物探數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模及其在水利水電工程中的應(yīng)用

韓松

摘要：隨同著可視化理念的提出以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，有關(guān)三維地質(zhì)建模成為目前諸多工程所關(guān)注研究的熱門(mén)問(wèn)題之一。三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型能夠直觀地體現(xiàn)出地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等信息[1]。由于斷層的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)和屬性等信息的獲取較為繁瑣，進(jìn)而有關(guān)與斷層的建模問(wèn)題成為地質(zhì)建模中的一處難點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)工作區(qū)物探成果與先前地質(zhì)資料相結(jié)合，對(duì)斷層的屬性等信息進(jìn)行解譯并實(shí)現(xiàn)建模，提出了一種利用物探成果對(duì)工程中的地質(zhì)體進(jìn)行解譯并建模的新思路，為日后下一步的工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

Abstract： With the development of the concept of visualization and the rapid development of modern computer technology， three-dimensional geological modeling has become one of the hot issues in many engineering projects. The three-dimensional geological structure model can directly reflect the information of topography， stratigraphic lithology and geological structure. It is difficult to obtain the data of breakpoint data and attribute information， and then the modeling of fault is a difficult point in geological modeling. This article through to the workspace geophysical exploration results and the combination of prior geological data， such as the property of fault information to interpret and realize the modeling results of geophysical exploration， this paper proposes a geological interpretation and modeling in engineering of new ideas， provide the basis for the next step in the future engineering planning and design.

關(guān)鍵詞：物探數(shù)據(jù)；地質(zhì)解譯；三維建模

Key words： geophysical data；geological interpretation；3D modeling

中圖分類(lèi)號(hào)：P628+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）03-0211-03

0 引言

水利水電工程通常對(duì)所處地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)情況精度要求較高，涉及到的地質(zhì)信息具有多源、多量、多類(lèi)、多元、多維的特征[1]。一直以來(lái)有關(guān)地質(zhì)資料的解譯大多局限在二維或者靜態(tài)的分析，難以直觀并明確地了解具體的地質(zhì)情況。而通過(guò)對(duì)原始的地勘資料及物探數(shù)據(jù)的修正和解譯，將地質(zhì)信息實(shí)現(xiàn)三維建模，在水利水電工程的實(shí)施過(guò)程中對(duì)地質(zhì)體或斷層以及地層分界等各個(gè)方面的直觀可視化分析，是一種非常直觀且有效的工具[2]。也為后來(lái)工程的進(jìn)行提高施工效率和工作精度。

1 工作區(qū)地質(zhì)概況

工作區(qū)位于陜西省商南縣南部，靠近陜西—湖北—河南三省交界。在大地構(gòu)造上位于秦嶺褶皺系，南秦嶺海西—印支褶皺帶東段，丹江斷裂南側(cè)，武當(dāng)穹?。ǖ貕K）北緣。工作區(qū)構(gòu)造形態(tài)主要為一復(fù)式向斜，次級(jí)褶皺的軸部向南發(fā)生倒轉(zhuǎn)。受區(qū)域性斷裂的影響，壩址區(qū)斷裂以近南北向的F31為代表。根據(jù)鉆孔和先前的地質(zhì)勘察資料，工作區(qū)的地層分布由老到新主要為震旦系下統(tǒng)耀嶺河組，震旦系上統(tǒng)燈影組和第四系。

2 采用的物探方法

在大多數(shù)情況中，規(guī)模較大斷層的上下兩盤(pán)，以及內(nèi)部含水的斷層，與其周邊圍巖皆具有較為明顯的電性差異，而這種電性差異為瞬變電磁的探測(cè)方法提供了科學(xué)依據(jù)。大定源瞬變電磁勘測(cè)技術(shù)，即是以電性差異做為基礎(chǔ)，具有工作效率高、勘測(cè)深度大、受地形影響較小等優(yōu)點(diǎn)，在地質(zhì)界限圈定、導(dǎo)含水構(gòu)造探測(cè)、含隔水層劃分等方面的探測(cè)任務(wù)中能夠夠取得良好的地質(zhì)解譯效果[4]。

