一个不确定度模型的三维褶皱与断层重建(中文)

一个不确定度模型的三维褶皱与断层重建--以高山隧道为例为了改善奥地利与意大利之间的铁路连接，一座隧道，从福尔因斯布鲁克（57公里），正在研究。设计走廊横切大和强烈的构造部分东阿尔卑斯山脉，由复杂的变质岩和火成岩岩性和多相结构下开发的韧脆性变形条件。为了建模的子表面地质的地区，表面和子表面地质数据已被集成在一个空间数据库。利用2种方法对走廊的意大利部分的三维地质模型进行了构建。第一种是一种比较传统的方法，涉及多个平行和交叉的横截面的重建。它已与定制开发的脚本，使一个自动工程结构数据使用arcgiss软件实现，在表面和沿钻孔采集到的横截面。的投影方向可以被控制，并从一个详细的统计分析的方向数据的基础上获得的结构趋势。其他arcgiss脚本使横切剖面连接网络和帮助保护他们的一致性。第二方法涉及到一个真正的三维地质模型gocads汇编。就时间效率和可视化而言，二是更强大的方法。的基本结构地质假设，然而，在第一种方法适用于类似。除了3D模型，编写脚本（arcgiss和gocads）已被开发，它允许在表面或沿钻孔观测结构的深度外推的不确定性估计。这些脚本允许分配的每个投影的结构元素（即，地质边界，断层和剪切带）的参数估计的可靠性。基本区别的'data-driven”插值和外推'knowledge-based”地质特征的深度进行了讨论和后果的不确定性估计三维地质模型进行评估。1、介绍和动机三维地质模型是基于现场数据的目的，在预测地质条件的深度，但强烈影响不同来源的不确定性。这些来源包括整体结构和地层现场的复杂性，需要预测，地形的深度、地质构造区域的态度和岩层的连续性。传统上，子表面模型是基于网络的横截面，有时使用合理的定量结构地质方法，但更多的往往是设计的手使用地质洞察力和毫米纸。这种地质模型是很难实现的，因此，在复杂的多聚变形地区，因此而不可靠的。在这样的网站，没有区域的结构趋势可以被定义为东方的横截面与适当的角关系的基本结构（见拉姆齐和胡贝尔，1987，366，讨论如何东方的横截面与结构趋势）。另一方面，真正的三维地质建模软件，如gocads，允许逃生的二维方法的许多局限性，近年来这样的包装增加了他们的能力处理复杂的多变形结构。因此，这些建模技术的应用变得越来越方便和有用的，提高质量的预测和易于开发模型的结构与平均计算机技能的地质学家。随着对地下地质模型的各种相关的不确定性可以减少，但不能消除，通过（1）正确的'genetic”认识的起源和发展的地层和地质构造，（2）严格的投影技术，必须反映构造过程中的领域公认的用法（拉姆齐和胡贝尔，1987；德肯普，1998；bistacchi等人，2004）。最后一点是非常重要的，特别是当子表面的地质结构，从地质和结构观测资料收集在地球表面。本文将显示，在低于可用的信息是完全不同的问题，内插空间域上的相关数据深度的地质构造（包括现场数据外推，钻孔和地震）。在工程项目中，如隧道或采矿工程，地质模型中的不确定性，可能会导致财务和人力风险和不恰当的设计决策。例如，在隧道工程在山区，韧性变形的理解可能预测沿隧道岩性是重要的，而脆性变形研究可能是更重要的在处理机械和水文地质条件。虽然深钻孔，在他们尽管成本高，可提供局部交叉检查，他们是不足够的验证大而深的模式。因此，减少地质不确定性最小施加适当的建模技术后，它是重建为剩余空间分布的不确定性评估相关的设计风险很重要，如果有必要，在其中的不确定性是unacce地区计划的新研究接受的。在这一领域的应用，三维建模软件仍然具有非常有限的能力。比如在gocads，仅是一种“不确定性”，'structural可以处理那些根据用于时间地震数据的深度转换的速度函数。认识到这一局限性，教师等。（2006）提出了一种基于现场数据估算地质模型不确定性的程序。不幸的是，他们的做法只能解释简单的几何形状，如轻轻的叠层，它可以以2.5D模型。本文讨论的案例涉及57公里的铁路隧道的研究，最终将连接FORTEZZA镇（北意大利布列瑟农）因斯布鲁克奥地利。