GOCAD在地下水封洞庫工程中的應(yīng)用

曾慶強(qiáng) 程超杰

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 教育部長(zhǎng)江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心，湖北 武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

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GOCAD在地下水封洞庫工程中的應(yīng)用

曾慶強(qiáng)1程超杰2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 教育部長(zhǎng)江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心，湖北 武漢 430074； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

以某地下水封洞庫勘察項(xiàng)目為依托，結(jié)合三維地質(zhì)建模方法和擬選庫址區(qū)地質(zhì)情況，構(gòu)建了三維地質(zhì)模型，直觀準(zhǔn)確地表達(dá)和分析了擬選庫址區(qū)的地質(zhì)信息，并提出了洞庫設(shè)計(jì)建議，指出GOCAD具有很強(qiáng)的三維模型處理功能，應(yīng)用范圍廣闊。

GOCAD，地下水封洞庫，三維地質(zhì)模型

0 引言

在傳統(tǒng)的工程地質(zhì)工作中，分析解譯地質(zhì)資料一般是通過二維靜態(tài)的表達(dá)方式，其所描述的空間地形地貌，地質(zhì)構(gòu)造和不同地質(zhì)體的接觸關(guān)系等往往很難充分揭示其空間變化規(guī)律，難以使人們直接、完整地理解和感受地下的三維地質(zhì)情況，因而在設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)有疏忽和不足之處[1]。計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖形可視化技術(shù)、數(shù)學(xué)地質(zhì)理論的發(fā)展，為利用工程地質(zhì)勘察資料建立三維地質(zhì)模型創(chuàng)造了有利條件[2-4]。三維地質(zhì)模型相比于傳統(tǒng)的二維地質(zhì)信息彌補(bǔ)了許多不足，提高了工程地質(zhì)適宜性評(píng)估的質(zhì)量。

GOCAD(Geological Computer Aided Design)軟件是由法國NANCY大學(xué)J.L.Mallet教授帶領(lǐng)的集地質(zhì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)和油藏工程學(xué)等領(lǐng)域的專家共同開發(fā)完成的一個(gè)三維地質(zhì)建模軟件。GOCAD軟件可以應(yīng)用在石油、地質(zhì)、物探、采礦、勘探等領(lǐng)域，具有很強(qiáng)大的三維模型處理功能，可以處理復(fù)雜的空間關(guān)系，建立綜合地質(zhì)體[5，6]，并且可以將所建立的模型數(shù)據(jù)與其他軟件建立數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行后期的數(shù)值模擬計(jì)算[7，8]。

1 水封洞庫三維地質(zhì)模型構(gòu)建

1.1 工程項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為某地?cái)M建的地下水封洞庫工程，主要用于儲(chǔ)存進(jìn)口輕質(zhì)低凝原油。建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)模為300×104m3，工程用地約60×104m2，其中地下部分約52×104m2，地面部分約8×104m2。

該項(xiàng)目擬選庫址區(qū)為丘陵地區(qū)，構(gòu)造剝蝕地形，中間丘陵凸起，總體坡度一般在20°左右，坡體局部沖溝切割較深，為裸巖。四周地勢(shì)較低，坡度較緩，為丘間沖洪積平原區(qū)。地層巖性主要為侵入巖，包括含斑粗中粒二長(zhǎng)花崗巖、斑狀中粒角閃石英二長(zhǎng)巖等，并且有閃長(zhǎng)玢巖等呈脈狀侵入其巖體中。擬選庫址區(qū)工程地質(zhì)圖如圖1所示。

