基于GIS技术的孔隙水文地质层地下水三维空间离散方法研究

社会经济发展过程中,在模拟地下水流方面需运用三维空间离散对空隙水文地质层进行模拟,孔隙水文地质层在空间分布方面差异相对较大,通过对MODFLOW三维有限差分地下水流模型进行分析,对于孔隙水文地质层的三维空间离散,可运用空间六面体元进行三维空间离散,并基于GIS技术空间离散过程,通过对不规则六面体的使用,完成三维空间离散。使地下水流模拟更具时效。     

基于GIS的孔隙含水层系统三维空间离散方法研究

分析了目前孔隙地下水流三维有限差分数值模拟中对含水层系统三维空间离散存在的问题，针对自然界孔隙含水层与隔水层空间分布的不连续性与厚度的不均匀性，研究了基于GIS的孔隙含水层系统三维空间离散实现的技术路线，提出了基于GIS与不规则六面体元的孔隙含水层系统的三维空间离散方法，最大限度地保证了离散体元中含水层类型的单一性，提高了孔隙地下水流模拟模型三维空间离散的精度。     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

GIS在地下水流模拟系统中应用研究

本文在研究孔隙地下水流可视化模拟系统框架的基础上,较详细地阐明了基于GIS的孔隙地下水流模拟概念模型的构建、模型的时间与空间离散、计算参数的自动赋值、模型的可视化拟合、模拟结果的可视化表达等的技术路线与实现的具体方法,基本实现了GIS与孔隙地下水流模拟模型的紧密集成以及孔隙地下水流模拟过程的可视化,为其它类型的地下水流可视化模拟系统的研究与开发提供了一些探索性的思路。     

基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究

碳酸盐岩微观孔隙的空间组构研究是储层性能研究的核心问题之一.近年来,基于二维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构研究的工作层出不穷,基于三维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构三维重建和基本统计特征表征的研究也引起了国内外的广泛关注.拟以四川盆地三叠系飞仙关组和震旦系毛田组碳酸盐岩为研究对象,通过三维高分辨率微纳米CT扫描,结合图像识别等计算技术,运用多重分形理论,对不同类型储层的孔隙在三维立体空间上的几何形态、非均质性与复杂度等特性进行定量表征,刻画了孔隙组构的空间展布规律.研究显示,2个样品孔隙组构在三维空间上分布不均一,具有明显的分形与多重分形分布特征;所得多重分形参数能定量刻画孔隙空间上大小孔隙的相对分异情况,能为孔渗性能提供参考.     

中国华北型煤田矿坑涌水量预测的“准三维”数值模型研究

根据中国华北型煤田的特征:在剖面上有多层相互间具密切水力联系的孔隙、岩溶—裂隙充水含水层结构,在平面上各含水层又具有各自的不规则空间分布、复杂的边界位置及边界条件。为了真实地反映华北型煤田客观存在的矿床水文地质特征,减少由于模型假设条件与实际相差太大而引起的计算误差,本文首次提出了“准三维”有限元数值模型,并用华北型煤田的典型实例成功地验证了这个模型。     

利用原子力显微镜与能谱-扫描电镜研究页岩孔隙结构特征

已有研究表明页岩中纳米孔隙与组成导电膜的金颗粒处在同一量级,使得页岩中纳米孔隙在一定程度上被金颗粒掩埋,导致页岩中纳米孔隙被“二次改造”,从而无法真实观察到页岩中孔隙的形态特征;其次,由于受仪器分辨率、景深等因素的制约,无法观察到孔隙的三维展布特征。因此,如何真实地揭示纳米孔隙的空间结构特征,以及如何有效避免金颗粒对页岩储层中纳米孔隙的“二次改造”一直是微区分析的难点。本文通过扫描电镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）方法组合观察到四川盆地龙马溪组黑色页岩中有机孔与无机孔在二维平面的分布存在较强的非均值性,孔径与孔隙的空间延展性呈现明显的正相关关系。有机孔呈蜂窝状分布,孔径主要分布在微米量级0.1~0.4μm,孔隙在三维空间呈现明显的“一体化”特征,具有较好的空间连通性;无机孔主要发育黏土矿物的层间孔隙,孔径主要分布在纳米量级16~57nm,此外见少量的矿物粒内不规则状溶蚀孔。研究认为,页岩中孔隙在二维平面的非均值性导致孔隙、喉道的分布会发生突变,从而影响储层的储集性能;页岩中孔隙在三维空间的非均值性导致页岩储层的渗透率在纵向上出现较大的差异,从而影响储层的物性特征。     

