趙義來, Alison Ord, 湯靜如, 胡榮國, 楊啟軍,汪勁草, 王本達

基于地表數(shù)據(jù)及產狀數(shù)據(jù)的交切斷層建模方法研究

趙義來1, 2, 3, Alison Ord3, 湯靜如1, 2, 胡榮國1, 2, 楊啟軍1,汪勁草1, 王本達4

(1. 桂林理工大學 地球科學學院, 廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室, 廣西 桂林 541004; 2. 桂林理工大學, 有色金屬礦產勘查與資源高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心, 廣西 桂林 541004; 3. Centre for ExplorationTargeting, School of Earth Sciences, University of Western Australia, Perth, WA 6009, Australia; 4. 中國有色集團(廣西)平桂飛碟股份有限公司, 廣西 賀州 542800)

三維地質建模是地質研究的有力工具, 斷層的三維建模比其他地質體建模具有更大的難度, 其中一個主要難題是交切斷層切割關系的處理。本文以廣西珊瑚礦田為例, 探討了基于地表數(shù)據(jù)和產狀數(shù)據(jù)的交切斷層建模方法, 采用地表斷層線?剖面斷層軌跡?系列斷層線?斷層面的技術路線進行切割斷層建模, 采用初始斷層面?斷后約束條件?交切處理?約束插值的技術路線進行被切割斷層的建模, 并與其他建模方法的建模效果進行對比和討論。最終形成了如下建模方法: ①以旋轉法求取部分切割斷層的錯開部位約束, 以平移法求取完全切割斷層的錯開部位約束; 以斷層錯開部位約束、地表斷層線約束及斷層面邊界約束為控制條件, 進行斷層面DSI插值, 實現(xiàn)斷層錯動; ②局部法建模、分段斷層線的平移連接及過度追求完全切割關系建模可能分別引起斷層面延展可控性差、斷面整體偏移誤差及沿走向過度延伸問題, 與地質事實相悖, 故本文優(yōu)選采用了整體法建模、順延連接分段斷層線及遵從原有切割關系的處理方法, 獲得了較好的建模效果。

三維地質建模; 交切斷層; 部分切割; 約束插值; 珊瑚礦田

0 引 言

三維地質建模是地學研究的有力工具, 所建模型可服務于地質體空間關系分析(Zanchi et al., 2009)、地質屬性分析(賈卓等, 2021)、地質過程數(shù)值模擬(Zou et al., 2019)等研究。不同的研究具有不同的建模目標: 地質體空間關系分析需要進行幾何建模; 地質屬性分析和地質過程數(shù)值模擬需要進行屬性建模。從模型類型來看(吳立新等, 2003): 幾何建模多建立曲面模型; 屬性建模則需建立網格模型; 網格模型一般是在曲面模型的基礎上建立實體模型, 再對實體模型進行剖分得到的?？梢? 幾何建模在三維地質建模工作中處于基礎性地位, 模型質量的好壞不僅會影響后續(xù)網格模型質量, 也影響研究結論的可信度。

斷層是一類常見的建模對象, 因其切割其他地質體, 控制研究區(qū)的構造格架, 而且還記錄構造演化信息, 因此, 斷層的建模效果對模型質量有重要影響。從斷層建模的總體思路來看, 其建模方法可分為整體法和局部法(朱良峰和潘信, 2008)。整體法(Wu et al., 2005; 熊天鶴和袁紅旗, 2018)基于對斷盤標志層的恢復進行建模, 通過對研究區(qū)構造發(fā)育歷史進行反演, 得出初始未錯斷的地質模型, 再通過正演計算構造運動造成的地層或斷層面的位移或應變, 該建模過程從地質成因視角出發(fā), 所建模型更符合地質過程和地質規(guī)律。局部法(Wu and Xu, 2003; 王統(tǒng)等, 2020)是基于分區(qū)插值的斷層建模技術, 對被錯斷的地質體分別建模, 最終形成研究區(qū)的整體模型, 因該方法進行模型分塊處理, 具有較高的靈活性, 但在數(shù)據(jù)不足的情況下, 各曲面、塊體相接部位會出現(xiàn)與地質事實不符的情況, 須在各斷層模型完成后及時檢查、修正被切割地質體的對應情況。

