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地质建模范文1
0.引言
本文分析多种面向地质建模的空间插值方法后，根据数学地质理论、矿床的赋存条件及原始采样数据的分布特点，分析研究参数优化选择的有效方法，研究关键参数选取的方法，为进一步精确构建地质模型提供了数据保障。
1.空间插值的概念与分类
空间数据的插值可描述为：给定一组已知空间离散点数据，从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近这些已知的空间数据，并根据该函数关系式推求出区域范围内其他任意点的值。空间插值方法很多，分类标准不一。如按照拟插入点的区间范围可以分为内插和外推；按原始数据空间分布完整性可以分为整体插值和局部插值。整体插值利用所有样本点进行全区特征拟合，而局部插值则仅利用相近的数据点对未知点进行估值，根据内插点的分布范围又可分为分块插值和逐点插值。
2.整体插值法
整体插值的拟合模型是由研究区域所有采样点的观测值建立的。整体插值主要通过多项式函数来实现的，其特点是不能反映插值区域的局部特性，因此该方法不直接用于空间插值，而是用来检测不同于总趋势的最大偏离部分。从数据中去除一些不符合总体趋势的宏观地物特征后，可用剩余残差来进行局部插值。
2.1趋势面法
多元回归插值法是一种常用的整体插值方法，一般用于确定数据的大规模的趋势，因此也被称为“趋势面拟合”。其原理是用函数代表的面来拟合现象特征的趋势变化。它的理论假设是地理坐标（X，Y）是独立变量，属性值Z也是独立变量且是正态分布的，同样回归误差也是与位置无关的独立变量。
用一个简单的示例来说明，地理或环境调查征值Z沿一个断面在X1，X2，…，Xn处采样，若Z值随X值增加而线性增大，则该特征值的长期变化可以用回归方程：Z(x)=b0+b1x+ε进行计算（其中b0，b1为回归系数，ε为独立于 的正态分布残差。）。
然而许多情况下，不是以线性函数，而是以更为复杂的方式变化，则需用二次多项式Z(x)=b0+b1x+b2x2+ε或更高次的多项式进行拟合。对于二维的情况，X，Y坐标的多元回归分析得到的曲面多项式，形式如下：
一次趋势面的数学模型：Z=b0+b1x+b2y+ε
二次趋势面的数学模型：Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2
三次趋势面的数学模型：Z=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2+b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3
计算是一个标准的多元回归问题，大多数情况下可采用低次多项式进行拟合，一般次数为2或3就可以。次数高的多项式可以很好地逼近观测点，但计算复杂，而且其内插效果使整体分离，降低整体趋势；当多项式次数过高时，非观测点部分的估值会产生大幅震荡。
趋势面法反映总体拟合情况，有着总体的趋势，但是并不能很好地反映出局部特征，尤其是在边界上的拟合情况偏差较大。因此，趋势面法主要用于在使用某种局部插值方法之前，模拟大范围内的宏观变化趋势，而不直接用其进行空间插值。
2.2加权最小二乘拟合法
加权最小二乘拟合法是在趋势面分析基础上引入“距离权”的概念，从而使估值更为合理。具体方法如下。
已知样本点(X1,Y1,Z1)，(X2,Y2,Z2)，…，(Xn,Yn,Zn)，估值误差平方和为：
Q=(f(xi,yi)-Zi)
对每个样本点考虑一个距离权系数，通常为w(di)=，其中di=，ε为一个很小的正数。使总估值偏差和Q最小，则
Qmin=(f(xi,yi)-Zi)w(di) 令
=0
=0 i=1,2,3,...,n
通过最小二乘方程建立法方程，求得方程系数矩阵，再将插入点（X,Y）带入趋势面数学模型，可求得待估点高程值Z。
加权最小二乘拟合法不仅可以反映总体趋势，还可以反映局部的变化特征，但反映出的局部变化不是十分明显。通常这种方法在矿体连续的情况下（即没有断层的情况），也可以用来加密边界点。如果出现断层情况，在边界处拟合会出现下凹问题。
3.分块插值法
由于实际的估值区域复杂多变，不可能用一个多项式进行拟合，因此一般不用整体函数法进行内插，而是采用局部分块内插拼接的方法。所谓分块内插是把参考空间分成若干分块，对各分块使用不同的函数。分块的大小根据地貌复杂程度和参考点的分布密度决定。一般相邻分块间要求有适当宽度的重叠，以保证相邻分块间能平滑、连续的拼接。分块内插的特点是可以提供内插区域的局部特性，且不受其他区域的内插影响。典型的局部内插又分为线性内插、多项式内插、双线性内插、样条函数内插和多面函数内插等。
4.逐点插值法
逐点插值法是以待插点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随待插点位置的变化而移动，因此又称移动曲面法。
逐点内插方法只使用邻近的数据点来估计未知点的值，包括几个步骤：
