南昌地区三维地质模型初探

徐芬;龚华根

【摘 要】3 D geo-spatial modeling is the developing direction of visualization of geological information,as it vividly ex-presses the true form,characteristics,and 3 D physical parameters distribution of the geological structure in the form of 3 D realistic graph.As plenty geological exploration work has been done in Nanchang area,a 3 d geological model can be prelimi-narily built based on the exploration achievements.The data extraction and processing is complicate because the exploration

achievements present in many forms and exploration work the below red beds is inadequate.The paper detailly described how to collect exploration achievements,extract and process the data to build the model,and it can be considered as a refer-ence for 3 D geological modeling on complicate situation as the paper discribed.%三维地质体建模能以三维真实感图形的形式形象地表达地质构造的真实形态、特征以及三维空间物性参数分布规律，成为地质信息可视化的发展方向。南昌地区已进行的地质勘查工作，利用积累的成果资料，首次建立南昌地区三维地质模型。由于资料来源的多样性和对红层下伏地层勘查程度的不足，建模数据的提取和处理较为复杂。讨论资料收集、数据提取及处理和建模步骤，为类似条件的地质建模提供方法参考。 【期刊名称】《地下水》 【年(卷),期】2014(000)005 【总页数】3页(P196-198)

【关键词】三维地质模型;南昌地区;GMS;数据提取及处理 【作 者】徐芬;龚华根

【作者单位】江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330095;江西省地质矿产资源勘查开发中心，江西 南昌 330095 【正文语种】中 文 【中图分类】P552

三维地质体建模是目前国内外的一个前沿研究课题。传统地质图件只能提供地表平面或单个剖面的地质信息，而三维地质模型可以清楚、精确地延伸整个地面下的空间信息，对地质体内部三维空间属性进行展示与分析［1］。南昌地区已完成了大量的地质勘查工作，初步具备建立三维地质模型的条件，本文将选用GMS软件首次建立南昌地区三维地质模型。 1 建模方法 1.1 资料收集

建立地质模型首先要获取地面高程数据，由于未收集到研究区已数字化的地形图，而通过数字化区内1:5万纸质地形图工作量太大，故选用遥感高程数据，精度为30 m×30 m。

其次要尽可能收集区域内地质报告、物探、钻孔资料以帮助确定地下地层分布情况。主要收集的资料包括图、表和文字报告三类，涉及地质调查、物探、钻探等工作。其中图、表可直接提取地质建模所需数据信息，而文字报告对图表的解释说明是正确利用图表信息的前提。 1.2 数据提取及处理

1.2.1 地层划分

为建立最精确的地质模型，地层划分应尽量将不同岩性区分出来，但这都必须以已有地质勘查成果为数据前提。根据已有的可获取建模数据的图件和钻孔剖面，在南昌地区区域上只能将区内地层区分为以下地层组:

(1)Q－K:其中 Q和 K1l—Ex(红层)为上文提及的燕山——喜山构造层上部的两个亚层，由于第四系相对下伏K1l—Ex厚度极小且根据现有资料难以在整个研究区将其单独划分，故与K1l—Ex合并为一层。

(2)J—T3:为上文提及的燕山——喜山构造层底部的一个亚层，与上覆红层和下伏地层岩性存在明显差异。

(3)T1—C:为上文提及的印支构造层，在已有的各剖面图中其作为一个地层组被区分出来。

(4)Pt:为上文提及的晋宁构造层，从地质剖面图可看出Pt分布存在两种可能，一是作为滑脱体直接下伏于红层，超覆于J—T3之上;一是与T1—C呈整合接触分布于研究区最深处。

由于建立地质模型需要明确且唯一的地层层序，而实际情况是Pt地层由于推覆构造出现层序颠倒的情况，这在建模时需要特殊处理，其方法是区分出Pt作为滑脱体和正常分布两种情况，将其分为两个地层，Pt1和Pt2。则整个研究区的地层组有新到老的顺序分别为Q－K、Pt1、J—T3、T1—C和Pt2。 1.2.2 获取各地层组顶面高程数据

本文拟采用horizon方法建模，首先需要获取整个研究区各地层组顶面的高程散点数据，进而将其插值于事先建好的TINS(不规则三角形网格)，在各地层组顶面高程的TINS之间进行相应地层组实体填充。一地层组的顶面高程数据即为该地层组上覆地层的底面高程，故除出露于地表的Q－K外，其他地层地层组顶面高程数据为其上覆地层顶面数据与其厚度的差值运算。

本次建模需要对数据进行多次空间运算，选用Arcgis进行，大大提高了建模工作效率。

1)Q－K地层组。Q－K地层组顶面高程数据即为地表高程，先用研究区范围区文件对原始高程栅格文件进行裁剪，由于该高程栅格文件的精度过高(30 m×30 m)，远高于地质勘查精度，且影响后期建模效率，故将该文件进行聚合，网格大小变为300 m×300 m。

2)Pt1地层组。①建Q－K分布分区栅格文件，分区属性值分为1和0，对应有Q－K分布和无分布的区域。②从QK分布分区栅格文件中提取属性值为1的栅格，形成文件Q－K分布范围文件。③根据白垩系基底埋深等值线提取离散点形成含埋深属性mapgis点文件并转为shapefile，在arcgis中进行kring插值，选取插值范围为Q－K分布范围文件，生成Q－K分布范围内厚度数据。

