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地質建模范文1
0.引言
本文分析多種面向地質建模的空間插值方法后，根據數學地質理論、礦床的賦存條件及原始采樣數據的分布特點，分析研究參數優化選擇的有效方法，研究關鍵參數選取的方法，為進一步精確構建地質模型提供了數據保障。
1.空間插值的概念與分類
空間數據的插值可描述為：給定一組已知空間離散點數據，從這些數據中找到一個函數關系式，使該關系式最好地逼近這些已知的空間數據，并根據該函數關系式推求出區域范圍內其他任意點的值?？臻g插值方法很多，分類標準不一。如按照擬插入點的區間范圍可以分為內插和外推；按原始數據空間分布完整性可以分為整體插值和局部插值。整體插值利用所有樣本點進行全區特征擬合，而局部插值則僅利用相近的數據點對未知點進行估值，根據內插點的分布范圍又可分為分塊插值和逐點插值。
2.整體插值法
整體插值的擬合模型是由研究區域所有采樣點的觀測值建立的。整體插值主要通過多項式函數來實現的，其特點是不能反映插值區域的局部特性，因此該方法不直接用于空間插值，而是用來檢測不同于總趨勢的最大偏離部分。從數據中去除一些不符合總體趨勢的宏觀地物特征后，可用剩余殘差來進行局部插值。
2.1趨勢面法
多元回歸插值法是一種常用的整體插值方法，一般用于確定數據的大規模的趨勢，因此也被稱為“趨勢面擬合”。其原理是用函數代表的面來擬合現象特征的趨勢變化。它的理論假設是地理坐標（X，Y）是獨立變量，屬性值Z也是獨立變量且是正態分布的，同樣回歸誤差也是與位置無關的獨立變量。
用一個簡單的示例來說明，地理或環境調查征值Z沿一個斷面在X1，X2，…，Xn處采樣，若Z值隨X值增加而線性增大，則該特征值的長期變化可以用回歸方程：Z(x)=b0+b1x+ε進行計算（其中b0，b1為回歸系數，ε為獨立于 的正態分布殘差。）。
然而許多情況下，不是以線性函數，而是以更為復雜的方式變化，則需用二次多項式Z(x)=b0+b1x+b2x2+ε或更高次的多項式進行擬合。對于二維的情況，X，Y坐標的多元回歸分析得到的曲面多項式，形式如下：
一次趨勢面的數學模型：Z=b0+b1x+b2y+ε
二次趨勢面的數學模型：Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2
三次趨勢面的數學模型：Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2+b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3
計算是一個標準的多元回歸問題，大多數情況下可采用低次多項式進行擬合，一般次數為2或3就可以。次數高的多項式可以很好地逼近觀測點，但計算復雜，而且其內插效果使整體分離，降低整體趨勢；當多項式次數過高時，非觀測點部分的估值會產生大幅震蕩。
趨勢面法反映總體擬合情況，有著總體的趨勢，但是并不能很好地反映出局部特征，尤其是在邊界上的擬合情況偏差較大。因此，趨勢面法主要用于在使用某種局部插值方法之前，模擬大范圍內的宏觀變化趨勢，而不直接用其進行空間插值。
2.2加權最小二乘擬合法
加權最小二乘擬合法是在趨勢面分析基礎上引入“距離權”的概念，從而使估值更為合理。具體方法如下。
已知樣本點(X1,Y1,Z1)，(X2,Y2,Z2)，…，(Xn,Yn,Zn)，估值誤差平方和為：
Q=(f(xi,yi)-Zi)
對每個樣本點考慮一個距離權系數，通常為w(di)=，其中di=，ε為一個很小的正數。使總估值偏差和Q最小，則
Qmin=(f(xi,yi)-Zi)w(di) 令
=0
=0 i=1,2,3,...,n
通過最小二乘方程建立法方程，求得方程系數矩陣，再將插入點（X,Y）帶入趨勢面數學模型，可求得待估點高程值Z。
加權最小二乘擬合法不僅可以反映總體趨勢，還可以反映局部的變化特征，但反映出的局部變化不是十分明顯。通常這種方法在礦體連續的情況下（即沒有斷層的情況），也可以用來加密邊界點。如果出現斷層情況，在邊界處擬合會出現下凹問題。
3.分塊插值法
由于實際的估值區域復雜多變，不可能用一個多項式進行擬合，因此一般不用整體函數法進行內插，而是采用局部分塊內插拼接的方法。所謂分塊內插是把參考空間分成若干分塊，對各分塊使用不同的函數。分塊的大小根據地貌復雜程度和參考點的分布密度決定。一般相鄰分塊間要求有適當寬度的重疊，以保證相鄰分塊間能平滑、連續的拼接。分塊內插的特點是可以提供內插區域的局部特性，且不受其他區域的內插影響。典型的局部內插又分為線性內插、多項式內插、雙線性內插、樣條函數內插和多面函數內插等。
4.逐點插值法
逐點插值法是以待插點為中心，定義一個局部函數去擬合周圍的數據點，數據點的范圍隨待插點位置的變化而移動，因此又稱移動曲面法。
逐點內插方法只使用鄰近的數據點來估計未知點的值，包括幾個步驟：
