基于地质剖面构建三维地质模型的方法研究

吴志春，郭福生，姜勇彪，罗建群，侯曼青

(1.东华理工大学 放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西南昌 330013；2.东华理工大学 地球科学学院，江西南昌 330013；3.东华理工大学 江西省数字国土重点实验室，江西南昌 330013)



基于地质剖面构建三维地质模型的方法研究

吴志春1,2,3，郭福生2，姜勇彪2，罗建群1,2,3，侯曼青1,2,3

(1.东华理工大学 放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西南昌 330013；2.东华理工大学 地球科学学院，江西南昌 330013；3.东华理工大学 江西省数字国土重点实验室，江西南昌 330013)

地质剖面是三维地质建模的重要数据源，运用地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。在模型构建之前，统一确定模数据的坐标系和比例尺，建立原始资料数据库。构建三维地质模型的关键是不同地质界面。本文详细介绍了模型边界面、断层面、地层界面、岩体界面等4种主要地质界面的构建流程与方法，尤其对褶皱构造、地层界面的断层效应、复杂岩体界面等的构建进行了重点阐述。按模型边界面(模型的底界面和四周边界面)、DEM面、断层面、其他地质界面的顺序依次构建地质界面，构建断层面和其他地质界面时严格按先新后老的顺序。运用已构建好的地质界面按先新后老的顺序逐个、依次建立单个地质体，再将所有地质体的面模型组合成整个模型的面模型。通过对面模型进行网格(实体)填充和对网格赋予相应的属性值，最终构建三维地质模型。

三维地质建模 地质剖面 GOCAD软件 面模型 实体模型

0 引言

三维地质建模(3D Geological Modeling, 3DGM)是指运用现代空间信息理论和技术，在计算机中建立能反映地质空间内部结构与各要素之间的关系及其物理、化学属性的空间分布等地质特征的数学模型，对地质空间及相关的人类工程活动进行真三维再现和分析的科学与技术(Houlding，1994)。剖面数据在地质领域应用广泛，他能够呈现丰富的地质信息，剖面数据本身包含了真实可靠的已知地质信息，又结合了地质专家的经验，一系列的剖面可以一定程度上刻画复杂地质体的三维空间展布情况(明镜等，2009)，地质剖面数据理所当然的成为三维地质建模的主要数据源之一。根据建模数据源的不同，建模方法可以分为基于野外地质数据、基于剖面、基于离散点、基于钻孔、基于多源数据等建模方法(潘懋等，2007)。自从上个世纪70年代三维地质建模的提出及应用以来，运用地质剖面构建三维地质模型的应用与研究从未间断(Keppel，1975；Tipper，1976；Tipper，1977；Herbertetal.，1995；Lemonetal.，2003；屈红刚，2006；屈红刚等，2008；邓飞等，2009；陈建平等，2014；薛林福等，2014；王国灿等，2015)。根据剖面的类型和剖面之间的相互关系，可以进一步将基于剖面建模的方法细分成基于平行剖面(邓飞等，2009；薛林福等，2014)、基于交叉剖面(陈建平等，2014)、基于折剖面(屈红刚，2006；屈红刚等，2008)、基于路线剖面(王国灿等，2015)等方法。

三维地质模型的构建，以地质界面的构建最为关键，复杂地质界面的构建决定了模型构建的成败。2012年2月，中国地质调查局在重要造山带、重要成矿带与矿集区、重要经济区和城市群等地区启动了13个深部三维地质调查试点项目，分层次构建了25个不同尺度的三维地质模型。“相山火山盆地三维地质调查”项目是其试点项目之一，重点探索矿集区大、中比例尺的三维地质调查方法。在相山火山盆地内，运用GOCAD软件依次构建了陀上幅三维地质模型、邹家山矿床三维模型、沙洲矿床三维模型、邹家山—居隆庵三维地质模型和相山火山盆地三维地质结构模型5个不同范围、不同数据源的模型。陀上幅三维地质模型运用数字地质填图获取的野外路线PRB数据直接构建浅地表三维地质模型，其余4个模型都是采用基于地质剖面的方法进行构建的。在GOCAD软件为平台上，地质剖面数据为主要建模数据，本文详细介绍不同地质界面的构建方法，着重解决褶皱构造、地层的断层效应、构建复杂岩体界面等难点问题。

