三維地質(zhì)建模技術(shù)及其在煤田地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用

三維地質(zhì)建模技術(shù)及其在煤田地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用摘要：三維地質(zhì)建模技術(shù)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)信息手段，將測(cè)井、地質(zhì)等資料綜合模擬成為地質(zhì)模型，將其應(yīng)用于煤田地質(zhì)構(gòu)造中，能夠準(zhǔn)確、高效地完成煤田勘探工作，也有助于后續(xù)的煤炭開(kāi)采工作。三維地質(zhì)建模的方式較多，以合并法、剖面線(xiàn)法、相連段法為主，利用三維地質(zhì)建模技術(shù)探測(cè)煤田地質(zhì)構(gòu)造，在描述外形的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)將地質(zhì)體表面積、體積、構(gòu)造形態(tài)、各方位解剖面、地層穩(wěn)定性等一一展現(xiàn)，通過(guò)直觀、立體的三維表達(dá)，清晰反映地質(zhì)體各斷層間的聯(lián)系，有助于制定切實(shí)可行的煤礦設(shè)計(jì)方案。本文主要探討三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展及其在煤田地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用問(wèn)題，以求在實(shí)際應(yīng)用中提供相關(guān)理論借鑒。關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模技術(shù)；煤田地質(zhì)構(gòu)造；應(yīng)用刖言在傳統(tǒng)的地質(zhì)模擬中，通常采用平面圖的形式，將地質(zhì)現(xiàn)象、礦體、地層等反饋到二維平面中，并通過(guò)二維展現(xiàn)，在三維技術(shù)未能得到普遍應(yīng)用之前，該項(xiàng)方法被廣泛應(yīng)用于煤田地質(zhì)構(gòu)造中。隨著研究煤田地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)的不斷成熟，三維勘探已被廣泛應(yīng)用地質(zhì)、工程研究中，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等學(xué)科不斷發(fā)展，地質(zhì)勘探技術(shù)不斷進(jìn)步，已逐步向可視化、數(shù)字化、綜合化靠攏，三維地質(zhì)建模技術(shù)是地質(zhì)工程建設(shè)中的常用技術(shù)，將其應(yīng)用于煤田地質(zhì)構(gòu)造研究中，利用信息化手段，完整展示煤田地質(zhì)構(gòu)造的特征，有助于煤炭事業(yè)的發(fā)展［1-4］。三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展三維地質(zhì)建模技術(shù)在國(guó)外起步較早，發(fā)展成果較為顯著，部分產(chǎn)煤國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了勘探、開(kāi)發(fā)、管理產(chǎn)業(yè)鏈信息化，全面應(yīng)用信息化技術(shù)進(jìn)行煤礦的探測(cè)、開(kāi)采工作，應(yīng)用軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全三維化操作，且在三維模型的構(gòu)建上，各方面數(shù)據(jù)較為精確，開(kāi)采設(shè)計(jì)方案較為合理，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)外礦業(yè)應(yīng)用的三維系統(tǒng)較為穩(wěn)定。但國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與我國(guó)實(shí)際應(yīng)用切合度不高，煤礦標(biāo)準(zhǔn)、管理模式、資源勘探等方面與我國(guó)相差甚遠(yuǎn)，且技術(shù)引進(jìn)成本較高，不符合實(shí)際應(yīng)用需求，我國(guó)礦業(yè)開(kāi)采必須建立屬于本國(guó)的三維系統(tǒng)。目刖，我國(guó)的三維地質(zhì)建模技術(shù)已有了一定的發(fā)展，部分國(guó)有產(chǎn)品已經(jīng)投入到礦產(chǎn)勘探應(yīng)用中，盡管我國(guó)三維地質(zhì)建模技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平比較仍然有一定的差距，但國(guó)產(chǎn)技術(shù)的崛起，也預(yù)示著我國(guó)三維地質(zhì)建模技術(shù)已經(jīng)迎來(lái)了大發(fā)展時(shí)期。三維地質(zhì)建模技術(shù)也被廣泛應(yīng)用到油氣、煤炭的勘探、開(kāi)采中。煤田構(gòu)造對(duì)三維地質(zhì)建模技術(shù)的需求煤炭在物質(zhì)形態(tài)賦存上屬于層狀，相比其他礦藏而言，煤礦的層位較為穩(wěn)定，層厚較薄，應(yīng)用三維地質(zhì)建模技術(shù)進(jìn)行煤田地質(zhì)構(gòu)造研究，將煤田地質(zhì)構(gòu)造轉(zhuǎn)化為三維多面體，有助于煤炭的勘探及開(kāi)采工作。依據(jù)三維地質(zhì)建模技術(shù)的應(yīng)用時(shí)期，可將煤炭勘探劃分為勘探中、勘探后兩類(lèi)。應(yīng)用于勘探中，煤炭的形態(tài)尚未通過(guò)圖像展示，采用三維地質(zhì)建模軟件，能夠結(jié)合鉆孔、地面數(shù)據(jù)，快速構(gòu)建初始模型，工程師可利用初始模型，結(jié)合勘探線(xiàn)剖面圖、交互式編輯手法、地震剖面數(shù)據(jù)等，構(gòu)建三維模型，并整理地質(zhì)報(bào)告。