秦皇島柳江盆地地質(zhì)建模

王瑩 毛毳 衣偉宏 鞏磊 柳成志

摘要：地質(zhì)建模是在地質(zhì)體空間結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立可供展示、編輯、計(jì)算和輸出于一體的數(shù)據(jù)模型。在秦皇島柳江盆地地表數(shù)字地質(zhì)填圖、 深部地球物理勘探、鉆探數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，依托軟件平臺建成了不同范圍、不同數(shù)據(jù)源的地質(zhì)模型。其中數(shù)字地質(zhì)填圖建模是很有推廣價(jià)值的三維建模方法，可以作為地表區(qū)域地質(zhì)填圖的一種新型表達(dá)方式，也可以作為一種過渡性模型，用作更深層次三維地質(zhì)調(diào)查的工作部署基礎(chǔ)和建模約束條件。

關(guān)鍵詞：秦皇島柳江盆地;計(jì)算機(jī)技術(shù);軟件平臺;地址建模

1 引言

我國對盆地的研究經(jīng)歷了大地構(gòu)造研究、盆地分析和盆地模擬之后，進(jìn)入了數(shù)字盆地階段。三維數(shù)字盆地實(shí)際上是采用三維可視化技術(shù)，將盆地研究的方式從二維平面帶入三維空間，從平面切片帶入三維實(shí)體。三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)的發(fā)展將地下構(gòu)造及屬性特征以直觀的方式呈現(xiàn)給使用者，為三維數(shù)字盆地系統(tǒng)的建設(shè)提供了可能。三維數(shù)字盆地建設(shè)的目標(biāo)是，通過三維地質(zhì)建模技術(shù)建立三維地質(zhì)模型，以三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，承載油氣勘探開發(fā)信息，進(jìn)行地質(zhì)研究、評價(jià)分析、數(shù)值模擬等工作，形成一個(gè)以盆地為劃分的大范圍綜合平臺，為盆地開發(fā)提供支撐。三維數(shù)字盆地系統(tǒng)的建設(shè)對于國家戰(zhàn)略資源的管理、開發(fā)和使用具有重要意義。為此，三維數(shù)字盆地模型建設(shè)被列為國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心十二五規(guī)劃的主要工作內(nèi)容之一。

中國地質(zhì)找礦和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警所需的深部地質(zhì)信息還比較匱乏，迫切需要基礎(chǔ)地質(zhì)工作者轉(zhuǎn)變工作模式。近年來，隨著計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的迅速發(fā)展，三維地質(zhì)填圖和建模作為描繪地質(zhì)信息的技術(shù)手段也逐漸成熟。因此，中國基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查“從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代、從單一走向綜合、從二維走向三維”的理念呼之欲出。

2 秦皇島柳江盆地地址建模的主要方法

2.1 數(shù)字地質(zhì)填圖建模

數(shù)字地質(zhì)填圖建?？蓜澐譃?個(gè)關(guān)鍵步驟，即運(yùn)用已有的PRB數(shù)據(jù)構(gòu)建地質(zhì)界面、 將地質(zhì)界面組合成面模型、將面模型生成體（網(wǎng)格）模型，其中以地質(zhì)界面的構(gòu)建最關(guān)鍵。按建面方法的不同，數(shù)字地質(zhì)填圖建模中的界面大致可以劃分為模型邊界面、DEM面、斷層面、地層界面、 第四系界面、巖體界面、殘留頂蓋界面、俘虜體界面等類型。地質(zhì)界面的構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則：一是地質(zhì)填圖路線、產(chǎn)狀數(shù)據(jù)為主要建模數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)為次要建模數(shù)據(jù);二是可信度高的數(shù)據(jù)約束、校正可信度較低的數(shù)據(jù);三是先建模型的邊界面（DEM面、模型的底界面、模型的四周邊界面），再建斷層面，最后建其他地質(zhì)界面。其他地質(zhì)界面的構(gòu)建，先建新地質(zhì)體界面，后建老地質(zhì)體界面;四是由分段地質(zhì)界面組合成更大范圍的地質(zhì)界面，界面構(gòu)建應(yīng)從小到大，并不斷約束。