（1）定义一个邻域或搜索范围。
（2）搜索落在此邻域范围内的数据点。
（3）选择能够表达有限点的空间变化的数学函数。
（4）为落在规则格网单元上的数据点赋值。
（5）重复这个步骤直到格网上的所有点赋值完毕。
逐点插值法的关键参数选取包括：所选择的插值函数，邻域的大小、形状和方向，数据点的个数，数据点的分布方式（规则或不规则）。
地质建模范文2
【关键词】三维地质建模；GMS；峰峰煤田
三维地质建模是指将地质信息以适当的数据结构建立地质特征的数学模型，而且用计算机图形学技术将数学描述以3D真实感图像的形式予以表现。上世纪70年代中期开始，西方主要国家开始研制采矿软件，在理论研究的同时，先后涌现了一批在石油、矿山和工程地质领域得到广泛应用的商业软。目前国内外所用的三维地质建模的软件有GOCAD软件、三维GIS软件、GeoEngine软件、Micromine软件，GMS软件、Dynamic Graphic公司研制的IVM(Interactive Volume Modeling)， DGI公司的地球可视模拟系统(Earth Vision Mod-eling System)软件等。GMS是集各种软件于一体的，能够体现从钻孔到地层结构、从平面到空间、从单元到系统的综合性、系统性、全面性的软件.。与其他软件相比较，GMS据有：概念化方式建立水文地质概念模型，前、后处理功能更强，版本不断更新，功能不断完善等特点。
1 GMS简介
GMS（Groundwater Modeling Syetem）是由BrighamYoung大学环境模拟研究实验室开发的先进的，基于概念模型的地下水环境模拟软件。其中包括Borehole模块、TINs模块、Solid模块、Map模块等。
2 三维地质建模
峰峰煤田五矿地层属华北型，有奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)和第四系(Q)。井田内基岩出露很少，大多被第四系所覆盖。奥陶系出露于井田以西的鼓山，井田内埋藏于C-P地层之下，构成煤系基底。C-P地层含可采煤7层，中间夹有5~8层薄层灰岩。根据井田地质构造和水文地质特征，将井田划分为三个区，分别为东翼区、西北区和中央区。东翼区:位于五矿东部，介于F11断层和F12断层之间，面积较小。属于相对独立的封闭地段。我们的研究地层范围为山青煤的底到奥陶系灰岩的顶，之间包括：煤层、灰岩、砂页岩、奥陶系灰岩。
2.1 三维地质建模的流程图：
2.2 三维地质建模步骤
步骤1：将收集到的钻孔数据，进行分析，确定钻孔的name，坐标（X，Y），根据岩性的描述确定在研究的深度内要分的地层层数，并对每层material、horizon赋值。保存于txt文件。
步骤2：打开做好的钻孔文件(txt)，选中Heading row选项，点击下一步，将GMS data改为Borehole data点击完成。在Borehole模块下，点击地Display菜单下的Display Options，改Diameter为10，选中Hole name、Horizon Ids选项。
步骤3：将cad的底图插入到map模块下，并建立new coveraye。点击create Arc，沿着cad的底图把研究区域的边界描出来，选择Feature Objects/Build polyyons，使描出的边界成为一个多边形。
步骤4：关闭cad底图，点击selectArcs，选中边界，点击Feature Objects/Redistribute vertices，在spacing中输入50.。点击Feature Objects菜单下的map――TIN，对研究区域进行三角剖分，结果图如图1：
步骤5：在Borehole模块下点击Bore holes菜单下的Horizons---solids，关闭TIN模块下的new tin和map模块下的new coverage，Borehole模块下的Boreholes呈现的三维地质图如图2：
步骤6：改换视角为plan view，点击Create Borehole Cross Sections工具，在图形上任意做切面，改换视角为Oblique view，关闭Solid Data文件夹，做出的剖面图为图3：
结论：利用GMS软件对研究区域进行三维地质建模，在建模过程中，虚拟了少量钻孔，并对个别钻孔数据进行了修正。.通过地质模型的建立、剖分以及从各个角度的旋转，将地质构造的形态、各构造要素之间的关系及地质体空间物性分布的特征以三维的形式表现出来。从图中我们可以清楚的看到各个地层之间的接触关系、延展情况，从而分析矿井的水文地质条件，确定每个地层的顶底板的标高，在采煤的过程中受到那些含水层的威胁，为计算矿坑的涌水量提供真实的数据。
参考文献：
[1] 刘天霸，张永波，费宇红，等.华北平原三维水文地质建模及其可视化研究[J].水科学与工程技术，2007，(2):44-46.
[2] 祝晓彬.地下水模拟系统（GMS）软件[J].水文地质工程地质，2003.5:53-55.