（1）定義一個鄰域或搜索范圍。
（2）搜索落在此鄰域范圍內的數據點。
（3）選擇能夠表達有限點的空間變化的數學函數。
（4）為落在規則格網單元上的數據點賦值。
（5）重復這個步驟直到格網上的所有點賦值完畢。
逐點插值法的關鍵參數選取包括：所選擇的插值函數，鄰域的大小、形狀和方向，數據點的個數，數據點的分布方式（規則或不規則）。
地質建模范文2
【關鍵詞】三維地質建模；GMS；峰峰煤田
三維地質建模是指將地質信息以適當的數據結構建立地質特征的數學模型，而且用計算機圖形學技術將數學描述以3D真實感圖像的形式予以表現。上世紀70年代中期開始，西方主要國家開始研制采礦軟件，在理論研究的同時，先后涌現了一批在石油、礦山和工程地質領域得到廣泛應用的商業軟。目前國內外所用的三維地質建模的軟件有GOCAD軟件、三維GIS軟件、GeoEngine軟件、Micromine軟件，GMS軟件、Dynamic Graphic公司研制的IVM(Interactive Volume Modeling)， DGI公司的地球可視模擬系統(Earth Vision Mod-eling System)軟件等。GMS是集各種軟件于一體的，能夠體現從鉆孔到地層結構、從平面到空間、從單元到系統的綜合性、系統性、全面性的軟件.。與其他軟件相比較，GMS據有：概念化方式建立水文地質概念模型，前、后處理功能更強，版本不斷更新，功能不斷完善等特點。
1 GMS簡介
GMS（Groundwater Modeling Syetem）是由BrighamYoung大學環境模擬研究實驗室開發的先進的，基于概念模型的地下水環境模擬軟件。其中包括Borehole模塊、TINs模塊、Solid模塊、Map模塊等。
2 三維地質建模
峰峰煤田五礦地層屬華北型，有奧陶系(O)、石炭系(C)、二疊系(P)和第四系(Q)。井田內基巖出露很少，大多被第四系所覆蓋。奧陶系出露于井田以西的鼓山，井田內埋藏于C-P地層之下，構成煤系基底。C-P地層含可采煤7層，中間夾有5~8層薄層灰巖。根據井田地質構造和水文地質特征，將井田劃分為三個區，分別為東翼區、西北區和中央區。東翼區:位于五礦東部，介于F11斷層和F12斷層之間，面積較小。屬于相對獨立的封閉地段。我們的研究地層范圍為山青煤的底到奧陶系灰巖的頂，之間包括：煤層、灰巖、砂頁巖、奧陶系灰巖。
2.1 三維地質建模的流程圖：
2.2 三維地質建模步驟
步驟1：將收集到的鉆孔數據，進行分析，確定鉆孔的name，坐標（X，Y），根據巖性的描述確定在研究的深度內要分的地層層數，并對每層material、horizon賦值。保存于txt文件。
步驟2：打開做好的鉆孔文件(txt)，選中Heading row選項，點擊下一步，將GMS data改為Borehole data點擊完成。在Borehole模塊下，點擊地Display菜單下的Display Options，改Diameter為10，選中Hole name、Horizon Ids選項。
步驟3：將cad的底圖插入到map模塊下，并建立new coveraye。點擊create Arc，沿著cad的底圖把研究區域的邊界描出來，選擇Feature Objects/Build polyyons，使描出的邊界成為一個多邊形。
步驟4：關閉cad底圖，點擊selectArcs，選中邊界，點擊Feature Objects/Redistribute vertices，在spacing中輸入50.。點擊Feature Objects菜單下的map――TIN，對研究區域進行三角剖分，結果圖如圖1：
步驟5：在Borehole模塊下點擊Bore holes菜單下的Horizons---solids，關閉TIN模塊下的new tin和map模塊下的new coverage，Borehole模塊下的Boreholes呈現的三維地質圖如圖2：
步驟6：改換視角為plan view，點擊Create Borehole Cross Sections工具，在圖形上任意做切面，改換視角為Oblique view，關閉Solid Data文件夾，做出的剖面圖為圖3：
結論：利用GMS軟件對研究區域進行三維地質建模，在建模過程中，虛擬了少量鉆孔，并對個別鉆孔數據進行了修正。.通過地質模型的建立、剖分以及從各個角度的旋轉，將地質構造的形態、各構造要素之間的關系及地質體空間物性分布的特征以三維的形式表現出來。從圖中我們可以清楚的看到各個地層之間的接觸關系、延展情況，從而分析礦井的水文地質條件，確定每個地層的頂底板的標高，在采煤的過程中受到那些含水層的威脅，為計算礦坑的涌水量提供真實的數據。
參考文獻：
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地質建模范文3
【關鍵詞】三維地質建模技術 地質開發 應用
1 三維地質建模的概述
