基于GOCAD平臺二、三維聯(lián)動技術(shù)的三維地質(zhì)建模方法研究

劉聰元, 李 煥

(1.水利部 長江勘測技術(shù)研究所,湖北 武漢 430010; 2.長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

基于GOCAD平臺二、三維聯(lián)動技術(shù)的三維地質(zhì)建模方法研究

劉聰元1, 李 煥2

(1.水利部 長江勘測技術(shù)研究所,湖北 武漢 430010; 2.長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

通過對三維地質(zhì)建模軟件GOCAD 2009二維剖面功能的研究,提出一種二三級聯(lián)動建模方法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。與傳統(tǒng)的建模方法相比,該方法省卻了“歸一化”和“三維化”等預(yù)處理過程,可大幅提高建模效率。

GOCAD;三維地質(zhì)建模;二三維聯(lián)動

傳統(tǒng)方式的三維地質(zhì)建模方法(也被稱為被動建模方法),大多以平面圖、剖面圖及平切圖等已有地質(zhì)成果作為數(shù)據(jù)源,建模前需要進(jìn)行“歸一化”(刪掉無用的圖框、標(biāo)注等,并對圖中要素統(tǒng)一命名)和三維化(將二維線劃圖轉(zhuǎn)換為三維線劃圖)處理,花費大量的時間和人工,建模效率低下。

為提高建模效率,有人提出了主動建模方法[1],即直接利用原始地質(zhì)數(shù)據(jù),由地質(zhì)人員在三維環(huán)境中進(jìn)行地質(zhì)信息的推測補(bǔ)充,完成地質(zhì)模型的創(chuàng)建。該方法省卻了剖面繪制及“歸一化”和“三維化”過程,可以大幅提高建模效率。

地質(zhì)科學(xué)是推斷的科學(xué),大多數(shù)情況下,地質(zhì)人員需要利用有限的數(shù)據(jù),結(jié)合專業(yè)知識和勘察經(jīng)驗,對地質(zhì)體的空間位置和規(guī)模等進(jìn)行推斷。由于二維環(huán)境較三維環(huán)境更易于分析和量測,因此在這個過程中,二維剖面起著至關(guān)重要的作用。主動建模方法放棄了二維剖面環(huán)節(jié),在工程區(qū)地質(zhì)情況特別復(fù)雜,或勘測數(shù)據(jù)特別稀少時是不適用的。

鑒于以上原因,筆者通過對GOCAD軟件的研究,在主動建模法的基礎(chǔ)上,提出了二三維聯(lián)動建模法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗。

1 漢江雅口航運樞紐簡介

雅口航運樞紐是漢江梯級開發(fā)湖北省境內(nèi)8級樞紐中的第6級,壩址位于漢江中游的宜城市下游15.7 km處的雅口鎮(zhèn)。漢江雅口航運樞紐共有3個壩址比選方案,本文建模對象為推薦壩址——雅口壩址,其地質(zhì)情況如下。

1.1 地形地貌

壩址區(qū)河谷開闊,呈淺“U”形,高程一般47.0～49.5 m。

1.2 地層巖性

地層巖性由老到新為:① 新近系掇刀石組(Nd);② 第四系(Q)。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)未見大的斷裂構(gòu)造跡象。

2 二三維聯(lián)動建模實踐

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本次建模主要依據(jù)鉆孔數(shù)據(jù),雅口壩址共有鉆孔51個,因此需按要求整理鉆孔數(shù)據(jù)(見表1和表2),并分別保存為逗號分隔的文本數(shù)據(jù)備用。

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入

啟動GOCAD,建立一個新工程,導(dǎo)入準(zhǔn)備好的鉆孔數(shù)據(jù)。具體導(dǎo)入過程已有很多文獻(xiàn)提及,在此不再贅述。鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功后,會自動顯示在GOCAD圖形工作區(qū)(圖1)。

表1 鉆孔數(shù)據(jù)基本信息

注:表中X,Y采用相對坐標(biāo)。

表2 鉆孔揭露巖性數(shù)據(jù)

圖1 導(dǎo)入GOCAD的鉆孔(局部)Fig.1 Dill imported GOCAD

雅口壩址巖性分層非常復(fù)雜,考慮本次建模目標(biāo)是驗證二三維聯(lián)動建模法,為節(jié)約時間,對建模內(nèi)容進(jìn)行了簡化:

① 將Nd層上部夾層較為集中的層作為混合層,命名為Nd-Mix,下部以粘土巖為主的層,命名為Nd-Cr;

② 將河床底部的砂卵礫石層單獨建立一層,對應(yīng)上更新統(tǒng)宜都組(Q3y),命名為Q3;除砂卵礫石層(Q3y)以外的第四系作為一層,命名為Qml。