地质建模范文3
【关键词】三维地质建模技术 地质开发 应用
1 三维地质建模的概述
所谓的三维地质模型具体是指利用适当的数据结构在计算机中建立起一个能够真实反映地质构造的形态和各个要素之间关系及地质体空间物性分布等地质特征的几何模型。该模型能够以真三维的形式表达出地质构造的真实特征、形态和三维空间物性参数的分布规律，但其也存在一定的技术难点，具体体现在以下两个方面上：其一，三维地质建模与可视化是一项集诸多学科于一身的综合性应用技术，主要包括地质、数学、油藏工程、计算机图形、概率统计以及地球物理等等；其二，因该模型的基础数据来源途径较多，故此需要对这些数据类型进行综合考虑，才能建立起一个被相关专家所认可的模型。
就地质构造而言，其是在地球漫长的演变过程中因地壳规则或是不规则变动而形成的一种地下形态。按照地层岩性的不同，地质构造又被分为多种不同的地层，而各个地层的排列次序也均不相同，一般都是按照由浅到深的次序排列，并且各个地层当中还包含若干个地质岩体，如矿藏、砂体、石油等等。地质构造的可视化需要借助原始地质的测井和轨迹数据所提供的空间坐标来重新构建地质层面结构。然而，因为各个应用领域都具有自身的特点，因而很难有一种通用的模型或是方法能够适用于全部场合，换言之，在实际建模过程中，应当充分考虑不同地层的特点，并以最为简捷有效的方法来构建地质模型。
2 三维地质建模在地质开发工作中的具体应用
2.1 三维地质模型的构建原则
在三维地质模型构建的过程中，三维数据模型的选择是非常重要的环节之一，在具体选择时应当遵循以下几点原则：
（1）实用性原则。对于不同的用户而言，其所需要的三维数据模型必然会有所差别，并且特定的领域以及处理特定的数据时，选取的数据模型也均不相同。在工程地质中，三维数据模型的选取不仅应当易于快速方便地构建地质模型，而且还必须充分考虑到地质工程分析的具体要求，所以三维数据模型的选取应以实用性原则为基础。
（2）节约性原则。正常情况下，三维地质模型的对象都具有非常庞大的数据量，并且在某些处理过程当中还会产生出大量的中间数据，这使得内存显得十分珍贵，尽管硬件发展的速度相对较快，但是在建模时也必须充分考虑数据的存储量问题。
（3）兼容性原则。在三维地质建模的过程中，并没有任何一种模型能够适应所有的情况，并获得满意的结果，换言之，各种模型均具有一定的适用范围，也都存在能够解决和无法解决的问题，所以，模型间的转换以及兼容性就显得尤为重要。
（4）快速性原则。采用计算机构建三维地质模型时，时间效率是必须考虑的问题之一，这是因为没有用户希望将处理数据的时间浪费在漫长的等待上，为此，需要模型在结构上可以支持一些计算速度相对较快的算法，以此来减少处理过程花费的时间，进而达到提高运行效率的目的。
（5）易改性原则。当三维地质模型建立完成以后，一般都需要进行定期的维护，借此来检查模型的完整性，并在此过程中删除一部分冗余数据。而数据发生变化时，也同样需要在数据更新上不会存在较大的困难。
2.2 三维地质模型的具体应用
（1）油藏形态数字化。三维地质模型建立完成后，能够将地下的油藏形态进行数字化，从而可以非常直观地反映出地层的构造形态以及断层的走向、倾向、断层间的关系，这有助于更好地了解地层层位之间的接触关系。
（2）断点重组。借助断点数据在Petrel软件中的三维可视化，能够使以往抽象地按照数据分析进行的断点组合变得直观化，这样一来便可以大幅度降低断点重组的难度，准确性也随之获得显著提高。从理论的角度上讲，编号相同的断点应当分布在同一个平滑的曲面上，经过反复分析后发现大部分断点都在主断层面上，但是也有一少部分断点与主断层面相偏离，导致这种情况的原因大致有以下几个方面：其一，去除组合不当断点。如1号井深820m位置处的断点，原本归属于71号断层，经过三维地质模型分析后，将该断点确定为孤立断点；其二，修改断点归属。如2号井深1107m位置处的断点，原本归属于724号断层，而通过三维地质模型分析后发现，三维显示该断点落在725号断层的断面上，经核实后将该断点更改为725号断层。
（3）借助三维地质模型生成地质图幅。按照已经建立好的三维地质模型，能够生成研究区域的平面图，然后在map windows中选择数据窗口内的井位、全部断层模型及相应层位，便可以完成井位图和地质构造平面图的绘制，同时还能够在setting中对现实出来的效果进行适当调整，这样便能够任意选择构造线的间隔深度。
（4）在地震横向预测中的应用。通常情况下，在某些三维地震资料较为完好的油田当中，能够把密井网约束下的三维地震反演结果作为背景数据，然后利用协克里金法进行建模，在建模过程中，井点的数据仍可作为硬控制，这有助于确保过点性，而三维地震反演结果则可作为软控制，虽然井间具体的储层参数并不一定与之相等，但是储层的非均质特征却能够获得体现。