所謂的三維地質模型具體是指利用適當的數據結構在計算機中建立起一個能夠真實反映地質構造的形態和各個要素之間關系及地質體空間物性分布等地質特征的幾何模型。該模型能夠以真三維的形式表達出地質構造的真實特征、形態和三維空間物性參數的分布規律，但其也存在一定的技術難點，具體體現在以下兩個方面上：其一，三維地質建模與可視化是一項集諸多學科于一身的綜合性應用技術，主要包括地質、數學、油藏工程、計算機圖形、概率統計以及地球物理等等；其二，因該模型的基礎數據來源途徑較多，故此需要對這些數據類型進行綜合考慮，才能建立起一個被相關專家所認可的模型。
就地質構造而言，其是在地球漫長的演變過程中因地殼規則或是不規則變動而形成的一種地下形態。按照地層巖性的不同，地質構造又被分為多種不同的地層，而各個地層的排列次序也均不相同，一般都是按照由淺到深的次序排列，并且各個地層當中還包含若干個地質巖體，如礦藏、砂體、石油等等。地質構造的可視化需要借助原始地質的測井和軌跡數據所提供的空間坐標來重新構建地質層面結構。然而，因為各個應用領域都具有自身的特點，因而很難有一種通用的模型或是方法能夠適用于全部場合，換言之，在實際建模過程中，應當充分考慮不同地層的特點，并以最為簡捷有效的方法來構建地質模型。
2 三維地質建模在地質開發工作中的具體應用
2.1 三維地質模型的構建原則
在三維地質模型構建的過程中，三維數據模型的選擇是非常重要的環節之一，在具體選擇時應當遵循以下幾點原則：
（1）實用性原則。對于不同的用戶而言，其所需要的三維數據模型必然會有所差別，并且特定的領域以及處理特定的數據時，選取的數據模型也均不相同。在工程地質中，三維數據模型的選取不僅應當易于快速方便地構建地質模型，而且還必須充分考慮到地質工程分析的具體要求，所以三維數據模型的選取應以實用性原則為基礎。
（2）節約性原則。正常情況下，三維地質模型的對象都具有非常龐大的數據量，并且在某些處理過程當中還會產生出大量的中間數據，這使得內存顯得十分珍貴，盡管硬件發展的速度相對較快，但是在建模時也必須充分考慮數據的存儲量問題。
（3）兼容性原則。在三維地質建模的過程中，并沒有任何一種模型能夠適應所有的情況，并獲得滿意的結果，換言之，各種模型均具有一定的適用范圍，也都存在能夠解決和無法解決的問題，所以，模型間的轉換以及兼容性就顯得尤為重要。
（4）快速性原則。采用計算機構建三維地質模型時，時間效率是必須考慮的問題之一，這是因為沒有用戶希望將處理數據的時間浪費在漫長的等待上，為此，需要模型在結構上可以支持一些計算速度相對較快的算法，以此來減少處理過程花費的時間，進而達到提高運行效率的目的。
（5）易改性原則。當三維地質模型建立完成以后，一般都需要進行定期的維護，借此來檢查模型的完整性，并在此過程中刪除一部分冗余數據。而數據發生變化時，也同樣需要在數據更新上不會存在較大的困難。
2.2 三維地質模型的具體應用
（1）油藏形態數字化。三維地質模型建立完成后，能夠將地下的油藏形態進行數字化，從而可以非常直觀地反映出地層的構造形態以及斷層的走向、傾向、斷層間的關系，這有助于更好地了解地層層位之間的接觸關系。
（2）斷點重組。借助斷點數據在Petrel軟件中的三維可視化，能夠使以往抽象地按照數據分析進行的斷點組合變得直觀化，這樣一來便可以大幅度降低斷點重組的難度，準確性也隨之獲得顯著提高。從理論的角度上講，編號相同的斷點應當分布在同一個平滑的曲面上，經過反復分析后發現大部分斷點都在主斷層面上，但是也有一少部分斷點與主斷層面相偏離，導致這種情況的原因大致有以下幾個方面：其一，去除組合不當斷點。如1號井深820m位置處的斷點，原本歸屬于71號斷層，經過三維地質模型分析后，將該斷點確定為孤立斷點；其二，修改斷點歸屬。如2號井深1107m位置處的斷點，原本歸屬于724號斷層，而通過三維地質模型分析后發現，三維顯示該斷點落在725號斷層的斷面上，經核實后將該斷點更改為725號斷層。
（3）借助三維地質模型生成地質圖幅。按照已經建立好的三維地質模型，能夠生成研究區域的平面圖，然后在map windows中選擇數據窗口內的井位、全部斷層模型及相應層位，便可以完成井位圖和地質構造平面圖的繪制，同時還能夠在setting中對現實出來的效果進行適當調整，這樣便能夠任意選擇構造線的間隔深度。
（4）在地震橫向預測中的應用。通常情況下，在某些三維地震資料較為完好的油田當中，能夠把密井網約束下的三維地震反演結果作為背景數據，然后利用協克里金法進行建模，在建模過程中，井點的數據仍可作為硬控制，這有助于確保過點性，而三維地震反演結果則可作為軟控制，雖然井間具體的儲層參數并不一定與之相等，但是儲層的非均質特征卻能夠獲得體現。
