基于圖切剖面的降扎溫泉三維地質建模研究及應用

王麗坤，簡興祥，羅海金，姚華龍

基于圖切剖面的降扎溫泉三維地質建模研究及應用

王麗坤1，簡興祥2，羅海金3，姚華龍3

（1.四川金核礦業有限公司，成都 610000；2.成都理工大學，成都 610059；3.四川省核工業地質調查院，成都 610061）

本文以若爾蓋降扎溫泉區為研究對象，在編制研究區構造綱的基礎上，沿垂直于主斷裂方向繪制圖切剖面，通過輪廓重構和等值面提取MC算法，構建研究區地層、構造等三維地質模型，服務于下階段地熱-地質模型構建。

圖切剖面；三維地質模型；降扎溫泉

若爾蓋降扎溫泉區地表有地熱異常顯示，為了了解其地熱儲特征和地下地質結構特征，本文嘗試通過構建三維地質結構模型對其進行研究。降扎地區的礦產資源豐富，前人圍繞區內鈾礦和金礦開展了大量的調查和研究工作，地質資料較豐富，但溫泉周邊區域并未發現三維立體數據資料，無法利用常規的鉆孔、地層、斷層、地震等數據進行三維地質建模。故論文以編制的研究區構造綱要圖為基礎，建立一組近似平行的地質圖切剖面，為構建三維地質模型提供條件。

1 研究區概況

研究區及周邊寒武系、奧陶系及志留系等地層出露面積較大，在空間展布上呈背斜構造，背斜核部出露寒武系，奧陶系及志留系分列兩冀，由于受白龍江大斷裂影響，南翼奧陶系和中下志留統缺失。研究區斷裂構造發育，主要受溫泉-益哇斷裂（F1）、蘇里木塘-白云斷裂（F3）控制。斷裂以近東西向為主，北東向次之，北西向零星，其中北東向斷裂以平移為主，呈逆時針扭動。北西向斷裂與北東向斷裂為共軛關系，屬印支期南北向擠壓產物。如埡口-畢岡斷裂（F14）和臥馬龍斷裂（F21）等，斜切區域主體構造線，由近東西向或北西西向斷裂和北東向斷裂，構成區內（菱形格）斷裂構造格架。

2 三維地質建模方法

復雜地質體三維建模算法有體模型和表面模型兩大類。基于體模型的建模方法主要有四面體格網建模、八叉樹建模等；表面建模方法主要有基于剖面輪廓線建模法、鉆孔橢球體建模法、雙層DEM建模法和等值面建模法等(李陳，2018；譚正華等，2017；鄧飛，2007；鄧飛和周亞同，2009；黃超，2020)。三維建模時，體模型雖然可得到較光滑的結果，但數據存儲量大，建模效率低。

圖1 三維地質建模流程圖

本次利用平面地質圖構建三維地質模型，需要對平面地質圖的地質信息、空間幾何信息進行充分有效地挖掘，以便增加建模的可控性（王丹，2012）。平面地質圖和圖切剖面相結合可以直觀體現區域地質構造的立體特征重構地質體的三維形態（王瑤等，2017）。以平面地質圖為基礎，利用MAPGIS等相關軟件繪制一系列地質圖切剖面，將二維剖面映射到三維空間，利用三維剖面上輪廓線的對應性和連續性構建地質體三維模型（高士娟等，2015）。

基于地質圖切剖面的三維地質建模具體流程見圖1。

首先將研究區的地質圖切剖面作為控制剖面，構建一組若干條（近似）平行或垂直的二維地質圖切剖面，并通過對圖切剖面的空間定位、地層相關屬性填充及邊界追蹤，獲取區域地層輪廓邊界及相關參數信息；地層屬性離散化，將地質區域內的邊界及其相關區域進行空間離散化插值，獲取空間離散坐標信息及屬性信息；提取地層邊界，作為模型的二維輪廓的邊界，對二維輪廓表面進行重構建模，利用等值面提取MC算法構建模型表面和內部，由三維地質數據場生成三維地層模型。

在三維地層模型基礎上，將圖切斷層剖面邊界作為斷裂線，通過空間插值法構建斷裂面；沿著斷裂面將地層切割，分開上下盤；沿著斷裂方向將地層面錯動，最后形成三維模型斷裂系統，最終實現三維地質模型建模。

1.第四系；2.上白堊統；3.下侏羅統；4.下泥盆統；5.上志留統；6.中志留統；7.下志留統；8.中奧陶統；9.寒武系；10.下震旦統；11.安山玢巖；12.閃長玢巖；13.石英二長巖；14.煌斑巖；15.輝綠巖；16.實測整合地質界線；17.實測不整合地質界線；18.實測性質不明顯斷層；19.推測性質不明斷層；20.實測逆斷層；21.推測逆斷層；22.實測正斷層；23.實測平推斷層；24.圖切剖面