（5）在小井距井网中的应用。由于三维地质建模技术基于的是地层骨架，并以沉积单元作为单位来进行构建的。为此，在实际应用中，应当按照地层骨架模型中各个沉积单元的规模及其形成原因，将地质知识库中相应的参数场在变异系数、夹层以及尺寸等方面加以适当调整，然后填入各个网块当中。目前，较为成熟的做法是在构建某一个地区的三维地质模型前，先找出另一个与之沉积特征极为近似的小井距资料作为背景资料，并从中分析出至少两个分形指数，并在建模区域内井间内插所得的参数分布的基础之上，借助分形几何级数得出三维物性模型，以此来满足井间控制。
参考文献
地质建模范文4
关键词：多点地质统计学 训练图像 储层建模
【分类号】：P618.13
一、引言
在油气开发过程中必然会涉及到相关数据测量，测量过程中就会不可避免的出现误差，这些数据误差会给油气地质储层建模带来直接的影响。另外得到确定性的地质变量空间变量模型是不太现实的，那么在这个过程中就需要引用到概率论方法来完善数据建模。举例来说对于储层中流体的流动而言就需要结合微分方程系数等参数来进行探讨。在利用传统方法的建模过程中正常情况下都会使用内插方法得到储层参数但同时也会对流动方程造成影响那么就会产生一定的偏差。因此在油气地质储层建模的过程中需要根据实际条件来对数据模型进行调整并筛选合理的模型来进行构建让油气产量预测可靠性得到保障。
二、多点地质统计学与训练图像
基于变差函数的传统地质统计学随机模拟是目前储层非均质性模拟的常用方法。然而，变差函数只能建立空间两点之间的相关性，难于描述具有复杂空间结构和几何形态的地质体的连续性和变异性。
针对这一问题，多点地质统计学方法应运而生。该方法着重表达空间中多点之间的相关性，能够有效克服传统地质统计学在描述空间形态较复杂的地质体方面的不足。多点地质统计学的基本工具是训练图像，其地位相当于传统地质统计学中的变差函数。对于沉积相建模而言，训练图像相当于定量的相模式，实质上就是一个包含有相接触关系的数字化先验地质模型，其中包含的相接触关系是建模者认为一定存在于实际储层中的。
三、地质概念模型转换成图像训练
地质工作人员擅于根据自己的先验认识、专业知识或现有的类比数据库来建立储层的概念模型。当地质工作人员认为某些特定的概念模型可以反映实际储层的沉积微相接触关系时，这些概念模型就可以转换或直接作为训练图像来使用。利用训练图像整合先验地质认识，并在储层建模过程中引导井间相的预测，是多点地质统计学模拟的一个突破性贡献。
可以将训练图像看作是一个显示空间中相分布模式的定量且直观的先验模型。地质解释成果图、遥感数据或手绘草图都可以作为训练图像或建立训练图像的要素来使用。理想状态下，应当建立一个训练图像库，这样一来建模人员就可以直接选取和使用那些包含目标储层典型沉积模式的训练图像，而不需要每次都重新制作训练图像。
四、二维和三维训练图像
二维训练图像就是在纵向上没有变化，比如人工划相图，因此二维训练图像又称为伪三维训练图像。二维训练图像在纵向上不能反映河道微相的加积，在横向上也不能反映各沉积微相的迁移。因此二维训练图像比不能很好的反映沉积构型。在三维训练图像中，可以反映各微相在横向上的迁移和垂向的加积，能够很好的反映沉积体的空间结构。因此在实际应用中多使用三维训练图像。
五、油气地质储层建模发展趋势展望
从大环境来看目前我国的油气地质储层建模较以往取得了很大的进展，但是在某些环节上依然暴露了一定的问题，需要在以下几方面进行完善。首先遇到地质条件较为复杂的情况时需要将侧积体视为目标体来进行储层构型分析并根据分析结果来进行建模。（2）需要进一步提升地质知识水平并且将这地质知识应用并整合到建模中。（3）加强目标体连续性过程。（4）对三维训练图像构建和三维模拟中数据事件进行更具深度的把握。（5）对井数据模拟条件进行优化。除了在算法上进行改进外还应该让原型模型变得更为丰富并体现出层次感，将地震信息进行高度整合化，构建出地质约束原则，另外在建模过程中对层次分析与模式拟合给予充分的重视。
六、结论
将更多的地质资料整合到储层建模过程中以确保最终数值模型更加符合地质认识，这在预测储层流体特征时是十分必要的。多点地质统计学为地质工作者提供了一个强大的工具，使得他们可以通过训练图像将概念模型和先验地质认识整合到建模过程中。
目前研究的重点是提高多点模拟算法的性能，包括：提高运行速度，降低内存开销，提高沉积模式再现效果以及更灵活的整合不同来源的信息等。有理由相信，随着多点建模方法不断趋于主流，以及越来越多的地质工作者对这一方法变得熟悉，多点地质统计学将成为下一代地质建模工具。
参考文献
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地质建模范文5
1三维地质建模及其难点分析
