趙洪波， 何遠信， 張俊嶺

(1.中國地質(zhì)大學〈北京〉，北京 100083； 2.北京探礦工程研究所,北京 100083； 3.中國科學院廣州地球化學研究所,廣東 廣州 510640)

0 引言

以鉆代槽技術(shù)是綠色勘查關(guān)鍵技術(shù)方法之一，是實現(xiàn)地質(zhì)勘查全過程的“綠色化”、“生態(tài)化”的重要途徑，對生態(tài)文明建設會起到積極的作用，是當前和今后綠色勘查的重要方向[1-5]。在開展“以鉆代槽”勘查方法可行性研究中，由于淺鉆鉆孔柱狀圖、二維地質(zhì)剖面圖使得地質(zhì)信息之間的相互關(guān)系和地質(zhì)約束性不明顯，不夠形象直觀，無法整體呈現(xiàn)工作區(qū)的三維地質(zhì)情況，不能動態(tài)提取產(chǎn)狀。通過三維鉆孔模型可以直觀驗證以鉆代槽的可行性，模擬地質(zhì)地層三維結(jié)構(gòu)，與原先槽探資料對比，可以用來驗證槽探與鉆探的一致性，主要包含3個方面：(1)樣品測試值空間分布曲線的一致性；(2)同等位置產(chǎn)狀對比的一致性；(3)同等測線剖面對比的一致性。

1 鉆孔數(shù)據(jù)特點

鉆孔數(shù)據(jù)是目前獲取地層信息的主要手段，與地質(zhì)平面圖和地質(zhì)剖面圖相比，鉆孔資料因其直觀、準確、詳細的特性在三維地層建模中具有至關(guān)重要的意義。鉆孔數(shù)據(jù)在空間上一般是散亂分布的?？傮w上說,鉆孔通常不規(guī)則地分布于研究區(qū)范圍內(nèi),鉆孔數(shù)據(jù)是空間上離散的三維數(shù)據(jù),各數(shù)據(jù)在空間位置的分布無規(guī)律可循。鉆探方法野外獲得的現(xiàn)場資料為鉆孔編錄數(shù)據(jù),它詳細記錄了孔號、鉆孔時間、鉆孔的位置(孔口坐標,用大地坐標記錄)、孔口高程、孔深及地層信息[6-7]。

基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模是指以鉆孔數(shù)據(jù)、地層巖性分析、樣品分析為依據(jù)，使用三維建模軟件擬合各鉆孔間未知區(qū)域形成的三維地質(zhì)模型。三維模型構(gòu)建需要注意的問題有：(1)如多個鉆孔揭露的地質(zhì)單元有穿插關(guān)系，部分鉆孔揭露的深度地質(zhì)信息不夠，在建模時，需要引入人工地質(zhì)推斷；(2)當構(gòu)造單元以破碎帶體的形式存在時，如破碎帶形狀比較特殊，則必須引入多一些鉆孔控制或交叉剖面人工推斷?；诓厶焦ぷ鹘⒌娜S地質(zhì)模型同樣存在上述兩個問題，但利用鉆孔數(shù)據(jù)，更加方便靈活。

2 三維地質(zhì)建模研究方法

為充分利用試驗區(qū)地質(zhì)資料，更好的支持“以鉆代槽”可行性研究工作，滿足動態(tài)切割剖面和提取產(chǎn)狀的要求，建立試驗區(qū)三維地質(zhì)模型。研究步驟如下：

(1)資料收集。系統(tǒng)收集兩個試驗區(qū)的地形地質(zhì)、物探、化探、剖面、鉆孔、科研報告等地質(zhì)資料，了解試驗區(qū)地質(zhì)規(guī)律。

(2)鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建庫工作。按照孔口表、測斜表、巖性表、樣品表等表格整理鉆孔資料，建立鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并基于Gocad軟件建立三維鉆孔模型。

(3)地質(zhì)剖面整理。對已有試驗區(qū)的地質(zhì)剖面利用Mapgis軟件進行整理，包括賦屬性、刪除無關(guān)要素、進行拓撲處理、1∶1縮放、二維仿射變換等工作，將已有剖面按不同巖性特征，放置于三維地質(zhì)空間。

(4)地質(zhì)剖面繪制。根據(jù)已知鉆孔空間分布及地質(zhì)體控制特征，結(jié)合試驗區(qū)三維地質(zhì)建模及以鉆代槽研究需要，補充繪制試驗區(qū)交叉剖面，實現(xiàn)對三維地質(zhì)體的準確控制。

(5)三維地質(zhì)建模。根據(jù)鉆孔、剖面、地質(zhì)地形圖等地質(zhì)資料，利用Gocad軟件建立試驗區(qū)三維地質(zhì)模型，滿足以鉆代槽提取產(chǎn)狀信息的需要。其技術(shù)路線見圖1。

