竇帆帆,林子瑜
(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,江西·南昌 330013)
基于MapGIS等軟件集成的地質(zhì)—地球物理綜合解譯平臺(tái)的建立與應(yīng)用
竇帆帆,林子瑜*
(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,江西·南昌 330013)
綜合了現(xiàn)在主流的地質(zhì)和地球物理專業(yè)軟件的優(yōu)勢(shì),建立了集成區(qū)域地質(zhì)、鉆孔資料以及地球物理信息的地質(zhì)—地球物理綜合解譯平臺(tái),并以江西相山鈾礦田鄒家山重點(diǎn)勘查區(qū)為例驗(yàn)證了它的實(shí)際效果,證明其不僅在解譯方面具有便捷性和高效性,對(duì)直接應(yīng)用于三維地質(zhì)建模中關(guān)鍵的面模型的建立同樣具有重要意義。
三維地質(zhì)建模;面模型;解譯平臺(tái);信息系統(tǒng)
廣泛利用新技術(shù)尋找深部隱伏礦床已成為當(dāng)前找礦工作的重點(diǎn),深部找礦勘探需了解深部地質(zhì)特征。然而當(dāng)今人類尚無(wú)法直接目睹地下深部的物質(zhì)成分與地質(zhì)結(jié)構(gòu),地球物理找礦勘探方法與技術(shù)具有探測(cè)深度大、分辨率高、方法手段多元化的特點(diǎn),能為深部找礦勘探提供豐富的信息,為此地球物理勘探在深部找礦勘探中不斷發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1~4]。在勘探過程中,地球物理信息通常是以二維反演剖面的形式提供的,保存于Sufer等軟件中,但直接在Surfer等成圖軟件中進(jìn)行解譯難以參照區(qū)域地質(zhì)及鉆孔資料等其它信息,使得解譯過程中的參照與約束不夠,而且對(duì)于解譯得出的關(guān)鍵解譯結(jié)果(如斷裂和地質(zhì)界線等)無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的分析與應(yīng)用[5,6]。因此建立一種便捷高效的地質(zhì)—地球物理解譯平臺(tái),將區(qū)域地質(zhì)、地球物理信息以及鉆孔資料集成在一起進(jìn)行相互參照和約束,綜合多種方法的對(duì)比分析,增強(qiáng)解釋結(jié)果的可靠性和正確性,從而取得理想的解譯效果。
本研究通過對(duì)現(xiàn)在主流地質(zhì)和地球物理專業(yè)軟件優(yōu)點(diǎn)的分析,最終提出了綜合Surfer、Section、ArcGIS以及MapGIS等軟件綜合地質(zhì)、地球物理信息來(lái)進(jìn)行地質(zhì)—地球物理綜合解譯平臺(tái)的建立,不僅使得解譯過程中參照與約束得到保障,更可以將解譯文件進(jìn)行二次開發(fā),導(dǎo)出并運(yùn)用于其它研究中。
1.1 測(cè)點(diǎn)導(dǎo)入
本文以相山鈾礦田鄒家山勘查區(qū)進(jìn)行的1:10000AMT視電阻率數(shù)據(jù)為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
打開MapGIS主菜單—實(shí)用服務(wù)-投影變換-投影轉(zhuǎn)換-用戶文件投影轉(zhuǎn)換,點(diǎn)擊“打開文件”添加剛保存的數(shù)據(jù)文件,然后根據(jù)實(shí)際資料情況分別設(shè)置用戶投影參數(shù)和結(jié)果投影參數(shù)。其中涉及到的具體參數(shù)有:坐標(biāo)系類型、橢球參數(shù)、投影類型、比例尺、坐標(biāo)單位、投影帶類型和序號(hào)。最后設(shè)置點(diǎn)圖元參數(shù),子圖號(hào)、子圖寬度、子圖高度和子圖顏色,根據(jù)自己的數(shù)據(jù)設(shè)置X、Y分別在第幾列,最后點(diǎn)擊投影變換,確定并保存點(diǎn)文件即可,生成點(diǎn)文件[7]。
打開已制作完成包含多種地質(zhì)要素的勘查區(qū)MapGIS工程文件,導(dǎo)入生成的測(cè)點(diǎn),通過點(diǎn)編輯-根據(jù)屬性標(biāo)注釋,設(shè)置標(biāo)注格式并根據(jù)實(shí)際情況標(biāo)注間隔,如果測(cè)點(diǎn)較密,標(biāo)注間隔可以大一點(diǎn),效果如圖1所示。
