断层模型及建模方法的研究
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作者: 潘勇
摘要：对断层模型建模的意义，基于钻孔及其派生数据的断层模型、三维断层模型的数据采集、断层模型的建模方法的数据模型描述进行描述，提出了三维断层模型的建模方法，具有很好的实际指导意义。
关键词：断层模型；数据模型；三维建模
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-01
Fault Models and Modeling Study
Pan Yong
(Hunan Information Science Vocational College,Changsha 400100,China)
Abstract:The significance of fault modeling,based on data derived from drilling and the fault model,fault model three-dimensional data acquisition,modeling fault model to describe the data model describes the proposed method of modeling three-dimensional fault model,has a good practical guide.
Keywords:Fault model;Data model;Three-dimensional modeling
一、前言
断层是一种地质构造，一般主要部分都在看不到的地面下，对找矿勘探有很好的指导作用，若果找到一种断层数据模型，能很好的实现对地层模型和断层模型进行建模，很好的表达两种对象的相互关系，对空间查询、拓扑关系、几何特征、属性特征可以进行很好的可视化表达，那对我们的地质勘探是一个很好的帮助。以前我们的断层数据模型主要有：将断层视为地层单元的边界，构建断层模型；利用剖面数据采用V型断面法构建断层模型；基于轮廓线重构的断层面构建法；由断层面的倾向和倾角构建小的断层面，由许多断层面构建断层模型；基于平面图的线框模型；基于体、面、环、边、结点的断层数据模型。所有这些断层模型都只注重于模型的三维可视化表现功能，对模型的空间查询、空间计算、空间分析等对地质找矿勘探的功能都比较缺失，要实现一种能解决上述问题的断层数据模型。
二、基于钻孔及其派生数据的断层模型
钻孔数据资料中可以找到各个地层深度范围内的地层名称、各个地层、断层之间的拓扑关系、各个地层的厚度以及上下交界面的点集坐标、各个厚度处的岩性特征等相关信息。广义三棱柱能体现钻孔施工过程中可能歪斜的特点，因而能很好的描述钻孔的特征，用广义三棱柱的上下面的三角形面表示地层的上下面，侧面表示地层之间的关系，体元表示地质体的实体。通过钻孔数据建立断层模型是很好的，但一般落在断层上的钻孔很少，这样用来描述断层的数据就很少，为了很精密的表达断层模型，我们就利用已有的地层和断层的数据资源，采用空间插值法虚拟钻孔资料，用来作为断层建模的数据，能加大断层建模的精密度。
三、断层模型的建模方法的数据模型描述
构建三维断层模型的方法可分为表面建模法和实体建模法两大类，其核心是数据模型。目前三维地质体建模较典型的数据模型有规则网格法、TIN表面法、四面体法等；三维规则网格法是将研究空间剖分为多个规则的网格．然后用相应的网格描述地质体，三维规则网格法的特点是简单，不足之处是巨大的数据集和计算工作量。TIN法是一种利用不规则三角形面片建立地质模型的方法，常采用Delaunay三角剖分，该方法属于表面描述方法，其数据量和运算量远远小于体描述方法。通过添加适量的控制点，可在不同程度上改善地质体表面的空间形态，使其更接近真实的自然状态；也可以通过减少控制点的方法来减少某个局部的工作量而不影响整体空问形态。TIN表面法不能直接描述复杂的她质体（例如标志层位的翻卷），其应用受到一定程度的限制。四面体法是多面体法的一种，属于体描述方法，四面体是体元素的最小单元，四面体法不仅可以描述地质体的表面形态，通过体函数插值，还可以描述地质体内部的结构、构造特征。四面体法可用于建立复杂地质构造三维断层模型，但实现四面体法的技术也更为复杂。
四、三维断层模型的数据采集
三维断层模型的建模的数据来源一般都是来自地质观测点集、钻孔点集、剖面点集、平面点集。地质观测点集的数据一般都是描述断层的几何信息和属性特征，有观测点的位置、断层面的走向、倾向、倾角，断层的段距、断层的性质、断层面的特征，当断层面的状态变化不大，就用一个点解决问题，如果很复杂，就需要在关键点采集数据。地下深处的地质特征一般由钻孔数据根据地质统计学方法推测得到，钻孔数据包括孔口坐标、断层深度、钻孔倾斜度、底层缺失或重复的厚度。由钻孔数据可以确定断层性质、断距、断层变化情况等。剖面点集是从钻探或者地震勘探获得的特定位置和方向的地质剖面图上采集的数据，断层一般在剖面图上呈现直线或曲线形态，一组平行或近似平行的剖面就可以描述断层的空间位置和空间形态特征。平面点集是断层面与不同深度的地层的上下盘面的交线上的点的集合，这些交线反映了断层的空间形态和延伸情况。这四种数据点集只是间接的表达了断层的结构特征或空间形态，要建立断层模型，就要以这些数据集为基础，寻找适合的数据模型，进行相应的数学变换和离散化操作，构建适合建模的混合断层模型数据集，完成模型构建。
五、三维断层模型的建模方法研究
断层模型的三维建模是所有地质构造建模中比较难的一种构造，要用到特殊的三维处理可视化技术，我们利用TIN表面法技术，解决三维断层模型的建模，首先解决比较简单的单一断层的情况，断层的存在导致地质体错位、即标志曲面的不连续，将断层面视为厚度为零的空间几何曲面，可以分别建立断层面和相关标志面的TIN表面。在这里，技术关键是对断层两侧不连续标志面形态的处理，本文采用“局部法和整体法”等两种方法。局部法将断层两侧的标志面分别加以处理。整体法是指统一处理断层两侧的对应标志面。对多条断层的处理，是视多条断层之间有无切错关系分为两种情况：其一是断层之间不存在切错关系，可以采用局部法或整体法逐条断层分别处理；另一种是断层之间存在着切割关系，断层之间的切错关系存在时间递进序列，先做出最高级断层的TIN面，再做出次级被切错断层的整个TIN面，然后计算并调整出最高级断层两侧被切错断层TIN面的边缘线；按此方法循环处理，直至做出各个断层两侧标志面TIN面的边缘线。
参考文献：
[1]王润怀等.3维地质建模中虚拟钻孔的引入及确定[J].地质与勘探,2007,43:3
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