（5）在小井距井網中的應用。由于三維地質建模技術基于的是地層骨架，并以沉積單元作為單位來進行構建的。為此，在實際應用中，應當按照地層骨架模型中各個沉積單元的規模及其形成原因，將地質知識庫中相應的參數場在變異系數、夾層以及尺寸等方面加以適當調整，然后填入各個網塊當中。目前，較為成熟的做法是在構建某一個地區的三維地質模型前，先找出另一個與之沉積特征極為近似的小井距資料作為背景資料，并從中分析出至少兩個分形指數，并在建模區域內井間內插所得的參數分布的基礎之上，借助分形幾何級數得出三維物性模型，以此來滿足井間控制。
參考文獻
地質建模范文4
關鍵詞：多點地質統計學 訓練圖像 儲層建模
【分類號】：P618.13
一、引言
在油氣開發過程中必然會涉及到相關數據測量，測量過程中就會不可避免的出現誤差，這些數據誤差會給油氣地質儲層建模帶來直接的影響。另外得到確定性的地質變量空間變量模型是不太現實的，那么在這個過程中就需要引用到概率論方法來完善數據建模。舉例來說對于儲層中流體的流動而言就需要結合微分方程系數等參數來進行探討。在利用傳統方法的建模過程中正常情況下都會使用內插方法得到儲層參數但同時也會對流動方程造成影響那么就會產生一定的偏差。因此在油氣地質儲層建模的過程中需要根據實際條件來對數據模型進行調整并篩選合理的模型來進行構建讓油氣產量預測可靠性得到保障。
二、多點地質統計學與訓練圖像
基于變差函數的傳統地質統計學隨機模擬是目前儲層非均質性模擬的常用方法。然而，變差函數只能建立空間兩點之間的相關性，難于描述具有復雜空間結構和幾何形態的地質體的連續性和變異性。
針對這一問題，多點地質統計學方法應運而生。該方法著重表達空間中多點之間的相關性，能夠有效克服傳統地質統計學在描述空間形態較復雜的地質體方面的不足。多點地質統計學的基本工具是訓練圖像，其地位相當于傳統地質統計學中的變差函數。對于沉積相建模而言，訓練圖像相當于定量的相模式，實質上就是一個包含有相接觸關系的數字化先驗地質模型，其中包含的相接觸關系是建模者認為一定存在于實際儲層中的。
三、地質概念模型轉換成圖像訓練
地質工作人員擅于根據自己的先驗認識、專業知識或現有的類比數據庫來建立儲層的概念模型。當地質工作人員認為某些特定的概念模型可以反映實際儲層的沉積微相接觸關系時，這些概念模型就可以轉換或直接作為訓練圖像來使用。利用訓練圖像整合先驗地質認識，并在儲層建模過程中引導井間相的預測，是多點地質統計學模擬的一個突破性貢獻。
可以將訓練圖像看作是一個顯示空間中相分布模式的定量且直觀的先驗模型。地質解釋成果圖、遙感數據或手繪草圖都可以作為訓練圖像或建立訓練圖像的要素來使用。理想狀態下，應當建立一個訓練圖像庫，這樣一來建模人員就可以直接選取和使用那些包含目標儲層典型沉積模式的訓練圖像，而不需要每次都重新制作訓練圖像。
四、二維和三維訓練圖像
二維訓練圖像就是在縱向上沒有變化，比如人工劃相圖，因此二維訓練圖像又稱為偽三維訓練圖像。二維訓練圖像在縱向上不能反映河道微相的加積，在橫向上也不能反映各沉積微相的遷移。因此二維訓練圖像比不能很好的反映沉積構型。在三維訓練圖像中，可以反映各微相在橫向上的遷移和垂向的加積，能夠很好的反映沉積體的空間結構。因此在實際應用中多使用三維訓練圖像。
五、油氣地質儲層建模發展趨勢展望
從大環境來看目前我國的油氣地質儲層建模較以往取得了很大的進展，但是在某些環節上依然暴露了一定的問題，需要在以下幾方面進行完善。首先遇到地質條件較為復雜的情況時需要將側積體視為目標體來進行儲層構型分析并根據分析結果來進行建模。（2）需要進一步提升地質知識水平并且將這地質知識應用并整合到建模中。（3）加強目標體連續性過程。（4）對三維訓練圖像構建和三維模擬中數據事件進行更具深度的把握。（5）對井數據模擬條件進行優化。除了在算法上進行改進外還應該讓原型模型變得更為豐富并體現出層次感，將地震信息進行高度整合化，構建出地質約束原則，另外在建模過程中對層次分析與模式擬合給予充分的重視。
六、結論
將更多的地質資料整合到儲層建模過程中以確保最終數值模型更加符合地質認識，這在預測儲層流體特征時是十分必要的。多點地質統計學為地質工作者提供了一個強大的工具，使得他們可以通過訓練圖像將概念模型和先驗地質認識整合到建模過程中。
目前研究的重點是提高多點模擬算法的性能，包括：提高運行速度，降低內存開銷，提高沉積模式再現效果以及更靈活的整合不同來源的信息等。有理由相信，隨著多點建模方法不斷趨于主流，以及越來越多的地質工作者對這一方法變得熟悉，多點地質統計學將成為下一代地質建模工具。
參考文獻
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地質建模范文5
1三維地質建模及其難點分析
