济南泉域岩溶地区多源多尺度数据三维耦合模型及应用

为解决济南城市轨道交通建设与地质环境、保泉供水及建构筑物之间的矛盾,实现泉水保护与轨道交通建设双赢,研发了三维城市地质信息管理与应用系统。根据济南泉域富水岩溶的特点,采用现场工作、室内实验、理论研究、数值分析、成果集成应用等综合研究方法,设计了基于MapGIS 10的三维地质环境信息系统,建立了济南城区标高-350 m的三维可视化地质模型、岩溶模型和水位动态模型,形成了岩溶区三维地质建模的系统方法。为济南轨道交通建设及保泉供水提供了重要管理和应用平台,为济南城市轨道交通的规划、建设、管理提供决策依据,作出更科学的分析和预测。     

多源数据三维地质结构模型约束的属性建模方法：以北京市通州城市副中心为例

支持多源异构数据的三维地质建模方法一直是三维地质建模研究的重点和难点之一。本文以北京市通州城市副中心工程地质勘察为例,设计了一种多源数据三维地质模型自动建模方法。该方法首先在数据预处理阶段,利用剖面、地震剖面解译及等值面(线)等数据生成虚拟钻孔,从而将异构的多源数据统一转换成同构的虚拟钻孔数据,然后利用钻孔和虚拟钻孔实现三维地质结构的自动化建模;根据已构建的三维地质结构创建属性模型结构约束,采用六面体网格或四面体的单元结构构建属性模型网格;属性模型网格中的每个属性块通过三维空间插值方法进行属性赋值,然后将属性变化映射为颜色变化,建立了相应的三维地质属性模型,实现了多源数据三维地质结构模型约束的属性建模。该方法已经应用在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域,通过使用多源异构的建模数据,使构建的三维地质模型更加完善,有助于三维地质模型的推广和应用。     

济南市主要水源地地下水资源潜力评价

综合考虑水源地水质、水量、开采程度、开采地下水产生的环境地质问题及政策等因素,采用综合分析法对济南市主要水源地潜力进行评价。结果表明济南泉域水源地为了保泉,已无扩大开采的潜力;长清-孝里水源地具有较大的潜力,白泉泉域水源地潜力一般。该研究为城市地下水可持续开发利用、环境保护及经济发展提供了科学依据。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

有的放矢科学保泉--济南泉域边界条件论证

以济南泉水与东、西郊地下水关系为重点，对泉域范围及边界条件进行了论证。指出全面合理开发泉域外济西地下水源，取代与泉水同源补给的东郊地区地下水开采，是解决保泉供水的根本途径。     

基于数字孪生理论的济南四维地质环境信息系统研发

将数字孪生理论应用到城市建设的地质工作中,并基于此打造一套四维地质环境信息系统。以济南泉域为例,根据已有的海量、多源、多比例尺、实时的城市地质数据,结合数字孪生理论,建立四维地质环境数据库和数字孪生模型,搭建地质环境实时监测网络,研发四维地质环境信息系统,从而实现城市地质数据挖掘分析,辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策,推动创新技术支撑智慧城市建设。应用数字孪生理论,研发海量异构数据的全空间融合展示分析系统具有很好的发展前景。     

城市区域三维地质结构模型建设与集成方法

大区域高精度城市三维地质模型可以实现多源数据有效集成,提升城市地质工作成果的可视化表达能力。本文剖析了交叉折剖面、多源交互式复杂地质体建模等适用于城市地质三维建模的技术方法,并对每种方法的适用性及优劣势进行了详细的描述。以GeoBGS平台为基础,利用不同数据模型的特点,通过标准化钻孔数据库、基准钻孔库、基准剖面库及地层模型的建设实现了通州区范围的土壤环境、地下水环境、地面沉降等多专题信息地质模型。将多专题地质模型进行集成显示和分析,构建了通州区域三维地质集成模型展示系统。为满足空间一体化表达的应用需求,通过空间配准、坐标系统转换及地下模型的拓扑修复,确保了地上地下一体化模型在同一坐标系下的无缝集成。     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。     

