第４０卷第３期——中国地质大学学报地球科学—
ｔｈＳｃｉｅｎｃｅ—ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＥａｒ ｙ Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．３Ｍａｒ．０１５ ２２０１５年３月
：／ｄｏｉ１０．３７９９ｄｋｘ．２０１５．０３２ｑ
复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法：西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图实践
２，５２，３＊６，，，王国灿１，徐义贤４，郭纪盛２，陈旭军２，杨 维２，郁军建１，
龚一鸣２，陈 超４，李永涛４，晏文博２，肖 龙２
中国地质大学地质调查研究院，湖北武汉４０７４１．３０
中国地质大学地球科学学院，湖北武汉４２．０７４３０
中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北武汉４３．０７４３０
中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北武汉４４．０７４３０
河南省地震局，河南郑州４５．０１６５０
贵州煤田地质局地质勘察研究院，贵州贵阳５６．００８５０
摘要：在地球物理资料稀少、钻孔数据匮乏的复杂造山带地区进行三维地质填图，目前尚处于实践探索阶段．我们的填图工作思路是：以精细地表地质调查为基础，在地质－地球物理－钻孔等多源数据约束下，充分利用野外走廊带解析剖面、实测自然剖面、地球物理解释剖面等资料，进行人机交互式三维地质建模，并根据使用资料的准确性、空间分辨的精细程度等对模型的可靠程度进行分块评价．浅表层以地表地质信息（包括产状、地层层序关系、地层厚度、褶皱形态、断层性质与位移、局部和区域概念地质模型等）约束为主，深部地质结构则主要依据地球物理剖面资料，少量钻孔资料不仅用以校验地球物理资料解释的可靠性，并对模型施加强约束．以西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图为例，着重讨论了在三维建模中如何具体实现上述思路和约束方法．实践证明，该填图思路和建模方法是行之有效的，可操作性强．
关键词：造山带；三维地质填图；三维地质建模；地质剖面；深部地质结构；约束方法；地球物理．
（）中图分类号：Ｐ３１ 文章编号：０－２３８３２０１５０３－０４０７－１２ 收稿日期：４－０６－０１１００２０１
ＣｏｎＤｉｍｓｔｒａｉｎｉｎＤｅｅＧｅｏｌｏｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＴｈｒｅｅｅｎｓｉｏｎａｌ－ ｇｐｇ
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；“（新疆１∶２中国地质调查局项目“西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质调查试点”基金项目：１２１２０１１２２０２４５）５万铁厂沟镇幅Ｎｏ．
）））（（与克拉玛依市幅（区调修测”Ｃ００２００１Ｌ４５Ｃ００３００１１２１２０１１１２０５０２．Ｌ４５Ｎｏ．
，：作者简介：硕士，助理工程师，郁军建（主要从事构造地质学和地震地质学研究．９－）ｌｕｕｎｉａｎ１０２５＠１６３．ｃｏｍ１９８Ｅ－ｍａｉｙｊｊ
：：，通讯作者王国灿ｌｗｃａｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎＥ－ｍａｉ＊＠ｃｇｇ
引用格式：复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法：西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质郁军建，王国灿，徐义贤，等，５．２０１
（）：———，填图实践．地球科学中国地质大学学报４１８．０３４０７－４
４０８
——中国地质大学学报地球科学—第４０卷