1．1三維地質建模三維地質建模是指在原始的地質勘探數據基礎上，在相關專家知識和經驗指導下經過一系列的解譯、修正后，以適當的數據結構建立地質特征的數學模型，通過對實際地質實體對象的幾何形態、拓撲信息、物性三方面的計算機三維模擬，由此將各種信息綜合形成的一個復雜整體三維模型過程。由S．W．Houlding提出的三維地質建模是在一維、二維地質數據解釋后建立的，大大超越了一維、二維地質數據的準確性，使得其在地質勘測中具有重要應用。三維地質建模具有的優點主要表現為:(1)功能增多?；贑AD拓撲結構形成的三維地質建模，是經驗豐富的地質人員修正、解釋原始資料得出的，大大提高了三維地質建模的應用性，使其應用更加廣泛。(2)細化了處理對象。以往所應用的CAD軟件，將處理對象設置為人工成品。但基于CAD軟件而開發出來的三維地質建模軟件，不僅具有了更多的功能，還細化的了處理對象，即天然地質體，使此種軟件的專業性增強。(3)建模具體化。三維地質建模以建立科學的、合理的地質模型為主，促使其在建模的過程中大大細化了建模步驟，地質建模更加具體化了［1］。
1．2三維地質建模的難點因三維地質建模軟件具有復雜化、具體化特點，所以利用三維地質建模軟件來建立一個完整的、客觀的、準確的三維地質模型具有一定難度。在具體建模中，尤為需要解決難點為:(1)空間關系極端復雜的地下地質體。三維建模過程中，建立幾何結構、拓撲關系及相應算法的三維數據模型成為首要必要條件。但空間關系極端復雜的地下地質體的空間層次分布不連續、地質構造復雜、地質巖性變化大，大大加劇了計算機建模中描述地下地質體的難度，不利于建立合理的幾何結構、明確拓撲關系，大大阻礙了三維數據模型的建立。(2)難以獲得全面的原始地質數據。因三維地質建模軟件的應用是基于對原始地質數據資料分析來構建地質體的三維數據模型。但在實際工程建設中，工程地質勘查容易受到技術、經費、環境、人為等因素的影響，致使收集的地質原始資料數據不全或不準確，這將直接影響三維地質模型的建立。(3)地質屬性的未知性和不確定性。影響地質體屬性不確定屬性因素有很多，如原始數據不足、地質體本身的復雜性等。在利用三維地質建模軟進行三維數據模型建立中，不確定地質體的屬性，將難以保證地質體的客觀性和準確性，影響三維地質數據模型的應用［2］。
2水利水電工程三維地質建模系統一體化設計
基于以上對三維地質建模的分析，可以確定三維地質建模存在一定難度，并且容易受到多種因素影響，致使其建模效果不佳。因此，為了提高水利水電工程三維地質建模系統的應用性，科學、合理的進行水利水電工程三維地質建模系統一體化設計是非常必要的。
2．1三維地質建模信息系統數據庫的設計三維地質建模系統一體化的實現，要求建立符合系統特點的三維地質數據庫。那么，如何設計三維地質建模信息系統數據庫?首先，對水利水電工程項目進行調研，如項目的原始資料、地質資料等，明確所建立的三維地質數據庫的應用范圍。其次，借鑒外國先進數據庫系統建立思想，對我國三維地質建模軟件的建模過程進行詳細研究，明確建模中數據的來源。最后，結合三維地質建模系統的特點及三維地質數據庫建立的目的，利用數據庫管理軟件及平臺來設計三維地質數據庫構建，使建成的數據庫可以對水利水電工程相關數據進行合理分類、存儲、檢索;可以準確記錄數據修改、查詢等操作;可以對用戶操作權限進行管理。另外，為了保證三維地質數據庫的界面可以清晰、準確的顯示各種操作功能，設計人員在設計三維地質數據庫錄入界面時，一定要將檢索、數據錄入、數據更新、數據導出、數據下載等功能鍵合理、美觀的設計在界面中，以便用戶可以更加便捷、有效的操作數據庫。
2．2三維地質建模平臺的設計(1)三維建模平臺的搭建為保證三維建模平臺的應用性，通常采用CATIA軟件來開發這個復雜的三維建模平臺。CATIA軟件作為應用良好的機械設計軟件，在三維建模平臺過程中是根據平臺建設的要求，利用適合的工具來設置平臺的覆蓋層模塊、地質層模塊、風化層模塊等，并結合平臺的應用順序，合理安排各個模塊，以便三維地質建模平臺在接到命令的情況下，可以有序應用。(2)三維地質模型曲面的構造因水利水電工程地質勘測中會采用多種勘測手段，促使所采集的地質數據具有離散性、不規則的特點，如若直接運用這些數據來進行三維地質模型，會增加模型構建時間，降低模型的準確性。因此，不可避免的采用一些曲面差值與擬合算法來集合地質數據，進而構建地質模型的曲面，有利于構建準確的三維地質模型。假設在任意截面上選擇M+1個點作為地質特征點，并且這些點可以生成地質的曲面?；贑ATIA三維曲面造型的原理，可以求得地質特征點組成的一個頂點控制矩陣。由此，可以確定B樣條曲面與B樣條曲線均可以修改，所以，三維地質模型曲面可以依據曲線的連續性來構造［3］。(3)三維地質建模系統一體化設計基于以上對三維地質數據庫和三維地質建模平臺的設計，來進行三維地質建模系統一體化設計。就以鉆孔數據建模為例，在鉆孔數據模型一體化設計中，首先是進行鉆孔數據導入，也就是利用CATIA軟件將鉆孔資料導入到EXCEL模板中，利用鉆孔導入插件將鉆孔數據導入到數據庫中。其次是虛擬鉆孔，也就是根據地質剖面圖上地層的走勢來分析鉆孔的分布，進而分析研究區域內鉆孔，從而構建虛擬鉆孔。再將虛擬鉆孔導入到數據庫中，將虛擬鉆孔相關信息填好，保存。最后是地質模型剖切出圖。將鉆孔數據及虛擬鉆孔信息導出，利用VB軟件來進行2次編程，并在三維地質建模平臺上按自動計算比例生成地質模型剖切出圖［4］。
