基于图切剖面的降扎温泉三维地质建模研究及应用

王丽坤，简兴祥，罗海金，姚华龙

基于图切剖面的降扎温泉三维地质建模研究及应用

王丽坤1，简兴祥2，罗海金3，姚华龙3

（1.四川金核矿业有限公司，成都 610000；2.成都理工大学，成都 610059；3.四川省核工业地质调查院，成都 610061）

本文以若尔盖降扎温泉区为研究对象，在编制研究区构造纲的基础上，沿垂直于主断裂方向绘制图切剖面，通过轮廓重构和等值面提取MC算法，构建研究区地层、构造等三维地质模型，服务于下阶段地热-地质模型构建。

图切剖面；三维地质模型；降扎温泉

若尔盖降扎温泉区地表有地热异常显示，为了了解其地热储特征和地下地质结构特征，本文尝试通过构建三维地质结构模型对其进行研究。降扎地区的矿产资源丰富，前人围绕区内铀矿和金矿开展了大量的调查和研究工作，地质资料较丰富，但温泉周边区域并未发现三维立体数据资料，无法利用常规的钻孔、地层、断层、地震等数据进行三维地质建模。故论文以编制的研究区构造纲要图为基础，建立一组近似平行的地质图切剖面，为构建三维地质模型提供条件。

1 研究区概况

研究区及周边寒武系、奥陶系及志留系等地层出露面积较大，在空间展布上呈背斜构造，背斜核部出露寒武系，奥陶系及志留系分列两冀，由于受白龙江大断裂影响，南翼奥陶系和中下志留统缺失。研究区断裂构造发育，主要受温泉-益哇断裂（F1）、苏里木塘-白云断裂（F3）控制。断裂以近东西向为主，北东向次之，北西向零星，其中北东向断裂以平移为主，呈逆时针扭动。北西向断裂与北东向断裂为共轭关系，属印支期南北向挤压产物。如垭口-毕冈断裂（F14）和卧马龙断裂（F21）等，斜切区域主体构造线，由近东西向或北西西向断裂和北东向断裂，构成区内（菱形格）断裂构造格架。

2 三维地质建模方法

复杂地质体三维建模算法有体模型和表面模型两大类。基于体模型的建模方法主要有四面体格网建模、八叉树建模等；表面建模方法主要有基于剖面轮廓线建模法、钻孔椭球体建模法、双层DEM建模法和等值面建模法等(李陈，2018；谭正华等，2017；邓飞，2007；邓飞和周亚同，2009；黄超，2020)。三维建模时，体模型虽然可得到较光滑的结果，但数据存储量大，建模效率低。

图1 三维地质建模流程图

本次利用平面地质图构建三维地质模型，需要对平面地质图的地质信息、空间几何信息进行充分有效地挖掘，以便增加建模的可控性（王丹，2012）。平面地质图和图切剖面相结合可以直观体现区域地质构造的立体特征重构地质体的三维形态（王瑶等，2017）。以平面地质图为基础，利用MAPGIS等相关软件绘制一系列地质图切剖面，将二维剖面映射到三维空间，利用三维剖面上轮廓线的对应性和连续性构建地质体三维模型（高士娟等，2015）。

基于地质图切剖面的三维地质建模具体流程见图1。

首先将研究区的地质图切剖面作为控制剖面，构建一组若干条（近似）平行或垂直的二维地质图切剖面，并通过对图切剖面的空间定位、地层相关属性填充及边界追踪，获取区域地层轮廓边界及相关参数信息；地层属性离散化，将地质区域内的边界及其相关区域进行空间离散化插值，获取空间离散坐标信息及属性信息；提取地层边界，作为模型的二维轮廓的边界，对二维轮廓表面进行重构建模，利用等值面提取MC算法构建模型表面和内部，由三维地质数据场生成三维地层模型。

在三维地层模型基础上，将图切断层剖面边界作为断裂线，通过空间插值法构建断裂面；沿着断裂面将地层切割，分开上下盘；沿着断裂方向将地层面错动，最后形成三维模型断裂系统，最终实现三维地质模型建模。

