蘇學(xué)斌，祝曉彬，翁海成，張 宇，劉正邦，楊 蘊(yùn)，原 淵，周根茂，吳吉春，李宏星，劉雙民

(1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093；3.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100；4.中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

三維地質(zhì)建模是一種直觀地反映地表以下地質(zhì)條件的技術(shù)方法[1-2]，該方法通常采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、空間分析和預(yù)測(cè)等方法，在對(duì)地質(zhì)鉆探、測(cè)井、物探資料或者地質(zhì)結(jié)構(gòu)概念模型進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以真實(shí)感圖像的方式表達(dá)地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)過(guò)程，其已被廣泛運(yùn)用于礦床模擬及儲(chǔ)量計(jì)算[3]、地下空間規(guī)劃建設(shè)[4-5]、鐵路選址選線[6]等領(lǐng)域。

基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的地層建模和巖性建模是兩類典型的三維地質(zhì)建模方法[7-8]，其在最大限度地利用勘探資料的基礎(chǔ)上，考慮了巖性變量的空間變化特性，提高了地質(zhì)建模的精度。其中，地層建模方法是通過(guò)對(duì)原始鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行層序劃分，采用規(guī)則三角網(wǎng)模型創(chuàng)建地層界面，然后采用普通克里金(Ordinary Kriging，OK)插值方法生成地層模型[9-10]，其符合建模者對(duì)于地質(zhì)體成層性的認(rèn)識(shí)習(xí)慣，是構(gòu)建地層劃分清晰的地質(zhì)體三維模型的首選方式。巖性建模方法是按照鉆孔分布數(shù)據(jù)定義各巖性材料，并采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理[11-14]，如采用指示克里金(Indicator Kriging,IK)插值方法進(jìn)行空間插值，將鉆孔揭露的復(fù)雜地層巖性材料賦予每一個(gè)單元網(wǎng)格，從而生成巖性模型。巖性建模方法對(duì)于很難進(jìn)行層序劃分的鉆孔數(shù)據(jù)，可基于原始鉆孔數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成巖性材料的空間分布，而無(wú)需人工干預(yù)和數(shù)據(jù)解釋。對(duì)于礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、透鏡體大量發(fā)育、礦層與圍巖巖性交互發(fā)育的地層，單純使用地層建模方法很難劃分地層層序，而巖性建模方法難以刻畫(huà)地層的連續(xù)性，且在局部缺乏鉆孔資料時(shí)容易出現(xiàn)突變現(xiàn)象[15]。因此，本文融合地層建模和巖性建模方法的優(yōu)點(diǎn)，克服各自的不足，提出了一種地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法，用于提高實(shí)際含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的砂巖型鈾礦床復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的刻畫(huà)精度，為確定鈾礦地浸開(kāi)采位置、提高浸鈾生產(chǎn)效益提供技術(shù)支撐。

1 研究方法

本文結(jié)合地層建模與巖性建模方法提出了地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法[15]。該方法首先采用地層建模方法構(gòu)建礦區(qū)層序清晰的標(biāo)志地層(含水砂層的頂、底部穩(wěn)定隔水層)，并確定地質(zhì)模型標(biāo)志層架構(gòu)及分布范圍；然后采用巖性建模方法構(gòu)建具有復(fù)雜交互結(jié)構(gòu)的含水層及含礦砂層；最后將地層建模和巖性建模部分通過(guò)模型拼接，最終構(gòu)建砂巖型鈾礦床的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，其技術(shù)流程見(jiàn)圖1。

圖1 地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法的技術(shù)流程Fig.1 Technical process of 3D stratigraphic/lithologic coupling geological modeling