2.2 地質(zhì)剖面建模

地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)是三維地質(zhì)建模的重要數(shù)據(jù)源，運(yùn)用地質(zhì)剖面構(gòu)建三維地質(zhì)模型的方法應(yīng)用較廣泛。地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)源主要是圖切地質(zhì)剖面、礦床勘探線剖面、中斷平面圖、物探解譯的地質(zhì)剖面等，建模流程主要由數(shù)據(jù)預(yù)處理及錄入、地質(zhì)界面構(gòu)建、面模型構(gòu)建和實(shí)體模型構(gòu)建4個(gè)主要步驟組成。

2.3 多源數(shù)據(jù)融合建模

三維地質(zhì)建模的原始數(shù)據(jù)來源具有多源性，涵蓋地貌、地質(zhì)、物探、化探、遙感、鉆探等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型和格式眾多，難以有效利用。另一方面，建模數(shù)據(jù)獲取難度大、成本高，又具有不均勻和不連續(xù)性，建模過程中總感覺數(shù)據(jù)不夠。多源數(shù)據(jù)融合建模就是試圖綜合利用各類數(shù)據(jù)，更真實(shí)地反映地質(zhì)體的三維空間特征。但建模數(shù)據(jù)之間的融合難度大，目前沒有較完整的方法體系。

3 對秦皇島柳江盆地三維地質(zhì)建模的幾點(diǎn)思考

3.1 完善地質(zhì)思維的表達(dá)方式至關(guān)重要

三維地質(zhì)建模關(guān)鍵在于地質(zhì)表達(dá)方式的創(chuàng)新，需要地質(zhì)學(xué)家從過去側(cè)重地質(zhì)思維 （加上地史演化，屬4D范疇）轉(zhuǎn)變到兼顧重視現(xiàn)實(shí)表達(dá)方式上來。地質(zhì)思維兼有邏輯思維與藝術(shù)思維，注重高度概括，忽略許多細(xì)節(jié)，在建模需要無縫連接時(shí)存在依據(jù)不足，同時(shí)用想象建立起來的各種模式難以用數(shù)學(xué)參數(shù)表達(dá)出來。編程員的信息技術(shù)思維難于理解地質(zhì)體相互關(guān)系的深層次含義，導(dǎo)致在三維建模過程中，思維方式矛盾突顯。三維地質(zhì)建模的技術(shù)方法仍欠成熟，缺乏研究者認(rèn)可的統(tǒng)一流程。地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家、建模技術(shù)人員的水平，以及相互溝通能力是高質(zhì)量建模的關(guān)鍵。不同類型地區(qū)三維地質(zhì)建模的技術(shù)流程總結(jié)也勢在必行。

3.2 實(shí)施分階段建模，不斷完善三維地質(zhì)模型

由于當(dāng)前的客觀原因，三維地質(zhì)調(diào)查無法以網(wǎng)格式部署物探、鉆探工作量，所以目前的建模單位應(yīng)該是目標(biāo)地質(zhì)體。礦集區(qū)三維地質(zhì)建模要以控礦構(gòu)造、含礦地質(zhì)體為主要目標(biāo)地質(zhì)體。三維地質(zhì)建模是一個(gè)不斷完善的過程，當(dāng)前可以依據(jù)現(xiàn)有資料構(gòu)建地質(zhì)概念模型，也就是地質(zhì)圖三維建模，然后有針對性地開展物探工作，不斷完善深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)解釋。這樣也便于實(shí)現(xiàn)多學(xué)科之間的數(shù)據(jù)融合，對已經(jīng)建立的成礦模式在3D空間里接受檢驗(yàn)。