1．1三维地质建模三维地质建模是指在原始的地质勘探数据基础上，在相关专家知识和经验指导下经过一系列的解译、修正后，以适当的数据结构建立地质特征的数学模型，通过对实际地质实体对象的几何形态、拓扑信息、物性三方面的计算机三维模拟，由此将各种信息综合形成的一个复杂整体三维模型过程。由S．W．Houlding提出的三维地质建模是在一维、二维地质数据解释后建立的，大大超越了一维、二维地质数据的准确性，使得其在地质勘测中具有重要应用。三维地质建模具有的优点主要表现为:(1)功能增多。基于CAD拓扑结构形成的三维地质建模，是经验丰富的地质人员修正、解释原始资料得出的，大大提高了三维地质建模的应用性，使其应用更加广泛。(2)细化了处理对象。以往所应用的CAD软件，将处理对象设置为人工成品。但基于CAD软件而开发出来的三维地质建模软件，不仅具有了更多的功能，还细化的了处理对象，即天然地质体，使此种软件的专业性增强。(3)建模具体化。三维地质建模以建立科学的、合理的地质模型为主，促使其在建模的过程中大大细化了建模步骤，地质建模更加具体化了［1］。
1．2三维地质建模的难点因三维地质建模软件具有复杂化、具体化特点，所以利用三维地质建模软件来建立一个完整的、客观的、准确的三维地质模型具有一定难度。在具体建模中，尤为需要解决难点为:(1)空间关系极端复杂的地下地质体。三维建模过程中，建立几何结构、拓扑关系及相应算法的三维数据模型成为首要必要条件。但空间关系极端复杂的地下地质体的空间层次分布不连续、地质构造复杂、地质岩性变化大，大大加剧了计算机建模中描述地下地质体的难度，不利于建立合理的几何结构、明确拓扑关系，大大阻碍了三维数据模型的建立。(2)难以获得全面的原始地质数据。因三维地质建模软件的应用是基于对原始地质数据资料分析来构建地质体的三维数据模型。但在实际工程建设中，工程地质勘查容易受到技术、经费、环境、人为等因素的影响，致使收集的地质原始资料数据不全或不准确，这将直接影响三维地质模型的建立。(3)地质属性的未知性和不确定性。影响地质体属性不确定属性因素有很多，如原始数据不足、地质体本身的复杂性等。在利用三维地质建模软进行三维数据模型建立中，不确定地质体的属性，将难以保证地质体的客观性和准确性，影响三维地质数据模型的应用［2］。
2水利水电工程三维地质建模系统一体化设计
基于以上对三维地质建模的分析，可以确定三维地质建模存在一定难度，并且容易受到多种因素影响，致使其建模效果不佳。因此，为了提高水利水电工程三维地质建模系统的应用性，科学、合理的进行水利水电工程三维地质建模系统一体化设计是非常必要的。
2．1三维地质建模信息系统数据库的设计三维地质建模系统一体化的实现，要求建立符合系统特点的三维地质数据库。那么，如何设计三维地质建模信息系统数据库?首先，对水利水电工程项目进行调研，如项目的原始资料、地质资料等，明确所建立的三维地质数据库的应用范围。其次，借鉴外国先进数据库系统建立思想，对我国三维地质建模软件的建模过程进行详细研究，明确建模中数据的来源。最后，结合三维地质建模系统的特点及三维地质数据库建立的目的，利用数据库管理软件及平台来设计三维地质数据库构建，使建成的数据库可以对水利水电工程相关数据进行合理分类、存储、检索;可以准确记录数据修改、查询等操作;可以对用户操作权限进行管理。另外，为了保证三维地质数据库的界面可以清晰、准确的显示各种操作功能，设计人员在设计三维地质数据库录入界面时，一定要将检索、数据录入、数据更新、数据导出、数据下载等功能键合理、美观的设计在界面中，以便用户可以更加便捷、有效的操作数据库。
2．2三维地质建模平台的设计(1)三维建模平台的搭建为保证三维建模平台的应用性，通常采用CATIA软件来开发这个复杂的三维建模平台。CATIA软件作为应用良好的机械设计软件，在三维建模平台过程中是根据平台建设的要求，利用适合的工具来设置平台的覆盖层模块、地质层模块、风化层模块等，并结合平台的应用顺序，合理安排各个模块，以便三维地质建模平台在接到命令的情况下，可以有序应用。(2)三维地质模型曲面的构造因水利水电工程地质勘测中会采用多种勘测手段，促使所采集的地质数据具有离散性、不规则的特点，如若直接运用这些数据来进行三维地质模型，会增加模型构建时间，降低模型的准确性。因此，不可避免的采用一些曲面差值与拟合算法来集合地质数据，进而构建地质模型的曲面，有利于构建准确的三维地质模型。假设在任意截面上选择M+1个点作为地质特征点，并且这些点可以生成地质的曲面。基于CATIA三维曲面造型的原理，可以求得地质特征点组成的一个顶点控制矩阵。由此，可以确定B样条曲面与B样条曲线均可以修改，所以，三维地质模型曲面可以依据曲线的连续性来构造［3］。(3)三维地质建模系统一体化设计基于以上对三维地质数据库和三维地质建模平台的设计，来进行三维地质建模系统一体化设计。就以钻孔数据建模为例，在钻孔数据模型一体化设计中，首先是进行钻孔数据导入，也就是利用CATIA软件将钻孔资料导入到EXCEL模板中，利用钻孔导入插件将钻孔数据导入到数据库中。其次是虚拟钻孔，也就是根据地质剖面图上地层的走势来分析钻孔的分布，进而分析研究区域内钻孔，从而构建虚拟钻孔。再将虚拟钻孔导入到数据库中，将虚拟钻孔相关信息填好，保存。最后是地质模型剖切出图。将钻孔数据及虚拟钻孔信息导出，利用VB软件来进行2次编程，并在三维地质建模平台上按自动计算比例生成地质模型剖切出图［4］。