在建模的具體實現(xiàn)上, 包括人機交互建模和自動化建模兩種方式。隨著技術和算法的進步, 自動化建模的程度不斷提高, 尤其在構造簡單區(qū)的應用更為廣泛, 所采用的算法包括序貫高斯模擬(sequential gaussian simulation)及等值面提取(Cherpeau et al., 2010)、斷層表達式法(孫勁光和高天鵬, 2016)、方向包圍盒(oriented bounding box, OBB)碰撞檢測法(張慧等, 2018)、Hermite徑向基函數(shù)(HRBF)法和二叉樹結構法(鄒艷紅等, 2020)等。對于構造復雜區(qū), 則需要依據(jù)地質知識不斷進行判斷和干預, 以及時修正建模方向, 確保地質合理性, 因此人機交互建模仍是不可或缺的手段, Duvinage (2000)通過刪除及重繪多邊形線段, 對建模過程中生成的斷層多邊形進行人機交互修正, 以避免網絡空洞及畸變的產生; Tertois and Mallet (2007)探討了有新數(shù)據(jù)加入時斷層位置的調整方法, 通過人工拖動斷層控制點至更新位置, 再自動計算控制點的變形矢量, 并通過離散光滑插值(DSI)對鄰近節(jié)點的變形矢量進行調整, 實現(xiàn)模型網格的局部修改; Guo et al. (2018)基于HRBF方法進行斷層及地質界面建模, 其中原始數(shù)據(jù)的輸入采用了手動描繪和自動獲取兩種方式, 提高了對建模過程的監(jiān)控和地質知識的融入度。

相較于其他地質體建模, 斷層建模具有更大的難度, 表現(xiàn)在對部分切割關系的處理, 即兩盤標志層的建模。如果標志層被完全錯開, 建模難度相對較小, 可用局部法對兩盤標志層分別建模, 并將其約束至斷層面; 也可采用整體法先對錯斷前的標志層恢復、建模, 再用斷層截切、平移, 實現(xiàn)錯動。若標志層被部分切割、錯開, 其錯開距離由開裂點向斷層內部逐漸增大, 不能簡單以某個滑距值對兩盤進行平移處理, 而應從標志層開裂點到它在斷層內的尖滅點進行滑距插值, 從而建立部分切割關系。

斷層建模的難度還表現(xiàn)在其深部位置數(shù)據(jù)和產狀數(shù)據(jù)獲取困難, 導致斷層的延伸/延深與尖滅情況難以確定。對于這一問題, 有研究者對斷層進行簡化處理, 方法有三種(Hoffman et al., 2007): ①將斷層依趨勢延伸/延深至模型邊界, 便于處理斷層與地層、斷層與斷層的截切問題; ②對于同傾向斷層, 減小斷層延深量, 以避免交切; ③對于反傾向斷層, 在相交無法避免的情況下, 移動或移走個別斷層。也有研究者通過對斷層延伸規(guī)模、位移量、剖面幾何特征、標志層幾何特征的研究, 由已知參數(shù)推斷未知參數(shù), 進行斷層建模(Gillespie et al., 1992; Galera et al., 2003; 宋忠航等, 2015; 劉光偉等, 2018)。若將地質模型用于數(shù)值模擬, 一種常見的處理方法是在尊重基本地質事實的前提下, 將模型進行適當簡化, 以使研究工作聚焦于所關注的地質因素及過程, 并在一定程度上降低建模難度。

針對以上難點, 本文以廣西珊瑚礦田為例, 探討基于地表數(shù)據(jù)和產狀數(shù)據(jù)的交切斷層建模方法, 通過人機交互進行曲面建模, 并對局部法與整體法建模、部分切割關系插值、斷層的延伸/延深推斷等方面進行了建模試驗與討論, 以期為斷層三維地質建模工作提供思路和參考。

1 地質背景

珊瑚礦田位于桂東北富賀鐘成礦帶中部, 是我國重要的鎢錫礦生產基地。礦田內出露地層主要為泥盆系, 是礦區(qū)原生鎢錫賦礦地層。區(qū)內出露巖漿巖為鹽田嶺花崗巖巖株, 據(jù)推測, 長營嶺和松宮兩處存在隱伏花崗巖體(宋慈安, 2001)。礦田內發(fā)育斷裂及褶皺構造, 其中斷裂是重要的構造類型, 控制該區(qū)的構造格架及主要礦化產出。主干斷層F1和F3將該區(qū)分割為西區(qū)EW向褶皺帶、中區(qū)NE向擠壓帶和東區(qū)SN向褶皺帶(圖1)。中區(qū)發(fā)育NE向及NW向斷裂, 形成網狀構造格局, 控制了礦田主要礦化類型鎢錫石英脈型礦體的產出; 西區(qū)和東區(qū)產出(近)EW向、(近)SN向、NE向和NW向斷裂; 礦田內斷裂具有多期活動特征并互有切割, 從現(xiàn)今所展現(xiàn)的交切關系來看, 具有(近)EW向/NW向斷裂切割NE向斷裂, NE向斷裂切割(近)SN向斷裂的特點。

