三维地质建模技术在地勘找矿中的应用

2020-12-09

世界有色金属 2020年14期

（中陕核工业集团二一一大队有限公司，陕西西安 710024）

一直以来，地质资料成果的表现与解释都是基于二维空间的，它的本质就是将实际地下三维地质空间中的地质特征和现象投影到某个平面上展示，这种表达方式描述三维空间中真实地下地质构造事并不直观，而且往往无法揭露整个空间的变化规律，很难使地质技术人员完整、直接地解释和理解地下各种地质情况，在目前日趋复杂的地勘找矿工作中，已经难以满足其分析预测、工程设计部署等需求。各类新型勘探技术的运用，例如三维地震勘探、地质雷达、深部地化剖面等，致使各种地质物探资料迅速增长，地质人员更需要利用新的方法来综合利用这些数据。面对大量的实测数据，如何利用其来推断区域内的分布规律，地质工作者会感到很难分析，传统的工作方法大多用平面图件来反映地质信息，而如今则更希望利用计算机技术自动显示这些信息在地下三维地质空间中的分布规律。三维地质建模的技术理论和软件技术日益成熟，同时三维地质建模软件也已经大量推出，如法国南锡法学研发的GOCAD软件，澳大利亚的Encom公司的Discovery PA软件，国内的3D mine软件等等，这一类软件目前已经在石油勘探、矿产储量评价、矿产开采、地质岩土工程等领域得到了广泛应用。但目前地质勘查找矿阶段，尤其是找矿预测中还应用得较少。

1 地质勘探中三维地质建模方法理论

在地质找矿勘探中，地质体的三维模拟一般要根据具体的地质体来定，由于地质体的复杂性，一般要使用集中方法综合建模，达到真实体现地质体的三维形态的效果。基于钻孔信息的建模方法是较为常用的方法，对没有断层的层状地质体的模拟具有很好的效果，但钻孔数据不多，也有利用三棱柱的建模方法可以解决具有简单断层的地质体三维建模问题。但矿体或地层结构较为复杂时，就很难保证数据的一致性；近年来，利用贝塞尔函数实现的曲面建模方法，能很好的解决地质体的表面建模，通过曲面建模，然后利用实体建模方法构建地质体的实体模型，就可以解决复杂地质体的模拟。

2 三维地质建模在地勘找矿应用中的关键技术

（1）建立三维空间下的钻孔信息数据库。钻孔是在地质矿产勘查中，获取地下地质信息为地质和矿产资源参数做出可靠评价的重要方法，通过钻孔中不同深度取得的岩心、矿样进行取样分析可以获取可信的矿体、岩层分布情况。钻孔岩心数据包括了三维地质建模中所需要的到的很大部分信息。这些数据信息反映了岩层的原始状况，是对地下岩层的模拟分析，可视化表达的主要数据。因此，收集地质找矿中的各类钻孔数据信息是进行三维地质建模的重要步骤。目前由于取得钻孔数据的成本相对较高，而且在一定范围内的工作区内大多只能取得有限的钻孔数数据，必须最大程度利用好这些数据所含的各类信息，在一定范围内结合工区内的地质规律和地质经验，这样才能完成构建比较符合实际情况的三维地层模型。将地质剖面图结合钻孔资料加入三维地质建模中，也可在三维地质建模过程中根据相邻钻孔按照地质推断规范原则重新绘制新的地质剖面图，最后将这些地质剖面图与钻孔资料组合在一起进行综合建模，由此将极大地提高三维地质模型的丰富度和可信度。

（2）三维地质模型拓扑关系结构分析。从地质构造方面来看，拓扑关系表现了地质对象间相互关联情况，这些拓扑信息包括了地质层位间上覆、交叠等的地层构造关系与地质体的位置空间关系。拓扑也可以理解为对所有这类地质体关系进行储存的一种数据结构[1]。简单来说，例如多层地层，上层岩层的底界面和与它相邻的下层岩层的顶界面是上下岩层这两个地质实体的公用边界，它们间的拓扑关系则是相邻和同一的关系，在存储此拓扑关系数据时可以融合上层岩层的底界面和其相邻的下层岩层的顶界面，也就是把上下岩层边界的曲面保存为一个地层曲面，由此必将在一定程度上减少拓扑数据的存储空间。地质模型系统的关键技术之一就是描述地质对象之间关系所采用的拓扑结构。