GOCAD地質(zhì)模型通常是通過點(diǎn)—線—面—體的形式展現(xiàn)出各地質(zhì)要素，其中最基礎(chǔ)的就是點(diǎn)要素的分析和提取。此項(xiàng)目因還處于預(yù)可研勘察階段，鉆孔數(shù)據(jù)量較少，而工程物探工作較詳實(shí)。該三維地質(zhì)建模軟件可以將現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察、工程物探、測(cè)繪等工作得到的諸多不同形式地質(zhì)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)處理整合，建立得到真三維地質(zhì)體模型，為擬選庫址區(qū)綜合地質(zhì)條件的評(píng)估和洞庫設(shè)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 地質(zhì)面模型的建立

分析勘察報(bào)告和物探資料，以花崗巖巖體完整性系數(shù)為0.55和0.75點(diǎn)為分界面，將該擬選庫址區(qū)地質(zhì)體分為完整巖體、較完整巖體和破碎巖體[9]，分別建立面模型。由勘察資料得到東南部閃長(zhǎng)玢巖脈的產(chǎn)狀得到其三維空間形態(tài)，進(jìn)行建模。

擬選庫址區(qū)巖體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育分布情況以及其空間展布特征是影響巖體穩(wěn)定性的重要因素，需對(duì)其特別分析。結(jié)合鉆孔資料和防空洞實(shí)測(cè)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)分析，初步認(rèn)定地表結(jié)構(gòu)面傾向?yàn)?0°～70°，160°～170°，240°～250°，325°～335°范圍，傾角為75°～85°范圍；地下傾向?yàn)?0°～80°，180°～200°范圍，傾角為60°～80°范圍。但由于實(shí)際測(cè)量的結(jié)構(gòu)面組數(shù)較多，其對(duì)地質(zhì)體的影響還有待進(jìn)一步研究，此處選取一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，并將其延伸至地下深處。

通過以上分析建立各種類型的地質(zhì)曲面，將其展布在同一窗口，反映出其空間構(gòu)造關(guān)系，得到如圖2所示的擬選庫址區(qū)三維地質(zhì)面模型。

1.3 地質(zhì)體模型的建立

在GOCAD模型中，三維地質(zhì)體的建立有兩種方法：第一種是網(wǎng)格模型對(duì)象(SGrid)，第二種是實(shí)體模型對(duì)象(Solid)，由于SGrid模型具有Solid模型無法比擬的優(yōu)點(diǎn)[10]，本文根據(jù)已經(jīng)建立的各地層通過Workflows中的三維儲(chǔ)層?xùn)鸥窠⒘鞒堂?3D Reservoir Grid Construction)生成SGrid體模型，如圖3所示。

建立好體模型后，可以很好的反映出每一層巖體的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，其中最上部部分表示巖體完整性系數(shù)為0～0.55的破碎巖體層；中間部分表示巖體完整性系數(shù)為0.55～0.75的較完整巖體層；最底部部分表示巖體完整性系數(shù)為0.75～1的完整巖體層。

2 三維地質(zhì)模型分析及應(yīng)用

2.1 三維地質(zhì)模型在庫區(qū)選址分析中的應(yīng)用

1)通過調(diào)查擬選址區(qū)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布規(guī)律，計(jì)算出了優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀范圍，所以洞室布置走向與結(jié)構(gòu)面走向應(yīng)大角度相交，初步建議設(shè)置在150°～200°或240°～280°之間。

2)該擬選址區(qū)地下水位變化在海拔3.0 m～5.0 m之間，結(jié)合巖體完整性分析和設(shè)計(jì)規(guī)范[11]要求，為保證水封洞室?guī)r體穩(wěn)定性，需要滿足洞頂標(biāo)高到地面的距離大于最大洞徑的3倍，故洞頂標(biāo)高初步建議設(shè)置在海拔0 m以下。

2.2 三維地質(zhì)模型在基礎(chǔ)地質(zhì)圖件中的應(yīng)用

觀察地質(zhì)體模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，以及地層參數(shù)在模型內(nèi)部的空間形態(tài)，可以通過生成的地質(zhì)體模型切割剖面的方法實(shí)現(xiàn)，共有三種方法：