1.1 地層建模方法

地層建模方法將鉆孔中揭露的所有地層都當(dāng)作具有沉積先后關(guān)系的地層看待，將尖滅的地層看作厚度為零的地層，通過(guò)對(duì)原始鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行層序劃分，將整個(gè)地質(zhì)體中所有地層按照從上到下的層序表達(dá)出來(lái)[15]。如圖2所示的地質(zhì)體，將整個(gè)模型劃分為4個(gè)地層層序，分別為上部粉質(zhì)黏土(地層層序1)、砂土(地層層序2)、黏土透鏡體(地層層序3)和下部粉質(zhì)黏土(地層層序4)。在輸出模型時(shí)，地層層序2和地層層序3之間尖滅處用極薄的地層表示，來(lái)處理地層尖滅，實(shí)現(xiàn)與實(shí)際地層結(jié)構(gòu)的一致。

圖2 地層建模層序劃分Fig.2 Stratigraphic sequence for stratigraphic modeling

創(chuàng)建具有相同層序的地層界面，采用普通克里金插值方法構(gòu)建相應(yīng)的地層模型。普通克里金插值方法是應(yīng)用最廣泛的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模方法，適用于區(qū)域化隨機(jī)變量Z(x)滿足二階平穩(wěn)假設(shè)條件[14]。假設(shè)已知鉆孔點(diǎn)的地層信息為Z(x1)，Z(x2)，…，Z(xn)，鉆孔數(shù)據(jù)的半變異函數(shù)值的計(jì)算公式如下：

(1)

式中：h為xi點(diǎn)與xi+h點(diǎn)之間的距離；Nh為距離為h的鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)的個(gè)數(shù)。

普通克里金的估值公式為

(2)

式中:Z*(x0)表示在x0處的估計(jì)值；n為觀測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Z(xi)表示在xi處的觀測(cè)值；λi為分配給Z(xi)的權(quán)重。

根據(jù)普通克里金無(wú)偏估計(jì)和估計(jì)值誤差的方差最小這兩個(gè)假設(shè)條件，可推導(dǎo)出普通克里金的線性方程組：

(3)

式中：γij(i,j=1,2,…,n)為i位置的鉆孔數(shù)據(jù)與j位置的鉆孔數(shù)據(jù)之間的半變異函數(shù)值；λi(i=1,2,…,n)為分配給i位置鉆孔數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)；γij(xi,x0)(i=1,2,…,n)為i位置的鉆孔數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)點(diǎn)之間的半變異函數(shù)值；μ為拉格朗日常數(shù)。

1.2 巖性建模方法

采用地層建模方法能創(chuàng)建大部分的地質(zhì)模型，但是許多場(chǎng)地含有特殊的地質(zhì)構(gòu)造，如侵入巖、巖溶、褶皺等，以及復(fù)雜的沉積結(jié)構(gòu)，如多巖性交互沉積、透鏡體發(fā)育[16-19]。這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)難以對(duì)每個(gè)獨(dú)立巖性的地層進(jìn)行層序劃分，也就增加了地層建模的難度，復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of complex geological structure

對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以使用指示克里金插值方法進(jìn)行巖性建模。該方法基于大量的地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)可提供創(chuàng)建非常復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的能力，無(wú)需進(jìn)行層序劃分。對(duì)于像北方砂巖型鈾礦含礦含水層，由于其具有“泥-砂-泥”交互結(jié)構(gòu)和含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，多見(jiàn)不連續(xù)的薄層泥巖透鏡體，因此采用該方法可以更加客觀、準(zhǔn)確地刻畫(huà)其地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

指示克里金法是一種在不必去掉重要而實(shí)際存在的高值數(shù)據(jù)的條件下用來(lái)處理有特異值數(shù)據(jù)的插值方法，而且可給出在一定風(fēng)險(xiǎn)概率條件下未知量Z(x)的估計(jì)值及其空間分布，也是一種非參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[14]。指示克里金法是根據(jù)一系列的臨界值z(mì)，先對(duì)原始數(shù)據(jù)Z(x)按如下公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

(4)

然后對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值求變異函數(shù)并進(jìn)行克里金估值。在邊界品位z的條件下，隨機(jī)函數(shù)i(x,z)服從二項(xiàng)分布，其期望值為

E{i(x,z)}=Prob{Z(x)≤z}

(5)

變異函數(shù)為

=CI(0,z)-CI(h,z)