圖1 勘查區(qū)AMT測(cè)線分布地質(zhì)圖Fig.1 AMT line geological map
1.2 裁剪地質(zhì)圖
為便于解譯系統(tǒng)的建立,將測(cè)線點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定的角度,使測(cè)線成水平排列,示例測(cè)線方位為-43°,NW-SE向,線距100m,點(diǎn)距50m,勘查區(qū)的比例尺為1:10000。
根據(jù)測(cè)線的布置,按照測(cè)線的線距做緩沖區(qū),截取地質(zhì)信息。
新建線文件,連接一條測(cè)線的首尾,形成測(cè)線的線文件。利用造平行垂直線對(duì)測(cè)線兩側(cè)做距離為一倍線距的與測(cè)線等長(zhǎng)的平行線。
再新建區(qū)文件,點(diǎn)擊區(qū)編輯—圖形造區(qū),點(diǎn)擊已做的兩條平行垂直線,形成一個(gè)長(zhǎng)為測(cè)線長(zhǎng)度,寬為2倍線距的區(qū)文件。
在secion中對(duì)區(qū)文件進(jìn)行工程裁剪,選擇添加需要裁剪的文件,把之前造區(qū)的區(qū)文件做為裁剪框裝入,進(jìn)行裁剪,裁剪的工程文件另存一個(gè)文件夾,效果如圖2所示。
1.3 造校正框
對(duì)測(cè)線作一條距離為兩倍線距的平行線,再在此線的基礎(chǔ)上再做一條距離為測(cè)線標(biāo)高的平行線,然后將線連成封閉的矩形框,作為校正框。
1.4 導(dǎo)入物探剖面圖像
將圖像從sufer軟件中以jpg格式導(dǎo)出,用MapGIS文件圖像分析模塊,將導(dǎo)出的jpg格式圖像轉(zhuǎn)換成msi格式文件。圖像分析—打開轉(zhuǎn)成的msi格式圖像—鑲嵌融合—打開參照文件—線文件添加(即校正框)—?jiǎng)h除所有控制點(diǎn)—分別校正左右兩邊的四個(gè)頂點(diǎn)—點(diǎn)擊影像精校正保存,用MapGIS工程加載校正好的msi文件
1.5 制作標(biāo)尺
新建一個(gè)點(diǎn)文件以校正框的左下角的點(diǎn)為基點(diǎn)作為標(biāo)尺的原點(diǎn)進(jìn)行畫點(diǎn),再對(duì)校正框的左上角的點(diǎn)畫點(diǎn)并與原點(diǎn)連接成線作為標(biāo)尺的縱軸。同樣的再對(duì)校正框的右下角的點(diǎn)畫點(diǎn)并與原點(diǎn)連接成線作為標(biāo)尺的橫軸。點(diǎn)擊其它—分別選擇垂直軸和水平軸,再點(diǎn)擊輔助工具—自動(dòng)生成標(biāo)尺,設(shè)置最小刻度、標(biāo)注刻度等具體參數(shù)。
然后新建一個(gè)點(diǎn)文件用來(lái)存放標(biāo)尺的刻度,先將原點(diǎn)標(biāo)出,再用點(diǎn)參數(shù)來(lái)調(diào)整注釋角度。再點(diǎn)擊工具箱—點(diǎn)專題—陣列復(fù)制點(diǎn),設(shè)置陣列的行數(shù)、列數(shù)、行間間距和列間間距,以原點(diǎn)復(fù)制水平和垂直軸的其它刻度再使用編輯文本工具分別進(jìn)行注釋的修改,最后給標(biāo)尺的水平軸和垂直軸分別添加標(biāo)尺單位x/m和h/m。
這樣就把存于sufer中的物探剖面(圖2a)制作到Map-GIS平臺(tái)中(圖2b),使剖面上的任意一點(diǎn)數(shù)據(jù)包含具體坐標(biāo)。如果有多種物探剖面可根據(jù)實(shí)際需要按上述方法逐個(gè)疊加到解譯平臺(tái)中。
1.6 測(cè)線生成緩沖區(qū)裁剪
圖2 不同系統(tǒng)中物探剖面的對(duì)比Fig.2 The difference of geophysical section in different systems
在ArcGIS中根據(jù)測(cè)線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo),首尾相連繪制測(cè)線線文件,并根據(jù)線文件做緩沖區(qū):打開分析工具(Analysis Tools)—領(lǐng)域分析(Proximity)—Buffer(緩沖區(qū)),參數(shù)設(shè)置緩沖區(qū)以兩側(cè)各300m為例。