铀矿大数据综合管理信息平台设计与实现

为了对砂岩型铀矿钻孔数据及地质资料进行汇集整理,建设铀矿地质钻孔及勘查信息数据库,实现对钻孔资料的统一管理,提高钻孔地质资料集成应用的工作效率,面向实际应用需求,设计并实现了铀矿综合管理信息平台。提出了铀矿大数据平台基础设施、信息资源、应用服务、用户交互的4层架构,采用云计算虚拟化、分布式储存、并行计算等技术建立了铀矿大数据基础环境,提升了铀矿钻孔大数据集的统一存储管理和计算能力;实现了多源异构钻孔数据智能化抽取、高效率转换及快速装载的目标,提高了数据管理及集成应用的工作效率;基于并行计算技术,实现了钻孔数据进行快速三维可视化表达及多条件快速查询功能,为铀矿勘查、成果集成提供了数据基础和信息技术支撑。      

煤矿隐伏小断层的瓦斯抽采钻孔探测方法

断层对煤与瓦斯突出危险性影响较大,准确探测断层位置对预防灾害具有重要作用。目前,煤矿进行采掘作业之前,施工大量瓦斯抽采钻孔,但是这些钻孔包含的地质信息未被充分重视,为此,提出了利用穿层、顺层瓦斯抽采钻孔群探测隐伏断层的技术方法。通过建立瓦斯抽采钻孔探测断层的数学模型,计算断层面、煤层底板的三维坐标,通过绘制煤层底板等高线图及其三维图,确定断层位置、落差、产状和断层性质等基础参数。基于Matlab软件的图形用户界面（GUI）工具,编写了瓦斯抽采钻孔探测断层的软件,实现了断层信息的可视化,为准确判识断层提供了技术平台。通过钻孔定位、模型计算、图像处理、断层识别等综合技术方法,成功实现了利用瓦斯抽采钻孔进行隐伏小断层探测。      

三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用

煤炭地质勘查的研究对象、勘探方法、数据资料在空间上都是三维的,适合于采用三维地质建模技术进行管理。根据三维地质建模与煤炭地质勘查是否同时,可将煤炭地质勘探三维地质建模分为两类,一类为勘探工作中,主要以钻孔数据为主,用于制作三维地质模型的原型,生成煤层底板等高线、剖面图草图,供地质工程师进一步加工,构建精细的三维地质模型;另一类为勘探工作后,即以已经做好的煤层底板等高线图、剖面图为主要数据源,构建精细的三维地质模型。精细的三维地质模型可用于煤矿设计、数字矿山建设。三维地质建模技术的应用有利于煤炭地质构造的研究,主要表现在:第一,可对地面、钻探、物探、化探多种手段获得的探测资料进行集成与同化处理,提高信息空间的一致性;第二,地质构造要素表达具有直观性与三维立体性,如断层的表达,其在三维环境中不仅可表达为一个面,并且能清晰反映断层与地层、以及断层与断层之间的相互切割关系,弥补了平、剖面图上仅表现为一条断层线的不足;第三,可平、剖面三维联动编辑,很好地保证平面图与剖面图的空间一致性;第四,可以在剖面上以画草图的方式确定剖面上煤层对比与断层切割方案。     

Excel与MapGIS结合在地质制图中的应用

采用MapGIS软件绘制地质图件时,经常遇到需要批量输入点线等数据问题,如果直接逐个输入,不但效率低下,且容易输错,利用Excel的编制函数功能编写MapGIS明码文件,来说明如何实现 MapGIS点线文件的批量输入,使地质图件的绘制更加快速、准确、高效。     

黄沙坪多金属矿床综合信息三维找矿模型的构建

通过使用"探矿者"软件,建立了湖南黄沙坪多金属矿床局部综合信息三维找矿模型。在收集和整理研究区的地质图、地形图、地质剖面图、钻孔柱状图的基础上提取钻孔数据,建立地质空间数据库。通过分析矿床控矿条件,构建主要控矿地质体的三维数字模型,实现局部综合信息找矿模型的三维数字化。从矿体模型中,可以直观地观察矿区内矿体的产状和空间分布特征。地层模型和石英斑岩-矽卡岩岩体模型比较准确地展示了主要赋矿地层和石英斑岩-矽卡岩岩体对铅、锌和钼矿体的控制作用,从而证实了该软件具有较全面的功能及建模方法的有效性,为矿床进一步的勘查预测工作提供了依据。     

