基于MapGIS等软件集成的地质—地球物理综合解译平台的建立与应用

窦帆帆，林子瑜

（东华理工大学地球科学学院，江西·南昌 330013）

基于MapGIS等软件集成的地质—地球物理综合解译平台的建立与应用

窦帆帆，林子瑜*

（东华理工大学地球科学学院，江西·南昌 330013）

综合了现在主流的地质和地球物理专业软件的优势，建立了集成区域地质、钻孔资料以及地球物理信息的地质—地球物理综合解译平台，并以江西相山铀矿田邹家山重点勘查区为例验证了它的实际效果，证明其不仅在解译方面具有便捷性和高效性，对直接应用于三维地质建模中关键的面模型的建立同样具有重要意义。

三维地质建模；面模型；解译平台；信息系统

广泛利用新技术寻找深部隐伏矿床已成为当前找矿工作的重点，深部找矿勘探需了解深部地质特征。然而当今人类尚无法直接目睹地下深部的物质成分与地质结构，地球物理找矿勘探方法与技术具有探测深度大、分辨率高、方法手段多元化的特点，能为深部找矿勘探提供丰富的信息，为此地球物理勘探在深部找矿勘探中不断发挥着至关重要的作用[1～4]。在勘探过程中，地球物理信息通常是以二维反演剖面的形式提供的，保存于Sufer等软件中，但直接在Surfer等成图软件中进行解译难以参照区域地质及钻孔资料等其它信息，使得解译过程中的参照与约束不够，而且对于解译得出的关键解译结果（如断裂和地质界线等）无法进行进一步的分析与应用[5,6]。因此建立一种便捷高效的地质—地球物理解译平台，将区域地质、地球物理信息以及钻孔资料集成在一起进行相互参照和约束，综合多种方法的对比分析，增强解释结果的可靠性和正确性，从而取得理想的解译效果。

本研究通过对现在主流地质和地球物理专业软件优点的分析，最终提出了综合Surfer、Section、ArcGIS以及MapGIS等软件综合地质、地球物理信息来进行地质—地球物理综合解译平台的建立，不仅使得解译过程中参照与约束得到保障，更可以将解译文件进行二次开发，导出并运用于其它研究中。

1 MapGIS地质—地球物理综合解译平台的建立

1.1 测点导入

本文以相山铀矿田邹家山勘查区进行的1:10000AMT视电阻率数据为例进行简要介绍。

打开MapGIS主菜单—实用服务－投影变换－投影转换－用户文件投影转换，点击“打开文件”添加刚保存的数据文件，然后根据实际资料情况分别设置用户投影参数和结果投影参数。其中涉及到的具体参数有:坐标系类型、椭球参数、投影类型、比例尺、坐标单位、投影带类型和序号。最后设置点图元参数，子图号、子图宽度、子图高度和子图颜色，根据自己的数据设置X、Y分别在第几列，最后点击投影变换，确定并保存点文件即可，生成点文件[7]。

打开已制作完成包含多种地质要素的勘查区MapGIS工程文件，导入生成的测点，通过点编辑－根据属性标注释，设置标注格式并根据实际情况标注间隔，如果测点较密，标注间隔可以大一点，效果如图1所示。

图1 勘查区AMT测线分布地质图Fig.1 AMT line geological map

1.2 裁剪地质图

为便于解译系统的建立，将测线点旋转一定的角度，使测线成水平排列，示例测线方位为-43°，NW-SE向，线距100m，点距50m，勘查区的比例尺为1:10000。

根据测线的布置，按照测线的线距做缓冲区，截取地质信息。

新建线文件，连接一条测线的首尾，形成测线的线文件。利用造平行垂直线对测线两侧做距离为一倍线距的与测线等长的平行线。

再新建区文件，点击区编辑—图形造区，点击已做的两条平行垂直线，形成一个长为测线长度，宽为2倍线距的区文件。

在secion中对区文件进行工程裁剪，选择添加需要裁剪的文件，把之前造区的区文件做为裁剪框装入，进行裁剪，裁剪的工程文件另存一个文件夹，效果如图2所示。

1.3 造校正框

对测线作一条距离为两倍线距的平行线，再在此线的基础上再做一条距离为测线标高的平行线，然后将线连成封闭的矩形框，作为校正框。

1.4 导入物探剖面图像

将图像从sufer软件中以jpg格式导出，用MapGIS文件图像分析模块，将导出的jpg格式图像转换成msi格式文件。图像分析—打开转成的msi格式图像—镶嵌融合—打开参照文件—线文件添加（即校正框）—删除所有控制点—分别校正左右两边的四个顶点—点击影像精校正保存，用MapGIS工程加载校正好的msi文件

