提高地质三维模型地表精度的地质界线野外复核方法与流程

1.本发明涉及一种地质三维模型的建模方法。


背景技术：

2.国内的地质三维建模工作一直以来都集中在油气勘探行业，近几年逐渐向 有色贵金属矿山、城市地质及煤炭行业等领域扩展应用，在建模技术方法体系 和标准规范方面仍处在探索过程。目前地质三维模型从功能层面主要分为示意 性模型(即能看不能用)和真三维模型(能看又能用)两种，为了突出模型建 成后的应用拓展能力和实用性，现阶段业内的研发工作主要集中在真三维模 型，这就对参与建模的各项基础地理地质数据的真实性和精准性提出了更高要 求。
3.目前建模地质数据按空间分布特征分为地表地质数据和地下地质数据，其 中地表地质数据主要从已形成的各类比例尺平面地质图中提取，地下地质数据 主要从各类钻孔(物探)中提取，因此地表地质数据的可靠性完全依赖于平面 地质图的质量。因此平面地质图的精度和准确度对能否成功建立与实体接近的 真三维模型至关重要。
4.我国系统开展地表地质填图工作可追溯到上世纪90年代，比例尺从1:25 万—1:20万—1:5万，按照国际标准分幅原则划分若干工作区块，由不同的地 质勘查单位在不同时期进行测量绘制，这些地质图件的质量参差不齐，部分地 质图准确度较差，主要体现在地层界线和断层等准确度差、地质单元格架划分 混乱、地层和断层产状要素出错、地质信息表达不全等方面，这主要受限于当 时野外工作环境、区域地质调查填图工作方法以及填图员主观差异等造成。因 此未经核查的图件直接用于模型创建，将极大降低地表地质数据的可靠性，制 约模型的真实表达。
5.目前许多地质三维模型与实际地质情况之间往往存在较大出入，尤其是开 发频率较高的地表或近地表部分，严重阻碍了真三维建模发展和应用拓展，如 何有效解决这一问题是目前业内一直在探索和思考。如前所述，地表地质数据 完全受限于平面地质图的质量和精度，在缺乏丰富的钻孔数据时，地下地质数 据也依赖于通过地质逻辑按照平面地质图进行深部推理获取，因此引起这一问 题的主要原因就是建模区平面地质图的质量和精度不够。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：针对地质三维模型与实际地质情况存在较大 出入的问题，提供了一种野外复核方法，对平面地质图进行核查、评价和校 正，从源头减小了地质三维模型输入数据的误差。
7.本发明的技术方案是：
8.一种提高地质三维模型地表精度的地质界线野外复核方法，包括：
9.a地理地质底图准备，收集能完整覆盖建模区的最新地质图并矢量化，使 用经国家测绘地理信息系统发布的地形图；通过mapgis(或其他软件)软件将 地质图矢量化，并校
正坐标参数至2000坐标系；使用经国家测绘地理信息系 统发布的2000坐标系1:5万和1:1万地形图。
10.b骨干地质剖面线布置，在建模区的地质图上选择能穿切重要地质内容的 区域布置骨干地质剖面线；选择能穿切区域性深大断裂带、主要赋矿地层出露 区、重要成矿区带、古生物化石产地、变质岩或火成岩出露区及标准地层剖面 出露区的区域布置一条或多条骨干地质剖面线。
11.c生成骨干地质剖面线的剖面框架图，沿骨干地质剖面线绘制地形剖面 图，将骨干地质剖面线叠覆于平面地质图之上得到剖面线上对应地质界线的标 记线，将地形剖面图和地质界线的标记线叠加得到剖面框架图；
12.c1在arcgis软件中首先加载骨干地质剖面线所经过的所有图幅dem数据，刷 新使所有数据显示与可视界面内；添加需要完成地形制作的骨干地质剖面线， 使剖面线叠覆于dem数据之上；使用profile gragh工具生成剖面图，得到该 条骨干剖面线对应位置的地形剖面线；
13.c2在中国地调局开发的数字地质调查系统中加载骨干剖面线穿切区的平面地质 图，刷新使所有数据显示与可视界面内；添加需要完成地形制作的骨干地质剖 面线，使剖面线叠覆于平面地质图之上，选中骨干地质剖面线后操作新建剖 面，新窗口中得到剖面线上对应地质界线的标记线；