3结束语
地质建模范文6
关键词：铬铁矿；三维地质建模；3DMine软件；矿床成因；找矿标志；成矿预测；北秦岭
中图分类号：P618.33；P618.31 文献标志码：A
0 引 言
北秦岭松树沟地区产出了陕西省出露面积最大的超镁铁质岩体，岩体内赋存了小型铬铁矿床。大量研究证明，松树沟岩体属于新元古代蛇绿岩，形成于洋脊环境[1-3]。岩石地球化学研究证明：松树沟岩体存在一类具有变质橄榄岩或阿尔卑斯橄榄岩特征的岩石，主要为细粒纯橄榄岩和共生的方辉橄榄岩，赋存在岩体中部；另一类具有超镁铁质堆晶岩特征的岩石，主要为中粗粒纯橄榄岩及共生的方辉橄榄岩、透辉橄榄岩和透辉岩，产出在岩体边部[4]。铬铁矿产出状态以条带状构造为主，未发现典型的“豆荚状”铬铁矿，不同类型铬铁矿矿物地球化学数据研究证明，松树沟中粗粒纯橄榄岩与罗布莎堆晶纯橄榄岩成因类似[5]。前期勘探钻孔长度累计约11×104 m，控制了该区大部分浅部的铬铁矿体，岩体下盘和深部是否存在隐伏矿体？如何认识松树沟岩体成矿规律？一直困扰着本地区的地质勘探工作。笔者从三维地质建模入手，在充分收集前人地质、物探、化探、钻探资料基础上，提出松树沟岩体呈透镜状产出，岩体性质类似罗布莎岩体，可能存在“豆荚状”和层状铬铁矿体；根据贫矿的主要富集部位，预测了2个具有深部找矿潜力的地区，为下一步勘查找矿提供思路。
1 地质背景
松树沟铬铁矿床位于商丹缝合带北侧、北秦岭构造带南部边缘，矿床主体产出在松树沟超镁铁质岩体中（图1）。松树沟岩体以构造关系叠置于古元古界秦岭岩群中深变质岩系之上，空间分布上为一独立地质体，延伸与区域构造线方向基本一致，其周边与秦岭岩群中不同构造岩层单位相接触，北侧主体为秦岭岩群界岭大理岩钙硅酸岩斜长角闪片岩组合层，南侧主体为秦岭岩群大河长英质片麻岩。岩体以北的秦岭岩群又以NWW向延展的牌楼沟韧性变形带与中元古代峡河岩群呈构造接触，显示出复杂的构造叠置拼贴关系。岩体以南的商丹断裂北侧出露有新元古代富水镁铁―超镁铁质杂岩体，主要由变辉石岩、细粒暗色辉长岩、中粒变辉长岩、变辉长闪长岩及变角闪石黑云母二长岩等组成，形成于岛弧构造环境。前人曾将其作为松树沟蛇绿岩的组成部分，野外地质、岩相学、岩石地球化学研究表明其不属于蛇绿岩的组成部分[6]。此外，在松树沟蛇绿岩南侧秦岭岩群变质岩层中，残留有为数众多、大小不一的“无根”变质橄榄岩构造岩块或透镜体，而北侧则无，反映了松树沟蛇绿岩在自南而北的逆冲推覆过程中与围岩发生过构造混杂作用，并代表了其运移“轨迹”。
含透辉岩条带纯橄榄岩岩相带分布于岩体中部，占岩体面积的60%～65%，平均宽0.75 km。中部含有少量呈透镜状或脉状分布的中粗粒纯橄榄岩体，规模大小不等，与岩体走向基本一致，与纯橄榄岩呈渐变关系。岩石中分布了较多的透辉石岩细条带，宽1～4 cm，长几十厘米至几米，条带产状与岩体产状及内部面理基本一致，与围岩间界线清楚，出露面积约占此岩相带总面积的占3%～5%。
透辉岩透辉橄榄岩岩相带断续分布于岩体两侧，出露宽度10～50 m，出露约占岩体总面积的5%～10%，主要由透辉岩、透辉橄榄岩和纯橄榄岩组成，呈脉体群带状展布，其产状与岩体产状及内部面理一致，分布较为稳定。
纯橄榄岩方辉橄榄岩（含铬铁矿）岩相带分布于岩体南北边部，宽0.20～0.35 km，出露约占岩体总面积的30%，纯橄榄岩及纯橄榄岩质糜棱岩组成背景岩相，其中含有大量中粗粒纯橄榄岩、方辉橄榄岩及铬铁矿化或铬铁矿体。各类岩石间均呈渐变过渡关系，除背景岩石外，其他各类多呈不连续透镜状、条带状、板状分布于纯橄榄岩中。该岩相带是岩体内最重要的含铬铁矿层位，赋存了本区60%以上的铬铁矿体[7]。
松树沟铬铁矿床主要赋存于超镁铁质岩体边部的中粗粒纯橄榄岩和方辉橄榄岩内，矿区主要划分为7个区段，从东向西依次为洋淇沟区、小松树沟区、大松树沟区、土坳沟区、界岭沟区、梅家沟区、庙堂沟区。各区具有工业意义的矿体共46条，其中梅家沟区经工程验证的6、55、61号矿体未参加储量计算，其他各区截止1971年累计查明的铬矿石储量见表1。
本区铬铁矿石绝大部分为浸染状构造，真正的致密块状矿石尚未见到。矿石的各种构造形态主要由铬尖晶石浸染体的不同密度和不均匀性所体现。为了在矿石类型的划分上能反映工业品级，将矿石中铬尖晶石的浸染密度划分为：①星散状矿染，矿石中铬尖晶石体积分数小于10%；②稀疏浸染，矿石中铬尖晶石体积分数为10%～30%；③中等浸染，矿石中铬尖晶石体积分数为30%～50%；④稠密浸染，矿石中铬尖晶石体积分数为50%～85%；⑤块状矿石，矿石中铬尖晶石体积分数大于85%。
3 矿床成因
松树沟铬铁矿矿床成因认识主要有2种：①松树沟铬铁矿床是产于再次部分熔融的地幔残留体中的“豆荚状”铬铁矿床[6，8-9]；②松树沟铬铁矿床形成机制与层状铬铁矿床相似，形成于松树沟洋盆扩张过程中，是中粗粒纯橄榄岩在热边界层（TBL）冷凝结晶过程中岩浆分异作用的产物[5]。