1)Slicer地質(zhì)體任意剖面的生成。利用GOCAD工具[Slicer]中顯示的四個(gè)長(zhǎng)方體框架可對(duì)地層進(jìn)行切割，其功能為沿著圍繞模型的長(zhǎng)方體的三個(gè)軸向切割模型和繞著模型長(zhǎng)方體軸旋轉(zhuǎn)切割，如圖4所示。如果沿著兩個(gè)鉆孔的剖面方向切割地質(zhì)體，則可以得到鉆孔剖面圖，將其與實(shí)際鉆孔剖面圖對(duì)比，可以驗(yàn)證模型的可靠性。通過切剖面，還可以反映出每個(gè)剖切部位的空間接觸關(guān)系，反映出地下水賦存巖體的大致位置。

2)屬性參數(shù)剖面。此方法是在屬性設(shè)置中完成，可以沿平行于坐標(biāo)軸方向?qū)δＰ腿我馕恢眠M(jìn)行切割，并且可同時(shí)在三個(gè)坐標(biāo)軸方向上顯示多個(gè)切割剖面。此方法僅限于在坐標(biāo)軸方向觀察地層巖性或參數(shù)變化，且不能實(shí)現(xiàn)任意方向的切割。

3)X-Section方法。該方法通過Well文件建立地層剖面，任意選定鉆孔并確定先后順序，在鉆孔之間生成連續(xù)的地層剖面[12]。

2.3 三維地質(zhì)模型的其他應(yīng)用

因該工程尚處于預(yù)可研勘察階段，尚有一些地質(zhì)信息未探明，但在以后勘察階段可將新得到的地質(zhì)信息補(bǔ)充或更新至該模型中，應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：1)在油氣儲(chǔ)量的監(jiān)測(cè)和控制中，可用于計(jì)算和評(píng)價(jià)油氣和水幕的動(dòng)態(tài)平衡。2)在工程開挖過程中計(jì)算其開挖方量，評(píng)價(jià)巖體等級(jí)，直觀地控制施工進(jìn)度等。3)在工程搶險(xiǎn)應(yīng)急中可應(yīng)用成熟的模型制定更加優(yōu)化的方案，有利于搶險(xiǎn)的高效實(shí)施。

3 結(jié)語

1)GOCAD具有很強(qiáng)的三維模型處理功能，可根據(jù)不同的需求，結(jié)合各種地質(zhì)信息建立模型。該地下洞庫三維地質(zhì)模型準(zhǔn)確地反映了擬選庫址區(qū)地質(zhì)體空間展布形態(tài)和接觸關(guān)系，給地質(zhì)勘察人員更好的可視化效果和構(gòu)造依據(jù)來掌握地質(zhì)體的空間特征，為下一步的勘察工作和詳細(xì)設(shè)計(jì)等提供了基礎(chǔ)和便利。

2)在后期的勘察過程中該模型還有地質(zhì)剖面出圖，開挖動(dòng)態(tài)控制等諸多應(yīng)用，并可以為其他數(shù)值模擬軟件提供更便捷精準(zhǔn)的三維模型，保證了計(jì)算和分析的可靠性。

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Application of GOCAD on the underground water-sealed storage

Zeng Qingqiang1Cheng Chaojie2

(1.ThreeGorgesResearchCenterforGeo-hazard,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China；2.FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

Based on the investigation program of the underground water-sealed storage, and applied with the three-dimensional geo-modeling theory and the geo-technical condition of the pre-site, the 3-D geological model has been established by GOCAD. The geological information has been revealed and analyzed directly and precisely, and the initial layout of the storage has been proposed, it points out that: GOCAD has strong tri-dimensional model processing function and wide application prospect.

GOCAD, underground water-sealed storage， 3-D geological model

1009-6825(2016)05-0074-02

2015-12-03

曾慶強(qiáng)(1989- )，男，在讀碩士； 程超杰(1991- )，男，在讀碩士

P624

A