技术领域
[0001] 本
发明涉及属于计算机建模技术领域，具体地，涉及一种板块尺度三维地质模型构建方法。
背景技术
[0002] 板块是地球表层被构造活动带所分割成的大小不一、厚度很小、面积很大、按地球表面轮廓弯曲的块体。板块尺度构造动
力学分析是大地构造学研究的重要方面，由于研究范围大、地质条件复杂多变，多采用数值模拟手段开展相关研究，模拟结果的准确程度取决于三维地质模型的精细程度。
[0003] 现有的板块尺度三维地质模型中，多为平板模型或是
岩石力学均质模型，存在以下两方面的
缺陷：(1)没有考虑板块尺度下弧形地表形态和高低起伏内部分层界面的客观事实；(2)没有考虑岩石力学参数的三维空间非均质变化的特点。因而，基于数值模拟的板块尺度动力学分析结果相对于真实存在的情况常具有较大的偏差。
[0004] 鉴于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种板块尺度三维地质模型的构建方法，综合考虑板块尺度下地球表面弧形几何形态、内部高低起伏分层界面和三维岩石力学参数非均变化等特点，为板块尺度构造动力学分析开辟了一条新的思路和途径，提供了精细的地质依据和参考，提升了研究
精度及其结果的准确度。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对上述问题，克服
现有技术不足，公开了一种板块尺度三维地质模型构建方法，为板块尺度构造动力学分析提供了一条新的思路和途径，提升了研究精度及其结果的准确度。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种板块尺度三维地质模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、确定研究区三维空间范围，具体包括横向范围内的经纬度和纵向范围内的
地壳/
地幔界线深度，其中约定经度以0°经线为界，向西逐渐变为-180°，向东逐渐变为180°，由西到东为经向正方向；纬度由南极到赤道再到北极为-90°～0°～90°变化，由南极到北极为纬向正方向；纵向由地表到地心为正方向
[0009] 步骤2、横向范围内，将研究区按照经纬网精度横向网格化，记为XiYj(i，j＝1,2,3……)；纵向范围内，将研究区
自上而下划分为沉积层、上地壳、中地壳及下地壳，记为Zk(k＝1,2,3……)，其中Xi为经向，Yj为纬向，Zk为纵向；
[0010] 步骤3、建立
基础数据库，包括每个网格的地表高程和纵向各分层深度(Hxyz)、横纵波
波速(Pxyz/Sxyz)、岩石
密度(Dxyz)数据；
[0011] 步骤4、遵循地球几何形态，建立球系坐标格架；
[0012] 步骤5、从基础数据库中提取研究区内所有网格的分层界面数据(Hxyz)，作为基本控制点，在球系坐标格架下，建立研究区的基本空间曲面；
[0013] 步骤6、在球系坐标格架下，建立由基本空间曲面限制的，由沉积层、上地壳、中地壳和下地壳组成的三维实
体模型；
[0014] 步骤7、按照预设网格精度将三维实体模型网格剖分成有限个单元实体(Vxyz)；
[0015] 步骤8、从基本数据库中提取研究区内所有网格的横纵波波速数据(Pxyz/Sxyz)和岩石密度(Dxyz)，计算每个网格的
杨氏模量(E)、泊松比(υ)等岩石力学参数；
[0016] 步骤9、匹配标记的每个单元实体序号与计算获取的岩石力学参数序号，将每个单元实体内计算的岩石力学参数加载到三维实体模型的对应单元实体中，构建基于球系坐标格架和岩石力学参数三维非均质变化的精细模型。
[0017] 优选的，所述步骤5中的基本空间曲面包括地球表面、沉积层底面、上地壳底面、中地壳底面和下地壳底面。
[0018] 本发明的有益效果为：本发明综合考虑板块尺度下地球表面弧形几何形态、内部高低起伏分层界面和岩石力学参数三维空间非均变化的特点，提出了一种精细的板块尺度三维地质模型构建方法。
[0019] 为板块尺度构造动力学分析提供了一条新的思路和途径，提升了研究精度及其结果的准确度。
附图说明
[0020] 图1是本发明尺度三维地质模型
流程图；
[0021] 图2是本发明非洲板块三维实体模型示意图；
[0022] 图3是本发明非洲板块三维地质模型示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0024] 本发明的从确立研究区范围并网格化，收集研究区相关数据并建立数据库，导入球系坐标格架及力学参数后建立三维空间实体模型，构建板块尺度三维地质模型。
[0025] 如图1所述，本发明具体包括以下方面：