(6)

待估點(diǎn)的指示估計(jì)值可表示為

(7)

i*(x,z)的值介于0和1之間，表示為隨機(jī)變量Z(x)≤z的概率。

指示克里金方程組如下:

(8)

1.3 地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法

單獨(dú)采用這兩種建模方法都存在不可避免的缺點(diǎn)，其中地層建模方法難以對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地層進(jìn)行層序劃分；而巖性建模方法的分層較為模糊，難以刻畫(huà)地層的連續(xù)性，在局部缺乏鉆孔資料時(shí)容易出現(xiàn)突變現(xiàn)象。因此，為了精確地刻畫(huà)實(shí)際需要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可以將兩種建模方法相結(jié)合，構(gòu)建既能夠明確地層層序又可以描述巖性復(fù)雜性的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。該地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法適用于鉆孔數(shù)量豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜的大尺度三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建。

地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法的技術(shù)流程如圖1所示，地層建模和巖性建模過(guò)程均采用EVS(Earth Volumetric Studio)地質(zhì)建模軟件完成[20]。具體步驟如下：

(1) 根據(jù)鉆孔揭露的地層和巖性信息，確定研究區(qū)標(biāo)志層位，并基于巖性分布確定巖段劃分標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 對(duì)鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，針對(duì)地層建模部分，鉆孔數(shù)據(jù)包含了地質(zhì)解釋的層序地層層序信息，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GMF格式；針對(duì)巖性建模部分，鉆孔數(shù)據(jù)包含了巖性分段信息，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PGF格式，這兩種格式均能被EVS地質(zhì)建模軟件所識(shí)別[20]。

(3) 采用地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法構(gòu)建砂巖型鈾礦床的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。首先采用地層建模方法構(gòu)建具有層序關(guān)系的標(biāo)志層部分的地層模型；然后將地層建模方法構(gòu)建的巖層層面作為巖性建模的控制面，采用巖性建模方法構(gòu)建層面之間無(wú)明顯層序關(guān)系的復(fù)雜巖性體結(jié)構(gòu)模型。

(4) 采用現(xiàn)有的剖面地層數(shù)據(jù)對(duì)所建的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于刻畫(huà)精度不足的部分采用三維模型交互修改和虛擬鉆孔加密的方式進(jìn)行處理，分別創(chuàng)建/完成滿足精度要求的地層模型和巖性模型。

(5) 將步驟(4)構(gòu)建的地層模型和巖性模型，采用共用的層面進(jìn)行拼接，最終合成含鈾礦層綜合地質(zhì)體。

(6) 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的輸出，包括層面高程數(shù)據(jù)多格式輸出和三維可視化輸出。

2 實(shí)例應(yīng)用與分析

本文以我國(guó)北方中深部砂巖型鈾礦床含鈾砂體及其圍巖地層結(jié)構(gòu)為例，建立地層/巖性混合的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。該含礦含水層頂、底部分布有厚度穩(wěn)定且全區(qū)連續(xù)分布的紫紅色泥巖隔水層，頂、底板之間為具有可地浸砂巖型鈾礦特征的含礦砂體，具有復(fù)雜“泥-砂-泥”交互結(jié)構(gòu)和含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，多見(jiàn)不連續(xù)的薄層泥巖透鏡體。而單一的地層建模或巖性建模方法難以滿足對(duì)于此類地質(zhì)體的刻畫(huà)，故將本文提出的地層/巖性混合三維地質(zhì)建模方法應(yīng)用于該北方某大型砂巖型鈾礦床的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模實(shí)踐中，對(duì)比評(píng)價(jià)并驗(yàn)證該地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法刻畫(huà)含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的砂巖型鈾礦床復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效性和可靠性。