，ｗｃａｌａｎｄｄｒｉｌｌｅｄａｔａｉｎｔｈｅｒｅｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓａｅｒｅｒｏｏｓｅａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｒｅｅｅｎｓｉｏｎａｌｅｏｌｏｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｂｅｏｈｓｉｈｏｌｄｉｍ －－ｇｐｐｐｐｇｇｇｙｇｐｙ ｕｓｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｎａｔｕｒａｌｒｏｆｉｌｅｓａｎｄｔｈｅｅｏｈｓｉｃａｌｒｏｆｉｌｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｄｅｔａｉｌｅｄｓｕｒｆａｃｅｅｏｌｏｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎ ｇｐｇｐｙｐｇｇｇ ｄａｔａａｎｄｔｈｅｅｏｌｏｃｓｌｌｉｎｄａｔａ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｌｉｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｏｆｔｈｅｄａｔａａｎｄｔｈｅｅｏｈｓｉｄｒｉ －－ｇｇｙｇｇｙｙｇｐｙ ，，ｓａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｂｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｅｏｌｏｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｓｓｔｒａｔｉ －ｐｙｇｇｇ ，，，ｒａｈｉｃｓｅｕｅｎｃｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｆｏｌｄｍｏｒｈｏｌｏｆａｕｌｔｆｅａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌａｎｄｒｅｉｏｎａｌｃｏｎｃｅｔｕａｌｅｏｌｏｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｇｐｑｐｇｙｇｐｇｇ，ｄｅｅｅｏｌｏｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｍａｉｎｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｏｈｓｉｃａｌｒｏｆｉｌｅｄａｔａｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｒｏｅｒｄｒｉｌｌｉｎｄａｔａｗｈｉｃｈａｃｔａｓ ｐｇｇｙｇｐｙｐｐｐｇ ｎｏｔｏｎｌａｔｅｓｔｏｆｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｏｆｔｈｅｅｏｈｓｉｃａｌｉｎｔｅｒｒｅｔａｔｉｏｎｂｕｔａｌｓｏａｎｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｉｓａｅｒｔａｋｅｓｔｈｅ ｙｙｇｐｙｐｐｐ ｔｈｒｅｅｅｎｓｉｏｎａｌｅｏｌｏｉｃａｌｍａｉｎｏｆｔｈｅＨｏｕｓｈａｎａｒｅａｉｎＫａｒａｍａａｓａｎｅｘａｍｌｅａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｒｏｃｅｄｕｒｅｉｎｒｅｄｉｍ －－ｇｇｐｐｇｙｐｐ ，ｗｌｉｅｎｚｉｎｔｈｅａｂｏｖｅｔｉｏｎｅｄｓｃｈｅｍｅｈｉｃｈｓｈｏｗｓｂｏｔｈｈｉｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃａｎｄｏｅｒａｂｉｌｉｔ．ａ －ｍｇｇｙｐｙ
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主要体现在以下几 造山带地区地质结构复杂，
点：复杂的岩石地层系统，多类型、不同构造背景下的岩浆活动和构造活动，多期次构造变形及复杂的构造变形格式等；造山带地区往往也是多类型金属－非金属矿产资源富集带，在此类地区开展三维深部地质调查的重要性不言而喻．