1.第四系；2.上白垩统；3.下侏罗统；4.下泥盆统；5.上志留统；6.中志留统；7.下志留统；8.中奥陶统；9.寒武系；10.下震旦统；11.安山玢岩；12.闪长玢岩；13.石英二长岩；14.煌斑岩；15.辉绿岩；16.实测整合地质界线；17.实测不整合地质界线；18.实测性质不明显断层；19.推测性质不明断层；20.实测逆断层；21.推测逆断层；22.实测正断层；23.实测平推断层；24.图切剖面

3 三维地质建模实现过程

由于若尔盖降扎温泉地质构造复杂，周边区域未开展地质钻孔工作，仅开展小比例地质调查、水文调查和物探勘查工作，资料远达不到地质建模要求。

利用已有二维地质图切剖面。根据区域地质构造走向、地层分布和物探解译成果，以区域构造纲要图为底图，沿垂直东西方向主断裂绘制地质图切剖面若干（图2）。利用图切剖面构建地层轮廓边界及获取地层相关属性和空间位置信息，离散化空间坐标，提取地层三维轮廓，实现利用地质图切剖面进行复杂地质体三维地层及地质构造的建模。

三维地质建模时，需沿区内主要断裂方向，截取若干条平行二维地质图切剖面，将其矢量化（图3），根据多条图切剖面地质要素信息，自动搜寻三维地质块体，最后利用插值、拟合、三角剖分等数学与几何方法构建三维地层模型如图4。

利用图切剖面构建的三维地层模型，其地表的第四系与中志留统，因受空间插值叠加的影响，生成的地层较实际地层有一定的交错或消失，其他相关地层基于与实际地层保持一致；生成模型的地下部分（见图5），与原始剖面相比匹配度较好。生成模型的7号剖面（图6）有6个地质单元，包括下志留统（S1）、中志留统（S2）、寒武系（Є）、中奥陶统（O2）、辉绿岩（βμ3）、下震旦统（Z1）等，与原始7号剖面（图7）基本一致。

图3 研究区图切剖面矢量化

将二维地质图切剖面数字化后，根据获得的断层走向、倾向等相关信息，利用剖面间插值三维建模方法实现三维断裂系统的三维建模（图8）。

图4 研究区三维地层模型

图5 三维地层模型剖面切片

图6 地层模型07号剖面切片

图8 图切剖面法重构的三维断裂系统模型

4 总结

在若尔盖降扎温泉地区基础地质资料研究的基础上，利用图切剖面通过轮廓重构和等值面提取算法，构建三维地质模型。该模型可以展示区域的地层和构造特征，为后续构建地热地质模型和进行地热模拟研究提供一定参考和依据。对逆断层常具“s”型展布，一般有“上陡下缓”的特征，在模拟中存在不足，将在今后的工作中进一步完善。

李陈．2018．基于剖面的三维复杂地质体建模技术研究[D]．成都：成都理工大学，2-5．

谭正华，谭姣月，潘梅，王李管．2017．基于空间轮廓线的高质量矿体表面三维重构方法[J]．黄金科学技术，25（2）：96-103．

邓飞．2007．剖面三维地质建模与高斯射线束正演的研究与实现[D]．成都：成都理工大学，7-12．

邓飞，周亚同．2009．基于曲面插值的剖面三维块状地质建模[J]．微电子学与计算机，26（9）：173-176．

黄超，姜楷，李亮，李宸，曾方侣，何青．2020．矿山三维地质建模研究进展[J]．40（2）：323-326．

王丹．2012．基于平面地质图的三维地质建模方法研究[D]．南京：南京师范大学，11-18．

王瑶，张像源，陈文杰，鲍蕊．2017．虚拟钻孔在深层三维地质建模中的应用[J]．城市地质，12（2）：118-122．

高士娟，毛先成，张宝一，任佳，李勇．2015．基于平面地质图的地质体三维建模[J]．地质找矿论丛，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

四川省科技厅重点研发项目（2018SZ0274）

王丽坤（1985— ），女，山西应县人，高级工程师，主要从事地球物理信号处理和地热勘查等方面研究