区域松散介质三维地质建模研究 ——以山西临汾盆地为例

论文摘要

客观地质体结构极其复杂，传统的平面图不能很好表达它们的空间结构。随着地质工作者对地质体结构特征研究的深入及计算机图形技术的发展，各领域对地质体结构进行三维建模的需求变得越来越迫切。三维地质模型用于描述地质体复杂的空间结构，反映地质要素间的空间关系，为地质专家对地质问题的正确判断、分析提供综合的三维可视化的地质信息。地质体结构三维建模主要包括两方面的内容：一是分析地质规律，构建反映地质体内部特征的地质结构模型；另一方面是地质结构模型的可视化表达，即采用适当的空间数据结构描述结构模型。构建地质结构模型是三维地质建模的基础，其实质是对地质体结构特征进行系统分析。区域松散介质结构复杂，岩性空间分布体现出突变和渐变组合的不确定性，同时异相的情况非常普遍；而且地质勘查数据相对稀少，远远无法控制所有的岩性变化。目前还没有成熟的三维地质建模方法，而且针对松散介质的结构模型研究比较滞后。本文试图从松散介质结构系统分析出发，提出基于地质规律的层次分析建模方法，并以临汾盆地为实例，建立盆地松散介质三维地质模型。整个论文研究内容如下：（一）针对目前国内外关于三维地质建模理论及技术的研究现状，阐述的前人研究侧重的方向及存在的问题，提出了本文的研究思路。（二）结合三维地质建模的一般理论基础，讨论了面对水文地质应用的区域松散介质三维建模的目标需求及难点，指出解决方法是对松散介质结构进行系统分析，并提出了基于地质规律的层次分析建模方法，把复杂的区域松散地质体分解成地质界面、地层实体及沉积相三个地质层次的单独模型，从而把复杂问题分解开，便于逐一解决。（三）系统分析了临汾盆地松散介质结构。从盆地形成演化的研究着手，对地表基底形态、各时代地层分布特征、区域沉积相分布及岩性变化规律三个方面对临汾盆地松散介质结构进行了系统分析。（四）针对临汾盆地松散介质结构特点，制定了分地质界面建模、地层建模、沉积相建模三步逐级建模的方案。其中对沉积相建模，本文提出地层实体模型水平切片的方法。盆地内部松散沉积层一般较平缓，一定区域内常常是同一地质时期的沉积物，沉积的主方向大致水平，在某一沉积相内部可以进行水平方向上的岩性插值；水平切片通过调整切片厚度容易实现模型精度的控制。沉积相建模步骤：先对包含断层的地层实体模型进行水平切片，得到有地质年代界线及断层线的水平地层薄片，然后对各水平地层薄片中同时代的沉积物进行岩相分析，并完成岩相分区。（五）设计出临汾盆地松散介质三维地质建模基本流程：①基础空间信息采集整理；②实体模型构建；③沉积相分析、岩性充填。依次进行临汾盆地松散介质地质界面建模，地层实体建模、沉积相建模。其中地质界面建模通过TIN模型构建了地表及Q4、Q3、Q2、Q、N各地层底界面的三维模型，同时也采用局部TIN加密法对临汾盆地主要断层面进行了建模；由各个地质界面模型进行空间集合运算得到Q4、Q3、Q2、Q及N各时代地层实体；沉积相建模比较复杂，以埋深300米以内间隔20米、埋深大于300米间隔50到100米的精度切割地层实体模型，共得到46个水平切片，然后在这些切片上结合区域沉积相分布图及钻孔岩性数据进行岩性充填。（六）临汾盆地松散介质三维地质模型实现。在GMS平台上组合各海拔高程的地层岩性薄片，得到包含松散介质地层岩性空间分布的可视化模型，该模型具备强大的三维动态显示及三维空间信息查询功能。（七）归纳了本次研究的具体结论，并就进一步的研究提出了相关建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 选题研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 三维地质建模理论的国内外研究现状
• 1.3.2 国外三维地质建模技术应用研究的现状
• 1.3.3 国内三维地质建模技术应用研究的现状
• 1.3.4 水文地质领域三维地质建模现状
• 1.4 研究内容与思路
• 第二章 区域松散介质三维建模的理论依据
• 2.1 地质体三维建模的基本概念
• 2.1.1 三维地质模型
• 2.1.2 三维地质建模的基本元素及数据来源
• 2.1.3 常用三维地质建模方法
• 2.2 区域松散介质三维建模理论探索
• 2.2.1 应用建模的目标需求
• 2.2.2 区域松散介质三维建模的难点
• 2.2.3 基于地质规律的层次结构模型
• 2.2.4 模型精度
• 第三章 临汾盆地地质结构分析
• 3.1 临汾盆地断层构造及断陷盆地发展演化
• 3.1.1 断层构造
• 3.1.2 断陷盆地的形成和发展演化
• 3.2 临汾盆地地貌及地表、基底形态
• 3.2.1 地貌及地表形态
• 3.2.2 临汾盆地基底宏观形态
• 3.3 临汾盆地晚新生代地层沉积特征和区域分布
• 3.4 临汾盆地沉积相及松散沉积物岩性变化特点
• 3.4.1 各时期沉积相分布发育规律
• 3.4.2 松散沉积物岩性变化规律
• 第四章 临汾盆地松散介质三维地质建模
• 4.1 建模方案
• 4.1.1 层次结构化建模方案
• 4.1.2 基于水平切片的沉积相建模
• 4.2 建模的基本步骤
• 4.3 基础数据的收集、整理与分析
• 4.3.1 地表高程数据的收集整理
• 4.3.2 钻孔数据收集整理分析
• 4.3.3 底板埋深数据的分析处理
• 4.3.4 空间叠加分析
• 4.4 地质界面建模
• 4.4.1 三维地层界面实现方法
• 4.4.2 断层面处理
• 4.5 地层实体建模
• 4.5.1 地层界面交汇处空间拓扑关系的处理
• 4.5.2 地层实体的生成
• 4.5.3 模型校正
• 4.6 沉积相建模，岩性充填
• 4.6.1 区域沉积相分析
• 4.6.2 地层实体模型水平剖面切割
• 4.6.3 地质条件约束下的水平切片岩性分布分析
• 4.6.4 利用 GTP 模型实现空间岩性充填
• 4.7 临汾盆地松散介质结构三维可视化实现
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献