CN113808265A - 大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：首先确定网格状的剖面线并生成图切剖面，然后统一确定剖面线交叉点处地质结构，最后以交叉点处地质结构为参照绘制每一条剖面的地质结构，在每个交叉点的位置设置虚拟钻孔，完成所有虚拟钻孔的地质结构编绘后，再依次根据相邻的虚拟钻孔的地质结构，对每一条剖面进行综合编绘。虚拟钻孔地质结构的统一确定，有效解决了多人协同过程中具体参照标准问题，减少了不必要的由个体误差带来的整体不协调的问题。

Description

大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法

技术领域

本发明涉及一种地质三维模型的建模方法。

背景技术

三维地质建模是在各种原始数据的基础上,以适当的数据模型建立地质特征的数据模型,通过对地质体的几何形态、地质体间的关系和物性等计算机模拟,最后形成综合整体性模型的过程。一种常用的建模方式是在建模区域内设计多个图切剖面，完成每个图切剖面的二维地质结构绘制，然后再利用算法和软件补全相邻图切剖面之间的地质结构，完成三维地质建模。

目前基于图切剖面的三维地质建模通常是采用多条平行的图切剖面作为建模基础，在地质剖面绘制过程中都是从剖面起点往一定方向逐渐编绘至剖面终点。以这种方式编绘的剖面与其周边剖面缺乏关联性，会导致在三维剖面纵向、横向上可能存在差异与不协调。对于大尺度区域的图切剖面绘制，这种方式在整体剖面推进与质量把控上可能存在缺陷，导致建立的三维模型失真，给实践应用带来诸多不确定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对在地质剖面绘制过程中从剖面起点往一定方向逐渐编绘剖面终点存在的关联性不确定的问题，提供了一种网格状的图切剖面编绘方法。

本发明的技术方案是：

对于大尺度区域的图切剖面绘制，如省域级的全省建模剖面的综合编绘是一项巨大的系统性工作，必须由多人协同。每一位专业技术人员专业技术水平、对于所绘制剖面的认识地质特征以及制图习惯等方面均存在差异，如果缺乏共同的参照综合判定依据，所绘制出的所有剖面彼此之间关联性可能较差，所建立的三维地质模型客观性和精准性均会受到严重影响。因此本申请建立了一种网格状的图切剖面绘制方法，以图切剖面的每一个交叉点作为(虚拟钻孔)各剖面之间共同的参考依据及质量把控点。

一种大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，包括：首先确定网格状的剖面线并生成图切剖面，然后根据已有综合地质资料确定剖面线交叉点地质结构，包括涉及的地层单元和每个地层单元的厚度、统计相邻交叉点之间的产状，最后以交叉点为参照，渐次有序的编绘相邻交叉点之间的剖面，直至完成所有剖面的绘制。

编绘前进行基础数据准备与标准化。

所述基础数据包括：区域内一定已有各种比例的地质图、岩相古地理图，复核后的深部钻孔数据，二次处理利用的二维地震、区域内的重、磁数据及其他数据，所有资料和数据均综合处理并投影反映在一张图上。

先确定骨干剖面线再以已部署的骨干剖面线为框架，按照一定间距在所有骨干剖面线两侧平行阵列布置图切剖面线。

对骨干剖面线沿途建模单元界线、断层等的准确性和精度进行核查。

剖面编绘包括断裂系统综合编绘、地层系统综合编绘和岩体系统综合编绘。

相邻剖面线间距设定为10km，图切剖面标高设定为-2500m。

本发明的有益效果：

本发明中剖面线交叉点(虚拟钻孔)剖面建模重要的关键节点，对全域格局的串联起着决定性作用，引入围棋中“目”这一概念，将剖面线交叉点命名为“地质目”，其地质结构称为“虚拟钻孔”，由于全省建模剖面的综合编绘是一项巨大的系统性工作，必须由多人协同，为了解决大尺度区域建模多人协同过程中必然面临的虚拟钻孔地质结构的统一问题，从而控制剖面综合编绘整体精度的目的，也为了避免不必要的重复工作，发明了大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法。