3結束語
地質建模范文6
關鍵詞：鉻鐵礦；三維地質建模；3DMine軟件；礦床成因；找礦標志；成礦預測；北秦嶺
中圖分類號：P618.33；P618.31 文獻標志碼：A
0 引 言
北秦嶺松樹溝地區產出了陜西省出露面積最大的超鎂鐵質巖體，巖體內賦存了小型鉻鐵礦床。大量研究證明，松樹溝巖體屬于新元古代蛇綠巖，形成于洋脊環境[1-3]。巖石地球化學研究證明：松樹溝巖體存在一類具有變質橄欖巖或阿爾卑斯橄欖巖特征的巖石，主要為細粒純橄欖巖和共生的方輝橄欖巖，賦存在巖體中部；另一類具有超鎂鐵質堆晶巖特征的巖石，主要為中粗粒純橄欖巖及共生的方輝橄欖巖、透輝橄欖巖和透輝巖，產出在巖體邊部[4]。鉻鐵礦產出狀態以條帶狀構造為主，未發現典型的“豆莢狀”鉻鐵礦，不同類型鉻鐵礦礦物地球化學數據研究證明，松樹溝中粗粒純橄欖巖與羅布莎堆晶純橄欖巖成因類似[5]。前期勘探鉆孔長度累計約11×104 m，控制了該區大部分淺部的鉻鐵礦體，巖體下盤和深部是否存在隱伏礦體？如何認識松樹溝巖體成礦規律？一直困擾著本地區的地質勘探工作。筆者從三維地質建模入手，在充分收集前人地質、物探、化探、鉆探資料基礎上，提出松樹溝巖體呈透鏡狀產出，巖體性質類似羅布莎巖體，可能存在“豆莢狀”和層狀鉻鐵礦體；根據貧礦的主要富集部位，預測了2個具有深部找礦潛力的地區，為下一步勘查找礦提供思路。
1 地質背景
松樹溝鉻鐵礦床位于商丹縫合帶北側、北秦嶺構造帶南部邊緣，礦床主體產出在松樹溝超鎂鐵質巖體中（圖1）。松樹溝巖體以構造關系疊置于古元古界秦嶺巖群中深變質巖系之上，空間分布上為一獨立地質體，延伸與區域構造線方向基本一致，其周邊與秦嶺巖群中不同構造巖層單位相接觸，北側主體為秦嶺巖群界嶺大理巖鈣硅酸巖斜長角閃片巖組合層，南側主體為秦嶺巖群大河長英質片麻巖。巖體以北的秦嶺巖群又以NWW向延展的牌樓溝韌性變形帶與中元古代峽河巖群呈構造接觸，顯示出復雜的構造疊置拼貼關系。巖體以南的商丹斷裂北側出露有新元古代富水鎂鐵―超鎂鐵質雜巖體，主要由變輝石巖、細粒暗色輝長巖、中粒變輝長巖、變輝長閃長巖及變角閃石黑云母二長巖等組成，形成于島弧構造環境。前人曾將其作為松樹溝蛇綠巖的組成部分，野外地質、巖相學、巖石地球化學研究表明其不屬于蛇綠巖的組成部分[6]。此外，在松樹溝蛇綠巖南側秦嶺巖群變質巖層中，殘留有為數眾多、大小不一的“無根”變質橄欖巖構造巖塊或透鏡體，而北側則無，反映了松樹溝蛇綠巖在自南而北的逆沖推覆過程中與圍巖發生過構造混雜作用，并代表了其運移“軌跡”。
含透輝巖條帶純橄欖巖巖相帶分布于巖體中部，占巖體面積的60%～65%，平均寬0.75 km。中部含有少量呈透鏡狀或脈狀分布的中粗粒純橄欖巖體，規模大小不等，與巖體走向基本一致，與純橄欖巖呈漸變關系。巖石中分布了較多的透輝石巖細條帶，寬1～4 cm，長幾十厘米至幾米，條帶產狀與巖體產狀及內部面理基本一致，與圍巖間界線清楚，出露面積約占此巖相帶總面積的占3%～5%。
透輝巖透輝橄欖巖巖相帶斷續分布于巖體兩側，出露寬度10～50 m，出露約占巖體總面積的5%～10%，主要由透輝巖、透輝橄欖巖和純橄欖巖組成，呈脈體群帶狀展布，其產狀與巖體產狀及內部面理一致，分布較為穩定。
純橄欖巖方輝橄欖巖（含鉻鐵礦）巖相帶分布于巖體南北邊部，寬0.20～0.35 km，出露約占巖體總面積的30%，純橄欖巖及純橄欖巖質糜棱巖組成背景巖相，其中含有大量中粗粒純橄欖巖、方輝橄欖巖及鉻鐵礦化或鉻鐵礦體。各類巖石間均呈漸變過渡關系，除背景巖石外，其他各類多呈不連續透鏡狀、條帶狀、板狀分布于純橄欖巖中。該巖相帶是巖體內最重要的含鉻鐵礦層位，賦存了本區60%以上的鉻鐵礦體[7]。
松樹溝鉻鐵礦床主要賦存于超鎂鐵質巖體邊部的中粗粒純橄欖巖和方輝橄欖巖內，礦區主要劃分為7個區段，從東向西依次為洋淇溝區、小松樹溝區、大松樹溝區、土坳溝區、界嶺溝區、梅家溝區、廟堂溝區。各區具有工業意義的礦體共46條，其中梅家溝區經工程驗證的6、55、61號礦體未參加儲量計算，其他各區截止1971年累計查明的鉻礦石儲量見表1。
本區鉻鐵礦石絕大部分為浸染狀構造，真正的致密塊狀礦石尚未見到。礦石的各種構造形態主要由鉻尖晶石浸染體的不同密度和不均勻性所體現。為了在礦石類型的劃分上能反映工業品級，將礦石中鉻尖晶石的浸染密度劃分為：①星散狀礦染，礦石中鉻尖晶石體積分數小于10%；②稀疏浸染，礦石中鉻尖晶石體積分數為10%～30%；③中等浸染，礦石中鉻尖晶石體積分數為30%～50%；④稠密浸染，礦石中鉻尖晶石體積分數為50%～85%；⑤塊狀礦石，礦石中鉻尖晶石體積分數大于85%。
3 礦床成因
松樹溝鉻鐵礦礦床成因認識主要有2種：①松樹溝鉻鐵礦床是產于再次部分熔融的地幔殘留體中的“豆莢狀”鉻鐵礦床[6，8-9]；②松樹溝鉻鐵礦床形成機制與層狀鉻鐵礦床相似，形成于松樹溝洋盆擴張過程中，是中粗粒純橄欖巖在熱邊界層（TBL）冷凝結晶過程中巖漿分異作用的產物[5]。
