三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用.pdf

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第26卷8期中国煤炭地质Vo1．26No．082014年8月C0ALGE0L0GY0FCHINAAug．2014doi：10．3969~．issn．1674—1803．2014．08．09文章编号：l674—1803(2叭4)O8—0039-06三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用李青元一，董前林，贾会玲，陈强，马圆圆。(1．中国测绘科学研究院，北京100830；2．中国矿业大学(JL京)地球科学与测绘工程学院，北京100083；3．辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新123000)摘要：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，主要以钻孑L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。关键词：三维地质建模；煤田构造；平面图洁0面图；三维联动编辑中图分类号：P391：P618．110．2文献标识码：A3DGeologicalModelingTechnologyandItsApplicationonCoalfieldStructuralStudyLiQingyuan，一，DongQianlin，JiaHulling，ChenQiang。andMaYuanyuan(1．ChineseAcademyofSurveyingandMapping，Beijing100830；2．SchoolofGeosciencesandSurveyingEngineering，CUMTB，Beijing100083；3．SchoolofMappingandGeographicalScience，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin，Liaoning123000)Abstract：Subjectsinvestigated，explorationmethodsanddataofcoalgeologicalexplorationarespatiallythreedimensional，propitioustomanagethrough3Dgeologicalmodelingtechniques．Accordingtoifthe3Dgeologicalmodelingandcoalgeologicalexplorationatatime，candividecoalgeologicalexploration3Dgeologicalmodelingintotwocategories：oneisinexploration，mainlydependsondrill—ingdata，usedtoconstruct3Dgeologicalmodelprototype，generatecoalfloorcontourmaps，sectionsketchesprovidetogeologistforfur—therprocessing，constructfine3Dgeologicalmodel；anotherisafterexplorationengineeringcompleted，takingthepreppedcoalfloorcontourmaps，sectionsasthemaindatasourcesconstructfine3Dgeologicalmode1．Thefine3Dgeologicalmodelcanbeusedincoalminedesign，digitalmineconstruction．Theapplicationof3Dmodelingtechniquesispropitioustocoalgeologicalstructuralre—search，mainlyreflectedinfollowingaspects：thefirst，cancarryoutintegratingandassimilatingprocessingexplorationdataacquiredfromvariousmeansofgeologicalsurvey，drilling，geophysicalandgeochemicalprospecting，toupgradeconsistencyofinformationspac-es；thesecond，expressionofgeologicalstructuralelementsshouldbeintuitiveand3dimensional，suchasexpressionoffaultnotonlycanbeaplane．butalsocanreflectmutualintersectingbetweenfauhandstrata，aswellasbetweenfaults，tomakeupinsuficientofon—lyalineonplansandsections；thethird，cancarryout3Dlinkageeditingofplansandsections，toensuretheirspatialconsistency；thefourth，canblockoutonsectionstodeterminecoalseamscon'elationandfaultsintersectingschemes．