1.5 制作标尺

新建一个点文件以校正框的左下角的点为基点作为标尺的原点进行画点，再对校正框的左上角的点画点并与原点连接成线作为标尺的纵轴。同样的再对校正框的右下角的点画点并与原点连接成线作为标尺的横轴。点击其它—分别选择垂直轴和水平轴，再点击辅助工具—自动生成标尺，设置最小刻度、标注刻度等具体参数。

然后新建一个点文件用来存放标尺的刻度，先将原点标出，再用点参数来调整注释角度。再点击工具箱—点专题—阵列复制点，设置阵列的行数、列数、行间间距和列间间距，以原点复制水平和垂直轴的其它刻度再使用编辑文本工具分别进行注释的修改，最后给标尺的水平轴和垂直轴分别添加标尺单位x/m和h/m。

这样就把存于sufer中的物探剖面（图2a）制作到Map-GIS平台中（图2b），使剖面上的任意一点数据包含具体坐标。如果有多种物探剖面可根据实际需要按上述方法逐个叠加到解译平台中。

1.6 测线生成缓冲区裁剪

图2 不同系统中物探剖面的对比Fig.2 The difference of geophysical section in different systems

在ArcGIS中根据测线的起点和终点坐标，首尾相连绘制测线线文件，并根据线文件做缓冲区：打开分析工具（Analysis Tools）—领域分析（Proximity）—Buffer（缓冲区），参数设置缓冲区以两侧各300m为例。

计算钻孔信息的坐标：为与钻孔信息进行参照，需将收集到的重点勘查区的钻孔的揭穿点加载到地质—地球物理解释剖面中。首先整理钻孔表，内含孔口位置、孔口标高、钻孔倾角、钻孔方位角、地质层位的始终深度、岩性信息，根据上述信息进行计算，得出孔口到钻孔地质信息揭穿点的delta纵（纵坐标的变化量）、delta横（横坐标的变化量）、delta高（标高的变化量），由此计算出地质信息揭穿点的空间位置。将得到的地质信息揭穿点的位置与地质信息输出，导入到ArcGIS中。

用缓冲区裁剪矿化点裁剪：先以添加XY数据的形式把之前计算的钻孔数据导入ArcGIS中，如图3。点击分析工具（Analysis Tools）—提取分析(Extract)—裁剪（clip），用缓冲区分别对测线进行裁剪，确定地质揭穿点所属的每一个测线剖面，并分别保存Shpfle文件。

图3 地质揭穿点测线缓冲区Fig.3 Buffer of geological points

将每个剖面的shp格式的钻孔信息点先转为WT文件，在MapGIS主菜单下—其它—整图变换—键盘输入参数中，进行旋转，为并设置相应点参数，加载到MapGIS解译系统中的地质图中。

分别用Excel打开每一条缓冲区裁剪的dbf文件，另存为xls格式，放入一个文件夹中。

计算钻孔揭穿点在剖面上的坐标：从解译平台中可以看出每一个在剖面上的钻孔的坐标，可以由地质图上每一个钻孔坐标经过计算得来，其横坐标保持不变，只是纵坐标发生变化。根据公式计算可得钻孔揭穿点旋转43°后的位置信息，这与先把钻孔揭穿点导入MapGIS中在利用整图变换功能旋转本质上是一样的。得到MapGIS解译文件中地质图上的坐标之后，再根据以解译平台中0m标高为基点，加减每一个钻孔揭穿点的高程，即可求得剖面上钻孔揭穿点。