14.c3将地形剖面线和地质界线的标记线两个文件一起加载到mapgis中，以骨干 剖面线为参照，将地质界线的标记线移动叠加到剖面地形线上，完成剖面框架 图制作。
15.d野外核查数据准备，读取骨干地质剖面线与地质图上所有地质界线、断 层线的交点，确定需要核查的理论验证点；对骨干地质剖面线与地质图上所有 地质界线、断层线的交点进行坐标读取，非建模单元的核查点予以删除，余下 野外需要核查的理论验证点。
16.e野外核查，至核查点进行实地核查。运用罗盘、gps等仪器在野外实地 进行核查，进行野外复核前对gps和罗盘进行参数设置以及校正；核查内容为 岩石地层单元的岩石组合、厚度、接触关系、地质界线以及重要含矿层、断层 等的空间位置、产状及古生物等。核查任务结束后将同一条骨干地质剖面上的 所有核查点按照实地调查记录的坐标及产状信息全部投放在建模的地理地质底 图上。
17.f对野外核查点精度与原图面数据进行比对，检查是否满足误差范围。当 实地核查地质界线与地理地质底图中对应界线的平面直线距离差值在对应比例 尺最小显示单位内时，视为误差在精度范围内，评价为符合实际，可不对界线 进行修正，反之则评价为不符合实际，需要按照核查点实际坐标对原地质图上 相应位置进行调整，并平滑处理界线。
18.本发明的有益效果：本方法以问题为导向，结合地质调查工作规范和程 序，找到了产生问题的关键点—平面地质图。并通过较小的工作成本，对平面 地质图进行核查、评价和校正，从源头减小了地质图误差，避免了因直接使用 地质图而造成的模型表达失真，确保了地表地质数据的准确度，提高了钻孔缺 乏区的地下地质数据推理的可靠性，全面提高模型表达的精度和真实性。
附图说明：
19.图1为贵州省dem数据。
20.图2为骨干地质剖面线(虚线)穿切地质界线。
21.图3为骨干地质剖面线布置图。
22.图4为arcgis中生成的剖面地形数据(1∶1000)。
23.图5为处理后的剖面地形数据(1∶50000)。
24.图6为叠加地质界线及省界后的剖面数据(1∶50000)。
25.图7为奥维地图中验证点细节。
26.图8为数字填图中地质界线一览。
27.图9数字填图中验证点细节。
具体实施方式
28.在进行省域级地质建模时，由于数据量极大，不可能对所有数据都进行实 地校验，利用现有的地质数据建模会遇到以下几个问题：
29.1、如何评价平面地质图准确度是否符合其本身比例尺所约束的精度要 求；
30.2、如何有效检查平面地质图中地层界线、断层线及产状等地质内容的误 差超出其本身比例尺约束的精度要求；
31.3、如何对超出误差范围的地层界线、断层线及产状进行修正；
32.4、任何建模区，在地质演化和空间展布上，都存在一些需要重点关注和 解剖的对象，如：区域性深大断裂带、主要赋矿地层出露区、重要成矿区带、 古生物化石产地、变质岩或火成岩出露区及标准地层剖面出露区等，针对这些 对象，如何提高表达的准确度和精度。
33.对此我们采用了对骨干线进行野外复核的方法来校验地质模型的精确度。 在压缩野外复核工作量的同时，尽量保证关键地质区域都能得到验证复核。本 方法包括：
34.a地理地质底图准备，收集能完整覆盖建模区的最新地质图并矢量化，使用经 国家测绘地理信息系统发布的地形图；
35.b骨干地质剖面线布置，在建模区的地质图上选择能穿切重要地质内容的区域 布置骨干地质剖面线；
36.c生成骨干地质剖面线的剖面框架图，沿骨干地质剖面线绘制地形剖面图，将 骨干地质剖面线叠覆于平面地质图之上得到剖面线上对应地质界线的标记线， 将地形剖面图和地质界线的标记线叠加得到剖面框架图；
37.d野外核查数据准备，读取骨干地质剖面线与地质图上所有地质界线、断层线 的交点，确定需要核查的理论验证点；
38.e野外核查，至核查点进行实地核查。