應(yīng)用于勘探后，可結(jié)合勘探中制作的地形地質(zhì)圖、儲(chǔ)量計(jì)算圖等成果，應(yīng)用三維地質(zhì)建模技術(shù)，構(gòu)建較為精細(xì)的三維模型，應(yīng)用于礦井設(shè)計(jì)、礦權(quán)交易、數(shù)字礦山等后續(xù)工作中。三維地質(zhì)建模應(yīng)用于煤田地質(zhì)構(gòu)造中的數(shù)據(jù)源煤田地質(zhì)構(gòu)造要求對(duì)地形面、斷層面、地層界面、不整合面等各個(gè)曲面有充足的了解，并將煤層的分布規(guī)律、幾何形態(tài)、構(gòu)造演化史展示于圖像中，其基礎(chǔ)為勘探區(qū)鉆孔中的煤、巖層比較。三維地質(zhì)建模以三維地質(zhì)學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，其中，井巷地測(cè)數(shù)據(jù)、鉆孔鉆探數(shù)據(jù)是對(duì)三維地質(zhì)建模而言最為準(zhǔn)確、直觀、詳細(xì)的數(shù)據(jù)，可作為基本控制數(shù)據(jù)應(yīng)用于煤田地質(zhì)構(gòu)造的三維建模中，此外，地層等厚線(xiàn)、等高線(xiàn)、地質(zhì)剖面等數(shù)據(jù)同樣可應(yīng)用于建模中，并通過(guò)地球物理、三維地震、地球化學(xué)等地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)細(xì)化模型。綜合各種地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用三維建模技術(shù)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行高度合成，實(shí)現(xiàn)煤田的三維空間再現(xiàn)、表達(dá)，是煤田地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采的重要手段。三維地質(zhì)建模技術(shù)基本三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)：通過(guò)連接算法，將煤田的主要特征點(diǎn)、線(xiàn)連接成為三角面，是三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，在這一環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)娜蔷W(wǎng)算法，確保集合三角面后，能夠集中反映地質(zhì)形態(tài)。應(yīng)用三角網(wǎng)構(gòu)建實(shí)體，應(yīng)當(dāng)注意驗(yàn)證，查看三角面間有無(wú)重合、相鄰邊、相交或無(wú)效邊等，并對(duì)三角網(wǎng)做加密、細(xì)分處理，逐步構(gòu)建高次曲面三角網(wǎng)，并對(duì)曲面做三維可視化處理，這一過(guò)程可通過(guò)分層設(shè)色實(shí)現(xiàn)。煤層建模方法：對(duì)煤層的三維建模處理方法主要有合并法、剖面線(xiàn)法、相連段法，①合并法常應(yīng)用于層狀礦體，將其應(yīng)用于煤層中，可通過(guò)采集煤層上下兩面模型，獲取上下棉結(jié)，邊界與邊界間應(yīng)用三角網(wǎng)連接，合并后煤層實(shí)體形成?；蚩刹杉簩由舷聝擅婺Ｐ停ㄟ^(guò)下表面相應(yīng)點(diǎn)位對(duì)照，獲取煤層厚度，并將厚度作為距離，連接到上表面模型中，應(yīng)用邊界聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成煤層實(shí)體。②剖面線(xiàn)法通過(guò)使煤層向勘探線(xiàn)剖面傾斜，置入三維空間中，利用礦體趨勢(shì)，將相鄰勘探線(xiàn)連接成為三角網(wǎng)，控制煤層剖面線(xiàn)兩端封閉，可形成煤層實(shí)體。③相連段法應(yīng)用數(shù)據(jù)為礦體邊界線(xiàn)、輔助線(xiàn)、輪廓線(xiàn)等，將線(xiàn)與線(xiàn)間形成三角網(wǎng)，進(jìn)而建立礦體模型，該項(xiàng)辦法對(duì)復(fù)雜地質(zhì)有較好的應(yīng)用效果，能夠在煤層不穩(wěn)定、金屬礦產(chǎn)、復(fù)雜地區(qū)實(shí)體構(gòu)建中起到較好的應(yīng)用效果。三維地質(zhì)建模對(duì)煤田構(gòu)造的益處采用三維地質(zhì)建模技術(shù)，能夠?qū)⒉杉拿禾锏刭|(zhì)信息進(jìn)行集成化、統(tǒng)一化處理，有助于信息的利用、保存。同時(shí)，三維展示中，所有煤田構(gòu)造的要素均為立體、直觀的，能夠清晰分辨斷層、地層間的關(guān)系，且三維建模對(duì)平面、解剖面進(jìn)行聯(lián)動(dòng)編輯，能夠確保構(gòu)造形態(tài)在空間中保持一致。通過(guò)三維呈現(xiàn)，有助于對(duì)勘探范圍內(nèi)的煤層變化、沉積環(huán)境等進(jìn)行推測(cè)，對(duì)區(qū)域煤巖形態(tài)進(jìn)行三維構(gòu)建。結(jié)語(yǔ)三維地質(zhì)建模技術(shù)是輔助地質(zhì)工程師進(jìn)行煤田地質(zhì)勘探及綜合利用的主要手段，能夠?qū)?fù)雜的煤田地質(zhì)形態(tài)直觀展示在工程師面前，有助于后續(xù)工作的開(kāi)展。我國(guó)目前的三維地質(zhì)建模技術(shù)在不斷發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍無(wú)法達(dá)到世界領(lǐng)先水平，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)三維地質(zhì)建模技術(shù)的研究、應(yīng)用、反饋，爭(zhēng)取趕超先進(jìn)國(guó)家，為我國(guó)的地質(zhì)事業(yè)添磚加瓦。參考文獻(xiàn)李青元，張洛宜,曹代勇，等.三維地質(zhì)建模的用途、現(xiàn)狀、問(wèn)題、趨勢(shì)與建議[J].地質(zhì)與勘探,2016,52(4):759-767.趙文超，吳彤，劉棟臣.三維地質(zhì)建模技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造表達(dá)中的應(yīng)用[J].水利水電工程設(shè)計(jì),201