3 裝置與參數(shù)設(shè)定

本次探測(cè)任務(wù)使用大回線源瞬變電磁法在野外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，工作參數(shù)選取發(fā)射頻率25Hz，供電電流18 A，延時(shí)100ms，供電周期4s。測(cè)線沿壩體方向（東西向）布置，近乎垂直于斷層的走向（南北向），2m線距，1m點(diǎn)距，勘探面積約0.25m2。選擇發(fā)射框?yàn)?00mm×400mm，該發(fā)射框探測(cè)的有效探測(cè)深度約240m，實(shí)驗(yàn)曲線如圖2所示。

4 數(shù)據(jù)處理

使用TEM瞬變電磁處理程序?qū)λ鶞y(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后經(jīng)IX1D軟件使得多層實(shí)現(xiàn)平滑模型；后通過(guò)sufer軟件進(jìn)行高斯低通濾波，對(duì)視電阻率進(jìn)行計(jì)算等處理后，結(jié)合先前的地質(zhì)與鉆孔資料，進(jìn)行約束性反演，并且根據(jù)測(cè)得高程對(duì)反演計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行地形校正，最終獲得各線的視電阻率剖面圖[4]（圖3）。

5 數(shù)據(jù)解譯

由蓮花臺(tái)各線視瞬變電法電阻率聯(lián)合剖面圖可以看出，在斷層的附近范圍內(nèi)，盲上覆蓋層區(qū)范圍外的衰減曲線在圖中的變化相對(duì)較小，但在斷層區(qū)上衰減曲線則發(fā)生了較為明顯變化，衰減速度明顯降低，表明該部分的電阻率下降，經(jīng)反演處理后異常突出[5]。同時(shí)，隨著測(cè)線向南展布，破碎帶低阻區(qū)寬度逐漸增大，結(jié)合解譯結(jié)果與當(dāng)?shù)叵惹暗刭|(zhì)資料，確定該斷層為一走向近南北，斷距約5-8m傾角60°左右的壓扭性逆斷層。endprint

主要運(yùn)用3Dmax對(duì)測(cè)線布置與斷層的空間展布進(jìn)行模擬，3Dmax軟件具有強(qiáng)大的三維建模、可視化功能，且較為方便、快捷；此外，采用的三維空間場(chǎng)景渲染引擎，對(duì)復(fù)雜三維空間對(duì)象的渲染和顯示效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般三維模型軟件。

6 模型可視化

本次測(cè)試測(cè)線布置如圖4所示。三維的地質(zhì)建模作為一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在建模前，需要運(yùn)用相關(guān)地質(zhì)知識(shí)以及對(duì)先前資料進(jìn)行整理分析[6]；建模過(guò)程中中，聯(lián)系地層、構(gòu)造及工程等有關(guān)知識(shí)，對(duì)比數(shù)據(jù)，因而對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行推測(cè)分析[7]；建模后，仍需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核實(shí)，運(yùn)用交互式編輯工具進(jìn)行完善[8]。

通過(guò)較為復(fù)雜的三維地質(zhì)建模過(guò)程，得出斷層的三維地質(zhì)模型（圖5）。從模型上，可以直觀的看到該斷層的空間展布及上下盤(pán)相互關(guān)系，既驗(yàn)證了先前已做的勘察工作，并且能夠通過(guò)模型的可視化分析，為后續(xù)的設(shè)計(jì)以及施工等下一步工作提供的依托。

7 結(jié)論

各種三維地質(zhì)模擬軟件各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中根據(jù)工程的需要選擇相對(duì)應(yīng)的分析與建模方法。本文采用的3Dmax主要是以探明斷層空間分布性質(zhì)為主；還另有其他軟件方法如GeoEngine系統(tǒng)，可以提供提供截面分析、等值線分析、試驗(yàn)曲線以及洞室漫游等可視化分析（趙攀，2007）。

在水利水電工程中，基于各種物探數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)數(shù)據(jù)建模模擬可以形象地表示出工作區(qū)各地質(zhì)體的空間組成。揭示出地質(zhì)體或者地質(zhì)界線等數(shù)據(jù)，為下一步設(shè)計(jì)與施工選擇合適的挖洞路線提供科學(xué)依據(jù)。并且可以通過(guò)進(jìn)一步詳盡的可視化分析在實(shí)際的施工之前可以對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行模擬鉆孔、模擬平硐和模擬挖洞等分析，從而減少因?yàn)槊つ渴┕に斐傻慕?jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也在很大的程度上提高了工作的效率。

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