39.f对野外核查点精度与原图面数据进行比对，检查是否满足误差范围。
40.实施例：本实施例以贵州省为例进行骨干线的地质复核。具体方法如下：
41.1、地理地质底图准备
42.首先收集能完整覆盖建模区的最新地质图，比例尺可能为1:50000或 1:250000，通过mapgis(或其他软件)将其矢量化，并校正坐标参数至2000 坐标系。其次，为提高三维模型的地形精度，使用经国家测绘地理信息系统发 布的2000坐标系1:50000和1:10000地形图(数据名称为1:50000dem、 1:50000dgl)，叠加至地质图上形成地理地质底图。
43.(1)1:50000dem数据
44.以贵州为例，图件为2000坐标系，详细参数如下：
45.表1dem参数
46.序号内容值备注1像元大小(x，y)10，10 2栅格分辨率1∶56693 3格式grid 4源类型通用 5像素类型浮点型 6像素深度32位 7空间参考cgcs_2000 8图幅数467幅 47.运用arcgis对按1:50000标准图幅切分的467幅影像数据进行镶嵌，形 成覆盖全省范围的dem数据(图1)。
48.(2)1:10000dlg数据
49.图件格式为esri geodatabase，图件为2000坐标系。使用mapgis软件工 作平台先对1:10000dlg数据进行格式转换，然后根据中国地质调查局发布的 《地质图空间数据库建设工作指南2.0》的要求对转换后的个图形元件的参数 进行修改和校正。在完成1:10000地形图mapgis格式标准化后，将全省数据 进行拼接，作为地理底图。
50.全国1∶10000dlg数据根据不同的要素类型及几何特征，共分为14个数 据层，具体内容见表1。
51.表1 1∶1万地形图数据分层说明
[0052][0053]
2、骨干地质剖面线布置
[0054]
在建模区的地质图上，选择能穿切区域性深大断裂带、主要赋矿地层出露 区、重要成矿区带、古生物化石产地、变质岩或火成岩出露区及标准地层剖面 出露区等重要地质内容的区域布置多条骨干地质剖面线(直线，如图2)。
[0055]
骨干剖面的部署考虑以总体控制贵州地质构造格架为主，充分考虑已有地 球物理、地热井和油气井资料的配套，并兼顾控制特殊地质体、重要地质界面 和界线及特征构造带为原则，以贵州为列(图3)，在已有地震剖面线位置及其 延伸方向以及与之大致平行形成控制格架的位置实施了9条骨干地质剖面，其 中北东向3条，北西向6条，实施总长3800km，对沿途建模单元界线、断层等 的准确性和精度进行核查。
[0056]
3、剖面框架图制作
[0057]
(1)剖面地形线生成
[0058]
在arcgis中首先加载骨干地质剖面线所经过的所有图幅dem数据，刷新 使所有数据显示与可视界面内；添加需要完成地形制作的骨干地质剖面线，使 剖面线叠覆于dem数据之上；使用profile gragh工具生成剖面图，得到该条 骨干剖面线对应位置的地形剖面线(图5)。
[0059]
(2)剖面地质界线标记
[0060]
在中国地质调查局开发的数字地质调查系统(dgss)中加载骨干剖面线穿 切区的
平面地质图，刷新使所有数据显示与可视界面内；添加需要完成地形制 作的骨干地质剖面线，使剖面线叠覆于平面地质图之上，选中骨干地质剖面线 后操作新建剖面，新窗口中得到剖面线上对应地质界线的标记线。
[0061]
(3)修饰整理
[0062]
将剖面地形线和地质界线的标记线两个文件一起加载到mapgis中，以骨 干剖面线为参照，将地质界线的标记线移动叠加到剖面地形线上，完成剖面框 架图制作。
[0063]
4、野外核查数据准备
[0064]