在复杂造山带地区开展区域型三维地质填图和建模的思路方法有别于矿山、城市、平原盆地等地区．虽然造山带区存在诸多的复杂地质因素，需面对钻孔、物探资料相对匮乏的现实，但该类地区往往具有良好的地质露头和地质现象，且从地壳－岩石圈的尺度上看，一定比例尺三维地质填图的研究对象依然是近地表层次，瞄准的是几公里范围内的三维地质结构，构造层次或构造相并没有质的改变，因此地表地质信息与深部地质结构往往存在诸多的关联），地表地质信息在一定程度上揭性（王国灿等，５２０１示了丰富的深部地质信息；因此，复杂造山带地区三维地质填图势必要以详细的地表地质调查为基础．针对该思路，具体的三维地质建模方法是：在野外路线剖面、实测自然剖面及物探剖面等地质－地球物理－钻孔多条件约束下的系列三维联合剖面基础上，利用人工交互式方法进行三维地质建模．
以克拉玛依后山三维地质调查为例，我们以详细的地表地质调查为基础，围绕关键地质矿产问题部署解剖路线、实测剖面、地球物理勘探等工作；结合ＤＳ、ＭａＧＩＳＫ９软件生成严格符合路线轨迹ＧＳ ｐ的路线剖面、实测自然剖面、物探剖面；路线剖面及按照实际地质实测自然剖面的近地表（２００ｍ以浅）情况进行全要素地质表达，深部延伸遵从地质学特——包括二维－三别是构造地质学几何学和运动学—
郭峰等，的基本规维平衡（ｌｓｔｒｏｍ，１９６９；２２）Ｄａｈ０１律，并在深部地球物理探测结果约束和钻孔资料充分利用的前提下，对主要地质单元（
地层单元和侵入
三维地质调查以详细的地表地质调查为基础，对深部地质界线、断层等的推断要遵从构造地质学、几何学、运动学及平衡剖面的基本规律来进行，这就单元）分界面、断层和重要标志体等地质要素进行合理的推断；深部推断的约束条件包括地表地质信息的约束（包括产状的约束、地层层序关系和厚度的约束、褶皱形态和轴面约束、断层性质与位移的约束、、概念地质模型约束）地球物理的约束（重力、电法、磁法、地震等）以及钻探的约束；将区域的地质、物探、钻孔等多源数据反映在野外路线剖面、实测自然剖面及物探剖面中，最终利用三维联合剖面进行人机交互三维地质建模，其基本技术方案如图１．本文结合１∶２５万比例尺的西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图实践，重点就三维联合剖面的约束条件及方法进行探讨．
图１ 造山带三维地质调查技术方案
ＦｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｏｓａｌｏｆｏｒｏｅｎｉｃｂｅｌｔＤｇｅｏｌｏｉｃａｌｓｕｒｖｅｉ．１ ３ｐｐｇｇｙｇ
１ 地表地质信息的约束
第３期复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法 郁军建：４０９要求在实际的野外地质调查中尽可能多地测产状
，
绘制大比例尺路线信手剖面；除控制岩性变化、基本
地质界线之外，还要格外关注褶皱形态、断层产状及性质等地质信息，尽可能的测量褶皱或断层的产状要素、识别断层的性质、关注变形信息等．地质条件的约束具体可以细分为产状约束、地层层序关系与
图２ 西准噶尔克拉玛依后山地区地质简图
，Ｆｉ．２ＧｅｏｌｏｓｋｅｔｃｈｏｆＫａｒａｍａｒｅｉｏｎｗｅｓｔｅｒｎＪｕｎａｒ ｇｇｙｙｇｇｇ
第四系；上侏罗统齐古组；第三系独山子组；下白垩统吐谷鲁群；中侏罗统头屯河组；中侏罗统西山窑组；下侏罗统三工河组；１．２．３．４．５．６．７．
上三叠统小泉沟组；中－上二叠统库吉尔台组；下石炭统希下侏罗统八道湾组；下石炭统泰勒古拉组；下石炭统包古图组；１０．３．８．９．１１．１２．１
正长花岗岩；贝库拉斯组；中奥陶统科克沙伊组；花岗闪长岩；二长花岗岩；达尔布特中志留－中泥盆蛇绿混杂岩；克拉玛５．１４．１１６．１７．１８．１９．
依－百口泉中奥陶－晚志留蛇绿混杂岩；玄武岩、蛇绿混杂岩系；玛里雅晚寒武蛇绿混杂岩；包谷图岩体２１．０．２２２．
４１０
——中国地质大学学报地球科学—第４０卷
厚度约束、褶皱形态和轴面的约束、断层性质与位移的约束、概念地质模型约束这几方面
．１．１ 产状约束
地表地质信息与深部地质结构存在诸多的关联性，三维剖面在近地表地质界线的形态及其三维深部的延展都要按照实际地表测量产状进行延伸；产状约束的目的在于对地质界线、断层的深部延伸提供地表地质信息的依据．１．２ 地层层序关系与厚度约束
无论是二维还是三维地质结构，其正确与否，地层层序格架是基础．正确的地层层序关系是三维地质结构可靠建立的基本前提，没有正确的地层层序，三维地质也就无从谈起；同一地层在空间上也有着不同的厚度变化，地层的层序关系及地层厚度控制着三维地质体的深部结构，对三维建模起着至关重要的作用．