将钻孔揭穿点导入解译系统中并根据每一个钻孔的岩性不同，将地质揭穿点附上相应的颜色和注释。最终效果如图4所示。

图4 MapGIS综合地质–地球物理解译平台Fig.4 The interpretation section of geophysical-geological

2 基于平台的地质—地球物理综合解译

从相山铀矿田邹家山重点勘查区AMT测线分布的地质图（图1）来看，测线L1至测线L31地表出露的地质单元主要是鹅湖岭组二段过渡相（K1e2b）碎斑流纹岩，其中测线L10至测线L21地表出露的地质单元由鹅湖岭组二段过渡相（K1e2b）碎斑流纹岩向SE方向变为地表出露鹅湖岭组二段中心相（K1e2c）含花岗质团块碎斑流纹岩[8]。测线L31至测线L55地表出露的地质单元主要是鹅湖岭组二段边缘相（K1e2a）的含变质岩角砾的碎斑熔岩、鹅湖岭组二段过渡相（K1e2b）碎斑流纹岩以及鹅湖岭组二段中心相（K1e2c）含花岗质团块碎斑流纹岩，沿NW-SE方向依次分布；邹家山东重点勘查区内出露地表的地质单元还有少量的沙洲单元的粗斑二长花岗斑岩或似斑状微粒二长花岗岩。勘查区内构造复杂，勘查区主要受到火山塌陷构造以及断裂构造的联合控制。其中断裂构造主要是盖层区域性构造：北东向构造、北西向构造以及近南北向构造[9]。

本文仅以AMT测线中的1号线为示例，综合解译平台中的区域地质、物探剖面和钻孔信息进行综合解译并在平台中画出识别出的断裂构造以及地质界线，并写出详细解译结果。

根据L1线AMT综合地球物理–地质解译图，ZJS_ AMT_L1测线位于勘查区西南部，测线范围内地表出露的地质单元主要是鹅湖岭组二段过渡相（K1e2b）碎斑流纹岩。

在AMT反演剖面图上，整体呈现“高—低—次高”两层一带式电性结构的特征：深部偏高阻的地质体，主要分布于-800m标高以下，结合其高密度、低磁的特点[10]，主体解释为青白口系（Qb）变质岩系。浅部高阻的地质体，主要分布于-300m以上，是厚的似层状K1e碎斑流纹岩的反映，厚度可达700m，剖面解释图中相应的钻孔揭穿点也揭示了这一情况。在K1e火山岩系与基底地质单元之间，存在近乎连续的低阻带，反映不整合界面及存在偏低阻的早白垩世打鼓顶组（K1d）流纹英安质火山岩系[11]，其厚度可达500m。在测线剖面400m附近有一明显的低阻异常，结合地质资料推断此处为邹家山—石洞（邹石）断裂；在测线剖面3000m附近有一明显的电阻率变化异常带，结合地质资料推断此处为北东向（FNE1）的断裂。

3 平台解译结果导入三维地质建模软件

解译结果分为地质界线解译以及构造解译，以主流的三维地质建模软件GOCAD为例，把测线中的1号测线解译结果中的地质界线解译文件导入软件中。

为了验证导入的解译文件位置的正确性，先将存于surfer软件中的物探剖面以栅格数据导入。在Voxet菜单中，运用“运用角点坐标校正图像”功能对导入的图片进行校正，在“坐标设置”对话框中分别输入对应的角点坐标值即可。

对MapGIS解译线文件先做光滑处理并转成Shapefile文件格式：Section中选择线编辑—光滑线功能，插密距离设置为100m（与测线间距一致，MapGIS上参数为10），文件转换—文件—装入线—右击复位窗口—输出—输出SHAPE文件。

GOCAD读入Shapefile线文件并消除导入GOCAD平台中的偏移值：File—import Objects—Cultural Data—ArcView Shape，然后点击Curve模块—Tools—Move—点选Translate，在此模式下移动到测线起点坐标。

放大解译线文件：因为解译平台的比例尺为1:10000，所以要将导入的Shpfile格式的线文件放大10倍。选择Curve模块-Compute-on object，在主脚本位置处填写代码X=X-0+(X-X0)*10；Y=Y0+(Y-Y0)*10并点击应用。

绕X轴旋转90°，再绕Z轴旋转-43°。点击Curve模式-Tools-Move，点选Translate，在此模式下的Angle对话框中填写90，点击Apply。再点选Rotate，再此模式下的Angle对话框中填写-43，点击OK。

这样解译结果就从二维的MapGIS解译平台导入三维地质建模平台，参照AMT剖面图像可以看到地质界线解译文件导入的位置与其在解译平台中的位置相贴合。依次导入所有剖面的地质界线与断层解译文件，为面模型的建立做准备。