3 三維地質建模實現過程

由于若爾蓋降扎溫泉地質構造復雜，周邊區域未開展地質鉆孔工作，僅開展小比例地質調查、水文調查和物探勘查工作，資料遠達不到地質建模要求。

利用已有二維地質圖切剖面。根據區域地質構造走向、地層分布和物探解譯成果，以區域構造綱要圖為底圖，沿垂直東西方向主斷裂繪制地質圖切剖面若干（圖2）。利用圖切剖面構建地層輪廓邊界及獲取地層相關屬性和空間位置信息，離散化空間坐標，提取地層三維輪廓，實現利用地質圖切剖面進行復雜地質體三維地層及地質構造的建模。

三維地質建模時，需沿區內主要斷裂方向，截取若干條平行二維地質圖切剖面，將其矢量化（圖3），根據多條圖切剖面地質要素信息，自動搜尋三維地質塊體，最后利用插值、擬合、三角剖分等數學與幾何方法構建三維地層模型如圖4。

利用圖切剖面構建的三維地層模型，其地表的第四系與中志留統，因受空間插值疊加的影響，生成的地層較實際地層有一定的交錯或消失，其他相關地層基于與實際地層保持一致；生成模型的地下部分（見圖5），與原始剖面相比匹配度較好。生成模型的7號剖面（圖6）有6個地質單元，包括下志留統（S1）、中志留統（S2）、寒武系（?）、中奧陶統（O2）、輝綠巖（βμ3）、下震旦統（Z1）等，與原始7號剖面（圖7）基本一致。

圖3 研究區圖切剖面矢量化

將二維地質圖切剖面數字化后，根據獲得的斷層走向、傾向等相關信息，利用剖面間插值三維建模方法實現三維斷裂系統的三維建模（圖8）。

圖4 研究區三維地層模型

圖5 三維地層模型剖面切片

圖6 地層模型07號剖面切片

圖8 圖切剖面法重構的三維斷裂系統模型

4 總結

在若爾蓋降扎溫泉地區基礎地質資料研究的基礎上，利用圖切剖面通過輪廓重構和等值面提取算法，構建三維地質模型。該模型可以展示區域的地層和構造特征，為后續構建地熱地質模型和進行地熱模擬研究提供一定參考和依據。對逆斷層常具“s”型展布，一般有“上陡下緩”的特征，在模擬中存在不足，將在今后的工作中進一步完善。

李陳．2018．基于剖面的三維復雜地質體建模技術研究[D]．成都：成都理工大學，2-5．

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鄧飛．2007．剖面三維地質建模與高斯射線束正演的研究與實現[D]．成都：成都理工大學，7-12．

鄧飛，周亞同．2009．基于曲面插值的剖面三維塊狀地質建模[J]．微電子學與計算機，26（9）：173-176．

黃超，姜楷，李亮，李宸，曾方侶，何青．2020．礦山三維地質建模研究進展[J]．40（2）：323-326．

王丹．2012．基于平面地質圖的三維地質建模方法研究[D]．南京：南京師范大學，11-18．

王瑤，張像源，陳文杰，鮑蕊．2017．虛擬鉆孔在深層三維地質建模中的應用[J]．城市地質，12（2）：118-122．

高士娟，毛先成，張寶一，任佳，李勇．2015．基于平面地質圖的地質體三維建模[J]．地質找礦論叢，30（4）：594-601．

Research and Application of 3D Geological Modeling of the Jiangzha Hot Spring Based on Cutting Section of Geological Map

WANG Li-kun1JIAN Xing-xiang2LUO Hai-jin3YAO Hua-long3

(1-Sichuan Jinhe Mining Co., Ltd, Chengdu 610000; 2-College of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610061)

This paper establishes a three-dimensional geological model of the Jiangzha hot spring area in Zoigê by means of Mc Algorithm based on contour reconstruction and isosurface extraction on the basis of a cutting section along the direction perpendicular to the main fault and regional structure outline map, serving the construction of geothermal geological model in the next stage.

Cutting section; 3D geological model; Jiangzha hot spring

P628

A

1006-0995（2022）02 -0302-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.023

2021-05-11

四川省科技廳重點研發項目（2018SZ0274）

王麗坤（1985— ），女，山西應縣人，高級工程師，主要從事地球物理信號處理和地熱勘查等方面研究