虚拟钻孔地质结构的确定实际上是依托优选构造方向的前提下通过已有地质资料成果的综合集成的，比如贵州，浅表地质特征主要是在印支-燕山期叠加与改造以前各构造期地质形迹特征基础上而成型，地层展布走向主要为北东向，因而选区垂直北东向的北西向作为剖面线方向进行剖面编绘，更能直观地反映和有效控制全省的地质结构特征。同时还增加了利用另一组剖面即北东向剖面对虚拟钻孔地质结构的有效验证，从而较为客观反映地下三维结构模型特征。

虚拟钻孔地质结构的统一确定是本次工作探索出来的一条至关重要的关于整体剖面推进与质量把控最行之有效的方法。一条北西向剖面必然会与北东向剖面全部交叉，作为一项多专业技术人员协同的工作，意味着每一个人每编绘一条剖面都会与团队其他人员产生交叉关联，如果事先没有关联的约束，事件过程中就很难保持一致，尤其还存在每一专业技术人员对于贵州地质特征认识和把握以及制图的习惯和水平等都不尽相同情况，特别还有浅表结构认识趋同都还存在着争议，更别说全省深部结构的认识上。虚拟钻孔地质结构的统一确定，有效解决了多人协同过程中具体参照标准问题，减少了不必要的由个体误差带来的整体不协调的问题。从地质认知的角度看，它符合从已知到未知这一根本性原则。虚拟钻孔的浅表地质结构趋同是通过综合集成已有资料已确定的，只要做好细节上的统一即可，而其深部地质结构的认知则需结合现有资料共同反复研究讨论才能确定。

附图说明：

图1为实施例网格剖面线布置示意图。

图2为虚拟钻孔编绘示意图。

图3为图切剖面编绘效果图。

图4为北西向图切剖面在建模软件中加载排列示意图。

图5为北东向图切剖面在建模软件中加载排列示意图。

具体实施方式

本实施例是以贵州省作为目标区域，通过上述全省域网格化二维剖面的有效关联性编绘，最后通过专用计算机软件集成为全省域三维地质空间结构模型。图切剖的编绘流程：首先确定网格状的剖面线并生成图切剖面，然后统一确定剖面线交叉点地质结构，最后以交叉点为参照绘制每一条剖面线的剖面地质结构。

具体的步骤如下：

①基础数据准备与标准化(1:500000贵州省地质图矢量化数据、1:50000 贵州省DEM数据、主要居民点、河道等地理数据→②通过DGSInfo、Mapgis、Arcgis等软件平台按确定的剖面方向生成剖面框架、剖面网格交叉点(虚拟钻孔)位置(后续重点介绍)→③完善剖面基本信息(统一剖面标高至-2500m、标注主要居民点、河道、高程等基本信息、标注剖面起始点空间坐标，标注地层、断层、岩相地质界面线(重点介绍)、岩体代号→④资料数据准备与标准化(1:50000地质图、岩相古地理图校正到同一坐标系比如目前流行的国家 2000坐标系，复核后的深部钻孔数据包括页岩气井、矿产勘查钻孔、地热井等以获取地层厚度、构造信息，结合二次处理解译的二维地震、MT等物探资料→⑤地层系统综合编绘，建立虚拟钻孔地层厚度表(Excel)(核心内容，后续重点介绍)→⑥断裂系统综合编绘，以二维地震、重、磁、电地球物理数据反映的断层深部延伸信息为依据，参考贵州省构造分区图确定的断层级别，以地表地质信息为原则并结合有限的深部钻孔钻所揭露的断层信息，根据断层错断效应确定断层产状、性质及切割深度→⑦重要地质界面信息，结合地史以来各期构造运动、海进海退、岩体、岩相等等各种地质界面的影响范围，综合确定深部各地质体的相互关系及时空展布特征。

网格剖面部署

国内省域的三维地质建模没有成型的产品借鉴和参考，该项工作具有探索性和开创性，尤其是剖面工作作为本次建模的核心工作，要求其要能总体反映出贵州1:50万尺度的地质构造格局，因此其部署总体上依照“突出目标，功能导向，兼顾重点，合理布局”的原则进行，并以地球系统科学为指导，按照设计的技术路线和模型产品的开发路径，分步骤、分阶段完成了骨干地质剖面核查和综合编绘两项工作。