1 建模流程

以法国南西大学开发的GOCAD软件为平台，基于地质剖面构建三维地质模型的流程主要包括数据预处理及数据录入、地质界面的构建、面模型的构建和实体模型的构建4个部分(图1)。模型可以分为面模型、实体模型和混合模型3类(吴立新等，2003；Gongetal.，2004；Wu，2004)。面模型构建的关键是不同地质界面的构建，对已经构建好的地质界面按地质体先新后老的顺序依次、逐个构建面模型，再将单个地质体的面模型合并成整个建模区的面模型。实体模型的构建可以通过对面模型进行网格(实体)填充和对网格赋予相应的属性值来实现，赋予了属性值的实体模型也称为属性模型。因此，在三维地质建模过程中不同地质界面的构建最为关键，尤其是复杂地质界面的构建。

图1 地质剖面建模流程图Fig.1 Flow chart of building 3D model based on geological sections

2 数据预处理及数据录入

2.1 统一坐标系及比例尺

三维地质建模是在地质体空间结构分析的基础上，运用计算机技术，建立可供展示、编辑、计算与输出于一体的数据模型。在建模之前需要构建统一的数据源数据库，建模数据源具有多源性，各数据所采用的坐标系和比例尺各不相同，为了建立统一的数据库，需要将原始资料的坐标系和比例尺进行统一。

在GOCAD软件中新建工程时，先要将数据库单位设置成米，深度轴(Z轴)的正值修改为“向上”(默认值为“向下”)，也就是Z轴与海拔一致，向上数值增大，向下数值减小。设置后，GOCAD软件中的坐标与地质图坐标一致，Y轴为正北，X轴为正东，Z轴为垂直向上。

在国内，地形图、地质图、勘探线剖面图等地质图件多采用投影平面直角坐标系，也可见少量图件采用地理坐标系。在地理坐标系中的1″约等于20m～30m，如果在数据库中地理坐标系与投影平面直角坐标保持相同精度，录入数据库中的数据至少需要多保留一位小数。

地理坐标系的精度明显要低于投影平面直角坐标系坐标的精度。为了降低主要数据的投影变换而导致的精度降低，系统坐标应采用投影平面直角坐标系。为了便于数据库中数据的转换、坐标数据的管理和水平比例尺与Z轴比例尺保持一致，系统比例尺设置为1:1000，单位为米，椭球参数为北京54或西安80，投影分带为3°带。

2.2 矢量数据录入

把矢量数据导入GOCAD软件，可以简单概括为以下3个步骤：

(1)统一投影参数和比例尺。为建模所收集的数据中，存在不同的比例尺、不同的坐标系类型和不同的投影椭球参数。为了便于数据的使用和管理，将所有数据投影变换成统一的比例尺(1:1000)，统一的坐标系(投影平面直角坐标系)，统一的椭球参数(北京54坐标系或西安80坐标系，投影分带为3°带)。

(2)数据格式转换。由于GOCAD软件不能直接读取WP、WL、WT等格式的图件数据，因此先将图件的格式统一转换成软件能够识别的DXF格式，以便GOCAD软件读取。在数据转换过程中，需按图层分别进行，不能将图层合并后再转换。

(3)数据的导入及错误检查。将DXF格式数据按图层分别导入GOCAD软件，导入后对数据进行错误检查，将错误消除在模型构建之前。

2.3 栅格数据录入

建模栅格数据主要是一些纸质扫描图件及软件导出的JPG、TIF等格式的图片，如MT反演图、CSAMT反演图、地质图、遥感影像图、勘探线剖面图、中段平面图等。栅格数据导入系统的主要步骤有：