“豆荚状”铬铁矿床和层状铬铁矿床均可在纯橄榄岩中产出，但产出这2种铬铁矿床纯橄榄岩的成因却存在差别。产出“豆荚状”铬铁矿床纯橄榄岩是由消耗辉石反应生成的橄榄石、残留橄榄石和少量方辉橄榄岩残留体组成，属地幔纯橄榄岩类，矿体为“豆荚状”，矿石多为瘤状、块状，矿体富集是靠上地幔的剪切流动、塑性变形来完成[10-11]，Oman地幔纯橄榄岩和罗布莎地幔纯橄榄岩中产出的“豆荚状”铬铁矿床均属于此种类型[12-14]。产出层状铬铁矿体的纯橄榄岩是堆晶纯橄榄岩，其橄榄石是岩浆冷凝结晶的产物，铬铁矿层是岩浆分异的产物，矿体多为似层状透镜体，矿石均以不同稠密度的浸染状为特征[15]，如罗布莎堆晶纯橄榄岩、南非布什威尔德岩体纯橄榄岩和津巴布韦大岩体纯橄榄岩中产出的铬铁矿床均属于层状铬铁矿床[16-17]。
松树沟细粒纯橄榄岩在成因上与Oman地幔纯橄榄岩和罗布莎地幔纯橄榄岩类似；而中粗粒纯橄榄岩在成因上则与罗布莎堆晶纯橄榄岩类似[5]。目前发现的松树沟铬铁矿床产出于以中粗粒纯橄榄岩为主体的堆晶橄榄岩中，铬铁矿颗粒自形程度较高，矿石包括浸染状、条带状、块状等类型，矿体形态为拉长的透镜体状、条带状等，单个矿体均可见不同程度的浸染状构造，具有层状铬铁矿床的典型特征。松树沟细粒纯橄榄岩中是否存在类似罗布莎地幔纯橄榄岩中的“豆荚状”铬铁矿体，值得进一步勘查研究。
根据大量研究结果，松树沟铬铁矿床成矿模式可总结为：松树沟蛇绿岩可能形成于与消减作用无关的小洋盆环境，岩浆侵入到向斜褶皱的轴部之后，上部和两侧的岩浆向围岩散发热量，温度下降，橄榄石大量结晶，形成了蛇纹石化纯橄榄岩外壳，在区域侧压力作用下产生了片理化。在橄榄石结晶时，部分铬尖晶石同时晶出，晶粥中的铬尖晶石含量较少，在重力作用下堆积形成有一定规模的稀疏浸染状矿体；在岩浆结晶作用晚期，由于橄榄石大量晶出，岩浆酸度增高，斜方辉石开始大量结晶，形成含辉纯橄榄岩、斜方辉橄岩及橄辉岩分异体。由于侧向分异作用，使这些分异体呈带状分布在岩体上下盘外侧及两端；同时，铬尖晶石大量结晶并富集，形成规模较大的稠密浸染状矿体，分布在岩体上下盘纯橄榄岩相与斜方辉橄榄岩相接触带或下沉到岩体底部（图4）。
4 找矿标志
（1）毛、条、体、群的规律在中（粗）粒纯橄榄岩相带表现明显。毛、条、体、群的规律是指同生分异式矿体与母岩之间的接触关系，以矿条状、矿毛状、矿染状逐渐过渡，矿体向外逐渐变为许许多多矿条，再向外为一些更小的矿毛，接着向外则为矿染，与母岩逐渐过渡；而矿体总是成群出现的，矿体与矿体之间以矿化带相联系，因此，找到一个矿体后，往往在其周围可以找到同类型的其他一些矿体。主矿体规模越大，其附近矿毛、矿条（铬铁矿品位大于3%）分布的范围就越宽。矿毛、矿条在垂直方向上常见到尖灭再现的现象，预示深部存在矿体，可作为标志之一。
（2）有利成矿构造部位包括原生流动构造发生紊流和转折部位，岩体在空间上的膨大与拐折部位，岩凹、岩凸和台阶构造前上方，成矿前原生节理发育地段，均有利于矿体的生成。
（3）方辉橄榄岩与中―粗粒纯橄榄岩为有利成矿岩相组合，有成矿潜力的中―粗粒纯橄榄岩中橄榄石颗粒粗大，一般大于0.5 mm，自形程度较差，构成明显的不等粒结构，岩石化学成分上更为基性，MgO含量高，SiO2与MgO含量之比较细粒纯橄榄岩和蛇纹石化纯橄榄岩低。
（4）化探中Cr异常集中区是直接的找矿标志。Cr、Ni异常规模大，强度高，相互套合好，同时还伴有Fe2O3、Co、Mn等元素或化合物异常，也是重要的找矿标志。
5 矿床三维地质建模
本次地质建模的三维软件为3DMine轶件。3DMine软件主要模块的功能包括：矿山地质数据的获取、输入与管理，建立矿床地质模型，实现矿山地质图件编制，运用地质统计学进行品位估值，引入块体模型的概念进行储量估算，进行三维采矿设计等。
根据建模需求，对能控制该矿区矿体空间赋存状态的地质勘探和工程数据进行收集。项目共收集到361个钻孔数据，本次建模选用343个钻孔资料建立地质数据库，分别为定位表（表2）、测斜表（表3）、编录表（表4）和化验分析表（表5），将此数据库导入3DMine软件，生成矿体三维模型图（地表模型、钻孔模型和矿体模型）（图5）。图5中矿化体富集的地段为干沟―界岭沟段和干沟―王家坪―小松树沟段，也是本次深部成矿的预测区（图2、5）。
根据块体模型，可以算出矿体的资源量。由于原始记录中品位数据少，资源量估算过程中将原始编录记录为矿体和矿化体的地质体圈定为矿（化）体，铬铁矿石目估平均品位一般大于3%。 目前铬铁矿的边界品位是5%～8%，19世纪60年代铬铁矿的边界品位为8%，松树沟铬铁矿床富矿少，贫矿多，笔者尝试应用贫矿指标（铬铁矿品位大于3%）来计算资源量，以利于深部成矿预测。通过三维软件可以计算出矿化体体积，矿化体密度赋值为32 g・cm=-3（前人在本区物性研究结果显示矿化纯橄榄岩的密度为3.1～3.3 g・cm=-3），由此计算得到松树沟超基性岩体的资源量约为61691×104 t（铬铁矿石品位大于3%）。