A three-dimensional model and its potential application to spring protection

Withdrawal of groundwater can dry up springs. It is, however, often difficult to determine the exact causes for the depletion of spring flow by the traditional methods. A 3-D geological model is presented in this paper to explore the groundwater flow conditions in the aquifers that feed springs. Because of the various geological data in spring areas, a date integration technique is adopted to ensure the accuracy of the model. This model is implemented in the spring protection program in Jinan City, China, and the reasons for the drying up of the springs in the city are studied. The proposed model would be particularly helpful in the spring protection, and the appropriate application of the model would result in economic and social benefits of the city.     

高放废物地质处置新场岩体三维地质模型构建与应用

我国高放废物地质处置经过30多年研究,已初步确定新场为地下实验室推荐场址。开展新场岩体三维地质建模研究,一方面能够充分利用已有资料准确地表达各种地质现象,直观再现地质单元的空间展布及其相互关系;另一方面可以挖掘隐含的地质信息,方便地质分析和工程决策,这在地下实验室研究阶段非常重要。在对新场已有资料综合分析和解译的基础上,建立了岩体的三维地质模型,直观地再现了新场岩体地质环境特征;并基于地质建模结果,开展了钻孔设计等工程应用,取得了较好的效果。本研究可为我国高放废物地质处置后续工作中地质分析与工程设计提供有益参考和技术支持。     

济南泉域边界条件、水循环特征及水环境问题

济南泉域是市区泉水的汇流及蓄水范围,在其北部城区中心地带出露趵突泉、黑虎泉、五龙潭和珍珠泉四大泉群。为更好地保护和利用济南泉域内岩溶地下水,文章对济南泉域的边界条件、岩溶主径流通道、地下水循环特征及水质变化几个敏感问题进行探讨。利用泉群流量相关分析、流场特征分析、回灌补源分析及自备井调查等手段,重新界定了济南泉域的东边界,将其北部透水段向东扩展至原边界以东约4 km。通过对钻孔岩溶分层统计及缓冲区分析,在山前地带沿党家庄－十六里河－千佛山断裂泉城公园方向地下埋深100~150 m发现一条补给四大泉群的岩溶地下水集中径流带。研究发现,五龙潭和珍珠泉以深循环为主,补给主要来自岩溶地下水,而趵突泉和黑虎泉同时受深循环和浅循环影响较大,趵突泉主要补给来自西部和南部岩溶地下水和地表水,除此以外黑虎泉在东南方向上还有一定量的岩溶地下水补给。目前岩溶水水质变差,南部岩溶裸露区,尤其水库河道周边地带,生态环境亟待治理。      

矿床三维地质建模及储量估算——以丰村铅锌矿径口矿段为例

钦杭成矿带是我国最重要的成矿带之一,丰村铅锌矿位于钦杭成矿带南段庞西垌地区,是区内典型的沉积热液改造型矿床。依据现代成矿预测理论,结合已有的地形地质图、勘探线剖面图、钻孔数据等资料,运用三维地质建模技术建立了丰村铅锌矿径口矿段的地表模型、断裂模型、地层实体模型、矿体模型。在此基础上分别应用地质块段法和块体模型统计法进行了矿体的资源储量估算,并将两种估算结果进行了对比分析。结果表明,块体模型统计法比地质块段法应用范围更广,效果更精准,可以清晰表达矿体品位值变化特征,进而加深对矿体、矿床的空间分布规律的认识。同时,利用多元信息进行三维地质建模,可靠性高,可视化效果好。将传统的二维地质拓展到三维空间进行定位与定量化,有助于分析矿区地质构造特点与矿床成因,是现代寻找矿床的一种有效手段。