的基础上，该步骤选择骨干剖面，开展高密度、地震、音频大地电磁、长周期大地电磁等联合勘探工作，然后结合钻孔，综合建立骨干地质-地球物理综合解释剖面，重点建立第四系覆盖区界线、主要地层深度界线、岩层基底深度界线等深度界线。同时，通过结合物性识别标准在综合剖面上划分岩性，进而建立骨干填图剖面，解决填图中关键层位深度控制的问题。

在本发明的一实施例中，根据第四系覆盖区界线和深度界线进行相应的勘探方法，覆盖层的厚度探测所涉及到的三种方法剖面的部署要根据地表地质调查判断的覆盖层大致深度范围来进行针对性处理，具体包括：

图4为采用高密度电阻率法基岩面探测示意图，采用高密度电阻率电法对覆盖层厚度小于150m的地区基岩面进行探测，如图4所示，其中ZK12、ZK04和ZK05是三个钻孔，通过其对高密度电阻率的探测成果进行标定和校准。

图5为采用浅层地震方法基岩面与覆盖层结构探测示意图，采用浅层地震方法对覆盖层区深度在150m-1000m的地区基岩面进行精细分层探测。

图6为采用音频大地电磁法基岩面探测示意图，采用音频大地电磁法对第四系覆盖层厚度大于1000-2000m的覆盖区基底进行探测，如图6所示，四个图展示的是四条音频大地电磁测深剖面探测覆盖层基底效果图。

图7为采用长周期大地电磁法深部结构探测示意图，采用长周期大地电磁法对深度大于2000米的深部地质结构进行探测，如图7所示，F1至F12表示长周期大地电测探测的断裂构造。

在步骤S4中，对骨干剖面填图进行校正得到校正后的骨干剖面填图。

在本发明的一实施例中，步骤S4具体为：针对物探剖面的延长段与异常区域增加布设钻孔，补充异常区域的地质属性，得到校正后的骨干剖面填图。

该步骤通过选取典物探剖面的延长段与特殊异常部位，加布钻孔，检验推断填图的准确性，同时填出特殊异常地区的地质属性，并补充到岩性-物性属性中，整体加入到步骤S1中的物性岩性识别标准中，进而更新识别标准，同时对步骤S3的骨干剖面填图进行修正、补充物探工作与再解释等工作。图8为本发明建立骨干填图剖面的示意图，结合钻孔地质与更新后的识别标准，即可得出如图8所示的骨干填图剖面。

在步骤S5中，基于填图骨架和校正后的骨干剖面填图进行三维反演，得到覆盖区的三维结构模型。

在本发明的一实施例中，步骤S5具体为：以填图骨架和校正后的骨干剖面填图为约束，按照1:50000进行重力、磁法的三维反演，建立三维地质结构模型；基于三维地质结构模型对于不符合地质认识的区域增加布设钻孔和物探剖面进行结构细化，得到覆盖区的三维结构模型。

该步骤主要是以步骤S2的填图骨架与步骤S3的骨干剖面填图为约束进行三维反演，初步建立三维地质结构模型。然后，对不符合地质认识的地区加布钻孔与物探剖面对结构进行细化，并对其地质解译，最终获取覆盖区的三维结构，该步骤中三维反演和填图过程

除了上述步骤，本发明提供的方法还进一步包括：

步骤S6、根据覆盖区的三维结构模型进行填图区的三维实体可视化，具体包括以下步骤：

1)按照地质年龄建立地质填图单元，并确定各地质填图单元之间的接触关系；

2)导入覆盖层和地形面的网格；

3)建立断裂；

4)建立岩体与基岩面地质模型；

5)导入钻孔数据；

6)通过张量网格化进行填充渲染，建立填图区的三维实体可视化。

图9为本发明中步骤S6进行三维填图的过程示意图，如图9所示，以东天山哈密长干河-红丘陵地区为例，三维填图过程包括依次形成企鹅山3段、企鹅山4段、闪长岩、石英闪长岩、正长花岗岩、西三窑组、桃树园组、葡萄沟组、第四系以及地表，还可以根据需要将这些过程制作成Gif动画形式实现三维填图的动态显示。例如，首先以岩芯单元建立三维空间实体模型，再将三维实体需要展示的地质体的各个方向截取平面图，通过免费软件将截取的一张张地质实体生成GIF动画图，展示地质体的各个方向的形态，即可实现三维模型可视化。