2.3 建立地層柱狀圖

地層柱狀圖(Stratigraphic Columns),用于指定各地層巖性的新老順序及上下層接觸關(guān)系,雅口壩址的地層柱狀圖見圖2。

圖2 雅口壩址地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Yakou dam site

2.4 建立巖性分類表

GOCAD在剖面圖中使用顏色及花紋來區(qū)分地層巖性,具體可在巖性分類表(Classfication)中進(jìn)行定義。建好的巖性分類表見圖3,由于僅用顏色區(qū)分巖性,故Pattern選項為空。

圖3 雅口壩址巖性分類表Fig.3 Lithological classification of Yakou dam site

2.5 建立地形模型

地形模型用于在剖面上生成地形線,因此應(yīng)在開始繪制剖面前建立地形模型(圖4)。

圖4 雅口壩址地形模型Fig.4 Terrain model of Yakou dam site

2.6 導(dǎo)入平面圖數(shù)據(jù)

平面圖的數(shù)據(jù)主要為基巖(Nd_Mix)和第四系覆蓋層的分界線(Qml),將其導(dǎo)入GOCAD并投影到地形面,可得到三維線(圖5),將其命名為Nd_Mix,與鉆孔一起參與剖面繪制。

圖5 基巖和第四系覆蓋層分界線Fig.5 Boundary of bedrock and quaternary overburden of clay

2.7 繪制剖面

根據(jù)鉆孔分布情況,共設(shè)計16條剖面(如圖6)。在GOCAD中可通過多種方法建立剖面圖對象(Cross Section),本文采用“選取點及鉆孔”方式,具體在“Cross Section”上單擊右鍵,選擇“From Picks and Wells…”即可彈出對話框,選擇鉆孔并填寫必要信息后點擊OK按鈕,即可打開2D View(圖7)。GOCAD可實現(xiàn)半自動—全自動連線,地質(zhì)情況簡單時可自動聯(lián)線,復(fù)雜時可半自動聯(lián)線(自動捕捉地層分界點)。當(dāng)繪制多個剖面時,相交剖面的內(nèi)容會自動在剖面相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記,以保證剖面交點的準(zhǔn)確,避免傳統(tǒng)方式繪制剖面時“對交點”的麻煩。

圖6 雅口壩址剖面示意圖Fig.6 Generalized section of Yakou dam site

2.8 二三維交互檢查與修改

GOCAD中通過 2D View所繪剖面線以空間數(shù)據(jù)的形式保存,且二三維采用同一套數(shù)據(jù)。因此用戶無論在二維或三維環(huán)境下做出修改,都會即時在另一個環(huán)境下得到反映,實現(xiàn)二三維聯(lián)動。二維剖面勾繪完成后,可在三維環(huán)境下進(jìn)行檢查(如圖8)。發(fā)現(xiàn)問題時可直接修改,也可再次進(jìn)入2D View進(jìn)行修改。

圖7 剖面圖勾繪界面Fig.7 Profile of interface

圖8 在三維環(huán)境下檢查剖面線Fig.8 Checking the profile line in 3d environment

2.9 建立三維地質(zhì)模型

檢查完成后,可直接用剖面線及基巖出露線建立三維模型(圖9)。由于工程區(qū)高差較小,為了加強(qiáng)顯示效果,對模型Z軸進(jìn)行了放大。

圖9 雅口壩址三維地質(zhì)模型Fig.9 3d geological model of Yakou dam site

3 結(jié)語

本文通過對GOCAD軟件的研究,提出了二三維聯(lián)動建模法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗,取得了滿意的效果。該方法與主動建模的主要不同在于加入了二維剖面環(huán)節(jié),由于采用了GOCAD原生的二維剖面功能,所繪剖面實現(xiàn)了二三維聯(lián)動,并可以直接用于三維地質(zhì)建模。二三維聯(lián)動建模法兼具主動建模和被動建模的優(yōu)點,效率高,適用范圍廣,可被地質(zhì)行業(yè)廣泛采用。

[1] 蔣銳.GOCAD與CATIA在三維地質(zhì)建模生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].地下水,2013,35(2):97-98.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Study on 3D Geological Modeling Method Based on the Technology of2D & 3D Modeling Linkage in GOCAD

LIU Congyuan1, LI Huan2

(1.ChangjiangInstituteofSurveyingTechniques,theMinistryofWaterResources,Wuhan,Hubei430010;2.ChangjiangThreeGorgesInsituteofSurveyandResearchCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430010)

In this paper,through the study of the 2D cross section function in GOCAD 2009,a new modeling method is proposed,and verified bymodeling the 3D model of Hanjiang Yakou shipping hub. Compared with the traditional modeling method,the method saves the pretreatment processes such as “normalization” and “3D modeling”,and improves the efficiency of modeling greatly.

GOCAD; 3D geological modeling; 2D & 3D linkage

2016-04-22;改回日期:2016-05-19

劉聰元(1971-),男,高級工程師,資源環(huán)境區(qū)劃與管理專業(yè),從事工程地質(zhì)及遙感相關(guān)軟件應(yīng)用研究與開發(fā)工作。E-mail:liucy6@126.com

TV222.2

A

1671-1211(2016)03-0259-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.001

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.018.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 15:31