基于网格与GIS的油气资源空间分布与定量评价系统及其应用

论述了基于网格与GIS的油气资源空间分布与定量评价系统的建立方法.该系统能够根据离散的钻井数据和等值线数据进行插值分析,以网格单元为基础进行油气资源的计算与评价;可以用GIS来管理空间数据和属性数据,生成并制作特定地层的油气资源量空间分布专题图和油气藏形态模拟图.以四川盆地川东北地区二叠系气源岩的油气资源评价为例,模拟了其生烃史,计算了其累积生气强度、累计生气量和天然气资源量.     

新疆巴里坤三塘湖盆地地下水赋存分布特征

通过对三塘湖盆地水文地质结构、地下水类型及富水性特征分析,讨论地下水赋存分布特征,为当地矿产资源开发及供水水源地建设提供水文地质依据。采用水文地质钻探、物探、测绘、抽水试验及测试等方法获取基础水文地质数据,对储水介质岩性和厚度、含水层特征、富水性等空间变化规律归纳总结,认为盆地内具单一结构松散岩类孔隙潜水、多层结构孔隙潜水-碎屑岩类孔隙裂隙承压水、碎屑岩类孔隙裂隙承压水的赋存分布特征。     

基于嵌入离散裂缝的页岩气藏视渗透率模型

页岩储层具有不同类型的储集空间,但综合考虑不同储集空间,对页岩储层渗透率进行评价的模型未见报道.基于嵌入离散裂缝模型,建立的页岩气藏视渗透率模型包括4个步骤:（1）构建天然裂缝、有机质和无机质的空间分布模型;（2）筛选不同类型储集空间的渗透率计算方法;（3）基于嵌入离散裂缝模型,结合空间分布模型和渗透率计算方法,建立数值模拟模型;（4）在模型的入口和出口端施加压差,求得一定压差下通过该岩心的气体流量,采用达西定律得到该页岩气藏的视渗透率.其计算结果与文献报道的渗透率实验值吻合较好.通过对不同因素的探讨,结果表明,天然裂缝对页岩气藏视渗透率的贡献大于无机质和有机质孔隙.因此,计算页岩视渗透率时有必要对天然裂缝、有机质和无机质孔隙进行综合考虑.      

倾斜线源的三维电场数值模拟研究

利用倾斜线状电流源的理论电位式和有限差分法理论,建立三维离散化方程组,并用ICCG法求解该方程组,设计三维电阻率异常体分布模型,经计算得到了地表视电阻率分布在垂直和倾斜线源情况下的变化规律。以上工作对利用直流电法勘探方法,来解决油田剩余油的分布及对地浸砂岩型铀矿矿层渗透性能的分析,有着实际的意义。     

基于GIS的地下水及其环境问题分析

以地下水及其环境评价模型体系为支撑的、基于GIS的水文地质空间信息系统（HSIS）,由空间数据管理、应用模型管理、空间分析、数据转换、空间数据查询与检索、系统管理6大模块组成。应用于河西走廊地下水及环境评价,实现了对地下水及其环境信息的动态管理,得到了区域地下水化学成分的形成及分布规律。计算、分析了区域地下水资源量及开采潜力与地下水数值模拟模型集成,实现了计算过程的自动化、计算结果的可视化。利用HSIS提供的综合评价模型评价了黑河流域地质生态环境质量。评价结果显示：黑河中、上游环境质量较好,下游额济纳盆地环境质量较差,基本反映了区内地质生态环境现状。     

GIS-based spatial and temporal prediction system development for regional land subsidence hazard mitigation

An integrated GIS-based approach for establishing a spatial and temporal prediction system for groundwater flow and land subsidence is proposed and applied to a subsidence-progressed Japanese coastal plain. Various kinds of fundamental data relating to groundwater flow and land subsidence are digitized and entered into a GIS database. A surface water hydrological cycle simulation is performed using a GIS spatial data operation for the entire plain, and the spatial and temporal groundwater infiltration quantity is hereby obtained. Through the data transformation from the GIS database to a groundwater flow code (MODFLOW), a 3D groundwater flow model is established and unsteady groundwater flow simulation for the past 21 years is conducted with results which compare satisfactorily with observed results. Finally, a Visual Basic code is developed for land subsidence calculations considering aquifer and aquitard deformation. Future land subsidence in the plain is predicted assuming different water pumping scenarios, and the results provide important information for land subsidence mitigation decision-making.     