以西准噶尔南部克拉玛依后山地区的石炭系希贝库拉斯组、包古图组、泰勒古拉组３个岩石地层单元为例（图２）由于３个组的岩性主体为一套斜坡．
相碎屑浊积岩建造，岩石地层单元划分的标志并不明确，因此，前人对其上下关系及空间对比十分混乱（吴浩若和潘正莆，李永军等，王玉净等，７；１；１９８１９９）为此，我们对其进行了详细研究，根据层型剖０．２０１
、面中组界线附近的示顶构造（冲刷构造、粒序层理）构造地层格架、古生物及同位素年代学等多方面证据，恢复该３个岩石地层单元的层序关系自下而上为希贝库拉斯组、包古图组、泰勒古拉组；其地层厚度的空间变化以顶底出露完全的包古图组为例；该组厚度在空间分布上变化较大，在唐巴勒至包古图向北东至希贝库拉斯河一带该组厚度为１０ｍ，８８２． 东南部，该组厚度为１到白碱滩、红山一带４ｍ，２４６． 在卡因地、该组厚度为１宝贝一带该组厚９ｍ，６７７．
纵瑞文等，如图３度为１２～１２７２．９ｍ（４）．３２５．２０１
所示，在希贝库拉斯东南部的深部地层厚度要充分利用地表地质调查中层型剖面控制的地层厚度的空间变化来约束，此外三维地质体中地层厚度的变化也应与平面空间上地层厚度的变化一致．１．３ 褶皱形态和轴面约束
褶皱是复杂地质体的重要构造元素，褶皱不仅会影响地层的厚度，同时也控制着地层在深部的延展形态；在构造地质学上，褶皱有多种形态分类：ｓａＲａｍｙ（）根据褶皱层的等斜线型式和厚度变ａｎｄＨｕｂｅｒ１９９１ 化参数所反映的相邻褶皱曲率关系将褶皱二维形态））；将褶皱长短轴比、分为３类５型（图４钱光谟（８１９８褶皱转折端特征和枢纽产状添加进来将褶皱做了三维形态的划分；不同的褶皱形态在深部地质体的延展中会有不同的结果．造山带地区褶皱构造主要表现为纵弯褶皱作用下形成的线状褶皱，露头尺度的褶皱剖面形态对三维地质填图尺度的剖面形态恢复具有重要指示意义．对褶皱进行详细类型的划分有利于地质界线的深部延展以及根据构造情况把握宏观格局．因——两翼此，在地表地质调查中要对褶皱的几何要素—产状、轴面产状、褶皱枢纽、褶皱类型等数据详细收集，对褶皱形态类型进行详细划分，并依据褶皱形态规律有所依据的向深部延展．三维地质建模过程与传统二维地质连图过程类似，只不过传统的二维地质连图所依据的资料为地质路线，三维地质建模所用资料为三维剖面，剖面和剖面之间进行合理勾连；但二者也稍有不同，对于同一褶皱，三维剖面实际控制的部分要依据实测的产状及褶皱类型信息进行约束，剖面与剖面之间的部分处理则不同于二维地质连图借鉴法则，它需要依据褶皱枢纽产状判定褶皱的“Ｖ字型”的三维延展形态，充分参考褶皱形态和横向枢纽的延展形态来进行褶皱建模．
图３ 柳树沟－克拉玛依走廊带解析剖面
Ｆｉ．３ＡｎａｌｓｉｓｓｅｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｒｒｉｄｏｒｏｆＬｉｕｓｈｕｏｕｔｏＫａｒａｍａｒｅｉｏｎ ｇｙｇｙｇ
下石炭统泰勒古拉组下段；下石炭统泰勒古拉组中段；下石炭统希贝库拉斯组；下石炭统包古图组；下石炭统泰勒蛇绿混杂岩系；５．２．３．４．６．１．
古拉组上段；包谷图岩体；三叠纪；二叠纪；侏罗纪；下白垩统吐谷鲁群；硅质岩条带７．１．８．９．１０．１１２．
第３期复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法 郁军建：
４１１
图４ 按等斜线的褶皱分类
ｈｅｆｏｌｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｉｓｏｃｌｉｎｅＦｉ．４Ｔ ｇｇ
（）据Ｒｓａ１９９１
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图５ｍ处Ｒ２８０９路线剖面及其褶皱等倾斜线 白碱滩西８ｋ
Ｆｉ．５Ｒ２８０９ｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｆｏｌｄｉｓｏｃｌｉｎｅｉｎｔｈｅｗｅｓｔｏｆＢａｉｉａｎｔａｎａｂｏｕｔ８ｋｍ ｇｊ
凝灰质泥质粉砂岩；片理化玄武岩；硅质岩；褶皱轴面；褶皱枢纽凝灰质粉砂岩；１２．３．４．５．６．．
以白碱滩西Ｒ０９的部分野外路线剖面为例２８
（）图５根据兰姆赛的划分方法分析其中的褶皱，按．
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