3DMine软件计算的铬铁矿资源量约61691×104 t（铬铁矿品位大于3%，含已知矿体），远大于前人计算的资源量（矿石量约为2236×104 t）。差别的原因是：①本次计算过程中包括了贫矿体、矿化体，即铬铁矿矿石品位大于3%，前人计算的矿石量中铬铁矿矿石品位大于8%；②本次计算包含了所有矿体，前人有部分矿体（如梅家沟区）资源量没有计算；③本次计算应用电脑三维可视化圈定矿体，矿体之间的连接与人工剖面连接存在少量差异。
三维地质建模过程中发现矿化体主要赋存在岩体上部，岩体下部和底部可能存在较大的找矿潜力。因为目前的钻探普遍为斜钻，前人认为岩体向SW倾斜，所以钻孔倾向为NE，结果岩体东北段（岩体下盘）钻孔普遍能穿透岩体，矿化不好（单个钻孔很少碰到铬铁矿矿体），而岩体西南段（岩体上盘）钻孔普遍没有穿透岩体，矿化较好（单个钻孔碰到多个铬铁矿矿体），这与矿化于方辉橄榄岩细粒纯橄榄岩之间特征一致[图4（a）]。本研究认为：岩体东北部（岩体下盘）矿化不好的原因可能主要是钻孔方向不合理，如果矿体在斜方辉橄岩纯橄榄岩相的相变部位，岩体北部的钻探方向应该是向SW倾斜，这样单个钻孔可能碰到更多的铬铁矿透镜体[图4（b）]。岩体底部还可能存在较大的富矿体，值得深部钻探验证[图4（b）]。
通过三维地质建模，能清晰地发现矿（化）体富集的部位，也可以获得任意地段资源量，为深部成矿预测发挥了重要作用，如干沟―界岭沟地段赋存了约454×104 t资源量（铬铁矿石品位大于3%，地表以下700 m），干沟―王家坪―小松树沟地段赋存了约53×104 t资源量（铬铁矿矿石品位大于3%，地表以下700 m）。根据贫矿与富矿关系密切、周期性出现的成矿规律，加之目前钻孔没有控制到岩体底部，干沟-界岭沟地段和干沟―王家坪―小松树沟地段自然是下一步主攻的成矿预测区。
三维地质模型中还发现主岩体两侧构造岩相带大体对称，岩体上、下盘是两个相互对应的成矿带，称“边部成矿带”或“上、下部成矿带”。岩体中部范围广，矿点少，矿体小，分布零星，称“中部成矿带”。由此可见，层状铬铁矿找矿目标为岩体的边部成矿带，而“豆荚状”铬铁矿找矿目标为岩体中部岩相带。
6 成矿预测区段
6.1 界岭沟―干沟成矿预测区
界岭沟―干沟成矿预测区位于干沟―黑龙沟―界岭沟之间（图2），存在黑龙洞―陈家湾次生晕异常区、李湾沟―黑龙沟次生晕异常区，面积约32 km2。三维软件计算地表以下700 m深度控制矿化体质量约454×104 t（铬铁矿矿石品位大于3%），其中控制矿石资源量9×104 t（铬铁矿矿石品位大于8%），目前未开采。
本预测区划定依据：①三维地质建模中发现预测区内2处钻孔控制的矿化体规模较大，分别位于岩体上部和下部，目前钻孔没有穿透岩体，深部可能存在较大的矿体；②预测区内化探异常连续性好，强度高，存在已知矿（化）体；③预测区内出露赋矿目标地质体主要为细粒纯橄榄岩相中粗粒纯橄榄岩相方辉辉橄岩相透辉岩相组合，岩体分异性好；④预测区位于松树沟主岩体中段，属于构造转换松弛有利部位，流动构造发育，具有一定的找矿意义。
6.2 干沟―小松树沟成矿预测区
干沟―小松树沟成矿预测区位于干沟―中堂沟―小松树沟之间的岩体上盘（图2），存在干沟次生晕异常区、336―272号矿体次生晕异常区、245号矿体次生晕异常区，面积约2.6 km2。三维软件计算地表以下700 m深度控制矿化体质量约53×104 t（铬铁矿矿石品位大于3%），控制矿石资源量为6×104 t（铬铁矿矿石品位大于8%），目前矿石资源量已经开采利用。
本预测区划定依据：①预测区内出露赋矿目标地质体主要为纯橄榄岩相斜方辉橄岩相中粗粒纯橄榄岩相，岩体分异性好；②预测区内已经勘查出最大的工业矿体，矿体产于岩体中部和下部，钻孔一般没有穿透岩体，深部（地表以下700～1500 m）成矿潜力待探索；③预测区内化探异常圈定的矿化带范围连续性好，强度高，分带异常明显；④预测区位于松树沟主岩体中段，属于构造转换松弛有利部位，流动构造发育；⑤预测区内虽然矿化于岩体边部和上盘，但目前钻孔控制未到岩体底部，深部具有一定的找矿意义。
6.3 预测区找矿方法
预测区找矿方法是通过激电测深或可控源音频电磁测深法获取超基性岩体的深度，然后通过大比例尺重磁方法寻找异常置，最后应用深部钻探进行验证（预计深度1 500～2 000 m）。
7 结 语
（1）松树沟岩体呈透镜状产出，控制成矿岩相为方辉橄榄岩中粗粒橄榄岩，矿体主要分布在岩体相变的边部和底部，松树沟铬铁矿矿物特征类似罗布莎铬铁矿，可能存在层状铬铁矿（边部岩相）和“豆荚状”铬铁矿（中部岩相）成矿潜力。
（2）根据矿山343个钻孔数据（长度总计约108×104 m），应用3DMine软件建立了矿区三维地质模型，为深边部成矿预测提供了可视化素材，重新核算了松树沟矿床地表以下700 m深度的资源量约616.91×104 t（铬铁矿品位大于3%，含已知矿体）。
