大慶北部地區(qū)熱儲三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模

大慶北部地區(qū)熱儲三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建木摘要：在地熱資源勘查初期，掌握研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件至關(guān)重要。因此,建立硏究區(qū)熱儲三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，對模擬結(jié)果加以詳細、準確的分析，是確保地熱工作順利進行的一種重要手段。本文借助于GMS軟件中地層模擬模塊，利用地質(zhì)資料、鉆孔數(shù)據(jù)和物探信息，結(jié)合虛擬鉆孔，構(gòu)建了大慶北部地區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型及熱儲結(jié)構(gòu)模型。模型真實反應了區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)，細致刻畫了熱儲分布情況，為認識區(qū)域地質(zhì)條件提供了便捷的工具，為計算區(qū)域地下水資源儲量、地熱儲量奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：GMS：大慶北部；熱儲；地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型影響地殼淺部熱儲狀態(tài)的因素包括基巖起伏、構(gòu)造形態(tài)以及地下水活動等。熱儲是埋藏于地下、具有有效空隙和滲透性的地層、巖體或構(gòu)造帶，其中儲存的地熱流體可供開發(fā)利用。從區(qū)域到局部地帶，基巖的起伏、構(gòu)造形態(tài)對地殼淺部地溫場及熱儲的分布都起著重要的作用。因此，研究地熱的形成、蘊藏情況與特點，就必須對地層構(gòu)造有深刻而全面的了解［1］。三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模就是利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，在3D立體空間下，將研究區(qū)的勘探數(shù)據(jù)、地質(zhì)解譯、地學統(tǒng)計、空間信息管理、空間分析、空間預測、實體內(nèi)容分析、圖形數(shù)字化、圖形可視化等工具結(jié)合起來，用于地質(zhì)研究的三維空間模擬技術(shù)［2-3］o基于GMS軟件構(gòu)建大慶市北部地區(qū)三維熱儲地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，可將二維抽象的熱儲數(shù)據(jù)信息，以三維可視化的圖形方式表達；借GMS軟件的三維可視化工具，可任意剖切模型，從三維空間的角度觀察大慶市北部地區(qū)熱儲層空間變化特征，有利于分析和認識其內(nèi)部的熱儲條件。1研究區(qū)概況研究區(qū)位于大慶市北部地區(qū)，南起大慶市，北至林甸縣，西起杜爾伯特蒙古族自治縣，東至大慶市邊界，地理坐標：北緯46。2090〃_47。4090〃，東經(jīng)124°40/00,/—125°20z00z/,研究區(qū)總面積9222.08km2o大慶地區(qū)位于松遼盆地的中北部，總的地勢北東部高，南西部低，地形呈波狀起伏。北部分布有較多的砂丘、砂壟，多呈南北向及北北西向展布。湖泡、濕地分布廣泛，水域面積較廣，顯示出低平原的景觀特征。按地貌成因類型劃分，屬湖成地貌；按巖性形態(tài)劃分，為沖、湖積泥砂低平原，山粉砂質(zhì)粘土、黃土狀粉砂質(zhì)粘土、粉細砂等組成。區(qū)內(nèi)基底主要山古生代淺變質(zhì)巖以及各時期侵入的花崗巖組成，其上堆積了巨厚的陸相碎屑巖地層，主要為口堊系、第三系砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖及第四系松散砂、砂礫石、砂質(zhì)粘土等，它們相互成層，為多層地下水的賦存創(chuàng)造了極其有利的條件。該區(qū)地層層序自下而上為中生界白堊系登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組，新生界古近系依安組，第四系泰康組、林甸組。根據(jù)地下水賦存條件、地形地貌和水文地質(zhì)特征，區(qū)內(nèi)分為以第四系孔隙潛水、孔隙承水及第三系、口堊系裂隙孔隙層間承圧水為主的盆地水文地質(zhì)單元和以風化裂隙、構(gòu)造裂隙水為主的盆周水文地質(zhì)地塊。2三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建立2.1建立方法GMS地下水模擬系統(tǒng)是水文地質(zhì)專業(yè)、水環(huán)境專業(yè)廣泛應用的軟件，本次利用GMS軟件中Map模塊、TINS模塊、Borehole模塊和Solid模塊建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，其建模步驟見圖24,主要包括：Map模塊中導入地理底圖并確定對應的坐標位置，繪制工作區(qū)邊界，生成相應TINS文件；將研究區(qū)內(nèi)所有可用的鉆孔資料在Excel文件中加以整理及編號，完成后導入GMS中的Borehole模塊，生成鉆孔數(shù)據(jù)；使用Borehole模塊中的命令，生成地質(zhì)結(jié)構(gòu)實體（Solid）,建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。圖2-1GMS三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模流程2.2建立步驟（1） 確立建模邊界，建立三角網(wǎng)格運行GMS軟件.在菜單欄中打開地理底圖，對其進行坐標配準并建立坐標系。上位好地理地圖之后，在MAP模塊下根摒研究范用，繪制岀所要建模的邊界范圍，并建立成區(qū)。確左建模邊界之后，右鍵點擊所建立的圖層，對邊界曲線進行剖分，重新分配邊界上的節(jié)點間距，再建立TINso本次研究共剖分三角形23499個，使用結(jié)點12019個在剖分過程中采用Kriging插值法進行插值計算，并將相應結(jié)果賦值到相應的TIN上。（2） 地質(zhì)條件概化在地質(zhì)實體建立之前，首先要對研究區(qū)地質(zhì)條件進行概化處理，地質(zhì)條件概化需綜合考慮區(qū)域地質(zhì)、地球物理勘探、鉆探等多種信息。