[0026] 步骤1，确定研究区三维空间范围，具体包括横向范围内的经纬度和纵向范围内的地壳/地幔界线深度。为方便起见，约定：经度以0°经线为界，向西逐渐变为-180°，向东逐渐变为180°，由西到东为经向正方向；纬度由南极到赤道再到北极为-90°～0°～90°变化，由南极到北极为纬向正方向；纵向由地表到地心为正方向。
[0027] 例如：简化后的非洲板块横向范围由下述25个经纬度点圈定(格式：序号，经度/X，纬度/Y)：
[0028] 1，43.70°，11.90°
[0029] 2，34.20°，27.10°
[0030] 3，35.50°，34.00°
[0031] 4，23.70°，34.40°
[0032] 5，20.00°，38.20°
[0033] 6，-10.00°，36.00°
[0034] 7，-16.00°，37.80°
[0035] 8，-24.10°，36.82°
[0036] 9，-29.10°，39.30°
[0037] 10，-44.90°，23.70°
[0038] 11，-45.00°，15.30°
[0039] 12，-24.60°，-1.20°
[0040] 13，-15.80°，-1.40°
[0041] 14，-13.30°，-32.30°
[0042] 15，-16.50°，-41.70°
[0043] 16，0.80°，-54.90°
[0044] 17，15.10°，-52.20°
[0045] 18，27.80°，-52.80°
[0046] 19，69.30°，-25.80°
[0047] 20，66.40°，-12.88°
[0048] 21，68.80°，-5.24°
[0049] 22，66.80°，2.30°
[0050] 23，57.20°，9.90°
[0051] 24，58.30°，12.70°
[0052] 25，54.50°，15.2°
[0053] 步骤2，横向范围内，将非洲板块按照1°×1°经纬网精度将研究区横向网格化；纵向范围内，将非洲板块自上而下划分为沉积层、上地壳、中地壳和下地壳，记为Zk(k＝1，2，3，4)。由此，非洲板块内某个网格可标记为XiYj Zk(Xi为经向，Yj为纬向，Zk为纵向)。
[0054] 步骤3，建立非洲板块基础数据库，包括该板块内由步骤2所确定的每个网格的地表高程和纵向各分层深度(Hxyz)、横纵波波速(Pxyz/Sxyz)、岩石密度(Dxyz)等数据。
[0055] 步骤4，以地球平均半径6371km为基准，遵循球形几何形态，建立球系坐标格架。
[0056] 步骤5，从步骤3建立的非洲板块基础数据库中提取非洲板块内所有网格的分层界面数据(Hxyz)，作为基本控制点，在步骤4建立的球系坐标格架下，建立非洲板块的基本空间曲面，包括：地球表面、沉积层底面、上地壳底面、中地壳底面和下地壳底面。
[0057] 步骤6，在步骤4建立的球系坐标格架下，建立由步骤5建立的非洲板块基本空间曲面限制的，由步骤2确定的沉积层、上地壳、中地壳和下地壳组成的非洲板块三维实体模型。
[0058] 步骤7，按照步骤2预设网格精度将非洲板块三维实体模型网格剖分成有限个实体单元(Vxyz)。
[0059] 步骤8，从步骤3建立的非洲板块基本数据库中提取非洲板块内所有网格的横纵波波速数据(Pxyz/Sxyz)和岩石密度(Dxyz)，计算每个单元实体的杨氏模量(E)、泊松比(υ)等岩石力学参数。计算获得的每个单元实体的岩石力学参数标记为：杨氏模量(Exyz)、泊松比(υxyz)。
[0060] 岩石力学参数的计算，参照下列公式：
[0061]
[0062]
[0063] 式中：E为岩石杨氏模量，υ为岩石泊松比，ρ为岩石密度，Vp为岩石纵波波速，Vs为岩石横波波速。
[0064] 步骤9，匹配步骤7标记的每个单元实体序号与步骤8计算获取的岩石力学参数序号，将每个计算的岩石力学参数加载到三维实体模型的对应单元实体中，构建基于球系坐标格架和岩石力学参数三维非均质变化的精细模型。
[0065] 图2和图3为本发明建模后的非洲板块三维实体模型示意图和非洲板块三维地质模型示意图，本发明与现有技术相比，优势在于：综合考虑地球几何形态和三维岩石力学非均质的客观事实，本发明提供了一种板块尺度三维地质模型构建方法，与现有的相关技术相比，克服了板块尺度地质模型构建中的平板和均质等弊端，为构造动力学分析提供了一条新的思路和途径，提升了研究精度和结果的准确度。
[0066] 上述
实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明
权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
