城市三維地質(zhì)建模及其在城鎮(zhèn)化建設(shè)中的應(yīng)用

關(guān)峰

摘 要：城鎮(zhèn)建設(shè)的選址與地質(zhì)關(guān)聯(lián)非常大，一般來說，城鎮(zhèn)化建設(shè)時(shí)都會(huì)選擇地基比較穩(wěn)定易于建設(shè)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。為了更好的分析城鎮(zhèn)化建設(shè)選址的準(zhǔn)確性，現(xiàn)代施工設(shè)計(jì)中應(yīng)用了三維地質(zhì)建模。因此，深入分析三維地質(zhì)建模及其城鎮(zhèn)化建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模；城鎮(zhèn)化建設(shè)；應(yīng)用；施工

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.088

地球作為宇宙中唯一一個(gè)具有生命力的星球，目前已經(jīng)承載了60多億的人口，人口膨脹給地球的土地資源造成了很大的壓力，尤其在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，充分體現(xiàn)了這一點(diǎn)。就拿我國來說，很多大、中城市已經(jīng)出現(xiàn)人口城鎮(zhèn)過盛，城鎮(zhèn)承載力不足的表現(xiàn)。最突出的就是城市鎮(zhèn)住房緊張的問題。不管是何種方式造成了城鎮(zhèn)人口過盛的表現(xiàn)，總之為了解決住房的壓力，建筑施工中高層建筑如雨后春筍林立于城鎮(zhèn)中。城鎮(zhèn)化的建設(shè)對(duì)于當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)考驗(yàn)特別強(qiáng)，要提高建筑的使用壽命以及建筑質(zhì)量，就要打好地基，三維地質(zhì)建模就為城市建筑的地基建設(shè)提供了先進(jìn)的技術(shù)保障。

1 城市三維地質(zhì)建模概述

1.1 模型概述

城市三維地質(zhì)建模是在三維地質(zhì)建?；A(chǔ)上發(fā)展而來的概念，最早的時(shí)候三維地質(zhì)建模應(yīng)用于地質(zhì)探測(cè)、測(cè)井及地球的地質(zhì)研究等方面，隨著城市化進(jìn)程，城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，才有了城市三維地質(zhì)建模。三維地質(zhì)建模的應(yīng)用原理是利用信息技術(shù)的綜合分析和總匯，建立起地質(zhì)的立體三維空間模型，具有對(duì)地質(zhì)的預(yù)測(cè)分析、地質(zhì)解釋和地學(xué)統(tǒng)計(jì)等功能。我國引進(jìn)這一技術(shù)已經(jīng)是上世紀(jì)80年代末的事情了，二十年的發(fā)展從地質(zhì)勘探、油田開采的應(yīng)用到如今城鎮(zhèn)化的建設(shè)，已經(jīng)有了多方面的技術(shù)提升，現(xiàn)在已經(jīng)有效的服務(wù)于與地質(zhì)相關(guān)的各項(xiàng)應(yīng)用中。我國通過20多年的三維地質(zhì)建模應(yīng)用總結(jié)出其建模分析的特點(diǎn)：①融入了鉆孔數(shù)據(jù)、音頻文件、物化探技術(shù)等多方面內(nèi)容，體現(xiàn)了其多元化特點(diǎn)；②對(duì)城市地質(zhì)結(jié)構(gòu)的真實(shí)模擬、還原與再現(xiàn)，體現(xiàn)了其多維化特點(diǎn)；③模型包含斷層數(shù)據(jù)、地表模型數(shù)據(jù)等，體現(xiàn)了其數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)。基于以上分析特點(diǎn)，能有助于準(zhǔn)確了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)各地層的結(jié)構(gòu)特征和水文特點(diǎn)，對(duì)城鎮(zhèn)化建設(shè)選擇可行性方案有著重要的科學(xué)借鑒意義。

1.2 模型構(gòu)建

城鎮(zhèn)化建設(shè)具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，在建設(shè)過程中面臨的地質(zhì)問題比較復(fù)雜和不確定，因此城市三維地質(zhì)建模是所有地質(zhì)模型構(gòu)建中比較有難度的結(jié)構(gòu)建模。根據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和成熟的三維地質(zhì)建模技術(shù)應(yīng)用，建筑行業(yè)總結(jié)出城市三維地質(zhì)建模必須遵循的“三多”原則，它們有助于城市三維地質(zhì)建模。建?！叭唷痹瓌t如下。