Keywords：3Dgeologicalmodeling；coalfieldstructure；plan；section；3Dlinkageediting0引言基金项目：国家自然科学基金项目(41272367)，国土资源部地质信三维地质建模有广义与狭义之分。广义的三维息技术重点实验室开放基金项目(《三维地质模型数据交地质建模指借助各种勘探手段，综合各种探测数据，换格式》在煤炭资源勘探与数字矿山应用中的技术问题构建研究区的三维地质模型的过程。地质勘探工作研究)，中国煤炭地质总局第一勘探局“煤炭勘探维制的研究对象在空间分布上是三维的，地质勘探工作图及三维可视化”项目。就是动用各种勘探手段，查清勘探区的三维地质条作者简介：李青元(1958一)，博士，研究员，现从事面向煤炭地质勘件与矿床赋存条件、开采技术条件或工程地质条探的三维地质建模软件研发与应用。责任编辑：孙常长件。因此，地质勘探工作的本质是对勘探区进行三 中国煤炭地质第26卷维地质建模。狭义的三维地质建模是指是计算机三的成功应用的案例还不多见。下面介绍笔者对于三维地质建模，即用计算机技术，根据地质勘探资料，维地质建模技术在煤田构造研究中的应用实践与应在计算机中构建研究区的三维地质地质模型。本文用前景方面的几点经验与思考。接下来的部分所讨论的三维地质建模是用其狭义含1煤田勘探中三维地质建模数据源分析义。20世纪80年代，运行于大／中型机环境的油气煤田勘探所涉及到的基础数据有航天／航空遥地震勘探资料处理软件就包含了对地震勘探资料处感资料、地面(探槽、井下)露头观测、采样资料，钻孔理结果构建“三维数据体”进行各种虚拟切片的三维资料(包括孔位、测斜、岩心、测井资料)，地震剖面可视化功能；80年代末、90年代初，澳大利亚的Min—(或三维地震)以及电法、重磁等物探等资料，以及con公司开发的运行于UNIX环境的采矿设计软件煤、岩、瓦斯样品的各种化验、显微薄片、电镜分析等Minescape也已具有较强的三维地质建模功能】。资料。因此煤田地质勘探具有原始资料数据来源种1994年，加拿大学者HouldingsW．正式提出三维地类繁杂、数据类型异构、采样数据的三维空间位置重质建模(ThreeDimensionalGeologicalModeling)的概要等特点，特别适合于用具有三维地质建模功能的念。受油气勘探、采矿设计／指挥计算机化应用需三维GIS(地理信息系统)来进行管理。求的牵引，计算机硬件能力如“摩尔定理”所预言的煤田构造研究的基础是钻孔中以及勘探区的那样持续翻倍，再加上三维几何造型理论和以煤、岩层对比。煤田构造研究的重点是确定各个地OpenGL为代表的三维可视化软件技术进步的推动，质曲面(包括地形面、不整合面、地层界面、断层面)三维地质建模技术持续发展并日臻成熟。20世纪以及由地质界面所圈定的地层／煤层体的空间几何9O年代末本世纪初，以法国南希大学的J．Mallet教形态、分布规律及其构造演化史。授提出的离散光滑插值方法l为核心技术的Gocad钻孔数据是最重要的三维地质建模数据之一。软件成为国际上三维地质建模领域的代表产品。另钻孔虽是“一孔之见”，但通过取心和测井，可获得沿外，LYNX、DataMine、Micromine、Surpac、Petrel、着钻孔轨迹对所经过的岩层与煤层的实物采样、采Rockware等采矿、油气、勘探领域的专业软件的三样位置、以及局部煤／岩层产状。地质曲面在钻孔中维地质建模功能也各具特色。现在，三维地质建模一般表现为一个采样点的空间位置(通过测量岩心技术在发达国家使用已较为普遍，很多矿权交易市和测井，常常还可获得地层界面在这一点的产状一场都要求申请进行矿权交易的区块需提供三维地质倾向与倾角，该产状对于地质界面在采样点的一定模型。范围内的三维造型具有约束作用)。钻探的成本很国内学者自20世纪90年代开始研究三维地质高，因此钻孔原始记录和钻孑L柱状图中对于岩心的建模的理论、技术与产品。虽几经起伏，主帅和骨干煤／岩层分层厚度、岩性、古生物遗迹等的描述都很都数易其人，但经过无数执着研究者前后2O多年的详细。但钻孔柱状图所记录的详细分层对于三维地持续努力与坚持，终于在近些年有若干功能较为稳质建模来说可能又太细了。就如同在勘探线剖面图定的产品问世。虽然与国际上先进的产品相比还有上并不会将钻孑L柱状图上的所有分层都反映在剖面差距，但已经达到可用的程度。由于国产三维地图上一样，用于三维地质建模的煤／岩层分层需要进质建模软件的崛起，已经迫使国外同类软件大幅度行适度的综合与概括，并且最好能与地震剖面上的降价。很多国产三维地质建模软件也已经由早期的界面划分相对应。完全靠科研项目支持，走上了公司机制的依靠产品地震勘探也是煤田三维地质建模中最重要的数自我造血的发展道路。据源。尤其是三维高分辨率地震勘探将煤田构造的由中国地质调查局组织，中国地质调查局发展控制精度大幅度提高[7-9]。在地震剖面上，其同相轴研究中心牵头，中国地质科学研究院水文地质研究连线可作为勘探区煤／岩层物性界面与剖面的交线，所等七个单位参加编写的《三维地质模型数据交换同相轴的波形与振幅反映了界面两侧物性的差异。格式(Geo3DML)》标准即将颁布与实施，随着国经过各种纠正后的地震剖面与由钻探资料制作的勘家相关规范、政策的配套，三维地质建模技术将越来探线剖面图是三维地质建模的主要数据源。越多地用于包括煤炭地质勘探在内的各种矿产资源勘探与各种构造地质研究中。2煤田勘探三维地质建模功能需求分析三维地质建模技术在油气勘探领域的起步、应在三维地质建模乃至三维GIS中，纷繁复杂的用较早，方法上也较为成熟，但在煤炭地质勘探领域大干世界，最后都可抽象成为三维的点、(曲)线、