(1)栅格图件的几何校正，读取图片四个角点坐标。因扫描仪的系统误差和随机误差，扫描图像存在一定程度的扭曲和旋转变形。图像几何校正的目的是消除变形和给图像赋予地理参数(刘善伟等，2009)。在MAPGIS软件中进行几何校正的主要步骤有：1)将JPG、TIF等格式图片转换成MSI格式；2)在“投影变换”模块中生成与图片内容相一致的图框；3)运用生成的图框，在“图像处理”模块中对图像进行逐格网几何校正。校正后的MSI格式图像裁剪成矩形状，读取矩形图像四个角点的坐标，并将平面坐标换算成三维(X、Y、Z)坐标，将矩形图片转换成TIF格式。

(2)栅格图片导入GOCAD软件。将矩形TIF格式图片导入GOCAD软件，导入后的图片位于Voxet图层中。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。

(3)纹理贴图。地质图和遥感影像图导入GOCAD软件后依然是平面图件，将这些图件设置成地表高程模型(Digital Elevation Model, DEM)面的纹理，则可以进行三维显示。

2.4 文本数据录入

许多数据可以以文本格式的形式录入系统，如散点数据、钻孔数据等。钻孔录入之前，先将钻孔数据在excel表格中整理成钻孔测斜表、钻孔位置表、钻孔岩性表、钻孔曲线表等4个表格，表格中的内容只能用数字和英文字母表述，不能有汉字和特殊符号，再将excel表格转换成文本文件。钻孔数据严格按照钻孔测斜表、钻孔位置表、钻孔岩性表、钻孔曲线表4个表格的先后顺序依次录入

3 地质界面的构建

基于地质剖面数据的三维地质模型的构建，需要构建的面分为模型的边界面、DEM面、第四系界面、断层面、地层界面、岩体界面和俘虏体界面等7种不同类型的面。在面的构建过程中应遵循模型边界面、DEM面、断层面、其他地质界面的先后顺序进行构建，断层面和其他地质界面的构建严格按先新后老的顺序构建，并且构建的面要比实际稍大些。其中DEM面、第四系界面和俘虏体界面的构建方法，笔者在“基于PRB数据构建三维地质模型的技术方法研究”(吴志春等，2015)一文中进行了详细阐述，在此不再赘述。

3.1 模型的边界面

在MAPGIS软件中绘制模型的边界线，确保绘制的边界线与要构建的模型范围完全一致。模型的边界线可以是地质图的矩形内图框，也可以是任意的形状，只要是完全密闭的线。在MAPGIS软件中将WL格式的模型边界线转换成DXF格式，导入GOCAD软件。在GOCAD软件构造建模流程(Structural Modeling Workflow，SMW)模块中，运用“根据线生成模型边界面”的功能，设置模型的深度和高度后自动生成模型的边界面。

生成的模型边界面之间能够完全拼接，边界面中的三角网大小相同，且相邻两个边界面的相交部位的节点空间位置完成一致。这便于后期面模型的组合，降低了面模型组合过程中的错误率。

3.2 断层面

系统分析建模区内各断层的性质及新老关系，按先新后老的顺序构建。对数据库中的断层点、线、面数据进行归类，将同一条断层的数据放在同一个组(Group)中。断层面的构建可以归纳为以下4个步骤：

(1)断层线数据预处理。矢量化剖面中的断层线，矢量化过程中节点可以适当稀疏，矢量化后将同一条断层的线合并成同一文件，并对所有断层线中的节点进行加密，以保证每条断层线中节点之间的间距基本一致(图2a)。导入断层所对应的钻孔和地表数据(图2b)。将断层线的两端按趋势延长一小段距离(图2c)，目的是确保所构建的断层面比实际断层面稍大。

(2)根据剖面中的断层线生成断层面。运用软件中“线生成面”的功能，连接同一断层的相邻断层线，构建出一个初始断层面(图2d)。在连接时，相邻断层线之间可以等间距插入数条断层线(插入的线数量可以人工设置)，用以弥补断层数据的不足。在断层走向上对生成的断层面按趋势延伸处理(图2e)。