2 斷層特征及復雜性

本文所建曲面模型擬服務于礦田網格建模及成礦過程數(shù)值模擬, 因此, 建立成礦模擬起算時刻的模型, 而非現(xiàn)今所見地質模型。珊瑚礦田主成礦作用發(fā)生在100.2～102.7 Ma(Li et al., 2015; Zhang et al., 2020), 成礦起算時刻取K1末期, 此時該區(qū)受NWW-SEE向拉張應力場控制(韋昌山等, 1993; 舒良樹, 2012; Wang and Shu, 2012; Mao et al., 2013; 舒良樹等, 2020),出于數(shù)值計算邊界條件施加的需要, 將模型長軸設為120°方向。

2.1 斷層切割層位

下文主要以中區(qū)NE向、NW向斷層為例進行建模方法探討。據(jù)桂林礦產地質研究院(2008)關于本礦區(qū)的地質資料, 區(qū)內斷層一般切入下泥盆統(tǒng)蓮花山組(D1), 西區(qū)SN向陡傾斷層則切入寒武系。向淺部, NE向、NW向斷層主要形成于燕山早期, 至成礦起算時刻, 侏羅系已經沉積, 并被NE向、NW向斷層切割, 之后下白堊統(tǒng)(K1)基本完成沉積, 相關文獻、資料未顯示NE向、NW向斷層具有同沉積斷層的特征, 故認為其不切割K1。

2.2 斷層性質及交切關系

中區(qū)斷層現(xiàn)今表現(xiàn)的切割關系為NW向斷層切割NE向斷層, 并呈左行錯動, 根據(jù)兩組斷層的產狀特征推斷, NW向斷層總體表現(xiàn)為張性, 即正向錯動, 模型中, 須在現(xiàn)今關系的基礎上移除喜山期SN向壓應力場及燕山晚期NWW-SEE向弧后伸展的影響。喜山期作用下, NW向斷層和NE向斷層均為壓剪性; 燕山晚期, 應力場對NW向斷層影響不大(2與斷層走向垂直), NE向斷層則呈張性, 消除上述兩期作用的影響后, 成礦起算時刻, NW向斷層仍為張剪性, 而NE向斷層很大可能為壓剪性(兩期構造運動的影響相反, 而度量尚未知), 其性質與現(xiàn)今觀察一致, 故沿用這一關系進行成礦起算時刻建模?；谏鲜龇治? 建立該區(qū)典型剖面的概念模型(圖2)。

3 交切斷層三維建模

交切斷層建模流程見圖3, 包括斷層線的編輯與提取、切割斷層建模和被切割斷層建模3個步驟, 各步驟的詳細方法介紹如下。

圖3 基于地表數(shù)據(jù)及產狀數(shù)據(jù)的交切斷層建模過程

3.1 斷層線的編輯與提取

以地表數(shù)據(jù)及產狀數(shù)據(jù)作為斷層建模數(shù)據(jù)來源, 地表數(shù)據(jù)為斷層在地表的出露跡線, 產狀數(shù)據(jù)為斷層在地表及坑道出露的傾向、傾角, 未獲得數(shù)據(jù)的斷層參照同組斷層數(shù)據(jù)進行建模。斷層跡線數(shù)據(jù)見圖1, 產狀數(shù)據(jù)見表1。

表1 珊瑚礦田主要斷層產狀數(shù)據(jù)

斷層線的編輯與提取在AutoCAD中完成。在不影響地層單元劃分的前提下, 將同方向的多條斷層適當進行刪除、簡化。NE向斷層線被NW向斷層錯斷, 對其進行順延聯(lián)結, 恢復至斷前狀態(tài), 具體做法是: 將兩盤斷點回縮、相連, 回縮量各取滑距的1/2, 調整斷點鄰近節(jié)點, 使聯(lián)結后的斷層線平滑; NW向斷層線未被錯斷, 直接提取使用。

