基于Voxler平臺(tái)在巖溶勘察三維可視化解釋技術(shù)的研究與應(yīng)用

（四川中成煤田物探工程院有限公司，四川成都 610072）

0.引言

高密度電法對(duì)于地下埋深100m以淺巖溶勘察效果分辨率較高，它是根據(jù)地下巖石的電性差異為基礎(chǔ)，觀測(cè)與研究同一測(cè)點(diǎn)下垂直方向不同深度范圍巖層視電阻率的變化規(guī)律，廣泛運(yùn)用于二維地質(zhì)斷面測(cè)量與解釋。但在川南巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，僅僅依靠二維反演剖面不能直觀地反映巖溶等異常區(qū)域的產(chǎn)狀、規(guī)模、空間位置與形態(tài)，利用Voxler平臺(tái)進(jìn)行三維可視化數(shù)據(jù)處理，相對(duì)于二維反演圖更直觀，立體顯示物探成果，為鉆井設(shè)計(jì)提供有效的地質(zhì)依據(jù)。

1. Voxler平臺(tái)軟件簡(jiǎn)介

Voxler是一款使用非常廣泛的三維地球物理建模軟件，通過(guò)該軟件，可以將自己的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維的模型數(shù)據(jù)，通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的圖像信息提供直觀的地球物理信息，主要用于展示三維體的透視關(guān)系和在空間中展布三維數(shù)據(jù)點(diǎn)，Voxler軟件的計(jì)算模塊包括三維網(wǎng)格化、重采樣、多點(diǎn)陣操作，可以繪制三維散點(diǎn)圖、影像切片、體積渲染圖、等值線圖、等值面模型等即可實(shí)現(xiàn)三維可視化的目的[1-3]。

2.項(xiàng)目概況

工區(qū)從地表至基底，依次為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組、飛仙關(guān)組等地層。

嘉陵江組地層由白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r組成；下部由泥質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚305m～559m，溶蝕裂隙和巖溶管道極發(fā)育，含水較豐富，最大泉水流量637.5L/S，為富水性的巖溶強(qiáng)含水層。

飛仙關(guān)組地層分為5段，上部(T1f3-5)以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，夾薄層粉砂巖及細(xì)砂巖，厚290m～495m，淺部含風(fēng)化裂隙水，深部為隔水層；下部(T1f1+2)為砂質(zhì)泥巖、泥巖夾中厚層細(xì)、粉砂巖及石灰?guī)r，厚90m～165m。裂隙及灰?guī)r中的溶蝕小孔較發(fā)育，泉水流0.001L/S～3.75L/S，鉆孔抽水單位涌水量0.0000581L/S·m～0.224L/S·m，為弱含水層。

3.三維可視化解釋技術(shù)應(yīng)用與研究

在實(shí)現(xiàn)三維可視化模型前，首先要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理編輯，將其轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)體（即4列，分別為三維空間X、Y、Z坐標(biāo)及視電阻率值）。具體如下流出：通過(guò)瑞典RES2DINV反演導(dǎo)出具有二維X、Z方向坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)的視電阻率值，通過(guò)SUFUER軟件添加Y方向坐標(biāo)，即根據(jù)測(cè)線間距及測(cè)線相對(duì)位置關(guān)系即可得到所需數(shù)據(jù)組。

（1）三維散點(diǎn)圖繪制，如圖1所示。

在數(shù)據(jù)網(wǎng)格化之前進(jìn)行三維散點(diǎn)圖繪制，可將原始數(shù)據(jù)在三維空間上立體顯示出來(lái)，并通過(guò)將色階由冷色調(diào)向暖色調(diào)過(guò)渡，可大體查看鉆井下方原始電性特征，為下一步數(shù)據(jù)處理提供依據(jù)。

（2）影像切片、體積渲染圖繪制。將三維數(shù)據(jù)體采用反距離為Power方法進(jìn)行網(wǎng)格化，該方法不會(huì)推斷超出數(shù)據(jù)的Z范圍，所以數(shù)據(jù)集井的實(shí)際最小值和最大值，可以指定數(shù)據(jù)體的各向異性，其gridder可以把權(quán)重對(duì)在特定方向的晶格結(jié)點(diǎn)，雖可能產(chǎn)生同心圓周圍的高低值，但可增加平滑值的傾向進(jìn)行處理擬合。如圖2、圖3所示。

圖2 影像切片圖

圖3 體積渲染圖

通過(guò)繪制水平方向及垂直方向不同影像切片，可以圈定出低阻異常體平面展布范圍在里程280m～380m，垂向展布范圍在埋深30m～60m。

通過(guò)繪制體積渲染圖，可以看出整體視電阻率呈現(xiàn)中高阻的電性特征，為嘉陵江組灰?guī)r的電性反映，而在中深部存在一明顯的低視電阻率異常，為充水巖溶所引起。

（3）三維等值線切片圖繪制。如圖4所示。

圖4 三維等值線切片圖

圖4為沿地層傾角不同深度三維等值線切片圖，通過(guò)該圖可以較為真實(shí)的反映地層地電信息。低視電阻率等值線隨著深度增加明顯增強(qiáng)，說(shuō)明異常區(qū)存在一定的連通性，在空間立體關(guān)系上效果較為明顯。

（4）三維等值面圖繪制。

通過(guò)各巖性及地質(zhì)異常體的物性統(tǒng)計(jì)及反演結(jié)果，得出該工區(qū)低視電阻率異常范圍為小于16Ω·m（101.2）為充水巖溶所引起。將小于16Ω·m（101.2）繪制三維等值面圖，可較好突顯異常體在空間位置上的展布形態(tài)。下圖為三維異常體等值面圖，通過(guò)統(tǒng)一參數(shù)選擇、傾斜、調(diào)整視角，反映出巖溶通道的產(chǎn)狀、形態(tài)。如圖5所示。

圖5 三維等值面不同視角效果圖

通過(guò)三維等值面異常成果圖，綜合圈定出了2條地下淺部巖溶通道。W1巖溶通道從鉆孔下方通過(guò)，平面發(fā)育長(zhǎng)度約80m，發(fā)育走向?yàn)闁|南——北西向。W2巖溶通道在鉆孔北側(cè)，平面發(fā)育長(zhǎng)度約80m，發(fā)育走向?yàn)榻鼥|西向。因此在前期的鉆井施工過(guò)程中，注意做好防范措施。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)實(shí)際運(yùn)用，Voxler平臺(tái)對(duì)于異常體在三維空間展示上有較好的效果，直觀性和立體性較強(qiáng)，從三維可視化圖對(duì)異常體的顯示更加具體和明顯。

（2）Voxler平臺(tái)繪制的影像切片、體積渲染圖，可以從宏觀上、縱向、橫向分析視電阻率的變化特征。

（3）Voxler平臺(tái)繪制的等值線圖，可以顯示任意深度、任意角度的視電阻率變化情況，可更好的反映地層地電特征。

（4）Voxler平臺(tái)繪制的等值面圖，可直接反映出低視電阻率異常體的空間展布形態(tài)，圈定巖溶通道的產(chǎn)狀、規(guī)模等，在川南巖溶地區(qū)勘察具有一定優(yōu)勢(shì)，三維可視化處理高密度數(shù)據(jù)可行。

（5）本文僅以高密度電法探測(cè)川南地區(qū)淺部巖溶發(fā)育規(guī)律為例，探討了Voxler在三維可視化解釋技術(shù)應(yīng)用與研究，該方法亦適用于其他物探方法三維數(shù)據(jù)體的繪制。