设计走廊占地面积大和强烈的构造部分东阿尔卑斯山脉（图1），它将穿过隧道，长1.5公里的路段将作为深。一个由欧盟研究基金资助项目中硒和BBT（意大利–奥地利铁路公司项目负责人），大量新的地质和结构数据，在现场收集。在设计走廊意大利方面，这些数据包括详细的地质图1:10000，甚至1:5000，3000结构测量站、岩相学和微观结构分析，和其他测量。另一方面，没有地球物理数据的基础上，已获得在项目。由于我们的研究项目，传统的三维地质模型是通过密集的相互连接的垂直和水平截面的网络开发。我们开发了自定义投影算法，主要在arcgiss，为了（1）重建截面结构标准，（2）保证本网络的横截面的内部一致性（bistacchietal.，2004；参见附录A）。其他的算法已经实施，以评估结构的深度投影相关的地质不确定性，这是很少跨深钻孔检查（bistacchietal.，2004；参见附录A）。在项目结束时，我们认识到，这种传统的方法，当进行定量和严谨的态度，可以提供可靠的结果，证实了我们的预测，通过钻孔深度在最近证实。另一方面，这种方法非常耗时，需要大量的工作来保证模型的内部一致性，提供了非常差的视觉反馈，进行在处理复杂的三维结构，很难（例如断层横切平卧褶皱锐角）。在本文中，除了产生arcgiss拟三维模型，并给出模型的一个整体修订的初步结果在gocads真实的三维环境，并讨论了这两种方法之间的差异。特别注意的是多相的韧性和脆性结构的三维模型数据的地质不确定性评价模型。2、地质环境2.1。区域框架阿尔卑斯山起源于中生代的特提斯洋俯冲闭合（白垩纪–始新世）和随后的欧洲被动大陆边缘和亚得里亚海之间的碰撞（非洲）活动板块边缘（DAL它etal.，2003，参。其中）。这个地球动力学演化产生了碰撞楔，在东方的阿尔卑斯山（图1）组成，从上到下，对（1）亚德里亚源Austroalpine大陆基底与盖层推覆构造；（2）在陶恩窗口暴露Penninic系统，包括（2a）蛇绿岩的轴承上schieferhu¨LLE推覆（2B）潜在的欧洲衍生的晚礼服大韦内迪格山齐勒大陆基底（中央片麻岩）和二叠纪中生代盖覆（下schieferhu¨LLE）。在南方，推–-Penninic楔横向并列的adriavergent南阿尔卑斯山脉（3）沿Periadriatic故障系统，其中，在渐新世，是从地幔源岩浆侵位的上升和地壳优惠通道（碰撞后岩浆作用；4）。Penninic推覆叠暴露在西部陶恩窗口的特点是，在区域范围内，由两–W向背斜（grossvenedigerzillertal到S和企鹅N），其中芯片麻状花岗岩（中央片麻岩）和小paraschists（该DACH）是由一个狭窄的向形分离（Greiner向斜）和蛇绿岩和大陆盖单位（上、下schieferhu¨LLE，分别；砂光机，1929；lammereretal.，1981；de维奇和巴乔，1982；lammerer，1986；图1）与向斜本身相关的是事后透入性片理涉及多相剪切带（Greiner剪切带；如赛尔威斯通，1988，1993；斯特芬等，2001）。此外，陶恩窗口的南部边缘的特点是翻倒的联系上schieferhu¨LLE覆在暴露的窗口Austroalpine单位南。所有这些褶皱推覆栈Penninic高山的韧性变形变质条件下开发不同的产品。在西部，中部的片麻岩和相关单位（盖下schieferhu¨LLE）消失的蛇绿岩上schieferhu¨LLE的下面，由占主导地位的碳质陆源calcschists晚侏罗世—早白垩世和–minormetamorphic蛇绿岩（主要为绿片岩相变质和罕见的蛇纹岩片）。这'telescopic”消失的传统解释是由于温柔向西插两背形铰链（例如比吉etal.，1990；赛尔威斯通etal.，1995）。相比之下，德维奇和巴乔（1982）解释这种情况与自上而下沿北北东向正断层–南南西构造迁移。