3.2 切割斷層建模

斷層線提取后, 建立斷層曲面模型, 在GOCAD平臺進行曲面建模。GOCAD是一款主要用于油藏、地質、地球物理等領域的三維地質建模軟件, 它基于離散光滑插值(DSI)技術, 以工作流程為核心, 可以完成點、線、面、體的全方位建模; 軟件采用了對不規(guī)則地質體適應能力很強的三角剖分和四面體剖分技術, 尤其適用于建立各種復雜地質體的三維模型。

首先對切割斷層建模, 本文所述“切割斷層”是指切割其他斷層的斷層, 即NW向斷層。在與斷層總體走向垂直的方向建立剖面, 在剖面中, 基于地表斷層線及產狀數(shù)據(jù)繪制斷層軌跡; 基于前述斷層切割層位的推斷, 將斷層軌跡沿傾向平滑順延; 在剖面斷層軌跡約束下, 將地表斷層線復制到不同標高, 得到系列斷層線。

將斷層線導入到GOCAD軟件, 采用斷面?不規(guī)則三角網(Section-TIN)法建立斷層曲面模型(圖4), 該方法以連續(xù)平、剖面圖上的曲線節(jié)點為數(shù)據(jù)源, 按照一定的插點層數(shù)對曲線間的空白區(qū)域進行不規(guī)則三角面剖分, 從而獲得地質體曲面模型(吳立新等, 2003)。曲面三角網尺寸受線上節(jié)點間距及線間插點層數(shù)控制, 本文主要關注斷層的曲面建模及交切處理方法, 故節(jié)點間距沿用原始數(shù)據(jù), 線間插點層數(shù)采用默認設置, 未做調整。在后續(xù)基于曲面模型的網格模型建模中, 再對整個模型進行拓撲一致性檢驗、節(jié)點調整(網格尺寸控制)及模型二次重構。

(a) 剖面斷層軌跡, 灰色面為地表面, 加粗紅線為NW向斷層地表跡線; (b) 系列斷層線, 為便于觀察, 消隱了除NW向斷層外的其他地表斷層線; (c) 斷層曲面模型, 向NW看; (d) 斷層曲面模型, 向W看, 為了便于觀察, 消隱了其余3條斷層。

3.3 被切割斷層建模

被切割斷層, 即NE向斷層, 建模的技術難點在于錯動關系的表達, 通過多種方法的對比試驗, 本文基于整體法建模思路, 采用建立初始斷層面?求取斷后約束條件?交切處理?約束插值的技術路線進行建模, 下文以F5斷層為例, 進行闡述。

(1) 建立初始斷層面。NE向斷層建模與NW向斷層建模方法類似, 基于地表斷層線及前述典型剖面概念模型, 以Section-TIN法建立F5的初始斷層面, 此時斷層面為完整曲面, 未被NW向斷層切割。通過三維場景觀察可知, NW向斷層對F5的切割關系分為完全切割(F8)和部分切割(F27、F17、F49), 以下將對兩種情況分別求取斷后約束條件。

(2) 求取斷后約束條件。約束條件包括3類: 斷層錯開部位約束、地表斷層線約束及斷層面邊界約束, 將其用于F5初始斷層面插值, 作用在于實現(xiàn)斷層面交切錯動, 將斷層面擬合至原始數(shù)據(jù), 以及避免曲面邊界畸變的發(fā)生。

斷層錯開部位約束控制斷層錯動后兩盤開裂面的最終位置。對于部分切割關系, 以F5被F17切割為例, 如圖5所示, AOB為斷層F5的初始剖面軌跡, F5被F17切割, O為開裂點, OB段被錯動為OC和OD兩部分, C′、D′分別為OC、OD與現(xiàn)今地表的交點。B點的錯動過程包含沿F17走向和傾向的位移, 因此斷后約束OC和OD的求取可通過斷層面F5沿O點(空間上為一直線, 本文取F5過O點的走向線)的旋轉來實現(xiàn)。參照地表斷層線的錯動位置, 將F5分別旋轉至過C′及D′點, 求取F5與F17的交線, 得到F5開裂部位的斷后約束。對于完全切割關系(被F8切割), 依地表所示錯動量(滑距), 將F5初始斷層面分別平移至兩盤錯動后的位置, 并提取其與切割斷層(F8)的交線, 即為所求約束(圖6)。

圖5 斷層部分切割關系示意圖(觀察視角平行于F5走向線)