3 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設

本次工作是基于野外施工所獲取的鉆孔數(shù)據(jù)中的地質(zhì)體分層信息，構(gòu)建其相應的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，滿足產(chǎn)狀提取、圖切剖面及體積計算的需要。通過在云南云龍縣漕澗錫礦區(qū)、海南東方市風塘嶺礦區(qū)兩個工作區(qū)開展淺鉆施工，獲取了詳細的鉆孔資料、地質(zhì)剖面[8-9]。選取云南試驗一區(qū)、試驗二區(qū)以及海南試驗一區(qū)(海南風塘嶺金礦區(qū)00號勘探線淺鉆地質(zhì)剖面區(qū))、海南試驗二區(qū)(TCF01槽探與淺鉆對比試驗區(qū))共4個試驗區(qū)的數(shù)據(jù)。所收集的鉆孔工程資料有30個，明細見表1。

圖1 基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模技術(shù)路線

表1 三維建模鉆孔資料匯總

通過對各試驗區(qū)鉆孔數(shù)據(jù)的清理，并按照Surpac地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建設要求，將其拆分成開孔坐標表、測斜表、巖性分析表和樣品分析表，然后將其導入到Surpac地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過反復檢查修正，最終建立云南、海南試驗區(qū)的三維鉆孔模型(見圖2～5)。

圖2 海南試驗一區(qū)三維鉆孔模型

圖3 海南試驗二區(qū)三維鉆孔模型

圖4 云南試驗一區(qū)三維鉆孔模型

圖5 云南試驗二區(qū)三維鉆孔模型

4 三維地質(zhì)建模步驟

首先，從鉆孔三維地質(zhì)模型中提取可用于建模的地質(zhì)體的分界點，用于構(gòu)建地質(zhì)體分界面DTM；其次，利用可描述地質(zhì)體分界面的點，在Surpac軟件中直接構(gòu)建其DTM面，該DTM面將來用于構(gòu)建三維實體模型；最后，構(gòu)建不同地質(zhì)體封閉的三維實體模型。參見圖6、圖7。

圖6 海南試驗一區(qū)和試驗二區(qū)三維地質(zhì)模型

圖7 云南試驗一區(qū)和試驗二區(qū)三維地質(zhì)模型

5 三維地質(zhì)建模在以鉆代槽的應用

5.1 可視化應用

5.1.1 三維鉆孔模型可視化

通過對以鉆代槽實施的淺鉆鉆孔開展三維地質(zhì)建模，利用符號化、三維標注等技術(shù)手段，可直接在三維空間中清晰、直觀、形象的展示鉆孔所包含的深度信息、地層信息、巖性信息、樣品測試分析信息等信息。在繪制孔界面中，可以對孔跡線風格、孔口風格、地質(zhì)圖案、標注、圖表、深部標記、視傾斜指示器進行設置，以不同風格顯示三維鉆孔模型。

5.1.2 三維地質(zhì)體可視化

可直接利用Surpac軟件打開地質(zhì)體的三維實體模型，通過符號化技術(shù)，賦予不同地質(zhì)體的外觀表現(xiàn)特征不同，可在三維空間內(nèi)直觀形象展示其地質(zhì)體的三維結(jié)構(gòu)特征，可以任何角度瀏覽三維地質(zhì)體，也可在一個窗口中以不同的視圖展示地質(zhì)體的不同特征(見圖8)。

圖8 不同視圖三維地質(zhì)模型展示

5.2 求解地質(zhì)產(chǎn)狀

加載一個地質(zhì)體的三維地質(zhì)模型，通過產(chǎn)狀提取小工具(圖9)，選中一個三角形，即可查看該三角形的傾向、傾角。

圖9 在工具欄上配載產(chǎn)狀提取工具

點擊工具欄上的產(chǎn)狀提取工具按鈕，然后按照提示選擇一個三角網(wǎng)面，即可查詢該三角形的產(chǎn)狀。參見圖10。

圖10 三角形產(chǎn)狀結(jié)果界面

5.3 快速繪制地質(zhì)剖面

在以上地質(zhì)體界面和地質(zhì)體模型的基礎(chǔ)上，生成任意方向的剖面圖。通過“實體模型—實體工具—創(chuàng)建剖面或由中線生成剖面”功能，可針對一個地質(zhì)體實體模型創(chuàng)建所需要的剖面。參見圖11～13。

圖11 剖面創(chuàng)建工具

圖12 定義軸線界面

圖13 生成好的組合剖面

5.4 模擬儲量計算

符合封閉原則要求的三維地質(zhì)模型的體積估算在Surpac軟件中是非常簡單的，也是進行礦產(chǎn)儲量計算的基礎(chǔ)性工作，其體積計算過程如圖14、15所示。

圖14 報告實體體積功能界面

圖15 三維實體體積求解結(jié)果

6 結(jié)語

通過三維地質(zhì)建模應用于以鉆代槽來解讀地質(zhì)體，進一步驗證了以鉆代槽的可行性與有效性，形成了以鉆代槽裝備及取樣工藝方法+鉆孔布設方法+三維地質(zhì)建模為主要特征的以鉆代槽勘查技術(shù)方法。采用淺鉆揭露的垂向地質(zhì)體信息豐富，形成的三維模型形象、直觀、易用；可以實現(xiàn)任意拉剖面，任意測量兩點距離、走向，三點傾向，間接快速求產(chǎn)狀；利用鉆孔樣品值，在三維空間內(nèi)約定地質(zhì)單元內(nèi)快速插值，可用于求儲量。