基于GMS的孔庄矿三维地层模型的建立

吕 禹,胡友彪

（安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 232001）

1 研究区概况

孔庄矿处于江苏省沛县和山东微山县之间，并位于江苏省徐州市西北方向80Km左右处，东至山东省微山县金源煤矿，向南延伸到江苏天能集团的沛城煤矿，北至上海大屯能源有限公司的徐庄煤矿。井田主井坐标为东经116° 57′13″，北纬34° 41′55″。井田采矿登记边界东西方向长为12.98Km左右，南北平均宽约为3.40Km，井田总面积大概为44.14Km2。

2 工程地质概况

根据钻孔揭露，孔庄矿地层主要分四部分，上部为第四系覆盖层，岩性由粘土、砂质粘土、粘土质砂及不同粒级的砂层组成。中部由二叠系灰白、灰绿色砂岩，深灰～灰黑色的泥岩、砂质泥岩及煤层组成。下部为石炭系海相泥岩、L2灰岩、L4灰岩和L7灰岩组成。底部为奥陶系中厚层状泥晶灰岩、豹皮状泥晶灰岩和生屑砂屑泥晶灰岩组成。其中少部分地区在第四系和二叠系地层间夹杂有上侏罗～下白垩统砾岩。

3 数据来源

35个孔庄矿钻孔柱状图；孔庄矿钻孔平面布置图；孔庄矿地质勘探剖面图。其中、为三维地层建模的主要数据，其已从孔庄矿钻孔综合柱状图及钻孔情况一览表中提取，并建立相应的数据库。为辅助数据，主要是人机相互操作，其目的是为模型修改提供参考。

4 基于GMS的三维立体地层模型

4.1 GMS7.1软件简介

地下水数值模拟软件GMS，是由美国BYU的环境研究实验室在现阶段已有地下水模拟软件(MODFLOW，MODPATH)基础上开发的能够全面和快捷用于地下水流场和溶质运移的模拟软件[1]。

4.2 地面TIN模型

TIN模型即三角不规则网格模型，这种模型的作用是定量的表示相邻地层间的界面，多个TIN可以用来建立实体模型或三维网格。本文通过克里金插值法将研究区地面高程点(X,Y,Z)进行插值得出地面TIN模型，地面TIN模型如图1所示。对三角网格进行高程等值线填充得到地面高程TIN分布图，如图2所示。

图1 研究区地面TIN模型

图2 填充后的地面TIN模型

4.3 三维立体地层模型

孔庄井田位置坐落于该地区水文地质单元的南边，矿区内地表为古黄河泛滥区，地表以下广泛沉积着第四系砂层包括砂质黏土、粉砂、细砂和中砂等，地面标高由图2可知大约在30～39.5m，地势呈现出西边较高，东边略低的情况，地表水发育较为完全，同时孔庄矿受构造运动的影响，断层较为发育，并且各种断层相互切割，地质条件复杂。因此建立研究区三维立体地层模型就尤为重要，通过建立三维地层模型我们可以清楚地了解孔庄矿地层之间的空间组合关系以及矿区内由于断层的存在对不同地层赋存情况和空间上的接触关系产生何种影响。基于三维地层模型的可视化功能，可以使我们更好的认识矿区的地质条件。为工程勘察、设计与建设提供了理论依据。

根据研究区内境内钻孔揭露，孔庄矿地层主要分四部分，上部为第四系砂层，中部由二叠系砂岩、少量泥岩及煤层组成，下部与底部分别由石炭系灰岩和奥陶系灰岩组成。其中少部分地区在第四系和二叠系地层间夹杂有上侏罗～下白垩统砾岩。其中第四系覆盖层东西向逐渐变厚。建模时将井田内含水层分为四个部分：自上而下为砂层、砾岩、砂岩、灰岩。

在三维地层建模方面,软件可根据钻孔数据建立三维可视化的地层实体,进行钻孔数据管理,二维和三维地质统计[2-3]。建立三维模型步骤如下所述，首先由钻孔柱状图提取钻孔资料，并将收集整理好的钻孔资料输入至模块中,形成钻孔数据；其次赋予钻孔岩性接触面Horizons ID属性；建立TIN模型，插值各个层面上的高程；最后通过Borehole模块中的Horizons→Solid命令，选取相应的插值方法,生成三维立体可视化地层模型(Solid)，通过人机相互操作，验证地层模型是否合理，建立三维地层模型，如图3，4所示[4]。

图3 三维立体可视化地层模型

图4 填充后的三维立体可视化地层模型

5 结论

本章利用GMS软件建立了研究区地面TIN图,同时利用钻孔模块对钻孔数据进行管理，并利用这些钻孔数据生成孔庄矿三维可视化的地层实体。通过建立三维地层模型我们可以清楚地了解孔庄矿地层之间的空间组合关系以及矿区内由于断层的存在对不同地层赋存情况和空间上的接触关系产生较大影响，基于三维地层模型的可视化功能，可以使我们更好的认识矿区的地质条件。为工程勘察、设计与建设提供了理论依据。

[1]祝晓彬.地下水模拟系统软件[J].水文地质工程地质,2003(05):53-55.

[2]汪旋,李伟.GMS和MapGis在地层三维模拟中的应用[J].科技论坛,2010(05).

[3]梁煦枫,王文科,曾永刚.GMS在水文地质结构可视化方面的应用[J].东北水利水电,2006,9(04):64-67.

[4]王淼,陈晨,张丽玲.基于钻孔数据和GMS的地层三维建模与可视化的研究[J].基础工程设计,2007(03):72-73.