(a) 俯視圖; (b) F5與F8交切關系, F5a和F5b分別為斷層F5平移后的曲面位置。觀察框水平剖切至地表高度。

由于對NE向斷層線進行了斷點順延聯(lián)結,對其鄰近節(jié)點進行了位置修改編輯, 斷層面在上述位置偏離建模數(shù)據(jù), 地表斷層線約束的作用是在插值處理中將斷層面擬合回原始建模數(shù)據(jù), 消除誤差。故提取F5的地表分段斷層線, 作為約束條件之一。

斷層面邊界約束的目的是保證曲面插值過程中其邊界不發(fā)生畸變。沿斷層邊界施加法向約束, 使邊界節(jié)點在插值中僅沿斷層面法向移動, 以避免面網邊界塌陷; 又因初始斷層面的邊界是基于地表數(shù)據(jù)延伸推斷而來的, 無須將其完全約束, 僅沿法向移動為插值提供了更為靈活的選擇, 可避免多維度約束下插值導致的面網拓撲錯誤。

(3) 交切處理。之所以先提取約束, 再進行交切處理, 是因為交切操作會增加斷層開裂部位節(jié)點數(shù), 若在此基礎上提取約束條件, 將使約束點大量增加, 不僅對控制斷層面的錯動意義不大, 且易于在插值過程造成拓撲錯誤。以4條NW向斷層對F5進行交切處理, 獲得相應開裂面, 每個開裂面為斷層面新增兩條邊界, 邊界兩兩重合, 尚未錯動。

(4) 約束插值。將上述約束條件以控制節(jié)點的形式施加至斷層面, 各約束條件與斷層面的關系如圖7所示。進行約束下曲面插值, 插值方法選用GOCAD內置的離散光滑插值(DSI)技術, 該技術最早由Mallet (1992)提出, 它是根據(jù)約束條件所提供的某些點的目標位置, 在這些點的一定鄰域內, 通過解線性方程組求取待插值點的空間位置, 且插值過程中使全局粗糙度和約束違反度具有最小值。因此, 離散光滑插值生成的曲面既能準確地擬合約束, 又能有效地控制網格畸變, 對于地質體建模有很強的適應性。通過插值實現(xiàn)錯動, 完成交切斷層建模(圖8、9)。

圖中僅顯示一條NW向斷層F8, 以示其與F5斷層及約束條件的位置關系; 為便于觀察, 消隱了斷層面三角網, F5曲面設置為半透明。

通過插值, 實現(xiàn)了各開裂面的錯動; 顯示了F5曲面的三角網, 以示約束條件對三角網及節(jié)點的控制作用; 圖中僅顯示一條NW向斷層F8, 并設為半透明, 以便于觀察; 各約束條件的說明同圖7。

(a) 向NE看; (b) 俯視, 建模結果顯示了不同方向斷層的切割關系, 并完全吻合原始建模數(shù)據(jù)(地表斷層線)。

4 討 論

除了上述優(yōu)選建模方法, 本文還嘗試使用了其他方法進行建模, 用來對比討論。

4.1 局部法與整體法建模對比

局部法建模是采用分段建模的思路建立F5各段斷層曲面模型, 通過直接提取平面各段斷層線, 分別生成其系列剖面線, 以Section-TIN法建立各段斷層面, 再以NW斷層為邊界, 對各段斷層面進行延伸或剪切處理, 使之限定在對應的斷盤內。

通過試驗認為, 該方法在延伸處理環(huán)節(jié)存在可控性差的問題。因為分段斷層面是按照各段的走向趨勢進行延伸的, 若斷層走向在相鄰斷盤發(fā)生反轉, 建模結果無法表達這一特征(圖10); 另外, 在剖面上也會引起相鄰盤斷層面的錯動關系與地質事實不甚相符, 如淺部右行錯動、深部左行錯動(圖11)。欲提高斷面延展的可控性, 須將相鄰盤的斷層線設置為約束條件進行插值修正。相比之下, 將各段斷層線先行連接, 以整體法建模, 再進行剪切、錯動是一個相對高效且符合地質規(guī)律的做法。

(a) 局部法建模, 斷層沿走向延伸后與相鄰斷盤數(shù)據(jù)不甚相符; (b) 整體法建模, 斷層面與建模數(shù)據(jù)吻合度高。觀察框水平剖切至地表高度。