(3)在SMW中重新生成断层面。将上一步骤生成的初始断层面的节点转换成点数据，并设置其属性为断层。在SMW中重新生成效果更好的断层面，使生成的面能够符合建模要求(图2f)。

(4)原始断层数据约束断层面。将剖面中的原始断层线(两端未延长的断层线)、地表断层轨迹线和钻孔中的断层数据都转换成点数据，并将这些点数据合并成一个文件。以这些点数据作为控制点(Control point)，运用“约束(Constraints)”和“离散光滑插值(DSI)”功能进行约束、插值拟合处理，处理后的断层面达到吻合、平滑过渡、逼真模拟的效果(图2g)。去除断层线延长部分的断层面，保留原始断层线范围的断层面，保留部分的断层面就是需要构建的断层面(图2h)。

图2 断层面构建流程及效果图Fig.2 Flow chart of building fault planes and expected results

3.3 地层界面

3.3.1 褶皱

当地层产状变化不大，且未有断层切割时，地层面的构建方法与断层面的构建方法相一致。当地层产状变化较大时，例如褶皱构造，此时无法在SMW中直接构建地层界面。褶皱构造的构建需遵循以下4个步骤：

(1)地质界线数据预处理。矢量化剖面中的地质界线(图3a)，导入地表地质界线(图3b)。根据褶皱形态，将剖面中的地质界线补充完整(图3c)，反映出褶皱形态。

(2)设置线之间的连接方向。当地质界面产状变化较大时，运用“连接线生成面”的功能生成的地质界面与实际地质界面差异较大，尤其是褶皱的核部部位。运用“节点连接”(Node link)功能将相邻地质界线进行合理相连，节点连接的作用是生成面时将对应的两点进行连接，图4为未运用“节点连接”功能(图4a)与运用“节点连接”功能(图4b)生成的面效果对比图。在相邻地质界线的褶皱核部都设置“节点连接”功能(图3d)。

(3)根据剖面中的地质界线生成地质界面。运用“连接线生成面”的功能，依次连接相邻地质界线。在连接线时，可以在相邻地质界线之间内插数条地质界线，使生成的地质界面更加平滑过渡。

(4)剖面的地质界线和地表地质界线约束地质界面。运用原始剖面中的地质界线和地表地质界线对已经建立的地质界面进行约束处理。运用“约束(Constraints)”和“离散光滑插值(DSI)”功能进行约束、插值拟合处理，以达到吻合、平滑过渡、逼真模拟的效果(图3e)。用地表DEM面裁剪已经构建好的地质界面，去除地表面以上的地质界面，保留地表面以下的地质界面(图3f)。

图3 褶皱构造构建流程及效果图Fig.3 Flow chart of building fold structures and expected results

图4 运用与未运用“节点连接”生成的面效果对比图Fig.4 Comparison of generated planes using and not using “node link”method

3.3.2 地层断层效应

当断层切穿整个地层面时(图5a～图5b)，断层两侧的地层界面分别构建。对断层两侧的地质界线进行延长处理，断层两侧的地质界线均穿过断层面(图5c)，使构建好的地层面均穿过断层面(图5d～图5e)。用断层面裁剪断层两侧的地层面，去除多余部分的地层面(图5f)，并对裁剪边界线进行优化处理。

图5 断层切穿地层面时地层界面构建流程及效果图Fig.5 Flow chart of building interface with a fault cutting through formation interface and results expected

当断层只切穿地层面的局部且断层两侧发生明显位移时(图6a～图6b)，该情况下的地层面的构建方法与断层面切穿整个地层面时的构建方法不同。此种情况下，地层界面的构建步骤具体如下：

(1)地层界线数据处理。矢量化地层界线，将断层两盘被错断的同一地层界线顺势相连。将原始地质界线中的节点设置为控制节点(Control node)，对连接后的地质界线进行平滑处理，断层两侧的局部地质界线能够平滑过渡(图6c)。