2.1 研究區(qū)地層概況

本次研究場(chǎng)地為北方某中深部砂巖型鈾礦床，根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔資料顯示該鈾礦區(qū)揭露的地層有第四系含水層、嫩江組和姚家組含水巖組，其中姚家組又可分為姚家組上段和姚家組下段。含水巖組頂、底板均存在礦區(qū)連續(xù)分布的穩(wěn)定隔水層，在含水層中賦存細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫砂巖、泥巖、粉質(zhì)砂巖，形成了復(fù)雜的非連續(xù)“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)的巖性分布，其中含鈾砂體非連續(xù)賦存其中。本文建模中將整個(gè)研究區(qū)域地層巖性概化為4類：含水層頂、底板穩(wěn)定隔水介質(zhì)(泥巖、粉砂質(zhì)泥巖)、含水介質(zhì)(細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫砂巖)、弱透水夾層介質(zhì)(泥巖、粉砂質(zhì)泥巖)和含鈾礦介質(zhì)(含水介質(zhì)中無(wú)鈣質(zhì)膠結(jié)且品位大于1‰的介質(zhì))。

該鈾礦區(qū)含鈾砂體為姚家組下段和姚家組上段含礦砂體，由于含礦砂體上下三層泥巖隔水層在區(qū)內(nèi)穩(wěn)定發(fā)育，故含礦砂體嚴(yán)格受泥巖隔水層控制。在鈾礦床勘查范圍內(nèi)，姚家組下段含礦砂體與姚家組上段含礦砂體的產(chǎn)狀相近，含礦砂體的走向總體為NE37°，傾向?yàn)镹W，傾角小于10°，見(jiàn)圖4。該含礦砂體沿走向產(chǎn)狀穩(wěn)定，砂體無(wú)大的起伏，但砂體厚度有所變化;此外，該含礦砂體在傾向上呈規(guī)律性變化，南東部含礦砂體產(chǎn)狀近于水平，局部向東緩傾，北西部含礦砂體向北西緩傾，向北西方向含礦砂體傾角略有增大。

2.2 三維地質(zhì)建模

2.2.1 標(biāo)志層層序劃分及巖段劃分標(biāo)準(zhǔn)

從該鈾礦區(qū)典型地層剖面示意圖(見(jiàn)圖4)可知，礦區(qū)從上到下各含水層頂、底板均存在連續(xù)且厚度穩(wěn)定的隔水層，具有明顯的沉積先后關(guān)系，同時(shí)由于第四系含水層中不存在含礦砂體，對(duì)于精確刻畫(huà)其地層結(jié)構(gòu)的意義不大，因此本次建模將礦區(qū)地層從上到下劃分為5個(gè)主要標(biāo)志層：第四系含水層、第四系底板/嫩江組頂板隔水層、嫩江組底板/姚家組上段頂板隔水層、姚家組上段底板/姚家組下段頂板隔水層、姚家組下段底板隔水層。其中，第四系底板/嫩江組頂板埋深主要為130～155 m，嫩江組底板/姚家組上段頂板埋深主要為160～180 m，姚家組上段底板/姚家組下段頂板埋深主要為250～260 m，姚家組下段底板埋深主要為300～350 m。

圖4 某鈾礦區(qū)典型地層剖面示意圖Fig.4 Typical section diagram of a uranium mining area

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)勘探鉆孔資料和標(biāo)準(zhǔn)地層剖面，將該鈾礦區(qū)巖性劃分為第四系松散含水介質(zhì)、嫩江組/姚家組砂巖型含水介質(zhì)、標(biāo)志層穩(wěn)定弱透水介質(zhì)、含水層相對(duì)弱透水夾層介質(zhì)和含礦介質(zhì)，共劃分了14種巖段，其中1為第四系松散含水介質(zhì)，11為含礦介質(zhì)，2～9及12～14為標(biāo)志層穩(wěn)定弱透水介質(zhì)、砂巖型含水介質(zhì)和含水層相對(duì)弱透水夾層介質(zhì)。地層中細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫砂巖概化為含水層，泥巖、粉質(zhì)砂巖概化為相對(duì)弱透水層，含鈾且發(fā)育在含水介質(zhì)中、無(wú)鈣質(zhì)膠結(jié)且品位大于1‰的地層概化為含鈾礦層，見(jiàn)圖5。

