巖脈形態(tài)特征及地質(zhì)三維建模方法

呂陽洋 周春宏

摘要：通過對某抽水蓄能電站巖脈寬度、延伸長度及深度等形態(tài)特征的分析，然后在地質(zhì)三維系統(tǒng)軟件中建立巖脈地質(zhì)三維模型，可供業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方對工程區(qū)的局部或整體進(jìn)行地質(zhì)分析，有助于工程的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；巖脈；形態(tài)特征；地質(zhì)三維建模

引言

中國東南部中生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了NNE-SSW方向構(gòu)造帶及相應(yīng)的花崗巖帶和火山巖帶。除了花崗巖和火山巖，中國東南部中生代的巖漿活動(dòng)尚產(chǎn)生了眾多的巖脈。而中國東南部的抽水蓄能電站規(guī)劃點(diǎn)眾多，因此對巖脈開展地質(zhì)三維建模工作，可以有效消除二維設(shè)計(jì)存在的缺陷，為下一步采取工程處理措施提供可用依據(jù)。

本文以仙居抽水蓄能電站為依托，建立巖脈地質(zhì)三維模型，為工程區(qū)的局部或整體進(jìn)行地質(zhì)分析服務(wù)，有助于工程的正常運(yùn)行。

1巖脈形體特征

仙居抽水蓄能電站位于浙東南中心地帶仙居縣境內(nèi)，工程區(qū)內(nèi)發(fā)育巖脈有5類，分別是安玄玢巖、玄武玢巖、石英霏細(xì)斑巖、花崗閃長斑巖、英安玢巖。

巖脈寬度差異較大，最窄的為0.05～0.1m，最寬的為45～50m，已揭露巖脈整體寬度以1～5m為主，但在局部寬度變化也很大。延伸長度多在300～800m之間，深度不可測定。

巖脈形態(tài)在平面或剖面上多呈長條狀或扁長透鏡體狀，局部微扭變形，分支、尖滅、彎轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為普遍，局部脈體有捕虜體。工程區(qū)內(nèi)的巖脈形態(tài)特征可以歸納為以下三種：

（1）單一形態(tài)：此種形態(tài)的一條巖脈單獨(dú)發(fā)育形成。有的較為平直，有的隨構(gòu)造裂隙面彎折，甚至于寬度特征發(fā)生變異。如玄武玢巖脈βμ-7、βμ-8、βμ-9等。

（2）組合形態(tài)：有的兩相鄰巖脈之間對連通的構(gòu)造裂隙進(jìn)行充填巖脈組合形成近“H”、“N”形的組合巖脈；有的在基體巖脈一側(cè)或兩側(cè)，形成一條或數(shù)條分支巖脈，構(gòu)造成類似滲水狀的組合巖脈；有的存在在基體巖脈內(nèi)部，形成脈中有脈的組合巖脈。如花崗閃長斑巖脈γδπ-5、γδπ-6、γδπ-7組合巖脈。

（3）錯(cuò)動(dòng)扭曲形態(tài)：巖脈還因后期強(qiáng)烈的大地構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)作用形成走向多變、錯(cuò)動(dòng)扭曲的形態(tài)。如花崗閃長斑巖脈γδπ-1等。

2地質(zhì)三維建模

2.1地質(zhì)三維系統(tǒng)

GeoStation是華東勘測設(shè)計(jì)研究院數(shù)字工程中心依托美國Bentley軟件平臺(tái)獨(dú)立研制開發(fā)的一個(gè)三維地質(zhì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其主要目的是建立三維地質(zhì)實(shí)體，可以在三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種三維分析。主要內(nèi)容包括：文件管理、流程管理、數(shù)據(jù)采集、制圖標(biāo)準(zhǔn)、三維編輯、模型創(chuàng)建、模型分析、文字和符號(hào)標(biāo)注、工程計(jì)算、工程查詢和部分二維圖的生成等?？梢詣澐譃槿齻€(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、輔助繪圖子系統(tǒng)、分析計(jì)算與查詢子系統(tǒng)。

2.2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（DataManage）

根據(jù)工程各階段工作成果，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)內(nèi)已錄入巖脈定義信息：地層單元（5個(gè)）、巖性層（5個(gè)）、地層界面（5個(gè)）。其中巖脈兩側(cè)與基巖的接觸面，由于其下伏地層定義不確定，因此用“JMC（C指巖脈巖性）”表示。巖脈產(chǎn)狀變化較大，在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中未輸入。

2.3輔助繪圖系統(tǒng)（GeoStation）

巖脈地質(zhì)三維建模主要通過輔助繪圖系統(tǒng)進(jìn)行，工程區(qū)主要巖脈見表2-1。其中αβμ-15、αβμ-16和βμ-7、βμ-8、βμ-9未出露于地表。