(2)构建地层界面。用“连接线生成面”的方法将上述处理后的地层界线生成一个初始地层面，将初始地层面中的节点转换成点数据。在SMW中用点数据再次生成更为平滑的地层界面(图6d)。

(3)断层面切割地层界面，设置约束条件。用断层面切割地层界面，对断层切割地层面后产生的两条边界设置约束，目的是使这两条地层边界线始终紧靠断层面，并对这两条边界线进行优化处理，让边界线旁的三角网自动调整大小，消除因断层面切割地层面后产生的“坏”三角网格。用原始地层界线(未进行处理的地层界线)对切割后的地层面进行约束，同时对地层面的四周边界进行边界约束，确保地层面的大小不发生改变，只让边界上的节点在Z轴方向上移动。图6e为约束设置后的效果图。

(4)DSI处理。对设置约束后的地层面进行DSI处理，执行DSI处理后，断层两盘的地层面将会自动发生位移，并达到与地层原始界线完全吻合的效果(图6f)，且地层面的范围不发生改变。

3.4 岩体界面

3.4.1 简单岩体

在剖面资料中，岩体边界线的数量是非常有限的，单凭少量的边界线无法准确构建岩体界面。因此需要增加大量辅助线，将辅助线和岩体边界线共同作为建模数据。制作辅助线时要严格受已有地质数据的约束，且要符合实际地质情况。以下为简单岩体界面的构建方法：

图6 断层未完全切穿地层面时地层界面构建流程及效果图Fig.6 Flow chart of building interface with a fault not completely cutting through formation interface and results expected

(1)提取岩体边界地质界线与水平面的交点。矢量化剖面中的岩体边界线(图7a)，并生成一个涵盖整个岩体边界线的水平面，再连续调整高程值生成一系列不同高程的水平面(图7b)。提取各水平面与边界线的交点(图7c)。在边界线变化较大的部位，适当减小两水平面之间的间距，增加水平面的数量。

(2)生成不同高程的地质界线。将上一步骤提取的相同高程的交点用辅助线相连接，也可以用自动生成包络线的方式让封闭的线将点相连接，生成一系列水平状态的封闭曲线(图7d)。将线中与交点相对应的节点设置为控制节点，加密线中的节点，进行DSI处理，得到各水平面上的岩体边界线。

(3)生成岩体界面。依据各水平面上的边界线，运用“连接线生成面”的功能生成岩体界面(图7f)。运用该功能时，要按高程依序选择边界线，并可自动适当地等间距插入一些线。

(4)约束、平滑岩体界面。将剖面中的原始岩体边界线合并成一个文件，以它们的节点作为控制点对岩体界面进行约束、平滑处理。约束过程中始终要以离控制点最近的三角网节点作为拉伸对象，当三角网节点与控制点位置达到一致后平滑过程会自动调整其它节点，使整个岩体界面呈平滑过渡状态(图7g)。把岩体界面、DEM面和底界面组合在一起生成岩体的面模型(图7h)。

图7 构建简单岩体地质界面的流程及效果图Fig.7 Flow chart of building simple rock mass interface and results expected ①-提取岩体地质界线与水平面的交点；②-生成不同高程的地质界线；③-生成岩体界面①-extraction of intersection points between rock mass boundaries and horizontal plane; ②-generation of geological boundaries of different elevations; ③-generation of interface of rock mass

3.4.2 复杂岩体

具有分枝的岩体界面无法一次性构建完成，需要将复杂岩体细分成数个较简单的岩体分别进行构建，再将简单的岩体界面组合成复杂的岩体界面，该种建模方法与理念也适用于其他复杂地质界面的构建。复杂岩体界面具体构建方法如下：

(1)复杂岩体简化成数个简单岩体。矢量化剖面中的岩体界线(图8a)。对复杂岩体进行综合分析，将复杂的岩体简化成数个较简单的岩体。对单个简单岩体的地质界线进行简单处理(图8b)，使建立的单个简单岩体范围比实际稍大些。

图8 构建复杂岩体地质界面的流程及效果图Fig.8 Flow chart of building complex rock mass geological interface and results expected