圖5 某鈾礦區(qū)鉆孔巖段劃分標(biāo)準(zhǔn)Fig.5 Division standard of borehole lithology section of a uranium mining area

2.2.2 地層/巖性混合的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建立

通過(guò)地層建模方法構(gòu)建礦區(qū)標(biāo)志層地層模型，包括第四系含水層和各含水巖組穩(wěn)定隔水層[(圖6(a)]；基于巖性建模方法，以地層模型中嫩江組頂板下層面與姚家組上段頂板上層面作為控制面，構(gòu)建嫩江組含水層的巖性模型[見(jiàn)圖6(b)]；以地層模型中姚家組上段頂板下層面與姚家組下段頂板上層面作為控制面，構(gòu)建姚家組上段含水層的巖性模型[見(jiàn)圖6(c)、(e)]；以地層模型中姚家組下段頂板下層面與姚家組下段底板上層面作為控制面，構(gòu)建姚家組下段含水層(含水介質(zhì)、弱透水介質(zhì)和含礦砂體)的巖性模型[見(jiàn)圖6(d)、(f)]。

該鈾礦區(qū)第四系和嫩江組頂部地層較為平緩，底部地層西深東淺，厚度西厚東薄(見(jiàn)圖6)；姚家組地層總體呈現(xiàn)由東向西傾斜，東西兩側(cè)地層較為平緩，而在中間地層出現(xiàn)陡傾的現(xiàn)象，而厚度較為均勻。該鈾礦區(qū)含礦段主要發(fā)育在姚家組上段，在姚家組下段也有部分發(fā)育，姚家組下段含礦段在礦區(qū)東側(cè)，主要發(fā)育在靠近姚家組下段頂部穩(wěn)定隔水層的位置，在礦區(qū)西側(cè)則在含水層的上、下均有發(fā)育。

圖6 某鈾礦區(qū)地層建模和巖性建模Fig.6 3D stratigraphic modeling and lithologic modeling of a uranium mining area

將地層模型與巖性模型通過(guò)共同的控制面進(jìn)行拼接與嵌合，最終生成多層含鈾礦層綜合地質(zhì)體，見(jiàn)圖7。

圖7 某鈾礦區(qū)地層/巖性混合的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型Fig.7 3D stratigraphic/lithologic coupling geological modeling of a uranium mining area

通過(guò)與鈾礦區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地層剖面進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，利用地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法生成的鈾礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型中的巖層與原有地層剖面中的地層情況基本吻合，模型很好地刻畫(huà)了礦區(qū)內(nèi)地層的傾向、厚度和埋深，說(shuō)明基于地層/巖性混合的建模方法構(gòu)建的砂巖型鈾礦床的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型基本滿足精度要求。然而，模型部分地層剖面的層厚具有一定的誤差，主要原因有地質(zhì)實(shí)體的自身空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、空間數(shù)據(jù)的不確定性、鉆孔數(shù)據(jù)的精度和密度、建模過(guò)程中插值方法的選用等。受到鉆孔資料的限制，該鈾礦區(qū)存在一定的鉆孔稀疏區(qū)，同時(shí)大多數(shù)鉆孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)未反映第四系地層，底部亦未揭穿整個(gè)姚家組下段含水層，未揭穿的部分可通過(guò)虛擬鉆孔和巖層厚度概化的形式加以控制，以提高模型刻畫(huà)精確度?？傮w上看，在垂直方向上姚家組含鈾礦層夾層厚度的模型刻畫(huà)精度達(dá)0.5 m，其他地層夾層厚度的模型刻畫(huà)精度達(dá)1.0 m。

2.3 模型對(duì)比分析

由于該鈾礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，若無(wú)法進(jìn)行正確的層序劃分，也就難以采用地層建模方法構(gòu)建礦區(qū)整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，因此本文采用巖性建模方法構(gòu)建了該鈾礦區(qū)完整的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型(見(jiàn)圖8)，并與地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法構(gòu)建的礦區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)并驗(yàn)證地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法的可靠性和適用性。