計(jì)算鉆孔信息的坐標(biāo):為與鉆孔信息進(jìn)行參照,需將收集到的重點(diǎn)勘查區(qū)的鉆孔的揭穿點(diǎn)加載到地質(zhì)—地球物理解釋剖面中。首先整理鉆孔表,內(nèi)含孔口位置、孔口標(biāo)高、鉆孔傾角、鉆孔方位角、地質(zhì)層位的始終深度、巖性信息,根據(jù)上述信息進(jìn)行計(jì)算,得出孔口到鉆孔地質(zhì)信息揭穿點(diǎn)的delta縱(縱坐標(biāo)的變化量)、delta橫(橫坐標(biāo)的變化量)、delta高(標(biāo)高的變化量),由此計(jì)算出地質(zhì)信息揭穿點(diǎn)的空間位置。將得到的地質(zhì)信息揭穿點(diǎn)的位置與地質(zhì)信息輸出,導(dǎo)入到ArcGIS中。
用緩沖區(qū)裁剪礦化點(diǎn)裁剪:先以添加XY數(shù)據(jù)的形式把之前計(jì)算的鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中,如圖3。點(diǎn)擊分析工具(Analysis Tools)—提取分析(Extract)—裁剪(clip),用緩沖區(qū)分別對(duì)測(cè)線進(jìn)行裁剪,確定地質(zhì)揭穿點(diǎn)所屬的每一個(gè)測(cè)線剖面,并分別保存Shpfle文件。
圖3 地質(zhì)揭穿點(diǎn)測(cè)線緩沖區(qū)Fig.3 Buffer of geological points
將每個(gè)剖面的shp格式的鉆孔信息點(diǎn)先轉(zhuǎn)為WT文件,在MapGIS主菜單下—其它—整圖變換—鍵盤輸入?yún)?shù)中,進(jìn)行旋轉(zhuǎn),為并設(shè)置相應(yīng)點(diǎn)參數(shù),加載到MapGIS解譯系統(tǒng)中的地質(zhì)圖中。
分別用Excel打開每一條緩沖區(qū)裁剪的dbf文件,另存為xls格式,放入一個(gè)文件夾中。
計(jì)算鉆孔揭穿點(diǎn)在剖面上的坐標(biāo):從解譯平臺(tái)中可以看出每一個(gè)在剖面上的鉆孔的坐標(biāo),可以由地質(zhì)圖上每一個(gè)鉆孔坐標(biāo)經(jīng)過計(jì)算得來(lái),其橫坐標(biāo)保持不變,只是縱坐標(biāo)發(fā)生變化。根據(jù)公式計(jì)算可得鉆孔揭穿點(diǎn)旋轉(zhuǎn)43°后的位置信息,這與先把鉆孔揭穿點(diǎn)導(dǎo)入MapGIS中在利用整圖變換功能旋轉(zhuǎn)本質(zhì)上是一樣的。得到MapGIS解譯文件中地質(zhì)圖上的坐標(biāo)之后,再根據(jù)以解譯平臺(tái)中0m標(biāo)高為基點(diǎn),加減每一個(gè)鉆孔揭穿點(diǎn)的高程,即可求得剖面上鉆孔揭穿點(diǎn)。
將鉆孔揭穿點(diǎn)導(dǎo)入解譯系統(tǒng)中并根據(jù)每一個(gè)鉆孔的巖性不同,將地質(zhì)揭穿點(diǎn)附上相應(yīng)的顏色和注釋。最終效果如圖4所示。
圖4 MapGIS綜合地質(zhì)–地球物理解譯平臺(tái)Fig.4 The interpretation section of geophysical-geological
從相山鈾礦田鄒家山重點(diǎn)勘查區(qū)AMT測(cè)線分布的地質(zhì)圖(圖1)來(lái)看,測(cè)線L1至測(cè)線L31地表出露的地質(zhì)單元主要是鵝湖嶺組二段過渡相(K1e2b)碎斑流紋巖,其中測(cè)線L10至測(cè)線L21地表出露的地質(zhì)單元由鵝湖嶺組二段過渡相(K1e2b)碎斑流紋巖向SE方向變?yōu)榈乇沓雎儿Z湖嶺組二段中心相(K1e2c)含花崗質(zhì)團(tuán)塊碎斑流紋巖[8]。測(cè)線L31至測(cè)線L55地表出露的地質(zhì)單元主要是鵝湖嶺組二段邊緣相(K1e2a)的含變質(zhì)巖角礫的碎斑熔巖、鵝湖嶺組二段過渡相(K1e2b)碎斑流紋巖以及鵝湖嶺組二段中心相(K1e2c)含花崗質(zhì)團(tuán)塊碎斑流紋巖,沿NW-SE方向依次分布;鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)內(nèi)出露地表的地質(zhì)單元還有少量的沙洲單元的粗斑二長(zhǎng)花崗斑巖或似斑狀微粒二長(zhǎng)花崗巖??辈閰^(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜,勘查區(qū)主要受到火山塌陷構(gòu)造以及斷裂構(gòu)造的聯(lián)合控制。其中斷裂構(gòu)造主要是蓋層區(qū)域性構(gòu)造:北東向構(gòu)造、北西向構(gòu)造以及近南北向構(gòu)造[9]。