3.3 數(shù)字地質(zhì)填圖建模值得探索并推廣

數(shù)字地質(zhì)填圖建模值得進(jìn)一步探索，可以作為地表區(qū)域地質(zhì)填圖的一種新型表達(dá)方式。過去區(qū)域地質(zhì)調(diào)查圖件的圖切剖面、盆地模型、成礦模型等也試圖揭示地下情況，但受條件限制只能用二維紙質(zhì)圖件表達(dá)。在1：5萬圖切剖面圖上，1cm相當(dāng)于500m深。在當(dāng)今信息化時(shí)代，從地表填圖數(shù)據(jù)直接進(jìn)行三維建模（可暫定大致200m以淺），可以將這些圖切剖面、立體模型圖件實(shí)現(xiàn)實(shí)體化、可視化。同時(shí)，它也可以作為一種過渡性模型，用作鉆孔設(shè)置的參考，或作為更深層次三維建模的約束條件。

3.4 三維地質(zhì)模型的展示需要一種通用軟件平臺

三維地質(zhì)建模專業(yè)軟件價(jià)格昂貴，非專業(yè)人員使用也較困難。為了能夠讓更多人方便地使用構(gòu)建好的模型，需要一種通用展示方式。基于Adobe Acrobat軟件平臺開發(fā)了三維地質(zhì)模型展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將Micromine、 MapGIS、Surpac、GOCAD、Geosoft 等眾多專業(yè)地學(xué)軟件構(gòu)建的各類地質(zhì)模型在通用平臺上展示 （轉(zhuǎn)換為 PDF文件），并擁有便利的人機(jī)交互功能。該展示系統(tǒng)主要有如下功能。

（1）多源地質(zhì)模型導(dǎo)入。這是最基本的功能，通過U3D標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，可獲取不同類型軟件中的三維地質(zhì)模型。目前，Adobe Acrobat提供2種獲取三維模型的方式，一種是通過文件方式，直接讀取含有模型的PDF文件，另一種是通過軟件間的捕獲功能實(shí)現(xiàn)。

（2）三維模型動(dòng)態(tài)展示?？梢岳肁dobe Acrobat提供的快捷菜單，實(shí)現(xiàn)對模型的動(dòng)態(tài)展示，如動(dòng)態(tài)改變?nèi)S模型的位置、朝向，模型樹展示、自定義剖面展示等功能。

（3）模型編輯與美化。利于Adobe Acrobat 及Adobe 3D Reviewer工具相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)三維模型的編輯、材質(zhì)設(shè)置、場景燈光設(shè)置等功能。

（4）多視圖定義與轉(zhuǎn)換。利于Adobe Acrobat視圖管理功能，可實(shí)現(xiàn)對三維模型的任一視角、任一視圖的操作與轉(zhuǎn)換。

（5）靈活的人機(jī)交互。允許用戶從表單域、書簽、批處理序列、文檔或頁面動(dòng)作調(diào)用JavaScript腳本，為PDF三維模型添加模型隱藏和顯示、模型動(dòng)畫設(shè)置、模型渲染、模型縮放、剖面控制、模型指針設(shè)置等功能。

5 總結(jié)

三維地質(zhì)調(diào)查工作強(qiáng)調(diào)多源數(shù)據(jù)的交互解譯與有機(jī)融合，物探數(shù)據(jù)、勘探資料、地質(zhì)圖、地質(zhì)演化規(guī)律相互印證。強(qiáng)調(diào)地質(zhì)人員全程參與，與物探人員、計(jì)算機(jī)人員溝通交流，多學(xué)科融合，以便正確理解地球物理信息的地質(zhì)含義，在3D 空間里理解所有地質(zhì)體、構(gòu)造的幾何形態(tài)和成因關(guān)系。秦皇島柳江盆地三維地質(zhì)模型的構(gòu)建、 地質(zhì)體空間展布可視化， 為該區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其與成礦關(guān)系的研究提供重要依據(jù)。三維模型揭示出盆地基底褶皺和斷裂的空間展布情況，使找礦地質(zhì)要素的三維空間特征變得更清晰。秦皇島柳江盆地西部變質(zhì)巖-花崗巖雙基底的鑒別，也為本區(qū)礦物源的研究提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

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