碰撞Penninic推覆叠是叠加了一个普遍的绿角闪岩相变质作用（砂光机，1911tauernkrystallisation）晚始新世渐新世早期时代（虽然–¨Ni，1999，参。其中）。局部subductionrelated蓝片岩相变质作用被保留了下来，由分散的矿物–质地的文物证明（核钠闪石，假象后的柱石；赛尔威斯通etal.，1984；赛尔威斯通，1985；赛尔威斯通和长矛，1985）。渐新世后碰撞岩浆活动记录在研究区的花岗闪长岩体（侵入索伦森在Austroalpine地下室），骡子长的'lamella”（片状体侵入沿Pusteria故障的Periadriatic系统的一部分）和安山质岩墙（侵入Austroalpine地下室和上部schieferhu¨LLEcalcschists），其产量Rb/Sr年龄在32–30毫安云母（博尔西etal.，1972，1978；木¨lleretal.，2001；Mancktelowetal.，2001；图1）2.2。韧性变形历史我们的结构的分析使我们能够推断出韧性变形历史的这一部分，不同于陶恩窗口部分由赛尔威斯通重建（赛尔威斯通，1985、1988、1993；赛尔威斯通etal.，1993）和（1990）lammerer。这一地区的韧性区域建筑是至少三高山变形阶段的最终结果（D1，D2和D3），可在中尺度认可并记录在上下schieferhu¨LLE，而更多的主管片麻岩一般显示更少的透入性片理（bistacchi等人，2003）。在海洋和大陆覆盖序列相D1是由S1面理本地保存在低应变域（相对于后续变形），一般对应的折叠铰链。它是最有可能的是，D1是唯一的透入性面理在中央片麻岩在区域尺度。面理S2控制在上限和下限的schieferhu¨LLE区域尺度和特征矿物组合产生的斜长角闪岩/高温绿片岩相条件和E–W子水平拉伸线理以蓝晶石、角闪石、石英岩屑或拉长一些metaconglomerates鹅卵石。这种构造变质事件中，一个几乎完成所有的岩性和构造边界已经完成换位。D2褶皱总是显示倾斜的几何特征是子水平E–W轴（图。2和3）。后阶段D2、静态生长的黑云母（tauernkrystallisation，砂光机，1911）与蓝晶石和角闪石特征的'garbenschiefer”（束角闪石片岩、细长的棱镜后的安排），可以发现在较低的schieferhu¨LLE。在中观和宏观相D3结果显示–开阔褶皱EW亚水平轴和浸渍的轴面（图2）。S3的片理，呈现绿片岩相矿物组合，在Greiner向斜calcschists只有本地开发（vizze谷），和南方，在翻倒的边界上schieferhu¨LLE单元和Austroalpine地下室之间。维生素E–W子水平拉伸线理是由蓝晶石和角闪石microboudinage。2.3。韧性-脆性变形史韧脆性剪切带–SC左旋平移左旋transtensive活性被发现沿EW向–Penninic–Austroalpine边界区由S3片理。这部由一些渐新世堤坝横切显示相同的左旋剪切的证据。这些发现与Mancktelow等人的结果一致。（2001）。E–W趋势左旋结构叠加了右旋韧性–脆性带记录在绿片岩相糜棱岩的布伦纳脱离西方上方延伸和相关的剪切带的剪切运动的一致性。从中新世早期开始，这是运动学驱动Penninic单位剥蚀沿着布伦纳低角度拆离和陶恩窗口向东挤压（赛尔威斯通，1988；Behrmann，1988；ratschbacheretal.，1991）。2.4。脆性变形历史结构分析的故障（Pusteria西端的Periadriatic轮廓部分）显示第一变形阶段的特征以及–WE左旋张扭断裂。这个阶段之后是著名的右旋剪切活动符合在布伦纳脱离下盘向东逃逸（Mancktelowetal.，2001；ratschbacheretal.，1991）构造制度沿着Pusteria断层脆性条件下发展起来的，但第一阶段的年龄尚未得到很好的理解。一个主要的方向–ESE剪切带，称为“SprechensteinValdi骡