（3）三维地质模型转换真实折剖面技术。在一个勘探剖面中，由于钻孔会发生倾斜，存在某个钻孔或者某几个钻孔偏离勘探线比较远的情况。平剖面数据是在一个勘探线平面上的数据，和钻探数据所体现的实际地下地质信息之间往往会存在某种误差，这类误差在较多情况下，会对三维地质建模的可靠性产生较大影响。通过平剖面数据进行转换到三维真实折剖面的技术，也是三维地质建模的关键技术之一。要把钻孔控制下的平剖面转换成真实剖面；首先利用钻孔的井口坐标及测斜信息生成钻孔的三维空间分布情况图；然后对不同类型的平剖面数据进行坐标转换，由二维空间数据转换为三维空间数据；同时将平剖面数据中的有钻孔信息控制的部分，沿着钻孔位置轨迹进行投影，使平剖面上这一部分信息与实际钻孔的位置信息在三维空间中能够吻合；最后针对平剖面上需要外扩推断的部分进行整合处理，一方面是统一校准到勘探线上，另一方面是校准到外侧相邻钻孔的延长线上。

（4）地层矿层一体化建模技术。主要是地层矿体剖面数据的统一离散化处理以及地下矿体地层拓扑信息结构两种方法，地层剖面数据的统一离散化处理，是通过按地质剖面次序进行模拟扫描，将剖面数据的地层矿层信息同时转换成垂直的类似与钻孔取样分析的形式；地层与地层之间与其内部，在空间上的交错、包含关系通过相对直观的角度得到表达和处理。这套建模流程最大的一个优点在于，相应所建模的地下三维地层矿体模型，在各个信息节点上基本都有相应的钻孔样品数据对应。由此推广到其他各类地质体的表述，特别是对于侵入岩体、断层、褶皱等特殊地质现象的建模，都可以通过地层矿层一体化建模技术解决。

3 应用实例

陕西凤北某地区金矿，工作区金矿化带主要分布在上元古界的罗汉寺群的碎屑岩段中，产于荆梢湾背形两翼与轴向近似平行的构造挤压片理化带、破碎带中，主要蚀变为强硅化、绿泥石化、绢云母化、微细粒侵染状黄铁矿化及褐铁矿化等。通过钻孔工程的控制，主要在区内共发现近似平行的3条北西西向金矿化蚀变带。以Encom Discover PA软件为工作平台，再收集整理地质资料、地球物理资料、钻孔、地形测绘资料的基础上，依据“点-线-面-体”的思路，通过合理的解释形成剖面，进而三维可视化表达，构建出三维地质结构模型，模型应该直观地展现出地形地貌、地质构造、地层岩性和矿体的空间分布形态和空间关系，辅助圈定深部找矿靶区，提出合理的勘查意见。

首先，通过将整理好以后的矿区钻孔等数据分别导入井口坐标信息表、井斜、样品分析表和化验表中，构成矿区钻孔信息数据库[2]。由此建立最主要的地质数据库，地勘技术人员还可以加入其他相应的勘探资料如测绘信息、剖面信息、物探、化探等资料信息导入三维建模数据库中进行综合管理和利用，还可以用三维空间的方式显示钻孔的数据、沿任意位置角度切制剖面、形成剖面文件或线文件，利用综合三维地质建模平台将各类地质数据动态地在三维计算机图形中进行表现，直接、快捷地展示各种勘探工作数据的地下空间位置关系、分析数值和对应的形态关系，如此就可以进行三维地质勘探工作的合理性评价与工程效果验证，对地质勘查找矿分析预测形成可靠地的地质模型。

在矿体圈定与外推的过程中，还可以对矿体圈定按地质统计学规范进行质量监控，将取得的统计数据信息再反馈给地质人员，修正错误，确保圈定的矿体矿段与直接工程的一致性。

最终建立的三维地质矿体模型如图1所示，经过对比分析认为，该金矿床矿体深部仍有延伸，且有隐伏矿体存在，在后续勘查工作中应加强对矿区南部、西南部覆盖区及深部矿体的勘查。有了现成的矿体模型，能够快速实现任意方向的矿体剖面的切割。通过切割绘制的二维剖面与矿体界线，能够验证三维地质与矿体模型的构建是否恰当，通过在三维地质建模中产生的各类信息反馈，不断验证矿体连接和三维模型构建的合理性，不断改进优化，最终为地质、物探等人员，提供良好的基础图件数据，为下一步找矿预测提供了可靠的三维地质模型。