圖8 某鈾礦區(qū)巖性建模結(jié)果Fig.8 Result of lithologic modeling of a uranium mining area

本文分別選取巖性模型(圖8)和地層/巖性混合模型(圖7)中一個(gè)地層剖面與標(biāo)準(zhǔn)地層剖面進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)圖9。

由圖9可見(jiàn)，單獨(dú)使用巖性建模方法得到的鈾礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，其地層連續(xù)性與平滑度都較差，突變現(xiàn)象較多；利用本文建立的地層/巖性混合三維地質(zhì)建模方法得到的鈾礦區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型在輪廓、地層層序和巖性分布等方面與實(shí)際地層的相似性更高，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的突變現(xiàn)象，且在地層連續(xù)性上更接近于真實(shí)情況。

圖9 某鈾礦區(qū)地層剖面對(duì)比圖Fig.9 Contrast of geological section map of a uranium mining area

為了驗(yàn)證地層/巖性混合三維地質(zhì)建模方法的有效性，需要對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本文從所有鉆孔中抽取5%的鉆孔(42個(gè))作為驗(yàn)證樣本，剩余鉆孔(794個(gè))構(gòu)建模型，分別以嫩江組含水層、姚家組上段頂板、姚家組下段頂板和含礦砂體為例，對(duì)巖性建模方法和地層/巖性混合建模方法對(duì)該鈾礦區(qū)地層厚度的刻畫(huà)精度進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，其驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1。驗(yàn)證指標(biāo)選取地層厚度的平均相對(duì)誤差(RE)和均方根誤差(RMSE)，具體計(jì)算公式如下：

表1 巖性建模和地層/巖性混合建模方法對(duì)鈾礦區(qū)地層厚度的刻畫(huà)精度驗(yàn)證Table 1 Accuracy verification of lithologic modeling andstratigraphic/lithologic coupling geologicalmodeling

(9)

(10)

式中：C為計(jì)算地層厚度(m)；O為鉆孔實(shí)測(cè)地層厚度(m)；n為驗(yàn)證鉆孔總數(shù)(個(gè))。

由表1可知，地層/巖性混合建模方法對(duì)該鈾礦區(qū)地層厚度的刻畫(huà)精度明顯優(yōu)于單純使用巖性建模方法；與巖性建模方法相比，地層/巖性混合建模方法中地層厚度的平均相對(duì)誤差降低了2.89%～4.72%，均方根誤差降低了1.82～2.77 m，表明地層/巖性混合建模方法對(duì)地層厚度的刻畫(huà)更加接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，且刻畫(huà)精度優(yōu)于單純使用巖性建模方法，從而驗(yàn)證了該混合建模方法的可靠性和有效性。

3 結(jié) 論

本文提出了一種地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法，用于構(gòu)建北方某大型砂巖型鈾礦床的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)多源數(shù)據(jù)的交叉驗(yàn)證，并與巖性建模方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得到主要結(jié)論如下：

(1) 地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法繼承了地層建模和巖性建模方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了單純使用地層建模方法很難劃分復(fù)雜地層層序、巖性建模方法難以刻畫(huà)地層的連續(xù)性且在局部缺乏鉆孔資料時(shí)容易出現(xiàn)突變現(xiàn)象等缺點(diǎn)。

(2) 地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法生成的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型在輪廓、地層層序和巖性分布等方面與實(shí)際地層基本吻合，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的突變現(xiàn)象，且在地層連續(xù)性上更接近于真實(shí)情況。

(3) 地層/巖性混合建模方法對(duì)地層厚度的刻畫(huà)精度優(yōu)于單純使用巖性建模方法，與巖性建模方法相比，地層/巖性混合建模方法中地層厚度的相對(duì)誤差降低了2.89%～4.72%，均方根誤差降低了1.82～2.77 m。

(4) 地層/巖性混合的三維地質(zhì)建模方法可用于刻畫(huà)“泥-砂-泥”交互結(jié)構(gòu)和含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的砂巖型鈾礦床的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)。