骨干剖面布置原则

1、骨干剖面的部署考虑以总体控制贵州地层格架和构造形态为主，充分考虑已有地球物理井、矿产勘查井、地热井和油气井资料的配套；

2、考虑在已有地震剖面线位置及其延伸方向以及与之大致平行形成控制格架的位置部署，能尽可能将已有深部资料利用起来；

3、兼顾控制贵州特殊地质体、重要地质界面和界线及特征构造带各时期岩相相变界面、海退海进界面为原则，如梵净山群、武陵运动构造界面、雪峰运动构造界面、广西运动构造界面、黔中隆起、峨眉地幔柱隆起、印支运动构造界面、燕山运动构造界面及喜山运动构造界面、重要岩浆事件代表性岩体、特殊含矿层，缺特征构造带。

4、骨干剖面部署工作量适中，以尽可能覆盖较多地质客体为原则，彼此间隔距离为10km整数倍，以起到主干控制的目的。

骨干剖面的部署考虑以总体控制贵州地质构造格架为主，充分考虑已有地球物理、矿产勘查井、地热井和油气井资料的配套，并兼顾控制特殊地质体、重要地质界面和界线及特征构造带为原则，在已有地震剖面线位置及其延伸方向以及与之大致平行形成控制格架的位置实施了9条骨干地质剖面，其中北东向3条，北西向6条，实施总长3800km，对沿途建模单元界线、断层等的准确性和精度进行核查。

图切剖面布置原则

1、以已部署的骨干剖面线为框架，按照10km的间距在所有骨干剖面线两侧平行阵列布置图切剖面线，形成全省10km×10km剖面网格；

2、图切剖面线端点全部与省界重合，中间遇穿切出省时，应保持剖面线连续性，不易剪断分割。

“虚拟钻孔”编绘

1、剖面框架、虚拟钻孔或剖面网格交叉点位置

a)地形主要通过Arcgis软件中的3D Analyst工具→功能性表面→插值 Shape功能模块对全省DEM数据进行差值分析得到每条剖面线的标准地形数据；

b)地质界线、断层界线、省界、边界、虚拟钻孔在剖面线上的位置，可以通过DGSInfo软件来实现，并且位置精准，能满足数据化制图的精度要求，主要通过地质填图数据操作→数字高程与横切剖面生成与浏览→横切剖面自动生成(剖面线从指定线文件中选择)功能模块来分别实现。在图切剖面参数设置中选择需要切割的存放数据的文件名(只能是线文件)。

虚拟钻孔地质结构的确定实际上是依托在北西向建模剖面综合编绘过程中来完成的，这个环节的工作本身也属于剖面编绘，只是有针对地加强了这一过程并把它放到了剖面全面编绘的前期进行，同时还增加了利用另一组剖面即北东向剖面结合对虚拟钻孔地质结构进行验证确定的一个重要步骤。选取北西向这一组剖面先进行编绘来确定虚拟钻孔地质结构主要是遵循最能有效控制贵州省主体构造线方向即北东、北北东向的原则，由于该组剖面线近于垂直主体构造线，更能直观地反映和有效控制全省的地质结构特征。两条剖面上的虚拟钻孔叠加参考时，需要使用DGSInfo的工具→输出线拐点坐标到Excel功能来实现，使用时先找到目的点坐标、需要移动的坐标，然后使用整块移动→整块移动坐标调整功能把两个虚拟钻孔移动到同一位置，其精度足够高，这样才能保证相交剖面在同一位置地质结构关联并一致。

选取北西向这一组剖面先进行编绘来确定虚拟钻孔地质结构主要是遵循最能有效控制贵州省主体构造线方向即北东、北北东向的原则，由于北西向剖面线近于垂直主体构造线，更能直观地反映和有效控制全省的地质结构特征。虚拟钻孔地质结构的统一确定是本发明专利重要的创新点。

由于虚拟钻孔是剖面网格交叉点，每一条北西向剖面必然会与北东向剖面全部或近于全部交叉，作为一项多专业技术人员协同的工作，意味着每编绘一条剖面都会与团队其他绝大多数甚至是所有人员产生交叉联系，如果事先没有协同约束，理论上本身很难保持一致；尤其还存在每一个专业技术人员对于贵州地质的认识、把握以及制图的习惯和水平等都不尽相同的情况，特别还有浅表结构认识情况都还存在着争议，对于深部结构的认识就更难统一了。因此，虚拟钻孔地质结构的统一确定，有效解决了多人协同过程中具体参照物的问题，规避了不必要的由个体误差带来的系统误差问题；从地质认知的角度看，它已符合从已知到未知这一根本性原则。