(2)逐个构建单个简单岩体界面。单个简单岩体界面的构建方法与上文简单岩体的构建方法相一致。当单个岩体延伸方向不与Z轴方向一致时，构建的平面应垂直于岩体延伸方向。提取岩体边界线与平面的交点，根据交点数据和运用DSI技术构建不同平面(交面)上的地质界线。当岩体边界地质界线变化较大时，应增加平面数量。在不同平面上的地质界线连接成岩体地质界面之前，沿岩体边界地质界线增加一系列的节点连接，控制相邻地质界线的连接方向，使生成的地质界面与岩体边界地质界线相吻合。对生成的单个简单岩体地质界面进行约束、DSI处理，使生成的地质界面与已知地质数据相吻合，且平滑过渡(图8c～图8e)。

(3)组合已构建的单个岩体地质界面。将所有已构建好的岩体地质界面进行互相裁剪，去除多余部分的地质界面(图8f～图8h)。所有去除了多余部分地质界面的岩体界面合并成同一个文件，并对该文件中的所有面块合并成一个面块。运用“新建区域(region)”的功能对简单岩体之间的接触部位创建工作区，对区域范围内的地质面进行平滑处理，使简单岩体之间的接触界面能够平滑过渡(图8i)，其它范围的地质界面不发生改变。运用模型边界面(DEM面、底界面、四周边界面)对已经处理好的岩体界面进行裁剪处理，去除模型边界面之外的地质界面，保留范围内的岩体地质界面(图8j)。

4 三维地质模型的构建

4.1 面模型的构建

以模型边界面(模型的底界面和四周边界面)、DEM面、断层面、第四系界面、地层界面、岩体界面、残留顶盖界面和俘虏体界面等面构建模型的面模型。构建面模型时，遵循地质体先新后老的顺序逐个、依次进行构建，对构建好的地质体进行剥离，剩余的模型不断简化。通过已构建的面，对每个独立的地质体构建一个Model 3D模型。

地质体Model 3D的构建过程，其实是对已经构建的地质界面再一次进行检查的过程。如果构建单个地质体的Model 3D过程能够顺利完成，则说明组合成该地质体的所有地质界面能够完全密封，且单个地质界面也无错误。如果单个地质体的Model 3D不能构建完成，则组合成该地质体的地质界面存在错误，出现错误的位置会自动用不同颜色的线标注，存在错误的可能是：①地质界面之间不能完全密封；②地质界面中存在漏洞；③相邻地质界面中的三角网格相差过于悬殊；④地质界面中存在“坏”三角网。前两种错误，可以对不密闭的面进行边界延伸和对面中的三角网进行删除、合并、转换等处理来解决，或者对地质界面进行重新构建建。第三种错误，加密三角网密度更稀疏的面的三角网。第四种错误，对地质界面进行优化、平滑处理，或者找出面中“坏”三角网直接删除。

在生成Model 3D模型过程中，如果模型范围大、建模单元多、地质体数量多、地质体穿插关系复杂，可以先将模型划分成数个更小的模型。生成单个地质体的Model 3D模型之后，将该地质体封闭的地质界面从Model 3D模型中分离并独立保存，修改地质体界面的颜色，形成了单个地质体的面模型。模型中所有地质体的面模型构建完成之后，重新组合成整个模型的面模型。图9为相山火山盆地三维地质结构面模型。

面模型具有数据量小、精度高、美观性好等优点。模型不但可以对整个模型进行不同角度、不同距离的三维展示，观察地质体之间的穿插关系，而且可以有针对性地选择单个或多个地质体进行三维呈现，了解单个地质体的三维展布形态、多个地质体之间的空间接触关系。也可以对地质体进行不同程度的透明显示，透过外部的地质体观察里面的地质体。

4.2 实体模型的构建

面模型是用地质界面对地质体进行密闭包裹的模型，重点显示地质体的边界轮廓，而不能体现单个地质体内部属性的变化，而实体(网格)模型重点呈现模型内部属性特征，因此实体模型也常称之为属性模型。通过对面模型网格充填和赋予属性值来构建实体模型，但实体模型要转变成面模型较为困难，因此在构建面模型之后构建实体模型。