F5(NE)為斷層F5北東段, F5(SW)為斷層F5南西段, 白色線為斷層F5與F8交線, 向NE看。

4.2 斷層線平移連接與順延連接對比

進行整體法建模, 需要對地表斷層線進行連接, 前文采用了順延連接, 茲討論平移連接方法及其建模效果。以F5斷層為例, 該斷層由北向南被NW向斷層切割為5段, 記為a、b、c、d、e; 保持c段位置不變, b、a段依次向SE平移, d、e段依次向NW平移, 與c段連接, 得F5完整斷層線; 生成系列斷層線, 建立初始斷層面, 求取斷后約束條件, 交切處理及約束插值, 建立模型。

通過對比, 認為該方法存在斷層面整體偏移誤差, 通過約束插值仍然無法消除。雖然借助地表斷層線約束, 可將地表位置的曲面插值擬合至原始數(shù)據(jù), 但在其他高程上, 斷層面仍然存在整體偏移, 即F5的南西段向NW偏, 北東段向SE偏(圖12)。該誤差源自各段地表斷層線平移, 并傳導至系列斷層線和斷層曲面。而順延連接方法對F5斷層線的修改僅限于各段斷點及其附近節(jié)點, 并可通過約束插值進行消除, 建模效果較好。

黃色面為斷層線順延連接所建模型, 藍色面為斷層線平移連接所建模型, 紅色線為地表斷層線。

4.3 斷層面完全切割與部分切割對比

建模過程中, 依產狀將地表斷層線沿傾向延伸、建模, 常導致地表未交切斷層在其他高程發(fā)生交切, 形成部分切割關系, 這一現(xiàn)象在緩至中等傾斜斷層區(qū)的表現(xiàn)尤為明顯。因部分切割關系的建模具有難度, 簡化起見, 嘗試將切割斷層沿走向順延, 形成完全切割。通過與原始建模數(shù)據(jù)對比, 認為斷層曲面存在過度延伸問題(圖13), 不難推斷, 對于多組斷層建模, 此方法會造成不同方向斷層的“攀比式”順延, 導致所有切割斷層均延伸至模型邊界, 大大背離原始建模數(shù)據(jù)?？梢? 斷層建模中, 部分切割關系往往不可避免, 應遵從地質事實開展建模工作; 若須將斷層面沿走向延伸, 則應基于斷層規(guī)模、標志層特征、位移量等參數(shù)的研究認識, 慎重進行。

(a) NW向斷層對NE向斷層的完全切割, 向北東平視; (b) NW向斷層面與地表斷層線的對比, 斷層面大大超出地表斷層線。觀察框水平剖切至地表。

此外, GOCAD軟件自帶的構造建模工作流(workflow)功能具有交互性好、建模精度高等特點, 對于交切斷層等復雜地質體建模具有借鑒意義。

5 結論及展望

本文以廣西珊瑚礦田為例, 探討了基于地表數(shù)據(jù)和產狀數(shù)據(jù)的交切斷層建模方法, 通過對關鍵環(huán)節(jié)的不同建模方法的對比試驗研究, 形成了如下認識:

(1) 采用地表斷層線?剖面斷層軌跡?系列斷層線?斷層面的路線進行切割斷層建模; 在切割斷層建模路線的基礎上, 采用建立初始斷層面?求取斷后約束條件?交切處理?約束插值的路線進行被切割斷層建模。

(2) 在斷后約束條件的求取上, 以旋轉法求取部分切割斷層的錯開部位約束, 以平移法求取完全切割斷層的錯開部位約束; 約束插值方面, 以斷層錯開部位約束、地表斷層線約束及斷層面邊界約束為控制條件, 進行斷層面DSI插值, 實現(xiàn)斷層錯動。

(3) 通過對比建模試驗認為, 局部法建模存在斷層走向延伸可控性差的問題, 分段斷層線的平移連接會引起斷層面的整體偏移誤差, 過度追求完全切割關系建模將導致斷層沿走向的過度延伸, 因此, 在上述三個關鍵環(huán)節(jié)上, 本文優(yōu)選整體法建模、分段斷層線的順延連接及遵從原有切割關系的建模處理方法。

(4) 本文通過人機交互的方式建立模型, 若能基于計算機編程及軟件平臺的二次開發(fā), 自動擬合斷層曲面方程并求取插值約束條件, 將有助于建模效率的較大提升。此外, 若將模型用于地質過程數(shù)值模擬, 還須在斷層格架的基礎上建立地層曲面模型, 并對整個模型進行拓撲一致性檢驗、節(jié)點調整(網格尺寸控制)及二次重構, 以獲得計算用網格模型, 相關工作將作它文另述。

致謝:兩位審稿專家中南大學劉亮明教授及合肥工業(yè)大學李曉暉副教授為本文提出了寶貴的意見和建議, 使論文質量得到了很大的提升, 在此致以誠摯的謝意。

桂林礦產地質研究院. 2008. 廣西鐘山縣珊瑚鎢錫礦區(qū)工作程度圖.