巖脈三維建模時(shí)多根據(jù)巖脈地表跡線及產(chǎn)狀，或再結(jié)合地下洞室內(nèi)出露點(diǎn)產(chǎn)狀，通過添加人工輔助剖面，最后生成巖脈界面。若無地表跡線，多根據(jù)巖脈的產(chǎn)狀推測其跡線，再通過延伸且在未交于地形面前尖滅?，F(xiàn)階段一般采用成mesh面工具直接生成。因巖脈形態(tài)呈長條狀或扁長透鏡體狀，局部微扭變形，分支、尖滅、彎轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為普遍，所以某些巖脈直接用mesh面生成較為繁瑣且準(zhǔn)確性達(dá)不到出圖要求，也可以先建立surface面后轉(zhuǎn)換成mesh面。

巖脈三維建模具體操作如下：

1.跡線投影：在三維模型中參考（References）仙居抽水蓄能電站工程相關(guān)地質(zhì)圖件中巖脈跡線，再對其進(jìn)行描繪，然后投影跡線于三維地形模型。

2.數(shù)據(jù)查詢：通過MS軟件“三維建模-地層界面”查詢所需要的巖脈上、下界面揭露位置；再通過洞室揭露點(diǎn)位置及整體產(chǎn)狀去確定其是否為同一條巖脈。

3.添加縱向、橫向輔助跡線：通過地表跡線和洞室揭露點(diǎn)添加人工輔助剖面，推測其縱向跡線，并確認(rèn)返回；若無地表跡線，直接通過洞室揭露點(diǎn)添加人工輔助剖面，推測其縱向跡線，并確認(rèn)返回。

巖脈建模數(shù)據(jù)來源于地表測繪點(diǎn)、平洞、施工洞室等揭露的位置、產(chǎn)狀、寬度信息，而本身巖脈的產(chǎn)狀、寬度變化大，因此揭露信息越多，產(chǎn)狀、寬度變化越大，建模過程難度越大，需要的添加的輔助剖面也多。

4. mesh面生成

（1）直接生成

通過地表跡線、縱向跡線、橫向跡線構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)格骨架后，先使用擬合生成或帶邊界生成建立兩個(gè)或兩個(gè)以上且有一定間距的mesh面，再使用橋接（bridgemesh）命令拼成一個(gè)完整的mesh面。

（2）surface面轉(zhuǎn)換成mesh面生成

a建立surface面：通過地表跡線、縱向跡線、橫向跡線構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)格骨架后，先建立兩個(gè)或兩個(gè)以上的小surface面，再拼接成一個(gè)完整的surface面。

建立小surface面主要使用（loftsurface）、（sweptsurfacealongcurves）、（surfacebynetworkofcurves）或（surfacebyedgecurves）命令。當(dāng)所有小surface面建立完成后，再使用（stitchsurfaces）把所有的小surface面拼接成一個(gè)完整的surface面。

小surface面拼接成surface面時(shí)，由于相互間小surface面間的節(jié)點(diǎn)位置不同，容易出現(xiàn)裂縫致拼接出錯(cuò)，則得繼續(xù)添加輔助剖面，重新建立更小的surface面去完成拼接。

b轉(zhuǎn)換成mesh面：使用（meshfromelement）命令，把surface面轉(zhuǎn)換成mesh面。

surface面轉(zhuǎn)換成mesh面時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置宜采用默認(rèn)方式。若各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置設(shè)置過小，生成的mesh面中節(jié)點(diǎn)過多，造成mesh面容量過大，最終使模型成為不可用產(chǎn)品。

mesh面的建立，即表示建模完成。若有地表跡線的巖脈，可在三維地形面截取一塊，可做為巖脈的地表界面，方便以后的巖脈拉伸成體工作。

3結(jié)論

（1）工程區(qū)發(fā)育巖脈6種，寬度差異較大，形態(tài)多呈長條狀或扁長透鏡體狀，局部微扭變形，分支、尖滅、彎轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為普遍，可以歸納為單一形態(tài)、組合形態(tài)、錯(cuò)動(dòng)扭曲形態(tài)。

（2）GeoStation可以劃分為三個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、輔助繪圖系統(tǒng)、分析計(jì)算與查詢子系統(tǒng)。巖脈地質(zhì)三維建模主要采用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和輔助繪圖系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)錄入巖脈定義信息：地層單元（5個(gè)）、巖性層（5個(gè)）、地層界面（5個(gè)）。

（4）輔助繪圖系統(tǒng)中巖脈建模一般采用成mesh面工具直接生成，也可以采用先建立surface面后轉(zhuǎn)換成mesh面的方法。具體操作：跡線投影—數(shù)據(jù)查詢—添加縱向、橫向輔助跡線—mesh面生成（直接生成或轉(zhuǎn)換生成）。

（5）巖脈的質(zhì)量分析，首先檢查模型中巖脈界面的完整性，其次檢查模型的準(zhǔn)確性，最后檢查模型合理、合規(guī)性。經(jīng)檢查，三個(gè)方面均滿足要示。

參考文獻(xiàn)

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