在GOCAD软件中，实体模型(Sgrid模型)就是用带了属性值的立方体或网格将整个模型填充，不同的属性值通过不同的颜色来呈现(图10)，实体模型的数据量大，对计算机硬件要求高。实体模型中的网格越小，实体模型中的地质体边界与面模型中的地质体边界越接近，实体模型的数据量越大，对计算机的硬件要求越高。

在实体模型进行赋属性之前，应创建与属性值对应的属性表，属性表中可以包含属性编号、建模单元、地质体代号、颜色、花纹等信息，属性表中的所有信息都是通过属性编号进行链接，也可以单独创建元素含量、岩石密度等属性表信息。通过面模型、单个地质界面、地质界线、离散点创建区域(region)的方式对实体模型中的网格进行赋属性值，也可以创建不同属性名的方式对同一个网格赋予不同的属性值。实体模型可以进行任意剖切，也可以对模型中的属性值进行统计分析与计算，这是三维地质模型进行控矿因素定量分析、深部成矿预测的前提。

图9 相山火山盆地三维地质结构面模型Fig.9 3D geological structural planar model of Xiangshan volcanic basin 1-第四系残坡积物; 2-上白垩统红层; 3-下白垩统鹅湖岭组碎斑熔岩; 4-鹅湖岭期火山通道; 5-下白垩统打鼓顶组流纹英安岩;6-下泥盆统云山组砂岩; 7-青白口系上施组千枚岩; 8-青白口系库里组片岩; 9-青白口系神山组千枚岩; 10-早白垩世二长花岗斑 岩; 11-早泥盆世二长花岗岩; 12-断层1-Quaternary residual-slope wash materials; 2-Upper Cretaceous red bed formation; 3-crushed lava of the lower Cretaceous Ehuling formation; 4-conduit of Ehuling period; 5-rhyodacite of the Lower Cretaceous Daguding formation; 6-sandstone of the Lower Devonian Yushan formation; 7-phyllite of the Qingbaikouan system Shangshi formation; 8-schist of the Qingbaikouan system Kuli formation; 9-phyllite of the Shenshan system Shangshi formation；10-Early Cretaceous monzonite granitic porphyry; 11-Early Cretaceous monzonite granite; 12-fault

图10 相山火山盆地三维地质结构实体模型切片显示Fig.10 Slice display of 3D geological structural entity model for Xiangshan volcanic basin 1-第四系残坡积物; 2-上白垩统红层; 3-下白垩统鹅湖岭组碎斑熔岩; 4-鹅湖岭期火山通道; 5-下白垩统打鼓顶组流纹英安岩;6-下泥盆统云山组砂岩;7-青白口系上施组千枚岩;8-青白口系库里组片岩;9-青白口系神山组千枚岩;10-早白垩世二长花岗斑 岩;11-早泥盆世二长花岗岩;12-断层1-Quaternary residual-slope wash materials;2-Upper Cretaceous red bed formation;3-crushed Lava of the lower Cretaceous Ehuling formation;4-conduit of Ehuling period;5-rhyodacite of the Lower Cretaceous Daguding formation;6-sandstone of the Lower Devonian Yushan formation;7-phyllite of the Qingbaikouan system Shangshi formation;8-schist of the Qingbaikouan system Kuli formation;9-phyllite of the Shenshan sys-tem Shangshi formation；10-Early Cretaceous monzonite granitic porphyry;11-Early Cretaceous monzonite granite;12-fault

5 结论

在模型构建之前，统一各建模数据的坐标系和比例尺，建立原始资料数据库。为了便于各数据比例尺的统一和数据库中坐标的读取与管理，建议数据库比例尺设置为1:1000，单位为米，椭球参数为北京54或西安80，投影分带为3°带。