“豆莢狀”鉻鐵礦床和層狀鉻鐵礦床均可在純橄欖巖中產出，但產出這2種鉻鐵礦床純橄欖巖的成因卻存在差別。產出“豆莢狀”鉻鐵礦床純橄欖巖是由消耗輝石反應生成的橄欖石、殘留橄欖石和少量方輝橄欖巖殘留體組成，屬地幔純橄欖巖類，礦體為“豆莢狀”，礦石多為瘤狀、塊狀，礦體富集是靠上地幔的剪切流動、塑性變形來完成[10-11]，Oman地幔純橄欖巖和羅布莎地幔純橄欖巖中產出的“豆莢狀”鉻鐵礦床均屬于此種類型[12-14]。產出層狀鉻鐵礦體的純橄欖巖是堆晶純橄欖巖，其橄欖石是巖漿冷凝結晶的產物，鉻鐵礦層是巖漿分異的產物，礦體多為似層狀透鏡體，礦石均以不同稠密度的浸染狀為特征[15]，如羅布莎堆晶純橄欖巖、南非布什威爾德巖體純橄欖巖和津巴布韋大巖體純橄欖巖中產出的鉻鐵礦床均屬于層狀鉻鐵礦床[16-17]。
松樹溝細粒純橄欖巖在成因上與Oman地幔純橄欖巖和羅布莎地幔純橄欖巖類似；而中粗粒純橄欖巖在成因上則與羅布莎堆晶純橄欖巖類似[5]。目前發現的松樹溝鉻鐵礦床產出于以中粗粒純橄欖巖為主體的堆晶橄欖巖中，鉻鐵礦顆粒自形程度較高，礦石包括浸染狀、條帶狀、塊狀等類型，礦體形態為拉長的透鏡體狀、條帶狀等，單個礦體均可見不同程度的浸染狀構造，具有層狀鉻鐵礦床的典型特征。松樹溝細粒純橄欖巖中是否存在類似羅布莎地幔純橄欖巖中的“豆莢狀”鉻鐵礦體，值得進一步勘查研究。
根據大量研究結果，松樹溝鉻鐵礦床成礦模式可總結為：松樹溝蛇綠巖可能形成于與消減作用無關的小洋盆環境，巖漿侵入到向斜褶皺的軸部之后，上部和兩側的巖漿向圍巖散發熱量，溫度下降，橄欖石大量結晶，形成了蛇紋石化純橄欖巖外殼，在區域側壓力作用下產生了片理化。在橄欖石結晶時，部分鉻尖晶石同時晶出，晶粥中的鉻尖晶石含量較少，在重力作用下堆積形成有一定規模的稀疏浸染狀礦體；在巖漿結晶作用晚期，由于橄欖石大量晶出，巖漿酸度增高，斜方輝石開始大量結晶，形成含輝純橄欖巖、斜方輝橄巖及橄輝巖分異體。由于側向分異作用，使這些分異體呈帶狀分布在巖體上下盤外側及兩端；同時，鉻尖晶石大量結晶并富集，形成規模較大的稠密浸染狀礦體，分布在巖體上下盤純橄欖巖相與斜方輝橄欖巖相接觸帶或下沉到巖體底部（圖4）。
4 找礦標志
（1）毛、條、體、群的規律在中（粗）粒純橄欖巖相帶表現明顯。毛、條、體、群的規律是指同生分異式礦體與母巖之間的接觸關系，以礦條狀、礦毛狀、礦染狀逐漸過渡，礦體向外逐漸變為許許多多礦條，再向外為一些更小的礦毛，接著向外則為礦染，與母巖逐漸過渡；而礦體總是成群出現的，礦體與礦體之間以礦化帶相聯系，因此，找到一個礦體后，往往在其周圍可以找到同類型的其他一些礦體。主礦體規模越大，其附近礦毛、礦條（鉻鐵礦品位大于3%）分布的范圍就越寬。礦毛、礦條在垂直方向上常見到尖滅再現的現象，預示深部存在礦體，可作為標志之一。
（2）有利成礦構造部位包括原生流動構造發生紊流和轉折部位，巖體在空間上的膨大與拐折部位，巖凹、巖凸和臺階構造前上方，成礦前原生節理發育地段，均有利于礦體的生成。
（3）方輝橄欖巖與中―粗粒純橄欖巖為有利成礦巖相組合，有成礦潛力的中―粗粒純橄欖巖中橄欖石顆粒粗大，一般大于0.5 mm，自形程度較差，構成明顯的不等粒結構，巖石化學成分上更為基性，MgO含量高，SiO2與MgO含量之比較細粒純橄欖巖和蛇紋石化純橄欖巖低。
（4）化探中Cr異常集中區是直接的找礦標志。Cr、Ni異常規模大，強度高，相互套合好，同時還伴有Fe2O3、Co、Mn等元素或化合物異常，也是重要的找礦標志。
5 礦床三維地質建模
本次地質建模的三維軟件為3DMine軼件。3DMine軟件主要模塊的功能包括：礦山地質數據的獲取、輸入與管理，建立礦床地質模型，實現礦山地質圖件編制，運用地質統計學進行品位估值，引入塊體模型的概念進行儲量估算，進行三維采礦設計等。
根據建模需求，對能控制該礦區礦體空間賦存狀態的地質勘探和工程數據進行收集。項目共收集到361個鉆孔數據，本次建模選用343個鉆孔資料建立地質數據庫，分別為定位表（表2）、測斜表（表3）、編錄表（表4）和化驗分析表（表5），將此數據庫導入3DMine軟件，生成礦體三維模型圖（地表模型、鉆孔模型和礦體模型）（圖5）。圖5中礦化體富集的地段為干溝―界嶺溝段和干溝―王家坪―小松樹溝段，也是本次深部成礦的預測區（圖2、5）。
根據塊體模型，可以算出礦體的資源量。由于原始記錄中品位數據少，資源量估算過程中將原始編錄記錄為礦體和礦化體的地質體圈定為礦（化）體，鉻鐵礦石目估平均品位一般大于3%。 目前鉻鐵礦的邊界品位是5%～8%，19世紀60年代鉻鐵礦的邊界品位為8%，松樹溝鉻鐵礦床富礦少，貧礦多，筆者嘗試應用貧礦指標（鉻鐵礦品位大于3%）來計算資源量，以利于深部成礦預測。通過三維軟件可以計算出礦化體體積，礦化體密度賦值為32 g?cm=-3（前人在本區物性研究結果顯示礦化純橄欖巖的密度為3.1～3.3 g?cm=-3），由此計算得到松樹溝超基性巖體的資源量約為61691×104 t（鉻鐵礦石品位大于3%）。