1.2.1 多元數(shù)據(jù)應(yīng)用原則

建模堅(jiān)持多元化原則是為了提高建模的準(zhǔn)性，只有準(zhǔn)備充足的資料，才能建立有助于地層分析的三維立體模型，有助于提高建模的科學(xué)性、合理性和有效性。比如巖屑、巖心錄井資料在內(nèi)的鉆孔資料、物化探數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖、地形圖、地質(zhì)剖面圖、DEM等，建模資料越豐富越有助于建模分析。

1.2.2 多方法集成與協(xié)同應(yīng)用原則

多方法原則是鑒于地質(zhì)的復(fù)雜性、多解性與不確定而言的，三維地質(zhì)建模的有效方法有很多種，為了提高建模的應(yīng)用性，應(yīng)該利用多種方法建立三維地質(zhì)模型，提供多種應(yīng)用問題的解決途徑。比如，利用綜合鉆孔數(shù)據(jù)、輪廓線數(shù)據(jù)、平行剖面、三維體布爾操作、交叉折剖面等多種方法建模有助于全方位分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況。

1.2.3 多層次干預(yù)原則

城鎮(zhèn)化建設(shè)中，為了提高建模各個(gè)切斷的準(zhǔn)確性，應(yīng)該在建模的各個(gè)階段進(jìn)行多層次干預(yù)，加強(qiáng)建模的細(xì)致化和深入性，使得建立的城市三維地質(zhì)模型更加接近與實(shí)際應(yīng)用的狀態(tài)，提高建模的有效應(yīng)用率，從而更好的分析地質(zhì)的復(fù)雜性、多解性和不確定性，更好的服務(wù)于城市建設(shè)。

2 三維地質(zhì)建模應(yīng)用的具體用途

2.1 為油藏?cái)?shù)值模擬提供三位地質(zhì)數(shù)據(jù)體

地質(zhì)儲(chǔ)層中含有豐富的能源，石油就是地質(zhì)層中的一種，在地質(zhì)層中石油就叫作油藏。在建設(shè)城鎮(zhèn)選址前首先要對(duì)地質(zhì)分析，分析預(yù)選地的地層中是否含有油藏，三維地質(zhì)建模建立以后，根據(jù)地質(zhì)模型網(wǎng)格的分布稀疏就可以清晰的判定地層中的油藏量。除了判斷地質(zhì)中的含油量，還可以通過油藏流體的流動(dòng)來判別地質(zhì)特征，對(duì)于城市選擇的地質(zhì)分析有著重要的參考意義。

2.2 用來計(jì)算地質(zhì)層孔隙體積

三維地質(zhì)建模還有一個(gè)特征就是通過直觀的地質(zhì)層空隙體積來計(jì)算地質(zhì)中的含油量，這種用途主要體現(xiàn)在油井開發(fā)階段。用在城市三維地質(zhì)建模中就是有效的判斷地質(zhì)層的疏松程度，對(duì)于選擇建筑的堅(jiān)實(shí)地基有著明確的指導(dǎo)意義。

2.3 幫助選址

城市三維地質(zhì)建模能夠?yàn)榈刭|(zhì)層建立詳細(xì)的三維立體空間模型，通過豐富的地質(zhì)參考數(shù)據(jù)及資料充實(shí)建模的空間真實(shí)感，具有直觀性效果。如果資料足夠詳細(xì)，甚至能夠?qū)γ恳粚拥貙舆M(jìn)行有效的分析，對(duì)于城市建設(shè)選址有著重要的意義。當(dāng)然建模的參考是建立在真實(shí)的數(shù)據(jù)資料之上的，如果數(shù)據(jù)資料不真實(shí)或者資料過少，是難以準(zhǔn)確的分析出地層結(jié)構(gòu)的。

2.4 進(jìn)行斷層封堵分析和預(yù)測(cè)