综上所述，本发明提供一种基于多方法联合勘探的戈壁荒漠覆盖区三维填图技术流程，该方法通过在东天山-北山地区验证，可有效的实现戈壁荒漠覆盖区三维地质填图与动态可视化建模，可广泛应用于我国西部广大的戈壁荒漠覆盖区地质-地球物理综合填图与金属、非金属找矿突破、戈壁荒漠区覆盖层调查、生态保护与修复等工作。该方法在东天山哈密长干河-红丘陵地区1：5万戈壁荒漠覆盖区三维地质填图中应用实践，取得了良好的效果。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，包括：

S1、根据待测区的岩性标本确定物性岩性识别标准，其中所述待测区包括戈壁荒漠覆盖区；

S2、基于探测数据进行地质-地球物理预填充得到预填图，并建立填图骨架；

S2包括：

基于探测数据结合重力数据、磁法数据和钻孔对待测区的岩体、地层和构造进行地质-地球物理预填充得到预填图；

基于预填图采用综合地质-地球物理方法确定岩体、构造系统和地层的边界；

在确定的边界内基于地质事实对部分地区的预填图进行验证性剖面，建立填图骨架；

S3、基于填图骨架进行骨干剖面填图；

S3包括：

基于所述预填图选择骨干剖面进行联合勘探，结合钻孔确定骨干地质-地球物理综合解释剖面；

根据物性岩性识别标准在骨干地质-地球物理综合解释剖面进行岩性划分，得到骨干剖面填图；

S4、对骨干剖面填图进行校正得到校正后的骨干剖面填图；

S5、基于填图骨架和校正后的骨干剖面填图进行三维反演，得到覆盖区的三维结构模型。

2.如权利要求1所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S1之前还包括：

S0、采集待测区的物性标本和岩性标本。

3.如权利要求2所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S0包括：

根据待测区的地质地球物理数据确定物性标本的采集位置，在基岩出露区按照地质填图单元确定标本数量；在戈壁荒漠覆盖区按照区域地质特征在工作区外围采集下伏基岩的岩性标本，其中所述岩性标本中包括钻孔岩芯标本。

4.如权利要求3所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S1包括：

对采集的岩性标本进行地质定名，并对定名后的标本按照物性参数进行测量得到物性测量数据，其中物性参数至少包括岩性标本的密度、磁化率、电阻率；

按照地质填图单元的物性测量数据结合岩性与物性对应关系确定物性岩性识别标准。

5.如权利要求1所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S3还包括：

根据第四系覆盖区界线和深度界线进行相应的勘探方法，包括：

采用高密度电阻率电法对覆盖层厚度小于150m的地区基岩面进行探测；

采用浅层地震方法对覆盖层区深度在150m-1000m的地区基岩面进行精细分层探测；

采用音频大地电磁法对第四系覆盖层厚度大于1000-2000m的覆盖区基地进行探测；

采用长周期大地电磁法对深度大于2000米的深部地质结构进行探测。

6.如权利要求1所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S4包括：

针对物探剖面的延长段与异常区域增加布设钻孔，补充异常区域的地质属性，得到校正后的骨干剖面填图。

7.如权利要求1所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，S5包括：

以填图骨架和校正后的骨干剖面填图为约束，按照1:50000进行重力、磁法的三维反演，建立三维地质结构模型；

基于三维地质结构模型对于不符合地质认识的区域增加布设钻孔和物探剖面进行结构细化，得到覆盖区的三维结构模型。

8.如权利要求1-7中任一项所述的对戈壁荒漠覆盖区的三维模型构建方法，其特征在于，还包括：

S6、根据覆盖区的三维结构模型进行填图区的三维实体可视化。

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