构建三维地质模型的难点是不同地质界面的构建，尤其是复杂地质界面的构建。本文详细介绍了模型边界面、断层面、地层界面、岩体界面等4种不同主要地质界面的构建方法，对褶皱构造、地层的断层效应、复杂岩体界面的构建进行了重点阐述。在褶皱核部增加“节点连接”的方式，控制相邻剖面地质界线的连接方向，运用“连接线生成面”的方法构建地质界面。断层切穿整个地层界面时，断层两侧的地层界面应分别进行构建。断层只切割地层面的局部时，将断层两侧的剖面地质界线顺势相连，在SMW中构建一个初始地层面。运用断层面切割初始地层面，将断层面、初始剖面地质界线、地层面四周边界线作为该地层面的约束条件，约束后对该面进行DSI处理。将复杂岩体简化成数个相对简单的岩体，再对单个简单岩体界面进行逐个构建，将建好的所有简单岩体界面进行合并，并对简单岩体之间的拼接部位进行局部平滑处理，使简单岩体界面之间的接触部位能够平滑过渡。单个简单岩体界面的构建，首先构建一系列垂直于岩体延伸方向的平面，岩体变化大的部位适当增加平面，然后提取剖面地质界线与平面的交点，生成不同平面上交点的包络线，对包络线进行DSI处理构建不同平面上的地质界线，最后根据不同平面上的地质界线生成岩体地质界面。

运用已构建好的地质界面按先新后老的顺序依次、逐个构建单个地质体面模型，最后将所有单个地质体面模型重新组合成模型的面模型。通过对面模型网格(实体)填充和对赋予相应的属性值来构建实体模型，赋予了属性值的实体模型也称为属性模型，实体模型具有可以任意剖切、属性值统计分析、深部成矿预测等功能。

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Methods of Three-dimension Geological Modeling Based on Geological Sections

WU Zhi-chun1,2,3，GUO Fu-sheng2，JIANG Yong-biao2，LUO Jian-qun1,2,3，HOU Man-qing1,2,3

(1.FundamentalScienceonRadioactiveGeologyandExplorationTechnologyLaboratory,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013；2.CollegeofEarthSciences,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013,;3.JiangxiProvinceKeyLabforDigitalLand,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330013)

Geological section data is an important data source of 3D geological modeling. The method using geological sections has been widely applied to construction of three-dimensional geological models. Before building a model, a unified coordinate system and scale of each modeling data are chosen to establish original database. Building different geological interfaces is the key to construct a 3D geological model. This paper introduces the building process and method of the four main geological interfaces, i.e. boundary surface, fault plane, formation interface and rock mass interface, especially expounding the building of the fold structure, fault effect of strata interface and the complex rock mass body. According to the sequence of boundary surfaces (around the bottom interface and the boundary interfaces), DEM surface and fault plane on the surface of the other geological interfaces, all geological interfaces are constructed in turn. The building of the fault plane and other geological interfaces should strictly follow the order of the old first and the new next. This principle is also applicable for building 2D geological units or planar models using the interfaces constructed already. Then all the 2D geological units are integrated into the whole 2D model. Finally filling the 2D model grids (entity) and assigning all the grids with the corresponding attributes yield the final 3D geological model.

3D geological modeling, geological section, GOCAD software, planar model, entity model

2015-10-31；

2016-01-28；[责任编辑]陈伟军。

中国地质调查局工作项目(1212011120836; 1212011220248)、江西省赣鄱英才555工程领军人才项目、放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室开放基金项目(RGET1305)、江西省数字国土重点实验室开放基金项目(DLLJ201614)联合资助。

吴志春(1986年—),男,硕士,讲师,主要从事多元地学数据融合与成矿预测教学与研究。E-mail:wuzhch_ecit@163.com。

P623

A

0495-5331(2016)02-0363-13

Wu Zhi-chun, Guo Fu-sheng, Jiang Yong-biao, Luo Jian-qun, Hou Man-qing. Methods of three-dimensional geological modeling based on geological sections [J]. Geology and Exploation, 2016, 52(2):0363-0375