三維地質(zhì)模型把構(gòu)造和地層格架結(jié)合到一起，這有利于我們進(jìn)行斷層的封堵性預(yù)測(cè)。從過去的三維地質(zhì)建模應(yīng)用案例來看，斷層的封堵情況出現(xiàn)在斷層中和斷層兩邊，一種是由于斷層泥積累造成，另一種是斷層邊緣接觸面減少造成的。三維地質(zhì)建模利用豐富、真實(shí)的資料建模以后就能夠準(zhǔn)確的分析斷層封堵的位置，進(jìn)一步還可以分析出斷層的斷距，這在城市地鐵的建設(shè)應(yīng)用中分析地層結(jié)構(gòu)有著重要的指導(dǎo)意義。可以通過預(yù)測(cè)斷層的封堵性來選擇具體的施工方案。

2.5 提供有效的交流平臺(tái)

三維地質(zhì)模型具有很強(qiáng)的技術(shù)性，凡是對(duì)這項(xiàng)技術(shù)精通的人，即便是幾個(gè)語言互不相同的人，都能夠就地質(zhì)空間模型探討個(gè)幾天幾夜。因此說，三維地質(zhì)建模為這些專業(yè)工程師和技術(shù)師提供了一個(gè)有效的交流平臺(tái)，讓他們能夠打破地域文化、打破陌生的尷尬很快的融入進(jìn)去。大家因?yàn)楣餐墓ぷ骰蛘吖餐呐d趣坐在一起，有共同的話題可以聊，而這個(gè)平臺(tái)恰好就是三維地質(zhì)建模技術(shù)提供的。在這個(gè)平臺(tái)上面，這些精通這項(xiàng)技術(shù)的人能夠更好的研究和交流專業(yè)問題，從另一方面來說還能夠有效的促進(jìn)我國三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，大家共同為一個(gè)目標(biāo)，用在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，三維地質(zhì)建模就能夠更好的服務(wù)于城市建設(shè)。

3 城市三維地質(zhì)建模在城鎮(zhèn)化建設(shè)中的應(yīng)用分析

城鎮(zhèn)化建設(shè)中，三維地質(zhì)建模的技術(shù)主要存在于三方面的應(yīng)用分析，分別是基巖地層的建模分析、新生界地層的建模分析、地質(zhì)層的建模分析。

3.1 基巖地層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建設(shè)

地質(zhì)層中基巖地質(zhì)圖中，都會(huì)顯示地質(zhì)孔，地質(zhì)孔是地質(zhì)層的重要組成部分，貫穿于基巖地層的覆蓋區(qū)或者半覆蓋區(qū)。城市三維地質(zhì)建模能夠?yàn)榉治龌鶐r地層提供清晰明確的量理論依據(jù)。在繪制三維地質(zhì)模型圖的時(shí)候應(yīng)該按照剖面結(jié)構(gòu)圖建立，并且按照不同的地質(zhì)單位建立模型對(duì)象，將三維立體地質(zhì)模型分為不同的對(duì)象和模塊，從地質(zhì)建模圖的基巖地層剖面圖就可以看出基巖地層的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)面積的大小分析基巖地層，確定城鎮(zhèn)建設(shè)的方案建議。

3.2 新生界地層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建設(shè)

為地層中在新生代時(shí)期形成的地層建立單位地質(zhì)空間模型，然后分析新生界地層中的地層單位和剖面結(jié)構(gòu)，從而分析地層是否適合鉆孔或者能否滿足其他城市建設(shè)的需要，新生界地層的建模圖面積要相對(duì)于地基層而言大得多。

3.3 城市工程建設(shè)層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建設(shè)

城市建設(shè)過程中不可避免的有鉆孔的需要，鉆孔是需要考慮的因素比較多，比如水文條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的疏松情況、變化情況等，從這個(gè)角度來看更加需要三維地質(zhì)建模技術(shù)服務(wù)于城市建設(shè)中。比如城市地下管道的建設(shè)、地鐵隧道鉆孔、樓層建筑等。在施工以前首先要建模分析選址地質(zhì)情況，然后按照三維建模分析的結(jié)果將選址地分區(qū)，哪些區(qū)適合建設(shè)什么工程，建設(shè)符合哪種要求，這都有明確的參考意義，對(duì)于建立安全、規(guī)劃合理的城市有著重要的技術(shù)指導(dǎo)。

4 城市三維地質(zhì)模型在城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展中的具體應(yīng)用