本次研究重點是熱儲條件較好的白堊系地層,第四系地層不作為重點研究對象，且其各組地層厚度較薄，單一劃分在模型中不具備代表性,故可將第四系統(tǒng)一概化為一層。結(jié)合研究區(qū)收集的鉆孔資料，對區(qū)內(nèi)地層分布條件進行統(tǒng)計,并對其厚度.巖性特征等進行概化處理（見表24）,自下而上劃分為8組，由于白堊系登樓庫組地層埋深較深，鉆孔揭露程度較低，并且不是本區(qū)的主要熱儲層，故本次研究不進行模擬。（3）導入鉆孔數(shù)拯，建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)在地層概化的基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的鉆孔，整理鉆孔編號、坐標、概化地層的頂、底板髙程和地層編號等有關(guān)數(shù)據(jù)，生成GMS識別的文件格式，作為建模的原始數(shù)據(jù)，導入GMS中生成BoreholeData文件，并進行相關(guān)參數(shù)勾選。將鉆孔資料導入后，調(diào)整鉆孔資料在GMS軟件中的顯示比例，變化GMS觀察視角，便呈現(xiàn)出各鉆孔資料空間分布及各自狀態(tài)（見圖2-2）o圖2-2部分鉆孔結(jié)構(gòu)圖在Borehole模塊中，通過Borehole菜單的Horizons->Solid命令，建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型（見圖2?3）.圖2-3三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型從構(gòu)建的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型可分層展示、觀察主要熱儲層一一白堊系各地層厚度及其空間分布情況，模型地層分布特征符合區(qū)域地質(zhì)條件，三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型能夠任意角度旋轉(zhuǎn).并進行任意位置的剖而切割展示（見圖2-4）o可視化的地層結(jié)構(gòu)模型形象直觀的展示了地層的立體結(jié)構(gòu)，為深入分析區(qū)域地質(zhì)特征提供了便利。圖2-4三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型剖而圖3三維熱儲結(jié)構(gòu)模型的建立與功能3.1模型的建立為較為準確的掌握研究區(qū)內(nèi)熱儲層位，了解白堊系各組地層中富水性好的含水層分布情況，可結(jié)合已有鉆孔資料以及大地電場巖性探測技術(shù)建立三維含水層結(jié)構(gòu)模型。大地電場巖性探測技術(shù)是通過接收空間中的電磁波在地下不同深度介質(zhì)界而所產(chǎn)生低頻反射電磁場信息，判斷與識別地下介質(zhì)界面的一種物探方法。比如在巖性界而、斷層、油氣層、含水層等部位，大地電磁測深曲線均會有所顯示，從而達到找油、找水的目的。該方法具有垂直分辨率髙的特點，尤其對地下薄層及條帶狀含油氣、含水砂層具有獨到的鑒別能力[4],是識別地下熱儲層的有效方法之一。本次工作布設(shè)巖性探測點共40個，沿四條近東西向剖線布設(shè)，通過利用已有鉆孔資料在研究區(qū)內(nèi)進行插值，計算岀40個巖性探測點位宜處的白堊系各組地層的頂?shù)装弩{程，再將巖性探測工作中預測的含水層對應到各組地層中，最后以組為單位建立三維熱儲結(jié)構(gòu)模型。圖3-1白堊系三維熱儲結(jié)構(gòu)模型剖面圖3.2模型的功能輔助水文地質(zhì)條件分析基于GMS構(gòu)建地質(zhì)結(jié)構(gòu)體，可以看出該區(qū)地層并不是自下而上平行均勻展布，而是呈現(xiàn)岀區(qū)塊狀分布的特征。地質(zhì)結(jié)構(gòu)體的特征可為含水層的概化、水文地質(zhì)參數(shù)的分區(qū)等分析提供依據(jù)。另外，模型可以il?算各分層的地層體積(見表34),可為區(qū)域地下水資源儲量、地熱儲量估算提供左量依據(jù)。4結(jié)論基于GMS軟件中Map.TINs、Borehole和Solid模塊，利用地質(zhì)資料.鉆孔數(shù)據(jù)和物探信息，構(gòu)建了可視化的大慶北部地區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型及熱儲結(jié)構(gòu)模型。模型構(gòu)建方法可行，為復雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)模型構(gòu)建提供了參考。模型能夠進行任意方向旋轉(zhuǎn)以及任意位置的剖而切割。地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型根據(jù)地層巖性分為8層，較真實的反應了區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為認識區(qū)域地質(zhì)條件提供了便捷的工具：熱儲結(jié)構(gòu)模型對各巖組進行分層展示，較為細致的刻畫了熱儲分布情況，為計算區(qū)域地下水資源儲量、地熱儲呈奠定了基礎(chǔ)。模型的建立包含了建模者的?；枷?，根據(jù)建模目的、功能的不同，地層劃分、合并以及簡化、省略等處理會有所差異。模型精度依賴于建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，基于地質(zhì)、水文、物探等多源數(shù)據(jù)建模對提髙模型可靠性具有重要作用。參考文獻⑴何滿潮，李學元徐能雄,李春華三維可視化技術(shù)在天津地熱研究中的應用[J]?黑龍江科技學院學報,2003(02):20-23?吳觀茂，黃明，李剛，鄒時林?三維地質(zhì)模型與可視化研究的現(xiàn)狀分析卩]?測繪工程,2008(02):1-5.郭輝?基于GMS的三維地質(zhì)模型的建立卩]?黑龍江水利科技,20均43(09):640?⑷柯柏林，丁連靖，冉偉彥，周艷富，于灑大地電場巖性探測技術(shù)在北京地熱勘查中的應用[J]?城希地質(zhì),2007(01):42-46.⑸沈媛媛，郭髙軒,辛寶東，許亮，劉久榮?基于GMS的北京順平地區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型[J]?城市地^,2015,10(02):67-71.陳忠良，童勁松,包海