2、虚拟钻孔地层厚度表

以钻孔揭示的地层厚度为基准，参考“相变线”、岩相古地理图、前述的各种地质界面及各地质体的特征与关联性、地层分区图、1:5万地质图中的综合柱状图及实测剖面关于地层厚度部分、各时期相对海平面变化情况(进积、退积、加积、浊积还是剥蚀、过水不积等)对沉积厚度的影响，“相同沉积相带地层厚度变化不会很大或地层厚度变化有一定规律”，综合以上情况建立虚拟钻孔地层厚度表(Excel)。横向上反映地层厚度变化，尖灭、相变；纵向上反映地层叠置关系、相变等关系。

“相变线”结合地表断层性质、褶皱、地表地层及岩相古地理图拟建的各地层或时期地层组相变或者尖灭线，统一了界线之后，各技术员画到相应的位置就会适当处理，能尽可能把相变、尖灭统一起来，减少随意性。

3、地层系统综合编绘是以地表地质信息为依据，以深部钻孔信息为标准，辅以二维地震、重、磁、电地球物理手段反映的深部信息为参照，对地层进行分块(两条断层之间加持的地层)和分层(浅表出露与深部隐伏地层)，结合构造地质学、岩相古地理图、贵州省地层分区、沉积相带，综合整理得到虚拟钻孔地层厚度表，以此结合地表产状、褶皱形态、断层限制从上往下绘制深部地层或者推深至-2500m。

图切剖面编绘：

所有交叉点虚拟钻孔的地质结构编绘完成后，以相邻两个虚拟钻孔作为参照完成两个交点之间图切剖面的地质结构编绘。主要包括断裂系统综合编绘、地层系统综合编绘和岩体系统综合编绘

地质目(虚拟钻孔)统一后，接下来是按剖面方向分组逐一编绘剖面的断裂系统，也便于对地层系统进行分块编绘。以二维地质、重、磁、电地球物理数据反映的深部信息为依据，以地表地质信息为遵循并结合有限的深部钻孔信息，分区分级确定每条断层产状、性质以及切割深度等。

地层系统综合编绘是以地表地质信息为依据，以深部钻孔信息为标准，以二维地质、重、磁、电地球物理数据反映的深部信息为参照，分块(两条断层之间)分层(浅表出露与深部隐伏)综合编绘地层(建模单元)厚度、产状、褶皱形态等。

岩体系统的综合编绘分浅表与深部形态进行编绘，浅表形态的编绘是以地表地质(出露)信息为依据进行；深部形态编绘是以综合物化探方法的反演为主要参照，并借助深部钻孔信息为验证进行。从而综合确定岩体的空间形态。

Claims (9)

1.一种大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：首先确定网格状的剖面线并生成图切剖面，然后统一确定剖面线交叉点处地质结构，最后以交叉点处地质结构为参照绘制每一条剖面的地质结构。

2.根据权利要求1所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：在每个交叉点的位置设置虚拟钻孔，完成所有虚拟钻孔的地质结构编绘后，再依次根据相邻的虚拟钻孔的地质结构，对每一条剖面进行综合编绘。

3.根据权利要求2所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：根据已有地质资料统计每一个虚拟钻孔涉及的地层单元和每个地层单元的厚度，统计虚拟钻孔之间的产状，编绘替换为同一方向上各虚拟钻孔之间的剖面，直至完成整条剖面的编绘。

4.根据权利1-3所述任一项大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：编绘前进行海量基础数据准备与标准化。

5.根据权利要求4所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于所述基础数据包括：区域内各种比例的地质图、岩相古地理图，复核后的深部钻孔数据，二次处理利用的二维地震、区域内的重、磁数据及其他数据，所有资料和数据尽可能标化并投影反映在一张图上。

6.根据权利要求4所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：先确定最优控制区域内地质特征的横纵骨干剖面线，并以已部署的骨干剖面线为框架，按照一定间距在所有骨干剖面线两侧平行阵列布置图切剖面线。

7.根据权利要求6所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：对骨干剖面线沿途建模单元界线、断层等的准确性和精度进行核查。

8.根据权利要求4所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：剖面编绘包括断裂系统综合编绘、地层系统综合编绘和岩体系统综合编绘。

9.根据权利要求4所述大尺度区域三维地质模型建模剖面的构建方法，其特征在于：相邻剖面线间距设定为10km，剖面海拔标高设定为-2500m。

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