3DMine軟件計算的鉻鐵礦資源量約61691×104 t（鉻鐵礦品位大于3%，含已知礦體），遠大于前人計算的資源量（礦石量約為2236×104 t）。差別的原因是：①本次計算過程中包括了貧礦體、礦化體，即鉻鐵礦礦石品位大于3%，前人計算的礦石量中鉻鐵礦礦石品位大于8%；②本次計算包含了所有礦體，前人有部分礦體（如梅家溝區）資源量沒有計算；③本次計算應用電腦三維可視化圈定礦體，礦體之間的連接與人工剖面連接存在少量差異。
三維地質建模過程中發現礦化體主要賦存在巖體上部，巖體下部和底部可能存在較大的找礦潛力。因為目前的鉆探普遍為斜鉆，前人認為巖體向SW傾斜，所以鉆孔傾向為NE，結果巖體東北段（巖體下盤）鉆孔普遍能穿透巖體，礦化不好（單個鉆孔很少碰到鉻鐵礦礦體），而巖體西南段（巖體上盤）鉆孔普遍沒有穿透巖體，礦化較好（單個鉆孔碰到多個鉻鐵礦礦體），這與礦化于方輝橄欖巖細粒純橄欖巖之間特征一致[圖4（a）]。本研究認為：巖體東北部（巖體下盤）礦化不好的原因可能主要是鉆孔方向不合理，如果礦體在斜方輝橄巖純橄欖巖相的相變部位，巖體北部的鉆探方向應該是向SW傾斜，這樣單個鉆孔可能碰到更多的鉻鐵礦透鏡體[圖4（b）]。巖體底部還可能存在較大的富礦體，值得深部鉆探驗證[圖4（b）]。
通過三維地質建模，能清晰地發現礦（化）體富集的部位，也可以獲得任意地段資源量，為深部成礦預測發揮了重要作用，如干溝―界嶺溝地段賦存了約454×104 t資源量（鉻鐵礦石品位大于3%，地表以下700 m），干溝―王家坪―小松樹溝地段賦存了約53×104 t資源量（鉻鐵礦礦石品位大于3%，地表以下700 m）。根據貧礦與富礦關系密切、周期性出現的成礦規律，加之目前鉆孔沒有控制到巖體底部，干溝-界嶺溝地段和干溝―王家坪―小松樹溝地段自然是下一步主攻的成礦預測區。
三維地質模型中還發現主巖體兩側構造巖相帶大體對稱，巖體上、下盤是兩個相互對應的成礦帶，稱“邊部成礦帶”或“上、下部成礦帶”。巖體中部范圍廣，礦點少，礦體小，分布零星，稱“中部成礦帶”。由此可見，層狀鉻鐵礦找礦目標為巖體的邊部成礦帶，而“豆莢狀”鉻鐵礦找礦目標為巖體中部巖相帶。
6 成礦預測區段
6.1 界嶺溝―干溝成礦預測區
界嶺溝―干溝成礦預測區位于干溝―黑龍溝―界嶺溝之間（圖2），存在黑龍洞―陳家灣次生暈異常區、李灣溝―黑龍溝次生暈異常區，面積約32 km2。三維軟件計算地表以下700 m深度控制礦化體質量約454×104 t（鉻鐵礦礦石品位大于3%），其中控制礦石資源量9×104 t（鉻鐵礦礦石品位大于8%），目前未開采。
本預測區劃定依據：①三維地質建模中發現預測區內2處鉆孔控制的礦化體規模較大，分別位于巖體上部和下部，目前鉆孔沒有穿透巖體，深部可能存在較大的礦體；②預測區內化探異常連續性好，強度高，存在已知礦（化）體；③預測區內出露賦礦目標地質體主要為細粒純橄欖巖相中粗粒純橄欖巖相方輝輝橄巖相透輝巖相組合，巖體分異性好；④預測區位于松樹溝主巖體中段，屬于構造轉換松弛有利部位，流動構造發育，具有一定的找礦意義。
6.2 干溝―小松樹溝成礦預測區
干溝―小松樹溝成礦預測區位于干溝―中堂溝―小松樹溝之間的巖體上盤（圖2），存在干溝次生暈異常區、336―272號礦體次生暈異常區、245號礦體次生暈異常區，面積約2.6 km2。三維軟件計算地表以下700 m深度控制礦化體質量約53×104 t（鉻鐵礦礦石品位大于3%），控制礦石資源量為6×104 t（鉻鐵礦礦石品位大于8%），目前礦石資源量已經開采利用。
本預測區劃定依據：①預測區內出露賦礦目標地質體主要為純橄欖巖相斜方輝橄巖相中粗粒純橄欖巖相，巖體分異性好；②預測區內已經勘查出最大的工業礦體，礦體產于巖體中部和下部，鉆孔一般沒有穿透巖體，深部（地表以下700～1500 m）成礦潛力待探索；③預測區內化探異常圈定的礦化帶范圍連續性好，強度高，分帶異常明顯；④預測區位于松樹溝主巖體中段，屬于構造轉換松弛有利部位，流動構造發育；⑤預測區內雖然礦化于巖體邊部和上盤，但目前鉆孔控制未到巖體底部，深部具有一定的找礦意義。
6.3 預測區找礦方法
預測區找礦方法是通過激電測深或可控源音頻電磁測深法獲取超基性巖體的深度，然后通過大比例尺重磁方法尋找異常置，最后應用深部鉆探進行驗證（預計深度1 500～2 000 m）。
7 結 語
（1）松樹溝巖體呈透鏡狀產出，控制成礦巖相為方輝橄欖巖中粗粒橄欖巖，礦體主要分布在巖體相變的邊部和底部，松樹溝鉻鐵礦礦物特征類似羅布莎鉻鐵礦，可能存在層狀鉻鐵礦（邊部巖相）和“豆莢狀”鉻鐵礦（中部巖相）成礦潛力。
（2）根據礦山343個鉆孔數據（長度總計約108×104 m），應用3DMine軟件建立了礦區三維地質模型，為深邊部成礦預測提供了可視化素材，重新核算了松樹溝礦床地表以下700 m深度的資源量約616.91×104 t（鉻鐵礦品位大于3%，含已知礦體）。