本文僅以AMT測(cè)線中的1號(hào)線為示例,綜合解譯平臺(tái)中的區(qū)域地質(zhì)、物探剖面和鉆孔信息進(jìn)行綜合解譯并在平臺(tái)中畫出識(shí)別出的斷裂構(gòu)造以及地質(zhì)界線,并寫出詳細(xì)解譯結(jié)果。
根據(jù)L1線AMT綜合地球物理–地質(zhì)解譯圖,ZJS_ AMT_L1測(cè)線位于勘查區(qū)西南部,測(cè)線范圍內(nèi)地表出露的地質(zhì)單元主要是鵝湖嶺組二段過渡相(K1e2b)碎斑流紋巖。
在AMT反演剖面圖上,整體呈現(xiàn)“高—低—次高”兩層一帶式電性結(jié)構(gòu)的特征:深部偏高阻的地質(zhì)體,主要分布于-800m標(biāo)高以下,結(jié)合其高密度、低磁的特點(diǎn)[10],主體解釋為青白口系(Qb)變質(zhì)巖系。淺部高阻的地質(zhì)體,主要分布于-300m以上,是厚的似層狀K1e碎斑流紋巖的反映,厚度可達(dá)700m,剖面解釋圖中相應(yīng)的鉆孔揭穿點(diǎn)也揭示了這一情況。在K1e火山巖系與基底地質(zhì)單元之間,存在近乎連續(xù)的低阻帶,反映不整合界面及存在偏低阻的早白堊世打鼓頂組(K1d)流紋英安質(zhì)火山巖系[11],其厚度可達(dá)500m。在測(cè)線剖面400m附近有一明顯的低阻異常,結(jié)合地質(zhì)資料推斷此處為鄒家山—石洞(鄒石)斷裂;在測(cè)線剖面3000m附近有一明顯的電阻率變化異常帶,結(jié)合地質(zhì)資料推斷此處為北東向(FNE1)的斷裂。
解譯結(jié)果分為地質(zhì)界線解譯以及構(gòu)造解譯,以主流的三維地質(zhì)建模軟件GOCAD為例,把測(cè)線中的1號(hào)測(cè)線解譯結(jié)果中的地質(zhì)界線解譯文件導(dǎo)入軟件中。
為了驗(yàn)證導(dǎo)入的解譯文件位置的正確性,先將存于surfer軟件中的物探剖面以柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入。在Voxet菜單中,運(yùn)用“運(yùn)用角點(diǎn)坐標(biāo)校正圖像”功能對(duì)導(dǎo)入的圖片進(jìn)行校正,在“坐標(biāo)設(shè)置”對(duì)話框中分別輸入對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)坐標(biāo)值即可。
對(duì)MapGIS解譯線文件先做光滑處理并轉(zhuǎn)成Shapefile文件格式:Section中選擇線編輯—光滑線功能,插密距離設(shè)置為100m(與測(cè)線間距一致,MapGIS上參數(shù)為10),文件轉(zhuǎn)換—文件—裝入線—右擊復(fù)位窗口—輸出—輸出SHAPE文件。
GOCAD讀入Shapefile線文件并消除導(dǎo)入GOCAD平臺(tái)中的偏移值:File—import Objects—Cultural Data—ArcView Shape,然后點(diǎn)擊Curve模塊—Tools—Move—點(diǎn)選Translate,在此模式下移動(dòng)到測(cè)線起點(diǎn)坐標(biāo)。
放大解譯線文件:因?yàn)榻庾g平臺(tái)的比例尺為1:10000,所以要將導(dǎo)入的Shpfile格式的線文件放大10倍。選擇Curve模塊-Compute-on object,在主腳本位置處填寫代碼X=X-0+(X-X0)*10;Y=Y0+(Y-Y0)*10并點(diǎn)擊應(yīng)用。