4 三维地质模型的构建

面模型是三维地质建模的关键，面模型建立的质量好坏直接关系到后续实体模型的成败[12]。平台的解释结果作为建立邹家山东重点勘查区模型主要的建模数据基础。不同的解释界线用来生成不同的地质界面，各地质界面建立之后，就可以再将面模型生成实体模型。生成的地质界面主要包括：断层构造面、不整合面（Qb-K1）与组间界面（K1d-K1e）。

4.1 不整合面（Qb-K1）与组间界面（K1d-K1e）的构建

本文要建立的地层面主要是不整合面（Qb-K1）与组间界面（K1d-K1e），这两个地质界面建立的依据是AMT剖面数据的解释线（图5）。将所有的解释线导入到GOCAD系统，首先通过Surface→New→From Curves→Several Curves生成一个面，然后进行DSI插值，并进行多次约束[13]。将面模型离散成点文件，然后在GOCAD工作流程中的Structural Modeling中作为地层面（Horizon）进行建立不整合面（Qb-K1）与组间界面（K1d-K1e）模型。

图5 AMT剖面解释线Fig.5 Interperation line of AMT profle

通过AMT剖面解释得到的邹家山东重点勘查区的不整合面（图6），从中可以观察到，该面的高程从NW到SE大致呈高低起伏状态，在NW高程为最高，即该处的基底的变质岩（Qb）出露到地表。NW处的基底抬升较高，而在NE处基底则较低。

通过上述建面的过程，得到邹家山东重点勘查区组间界面（K1d-K1e）（图7）。据此观察得到，高程从NW到SE呈下降趋势，在NW处的高程较高，SE与NE向的高程较低，在重点勘查区NE向处的高程最低，界面的中间部分也出现有一些高低起伏的情况。

图6 邹家山东重点勘查区不整合面模型（Qb-K1）Fig.6 Unconformity surface model of the key exploration area of Zoujiashan

图7 邹家山东重点勘查区组间界面模型（K1d-K1e）Fig.7 Interblock interface model of the key exploration area of Zoujiashan

4.2 断裂构造面的构建

同样按照上述步骤得到F_NE、F_NE1、F_NW、F_SN这四条勘查区构造面模型（图8、图9）。

通过对建立的面模型的观察分析，并根据研究区近地表地质、结合实测剖面图和钻孔编录等资料，可以反过来对解译结果进行修改。也可以参照GOCAD平台及其三维建模方法流程，进一步建立研究区三维地质实体模型，并可进行深入的成矿分析与预测。

图8 邹家山东重点勘查区构造三维空间分布图Fig.8 Fault-plane three dimensional spatial distribution of the key exploration area of Zoujiashan

图9 邹家山东重点勘查区面模型三维空间分布Fig.9 Surface model three dimensional spatial distribution of the key exploration area of Zoujiashan

5 结论

本文采用MapGIS、Section和ArcGIS等软件建立了一种高效便捷的地质—地球物理综合解译平台，此平台中集合了区域地质、地球物理、钻孔等多种信息，对最终的解译结果进行相互约束，确保解译结果最大程度的正确性。以相山铀矿田的邹家山重点勘查区为例，选取其中的1号线在此解译平台中进行解译，详细阐明解译了结果，并把解译结果成功导入了以GOCAD为代表性的三维建模软件中，生成了面文件，为以后的三维地质实体模型的建立打下坚实基础。

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Foundation and application of an interpretation platform for geophysical and geological data in MapGIS and other software

DOU Fan-Fan, LIN Zi-Yu
(College of Earth Science, East China University of Technology, Jiangxi Nanchang 330013, China)

One of the goals of this work was to determine the advantages of the primary geophysical and geological software. Another was to build a MapGIS platform for geophysical and geological interpretation useful in revising geological maps, and for calculating and projecting geological drilling exposure points. Convenient and efficient information was provided about Zoujiashan of the Xiangshan Volcanic Basin. It is also important to include surface modeling within threedimensional geological models.

three-dimensional geological modeling; interpretation platform; surface modeling; information system

P208.2

A

2095-1329(2016)04-0096-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2016.04.025

2016-10-26

2016-12-04

窦帆帆(1992-),男,硕士生,主要研究方向为三维地质建模与地学信息处理.

电子邮箱: 469255069@qq.com

联系电话: 18305113393

中核集团“龙灿工程”子课题:“相山火山盆地深部地质—地球物理解译与三维地质建模”*

林子瑜(教授/研究生导师): zylin@ecit.edu.cn