地理信息技术在地下水监测中的应用初探

地下水监测网络是地下水信息化管理的重要组成部分,监测网的智能化对于地下水资源的管理与研究十分重要,将遥感、全球定位系统、地理信息系统及三者的集成技术即地理信息技术,融于在地下水监测应用中,同时结合传统的地下水监测方法进行运用,可提供地下水动态数据管理、数据及时更新、地下水三维数据的获取以及空间分析功能,使地下水监测工作走向智能化、实时化和科学化。     

基于GIS构建的西安市地下水污染防治方法研究

以西安市地下水污染防治GIS系统的构建设想为例,根据GIS软件平台的要求采用基于转换器的数据融合,将所搜集到的不同格式的空间数据通过统一的交换格式转换成为GIS软件平台所能识别的格式,并将所有空间和属性数据导入到统一的关系数据库中,以实现数据库对水文地质空间和属性基础数据的统一管理和调用.通过将GIS控件与其它非GIS...     

基于OpenGL曲面最短路径可视化的实现

路径分析是GIS空间分析中的重要组成部分,但目前一些最短路径应用结果主要还是基于二维平面的线状显示。随着三维可视化技术的广泛应用,曲面最短路径可视化是GIS最短路径分析的一个热点。通过简化处理实现曲面近似最段路径的求解与三维可视化表达。首先根据逐点插入法生成了三角网曲面,并在此基础上构建三角网之间的拓扑关系．最后利用可视化开发语言VC＋＋6．0,并结合OpenGL编程实现了曲面上两离散点间的最短路径三维显示。实验证明,该算法计算速度快,表达效果良好。     

A development of spatiotemporal queries to analyze the simulation outcomes from a voxel automata model

The raster and vector spatial data models are the most commonly used in geographic information systems (GIS) practice but are insufficient for the representation of dynamic spatiotemporal phenomena that operates in multiple dimensions. Although numerous improvements to the spatial data models have been proposed and various prototype implementations have been developed in order to address this limitation, the problem has persisted. One of the proposals for spatial data representation is the geoatom data model which is a theoretical concept used for conceptualizing geographic information as it pertains to the four-dimensional (4D) space-time continuum. The objective of this study is to develop and apply the spatiotemporal queries in order to analyze and explore the evolution of the 4D geospatial process. The geo-atom data model and voxel automata have been used for the simulation of a dynamic 4D process of snow cover retreat in order to test the developed theoretical concepts. The developed queries for spatio-temporal analysis are volume, surface area, rate of change and temporal ordering. The data used have spatial, temporal and attribute components and represent the voxels units generated from the simulation of the process. Obtained results are the outcomes of various spatio-temporal queries that permit the analysis of the snow retreat process in 4D. This study contributes to conceptual and applied advancements in the field of 4D GIS and multidimensional analysis, and is relevant to geography, earth and environmental sciences, the disciplines where the phenomena need to be studied in 4D.     

Geographical information system-based computational implementation and application of spatial three-dimensional slope stability analysis

Three-dimensional (3D) evaluation of slope stability is a widely addressed problem in the domain of geotechnical engineering. The growing popularity of the geographical information system (GIS) approach, with capacities ranging from conventional data storage to complex spatial analysis and graphical presentation, means that it is also becoming a powerful tool for geotechnical engineers. In this study, in which we combine GIS grid-based data with four proposed column-based models of 3D slope stability analysis, we have devised new correspondent GIS grid-based 3D deterministic models to calculate the safety factor of the slope. Based on the four GIS-based 3D slope stability analysis models, a GIS-based program, 3DSlopeGIS, has been developed to implement the algorithm where all the input data are in the same format as the GIS dataset. The 3DSlopeGIS system, which is an extension of the widely used GIS software package, represents the combined development of 3D slope stability analysis and GIS-based component object model (COM) skills. Since all related data are supplied in the GIS format, this new database approach will be convenient for the repeated renewal and consulting of data. Certain widely addressed examples are evaluated in this paper and the results show the correction and potential of this GIS-based tool as a means of assessing the 3D stability of a slope. Two practical slope problems have been evaluated using the 3DSlopeGIS system. The results illustrate the convenience of data management as well as the effective range selection of Monte-Carlo random variables and the critical slip surface location in some parts of a lava dome.