读取骨干地质剖面线与地质图上所有地质界线、断层线的交点进行坐标读 取，非建模单元的核查点予以删除，余下野外需要核查的理论验证点。为在野 外工作中能迅速准确地找到核查点的实际位置，将理论验证点的坐标进行导出 处理后，使用奥维地图软件进行加载，形成野外工作动态底图(图7)。并结合 数字填图程序，装载各尺度模型对应使用的地质底图(如，1:500000地质图、 1:250000地质图、1:50000地质图、1:10000或1:5000矿区地质图)，以便野 外分析、解读(图8、图9)。
[0065]
5、gps调试
[0066]
野外核查采用半仪器法参照路线调查方式，主要使用设备为手持gps和地 质罗盘。为保障野外数据收集的准确性以及精度要求，对手持gps和地质罗盘 需进行参数设置以及校正。
[0067]
手持gps参数设置：采用国家2000坐标系统。在核查过程中，根据所处 区域，收集国家2000坐标在区内相关参数，对手持gps进行参数设置(图1， 主要为中央经线、dx、dy等)，以达到数据采集精度要求。罗盘的校正：本次 核查区域为黔东北和黔西南两个跨度较大的区域，例如贵州铜仁地区磁偏角以 2.63
°
校正，黔西南地区以1.68
°
校正。
[0068]
6、野外核查
[0069]
数据准备完成后开展外业核查。针对地质剖面在平面上穿切的地质界线， 运用罗盘、gps等仪器在野外实地进行核查，核查内容为岩石地层单元的岩石 组合、厚度、接触关系、地质界线以及重要含矿层、断层等的空间位置、产 状、古生物等。1:50000和1:10000骨干地质剖面核查的地质单元分别对应到 组级和段级；1:2000骨干地质剖面使用地形数据为1:10000 2000坐标系dgl 数据或矿区大比例尺测绘地理数据，地质数据为矿区综合地质图，核查地质单 元对应到矿层(或矿体)级。为三维化提供核心数据层和运算节点。
[0070]
(1)核查时，根据奥维地图及数字填图软件迅速抵达理论验证点，通过 仔细观察、辨识周边地物、环境，确认与理论验证点一致后，填写《骨干地质 剖面界线核查记录卡》。填写内容包括：剖面编号、核实界线点序号、实际位 置、核查时间、核查人员、图上界线性质和接触关系及坐标情况、实地核查的 界线性质和接触关系及坐标情况、两侧地层岩石组合、主要地质特征描述、界 线特征和两侧地层照片(界线远观、界线近观、两侧岩石组合共四张，并根据 野外核查信息对照片进行简约编辑，以便地层信息的提取)等信息。
[0071]
(2)核查任务结束后，及时返回室内进行数据录入，并将同一条骨干地 质剖面上的所有核查点按照实地调查记录的坐标及产状信息全部投放在建模的 地理地质底图上。
[0072]
7、内业评价及校正
[0073]
对外业核查点精度与原图面数据进行比对、检查。
[0074]
(1)界线评价与校正
[0075]
当实地核查地质界线与地理地质底图中对应界线的平面直线距离差值在对 应比例尺最小显示单位(1mm)内时，视为误差在精度范围内，评价为复核实 际，可不对界线进行修正，反之则评价为不复核实际，需要按照核查点实际坐 标对原地质图上相应位置进行调整，并平滑处理界线，并在已经切制完成的剖 面框架图上对标识的地质界线进行平移矫正。对应比例尺核查误差规定如下：
[0076]
1)1:50000剖面图：当核查点坐标与原地质图相应位置坐标直线距离偏差 ＞50m时，需要进行校正；
[0077]
2)1:10000剖面图：当核查点坐标与原地质图相应位置坐标直线距离偏差 ＞10m时，需要进行校正；
[0078]
3)1:5000剖面图：当核查点坐标与原地质图相应位置坐标直线距离偏差 ＞5m时，需要进行校正；
[0079]
4)1:2000剖面图：当核查点坐标与原地质图相应位置坐标直线距离偏差 ＞2m时，需要进行校正。
[0080]
5)1:1000剖面图：当核查点坐标与原地质图相应位置坐标直线距离偏差 ＞1m时，需要进行校正。
[0081]
(2)产状评价与校正
[0082]
当实地核查地质界线两侧地层产状或断层产状与图上存在不一致情况时，评价 为不符合实际，需全部按照实地核查结果进行修正。