3)对Q－K分布分区栅格文件进行条件分析，属性值为1时取分布范围内厚度文件中的值，属性值为0时取0，得整个研究区红层分布厚度栅格文件。

4)用Q－K顶面高程栅格文件对Q－K厚度栅格文件进行减运算，得Pt1顶面高程数据。

Pt1顶面高程获取过程数据显示图如图1所示。

5)其他地层。J—T3、T1—C、Pt2地层组顶面高程数据获取步骤与上述 Pt1地层相同，但过程数据 J—T3、T1—C、Pt1地层厚度数据提取方法与Q－K地层组不同。

在获取各地层组顶面高程栅格数据后(.grid文件)，需要通过arcgis提取为散点数据，步骤是先将grid文件转为shape点文件，然后对shape点文件进行要素添加x、y坐标操作，后将点文件的属性输出为文本文件，则该文本文件具有地层组顶面散点x、y坐标和高程属性。 图1 地层组顶面高程获取过程数据显示图

图2 Pt1厚度提取离散点(左)及自设虚拟点(右) 1.2.3 层组厚度数据

研究区Q－K地层组(红层)已经有前人综合所有物探成果所作的基底埋深等值线图，可获取红层分布区域厚度面状信息，Pt2地层厚度由底部埋深7 000 m决定，而 Pt1、J－T3、T1－C地层组均只有2～3条剖面反映分布厚度线状信息，故本节只对后三组地层的线状厚度信息转为面状厚度信息过程进行说明。

Pt1厚度分布信息只能从两条地质剖面及一条地震剖面地质解译图上获取，提取方法为从剖面线上提取离散点，各点间距约为500 m(如图2)。为插值出整个Pt1分布区的厚度，需要自设厚度虚拟点，分布密度控制在点间距为3 000 m以内，各虚拟点Pt1的厚度设置遵循以下原则:①地层分区界线(非研究区边界)上厚度值为0;②以已知最大厚度为最大值，从分界线向分布区中心厚度递增。这些自设虚拟点的厚度值存在极大的随机性，但能保证插值后的厚度分布值在一定的合理范围内。Pt1厚度分布自设虚拟点分布如图2所示。利用图2中的离散点对Pt1分布区进行插值运算得分布区厚度栅格文件，网格精度为300 m×300 m。

J—T3、T1—C厚度分布数据获取采用与Pt1相同的方法，其厚度离散点分布分别如图3、4所示。 2 建模结果

将上述各地层组顶面高程数据导入GMS插值实现建好的平面三角网形成含地层顶面高程数据的三维三角网，并在相邻三维三角网间填充相应地层组材质则形成各地层组实体。对于位于最底层的Pt2为区内最老地层，实际厚度上万米，本次建模只研究地面以下深度7 000 m左右以内的地质结构，故该地层组底面高程选用－7 000 m进行建模。至此南昌地区三维地质模型地质模型得以建立(如图5)，建立后可以自动获得任意地质剖面信息(如图6)。 图3 J－T3厚度提 取离散点(左)及自设虚拟点(右)

图4 T1－C厚度提取离散点(左)及自设虚拟点(右) 图5 南昌地区地质模型示意图

图6 南昌地区三维地质模型剖面示意图 3 讨论

3.1 模型准确性评价

本文所建立的南昌地区地质模型充分利用了所有可收集的地质勘查成果，建模方法正确，数据处理思路清晰，涉及埋深大(7 000 m)，包括了区内所有地层，是在现有资料条件下所能建立的最准确的地质模型。但其与实际地质条件可能还存在很大差距，如根据仅有的几条物探地质解译剖面和前人推测的地质剖面，随机的虚拟了一些地层厚度分布点进行插值获得整个研究区的地层分布。另外对于地层的刻画过于概括，将多个地质年代多个组的地层概括为一个地层组，但这种地层组的粗略划分是受现有勘查程度局限，无法获得更为精细的地层分布信息所致。 3.2 模型主要用途

模型建立后首先可以更加直观的了解整个研究区的地质条件:如每一地层顶面的三维表面可更直观的看到各个断层、凹陷、凸起的形态;也可以更直观清晰的看到地层分布的规模。其次，可以查询研究区内任一点的地层，亦可查询地面上任一点处各地层的厚度信息，还可获取任一剖面的地质信息。地质模型不仅能给人更直观的认识，方便查询地质信息，还能为地层内的应力模拟、水流模拟和热模拟提供数据基础。 4 结语

通过充分收集地质调查、物探、钻探信息进行综合分析，将图件和文字报告转化为建模数据，首次建立了南昌地区的地质模型。尽管在模型建立过程中，充分挖掘了现有勘查成果的地质信息，建立了现有地质勘查成果下最准确的地质模型，但该模型与实际地质条件还存在一定的差距。地质模型建立不能一蹴而就，需要随着勘查

的深入和勘查成果的提升及时改进，提高其准确性。本文详细说明了资料收集、数据提取及处理和建模步骤，为类似的地质建模提供了方法参考。 参考文献

［1］苏幸，黄临平，刘艳阳.三维地质实体建模研究进展［J］.科技广场.2007.5:23 －25.

［2］张雪松，张永波，张礼中.地下水含水层可视化方法研究与实现［J］.地理与地理信息科学.2003.19(5):20 －26.

［3］刘晓强.科学可视化的研究现状与发展趋势［J］.工程图学学报.1997.2－3:124 －130.

［4］王润怀，李永树.边界虚拟钻孔在复杂地质体三维建模中的引入与确定［J］.测绘学报.2007，36(4):468－475.

［5］王兆英，林强，黄海，等.南昌地区地热地质补充调查及地热勘查靶区论证报告［R］.南昌:地矿部江西地质矿产勘查开发局《南昌地区地热地质补充调查》项目组.1999.