三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用

【摘 要】煤炭地质勘查方法、研究对象及数据信息在空间上都是三维的，运用三维地质建模技术管理煤炭地质勘查非常合适。三维地质建模是运用适当数据结构在计算机上构建可以反映地质构造的各种形态、各要素间的关系、地质体的化学属性分布、物理属性分布等地质特点的数学模型。三维地质建模解决了传统地质信息表达法中的缺陷问题，利用计算机的可视化技术，站在三维空间角度表达地质环境和地质体。本文主要论述了煤炭地质勘查的三维地质建模分类、三维地质建模的数据源、煤田勘探里三维地质建模的主要工作程序、三维地质建模对煤田构造的重要作用。

【关键词】三维地质建模技术；煤田构造；应用

0.引言

利用三维地质建模技术能够对地面、物探、钻探等手段得到的资料信息进行同化处理或集成处理，提供信息数据的一致性。地质构造要素的表达必须具有三维立体性与直观性，地质构造中的断层在三维环境下既可以表达成一个平面，也可以较好的反映出地层和断层、断层之间的切割关系，进而弥补剖面图中的不足。地质勘探工作研究对象在空间分布方面是三维的，要勘探地质情况，必须运用各种勘探方法，深入调查矿床储存条件和三维地质条件、工程地质条件及开采技术条件。地质勘探工作的实质就是构建勘探区的三维地质模型。

1.煤炭地质勘查的三维地质建模分类

按照煤炭地质勘查工作和三维地质建模是否是同时进行，可以把三维地质建模分成两大类。第一类是勘查煤炭地质工作中，前期勘探工作主要是利用钻孔数据制作三维地质模型原型，进而形成煤炭层底板等剖面图、高线图的草图，提供给地质工程师再次加工，建立更精确细致的地质模型；第二类是勘查煤炭地质以后，根据已完成的煤层地板的剖面图、高线图等主要数据信息，建立更精确细致的地质模型。更精细的地质模型可以用来设计煤矿或是建设数字矿山。

2.三维地质建模的数据源

勘探煤田过程中，会涉及航空遥感资料、航天遥感信息、地面采样资料、地震剖面图及钻孔资料信息等基础数据资料。所以，煤田地质勘探的原始数据具有数据类型异构、数据源种类繁多、三维空间分布重要等特征，非常适于运用三维地理信息系统管理。要研究煤田构造，必须先对比勘探区域和钻孔里的岩层及煤层，再重点研究地形面、断层面及地层界面等地质曲面的分布规律、空间几何形态、构造历史。三维地质建模信息里钻孔数据十分重要，经过取心与测井，能够得到钻孔经过的煤层和岩层的采样位置、实物采样机煤层特征。地震勘探也是地质建模重要数据源之一，特别是高分辨率的地震勘探能够使煤田构造精度大大提升。地震剖面方面，地震勘探的同相轴连线能够当作岩煤层界面和剖面间的相交线，同相轴振幅和波形能够反映界面两侧物性区别，钻探信息做成的勘探线剖面图和地震剖面通过多次纠正后都是地质建模重要数据源。

3.煤田勘探里三维地质建模的主要工作程序

3.1用于勘探过程中的地质建模流程

利用钻孔资源建立原型系统过程中，要先合并钻孔分层，分为几个全区能够进行比较的界面，再用界面钻孔点作为样点，建立三维曲面。通过三角剖分钻孔形成的地质界面样点，建立界面基本三角网，再把三角网细分、加密，建立高次曲面三角网，利用三角网插值进行跟踪形成曲面等高线，最后将曲面三维可视化。利用相同方法可以构建松散层底面、地面、煤底面、煤顶面等，在此期间，工程师可以二次加工原始剖面图，结合钻孔地层缺失、地面露头等资料信息，在剖面上适当增加断层，修改煤层顶线、地层界线等，最终形成勘探线剖面图、煤存量计算图、煤层底板等高线。

3.2用于勘探后的地质建模流程

地质工程师通过观察勘探线剖面图、煤层底板等高线图形成对勘查区域的整体形态认识。因为有些勘探队伍中的制图工程师用AutoCAD、MapGIS等绘图软件制作地质图件过程中，可能出现未考虑图件电子版会用于建立三维地质模型，所以，制图工程师所绘制的图形和地质工程师草图相似，并没有运用等高线图做出三维地质模型的特别要求。尽管等高线是表达曲面的一种基本形式，但它和曲面有一定区别，必须用三角剖分等高线，通过连接不规则小三角平面才能形成曲面。制作煤层底板曲面主要分为三步：

首先，连接断面交线和制图员前期打断的需要连接的等高线，重新做断面交线和底板等高线的采样，因为原有的断面交线型值点稠密不均匀，不利于三维曲面的构建，重新采样的点间距要和等高线间距相等；其次，赋予各条等高线高程值，用断面交线和等高线作为限定线限定三角剖分，建立断面交线、等高线限定三角网；最后，用三角网提取地性线，把地性线加到限定线里，再次形成三角网，利用下煤层底板和上煤层底板断面交线形成断层面。

4.三维地质建模对煤田构造的重要作用

4.1使构造要素表达具有立体性和直观性

以往传统剖面图、平面图表达方式里，断层通常只能表示成一条断层线。然而在三维地质建模的三维环境里，断层不仅可以表示成一个面，还能够清楚的看到断层和断层间、地层和断层间的互相切割关系，所以，三维地质建模使煤田构造要素的表达具有直观性和立体性。

4.2同化和集成多类型数据与多源数据

由于煤田地质勘探工作关系到很多种原始数据，怎样管理好和利用好这些数据对地质勘探工作具有重要意义。三维地理信息系统因为具有三维地质建模的各项功能，可以对钻探、地面及物探等手段得到的各种探测资料进行同化或集成处理，进而提升信息一致性。因为地质勘探资料具有真三维属性，原有的采样点控制位置有很大差别，根据采样空间位置集成和运用数据，能够充分体现样品三维空间特性。

5.结束语

虽然三维地质建模技术不能替代地质工程师做出判断分析，然而它可以帮助地质工程师更好的分析、表达和理解各种复杂的地质构造现象，并制作求交、虚拟切割等具有精准要求的图形或计算，使地质工程师将更多的精力与时间置于煤田构造规律的研究工作中。

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