賈卓, 劉四新, 趙雪然, 鹿琪, 李宏卿, 王元新. 2021. 起伏地表下的復雜三維地質模型建立與重力異常計算. 吉林大學學報(地球科學版), 51(1): 277–285.

劉光偉, 宋佳琛, 白潤才, 李鵬. 2018. 基于Morphing方法的斷層面重構. 重慶大學學報, 41(2): 69–77.

舒良樹. 2012. 華南構造演化的基本特征. 地質通報, 31(7): 1035–1053.

舒良樹, 陳祥云, 樓法生. 2020. 華南前侏羅紀構造. 地質學報, 94(2): 333–360.

宋慈安. 2001. 珊瑚鎢錫礦床. 北京: 北京工業(yè)大學出版社: 1–159.

宋忠航, 馮陽, 施龍青, 許磊, 高為富, 潘超. 2015. 礦井小斷層延伸長度定量化預測在麻黃井田的應用. 煤炭技術, 34(8): 58–60.

孫勁光, 高天鵬. 2016. 地質斷層三維建模的表達式方法. 地球信息科學學報, 18(10): 1322–1331.

王統(tǒng), 田宜平, 羅瑩瑩, 張睿. 2020. 基于地質大數(shù)據(jù)與構造語義約束的斷層建模. 地質科技通報, 39(4): 69–75.

韋昌山, 熊成云, 劉國慶. 1993. 廣西鐘山珊瑚礦田的構造變形、動力學演化與控礦關系. 廣西地質, 6(4): 63–76.

吳立新, 史文中, Gold C. 2003. 3D GIS與3D GMS中的空間構模技術. 地理與地理信息科學, 19(1): 5–11.

熊天鶴, 袁紅旗. 2018. 3Dmove模擬構造裂縫預測技術在川西新場構造須二段中的應用. 礦產勘查, 9(6): 1276–1280.

張慧, 潘懋, 曹凱, 郭艷軍, 李珀任. 2018. 復雜斷層網建模關鍵技術. 科學技術與工程, 18(20): 281–285.

朱良峰, 潘信. 2008. 地質斷層三維構模技術研究. 巖土力學, 29(1): 274–278.

鄒艷紅, 李高智, 毛先成, 陳玉婷. 2020. 基于隱函數(shù)曲面的三維斷層網絡建模與不確定性分析. 地質論評, 66(5): 1349–1360.

Cherpeau N, Caumon G, Lévy B. 2010. Stochastic simulations of fault networks in 3D structural modeling., 342(9): 687–694.

Duvinage I. 2000. Creation and consistency of structural models from horizons extracted from three-dimensional seismic data (in French). Nancy: Institut National Polyte-chnique de Lorraine PhD thesis: 1–167.

Galera C, Bennis C, Moretti I, Mallet J L. 2003. Construction of coherent 3D geological blocks., 29(8): 971–984.

Gillespie P A, Walsh J J, Watterson J. 1992. Limitations of dimension and displacement data from single faults and the consequences for data analysis and interpretation., 14(10): 1157–1172.

Guo J T, Wu L X, Zhou W H, Li C L, Li F D. 2018. Section- constrained local geological interface dynamic updating method based on the HRBF surface., 107: 64–72.

Hoffman K S, Neave J W, Nilsen E H. 2007. Beyond the Y-A solution to modeling half-Y and half-λ faults in structuralframeworks., 26(1): 1402–1046.

Li X F, Xiao R, Feng Z H, Wei C X, Tang Y W, Bai Y P, Zhang M G. 2015. Ar-Ar ages of hydrothermal muscovite and igneous biotite at the Guposhan-Huashan district, Northeast Guangxi, South China: Implications for Mesozoic W-Sn mineralization., 65(2): 160–176.

Mallet J L. 1992. Discrete smooth interpolation in geometric modeling., 24(4): 178–191.