繞X軸旋轉(zhuǎn)90°,再繞Z軸旋轉(zhuǎn)-43°。點(diǎn)擊Curve模式-Tools-Move,點(diǎn)選Translate,在此模式下的Angle對(duì)話框中填寫90,點(diǎn)擊Apply。再點(diǎn)選Rotate,再此模式下的Angle對(duì)話框中填寫-43,點(diǎn)擊OK。
這樣解譯結(jié)果就從二維的MapGIS解譯平臺(tái)導(dǎo)入三維地質(zhì)建模平臺(tái),參照AMT剖面圖像可以看到地質(zhì)界線解譯文件導(dǎo)入的位置與其在解譯平臺(tái)中的位置相貼合。依次導(dǎo)入所有剖面的地質(zhì)界線與斷層解譯文件,為面模型的建立做準(zhǔn)備。
面模型是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵,面模型建立的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到后續(xù)實(shí)體模型的成敗[12]。平臺(tái)的解釋結(jié)果作為建立鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)模型主要的建模數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。不同的解釋界線用來(lái)生成不同的地質(zhì)界面,各地質(zhì)界面建立之后,就可以再將面模型生成實(shí)體模型。生成的地質(zhì)界面主要包括:斷層構(gòu)造面、不整合面(Qb-K1)與組間界面(K1d-K1e)。
4.1 不整合面(Qb-K1)與組間界面(K1d-K1e)的構(gòu)建
本文要建立的地層面主要是不整合面(Qb-K1)與組間界面(K1d-K1e),這兩個(gè)地質(zhì)界面建立的依據(jù)是AMT剖面數(shù)據(jù)的解釋線(圖5)。將所有的解釋線導(dǎo)入到GOCAD系統(tǒng),首先通過Surface→New→From Curves→Several Curves生成一個(gè)面,然后進(jìn)行DSI插值,并進(jìn)行多次約束[13]。將面模型離散成點(diǎn)文件,然后在GOCAD工作流程中的Structural Modeling中作為地層面(Horizon)進(jìn)行建立不整合面(Qb-K1)與組間界面(K1d-K1e)模型。
圖5 AMT剖面解釋線Fig.5 Interperation line of AMT profle
通過AMT剖面解釋得到的鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)的不整合面(圖6),從中可以觀察到,該面的高程從NW到SE大致呈高低起伏狀態(tài),在NW高程為最高,即該處的基底的變質(zhì)巖(Qb)出露到地表。NW處的基底抬升較高,而在NE處基底則較低。
通過上述建面的過程,得到鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)組間界面(K1d-K1e)(圖7)。據(jù)此觀察得到,高程從NW到SE呈下降趨勢(shì),在NW處的高程較高,SE與NE向的高程較低,在重點(diǎn)勘查區(qū)NE向處的高程最低,界面的中間部分也出現(xiàn)有一些高低起伏的情況。
圖6 鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)不整合面模型(Qb-K1)Fig.6 Unconformity surface model of the key exploration area of Zoujiashan
圖7 鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)組間界面模型(K1d-K1e)Fig.7 Interblock interface model of the key exploration area of Zoujiashan
4.2 斷裂構(gòu)造面的構(gòu)建
同樣按照上述步驟得到F_NE、F_NE1、F_NW、F_SN這四條勘查區(qū)構(gòu)造面模型(圖8、圖9)。
通過對(duì)建立的面模型的觀察分析,并根據(jù)研究區(qū)近地表地質(zhì)、結(jié)合實(shí)測(cè)剖面圖和鉆孔編錄等資料,可以反過來(lái)對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行修改。也可以參照GOCAD平臺(tái)及其三維建模方法流程,進(jìn)一步建立研究區(qū)三維地質(zhì)實(shí)體模型,并可進(jìn)行深入的成礦分析與預(yù)測(cè)。