4.1 服務(wù)城市規(guī)劃

城市的規(guī)劃需要綜合各種情況才能選定建設(shè)地址，這是因?yàn)榻ㄔO(shè)中需要考慮很多復(fù)雜的因素，綜合性比較強(qiáng)。就城市的抗自然災(zāi)害的能力，在城市的規(guī)劃中要盡可能的避開有發(fā)自然災(zāi)害發(fā)生的因素，比如容易發(fā)生地震的地段、容易發(fā)生塌陷的地段，有河流的時(shí)候還要考慮河堤的穩(wěn)固性，此外城市規(guī)劃要考慮發(fā)展因素，就要盡可能的靠近交通和水源方便的地方，該地區(qū)是否易發(fā)泥石流和滑坡等自然災(zāi)害等。綜合以上城鎮(zhèn)建設(shè)的基礎(chǔ)性要素，利用三維地質(zhì)建模分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要就是為了進(jìn)一步分析選址地的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。三維地質(zhì)建模能夠有效的分析地層結(jié)構(gòu)，在城市規(guī)劃時(shí)就應(yīng)該按照地質(zhì)特點(diǎn)合理安排城市建設(shè)。城市住宅區(qū)肯定要選在地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的部位，而公園建設(shè)則可以選取水溫條件或者滲水性比較好的地段，山區(qū)城鎮(zhèn)的選址公路或者住宅區(qū)應(yīng)該盡可能的避開地質(zhì)疏松或者易發(fā)生滑坡和泥石流的階段。建設(shè)地鐵鉆孔時(shí)更應(yīng)該利用更多的資料建立更加詳細(xì)的三維地質(zhì)模型，幫助施工隊(duì)更好的分析地質(zhì)情況，從而選擇合適的施工方案。

4.2 服務(wù)資源的開發(fā)

城市的規(guī)劃建設(shè)還要充分考慮配套功能的實(shí)現(xiàn)和利用是否方便，準(zhǔn)確的說是服務(wù)資源的開發(fā)。地?zé)崮茉床粌H是一種清潔能源，更是一種利用率比較高的能源，政府對(duì)地?zé)崮茉吹拈_發(fā)建設(shè)也持大力支持的態(tài)度。就地?zé)崮茉粗腥S地質(zhì)建模的應(yīng)用而言，不管是地?zé)崮茉吹目碧竭€是確定熱儲(chǔ)量的多少以及準(zhǔn)確位置，或者是后來的開發(fā)應(yīng)用，整個(gè)過程中三維地質(zhì)建模起到了重要的作用。地?zé)崮茉吹臒醿?chǔ)層主要分布于硅質(zhì)白云巖和寒武系奧陶系灰?guī)r，利用三維地質(zhì)建模就能夠準(zhǔn)確的分析出地質(zhì)層中的巖層分布情況，通過巖層分布情況確定地?zé)崮茉礋醿?chǔ)層的分布情況和熱儲(chǔ)量的多少。三維地質(zhì)建模形成以后，就可以清晰的看出地?zé)崮茉吹姆植记闆r來看，主要還是集中于硅質(zhì)白云巖中，當(dāng)建模的地質(zhì)資料越豐富地?zé)崮茉吹臒醿?chǔ)分布狀況就越清晰?？傊梢猿浞掷迷敿?xì)的資料建立三維地質(zhì)空間模型，分析巖層中地?zé)醿?chǔ)量的分布情況，對(duì)城市能源的開發(fā)利用和城市建設(shè)的發(fā)展能夠提供非常好的技術(shù)指導(dǎo)。

5 結(jié)語

總而言之，三維地質(zhì)建模相比于傳統(tǒng)的二維明面建模來說，對(duì)于地質(zhì)的分析更加清晰、直觀和準(zhǔn)確，再加上如今先機(jī)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，更是為三維地質(zhì)建模提供了好的發(fā)展前景，在當(dāng)代城鎮(zhèn)化建設(shè)的應(yīng)用中有著舉足輕重的貢獻(xiàn)。通過三維地質(zhì)建模分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可以為城鎮(zhèn)化建設(shè)提供有效的技術(shù)參考，對(duì)于解決當(dāng)代人口膨脹，城鎮(zhèn)土地資源緊缺的情況有著重要的意義。

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