Mao J W, Cheng Y B, Chen M H, Pirajno F. 2013. Major types and time-space distribution of Mesozoic ore deposits in South China and their geodynamic settings., 48(3): 267–294.

Tertois A L, Mallet J L. 2007. Editing faults within tetrahedralvolume models in real time.,,, 292(1): 89–101.

Wang D Z, Shu L S. 2012. Late Mesozoic basin and range tectonics and related magmatism in Southeast China., 3(2): 109–124.

Wu Q, Xu H. 2003. An approach to computer modeling and visualization of geological faults in 3D., 29(4): 503–509.

Wu S G, Wang X L, Ji Y X, Liu Y Z, Han W G. 2005. Application of forecasting structural cracks technique of 3DMove in Chengdao buried hill.(), 48(9): 1403–1410.

Zanchi A, Francesca S, Stefano Z, Simone S, Graziano G. 2009. 3D reconstruction of complex geological bodies: Examples from the Alps., 35(1): 49–69.

Zhang D, Zhao K D, Wang B D, Cheng K D, Luo X L, Zhang W, Li Q, Jiang S Y. 2020. Cretaceous granitic magmatism and mineralization in the Shanhu W-Sn ore deposit in the Nanling Range in South China., 126(6): 1–18.

Zou Y H, Liu Y, Pan Y, Yang K D, Dai T G, Mao X C, Lai J Q,Tian H L. 2019. Numerical simulation of hydrothermalmineralization associated with simplified chemical reactions in Kaerqueka polymetallic deposit, Qinghai, China., 29(1): 165–177.

Study on Modelling Method of Intersecting Faults Based on Surface and Occurrence Data

ZHAO Yilai1, 2, 3, ALISON Ord3, TANG Jingru1, 2, HU Rongguo1, 2, YANG Qijun1, WANG Jincao1, WANG Benda4

(1. Guangxi Key Laboratory of Exploration for Hidden Metallic Ore Deposits, School of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 2. Collaborative Innovation Center for Exploration of Nonferrous Metal Deposits and Efficient Utilization of Resources, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 3. Centre for Exploration Targeting, School of Earth Sciences, Universityof Western Australia, Perth, WA 6009, Australia; 4. Pinggui Feidie Co. Ltd., China Nonferrous Metal Mining Group, Hezhou 542800, Guangxi, China)

3D geological modelling is one of the powerful tools for geological research. The modelling of faults is more complicated than that of other geological bodies, especially in the modelling of a fault partly cutting and offsetting another one. Taking the Shanhu orefield as an example, this paper studies the methods of modelling the intersecting faults based on their surface and occurrence data. The cutting faults are modelled based on the technical route of fault curves on the surface, fault trajectories on cross section, series of curves, and fault surface. The cut faults are modelled based on the route of initial fault surface, post-fault constraints, faults cutting, and interpolation under constraints. In addition, other modelling methods are also tried for comparison and the following understandings are reached: (1) By rotating or translatinga cut fault surface from its initial position to the post-fault position followed by the cutting operation, the splitting position constraints of the cut fault are obtained. Discrete smooth interpolation on the fault surface is carried out to realize fault dislocation constrained by the splitting borders, fault curves on the surface, and the fault frame. (2) Modelling from parts of a fault (namely the part method) may result in poor controllability in the extension of segmented fault surfaces; Recovery of the offset fault curves through curve translation will cause overall offset error in the resultant fault surface; Excessive pursuit of fully cutting relation may lead to overextension of faults along their strike. Therefore, this paper adopts the methods of modelling each fault as a whole (namely the overall method), recovering the segmented fault curves by moving and connecting the nodes, and verifying the original cutting relationship, which show reasonable modelling results. It is expected that the understandings could contribute ideas to the modelling of intersecting faults and of strata cut by faults as well.

3D geological modelling; intersecting faults; partly cutting relationship; interpolation under constraints; Shanhu orefield

2021-11-29;

2022-05-08;

日期: 2023-09-28

國家自然科學基金項目(42362008)、廣西自然科學基金項目(2018GXNSFFA281009、2020GXNSFAA297049)和廣西科技創(chuàng)新基地建設類項目(桂科ZY21195031)聯(lián)合資助。

趙義來(1982–), 男, 副教授, 從事三維地質建模及成礦數(shù)值模擬研究。E-mail: zyl@glut.edu.cn

P628

A

1001-1552(2023)06-1256-011

10.16539/j.ddgzyckx.2023.01.305