圖8 鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)構(gòu)造三維空間分布圖Fig.8 Fault-plane three dimensional spatial distribution of the key exploration area of Zoujiashan
圖9 鄒家山東重點(diǎn)勘查區(qū)面模型三維空間分布Fig.9 Surface model three dimensional spatial distribution of the key exploration area of Zoujiashan
本文采用MapGIS、Section和ArcGIS等軟件建立了一種高效便捷的地質(zhì)—地球物理綜合解譯平臺(tái),此平臺(tái)中集合了區(qū)域地質(zhì)、地球物理、鉆孔等多種信息,對(duì)最終的解譯結(jié)果進(jìn)行相互約束,確保解譯結(jié)果最大程度的正確性。以相山鈾礦田的鄒家山重點(diǎn)勘查區(qū)為例,選取其中的1號(hào)線在此解譯平臺(tái)中進(jìn)行解譯,詳細(xì)闡明解譯了結(jié)果,并把解譯結(jié)果成功導(dǎo)入了以GOCAD為代表性的三維建模軟件中,生成了面文件,為以后的三維地質(zhì)實(shí)體模型的建立打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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Foundation and application of an interpretation platform for geophysical and geological data in MapGIS and other software
DOU Fan-Fan, LIN Zi-Yu
(College of Earth Science, East China University of Technology, Jiangxi Nanchang 330013, China)
One of the goals of this work was to determine the advantages of the primary geophysical and geological software. Another was to build a MapGIS platform for geophysical and geological interpretation useful in revising geological maps, and for calculating and projecting geological drilling exposure points. Convenient and efficient information was provided about Zoujiashan of the Xiangshan Volcanic Basin. It is also important to include surface modeling within threedimensional geological models.
three-dimensional geological modeling; interpretation platform; surface modeling; information system
P208.2
A
2095-1329(2016)04-0096-05
10.3969/j.issn.2095-1329.2016.04.025
2016-10-26
2016-12-04
竇帆帆(1992-),男,碩士生,主要研究方向?yàn)槿S地質(zhì)建模與地學(xué)信息處理.
電子郵箱: 469255069@qq.com
聯(lián)系電話: 18305113393
中核集團(tuán)“龍燦工程”子課題:“相山火山盆地深部地質(zhì)—地球物理解譯與三維地質(zhì)建?!?
林子瑜(教授/研究生導(dǎo)師): zylin@ecit.edu.cn