面向三维地质建模的三维GIS软件中曲面表达与拓扑关系

讨论了面向地质勘探的地下真三维GIS软件研发中的曲面表达与三维拓扑关系。指出采用光顺拼接的高次三角曲面拟合技术对地质曲面进行精细表达在地质建模中具有重要意义,给出了自研软件"地质工程师三维助手"的曲面精细表达实现方法以及自适应曲面精细表达的思路;提出在曲面表达的3种方式(DEM、TIN、等高线)中,最受欢迎的是等高线方式的观点;对地下三维建模的拓扑关系与CAGD的拓扑关系进行了比较,并从地理信息空间模式的边界、余边界概念对三维拓扑关系进行了重新审视。     

一种基于反距离加权方法的层状三维地质界面拟合算法

三维空间中地质曲面模拟是矿产勘查、大比例尺成矿预测等地学领域的重要研究内容之一.与地球化学、地球物理数据的曲面拟合相比,地质界面拟合更加复杂且具有一般性.从功能需求角度出发,地质界面拟合需要处理层状地层、不整合地层以及存在构造的地层等多种情况;从算法实现角度讲,该拟合过程不同于物化探数据通过某一属性值进行曲面拟合的情况,因为在地质界面模拟过程中,不存在这样的特征值进行曲面拟合,因此不能直接使用物化探数据等值面提取的思想模拟地质接触界面.针对上述问题,提出了一种基于反距离加权法移动立方格算法的层状地层曲面拟合算法.该方法模型适合绝大多数层状地学三维曲面模拟.     

用电子版传统地质报告构建煤炭勘探区三维地质模型方法与软件研究

本文探讨将电子版的传统地质报告转化为三维地质模型的技术方法。首先分析了传统地质报告中可用于三维地质建模的主要数据源,认为煤层底板等高线图和勘探线剖面图是两种主要的数据源;然后分析了由电子版的传统地质报告构建三维地质模型的技术关键是由煤层底板等高线构建煤层底板曲面的不规则三角网、断层曲面的三角网和将二维剖面转化为三维剖面。讨论了三维建模前的数据预处理:将打断的等高线接起来;仔细处理等高线与断面交线相遇时的"未及"与"过伸";为等高线赋高程;用等高线为断面交线赋高程。提出了半自动分区构建被断层切断的煤层底板曲面的方法。给出了断层曲面的两种构建方法:相邻煤层底板等高线图的断面交线相连;相邻剖面图上断面交线相连。讨论了煤、岩层体的构建方法中煤层顶板曲面和侧环面的构建。指出了今后煤田勘探队在编制地质报告的图件中应该注意的几个问题。     

基于AutoCAD15的三维地质曲面绘制方法

介绍了利用AutoCAD15环境下的VBA开发适合于绘制三维地质曲面的详细方法,并给出了相应的实例。     

“平、剖面三维联动编辑”的实现途径

基于对平、剖面三维联动编辑的概念、动因的探讨及相关研究成果的认识,提出了平、剖面三维联动编辑的几何原理与实现途径,如:地质曲面的表达、基于等高线的曲面构建、剖面图的构建、以及平面图与剖面图的联动修改方法。并对三维地质建模的需求、矿产资源勘探应提交的三维地质模型、三维地质建模的数据标准以及广义的三维联动编辑等问题进行了延伸讨论。认为平、剖面三维联动编辑可能成为三维建模软件推广应用中的"杀手级应用"。     

频率域偶层位方法在直升机磁测数据处理中的应用

由于航磁测量飞行高度数据精度低以及数据量大等原因,使得已有的一些曲面位场数据处理和转换方法很少用于实际生产中.因此,提出了频率域偶层位曲面位场数据处理和转换方法.该方法采用数据圆滑方法压制飞行高度数据的干扰,并成功地应用于湖北黄石直升机航磁测量的数据处理中.应用结果表明,曲面延拓到地表的磁场与地面磁测结果对应很好,而且曲面化极结果与已知地质体也有很好的对应,证实了频率域偶层位曲面位场数据处理和转换方法实用性强,可用于起伏测量条件下航磁数据的处理工作中.     

趋势分析商讨

地质现象在地质时间和空间上的变化往往很复杂,在对依据特定地质问题建立起来的趋势模型研究过程中,值得注意的是趋势面的变化规律和趋势剩余的信息特征,两者难以偏废。趋势模型脱胎于实测曲面并受其约束,而实测曲面的内含有各种地质涵义,因此,不同次的趋势面中,可能蕴藏着不同的地质信息。对于分析结果,只有给予正确的地质解释,才能使可观测的地质变量的数学相关和统计评价在尽可能解决的地质问题上获得成功。     

提高曲面延拓计算速度的方法

我们曾在“地质计算技术“1中将帕哈塔恰雅提供的一种曲面延拓方法作了介绍,这个方法从理论上讲是较完善的,理论模型的试验效果精度也比较高,只是数值计算速度慢,难以将此方法用于处理面积较大的测区。为此,我们针对提高计算速度的问题对该方法作了些改进,现叙述如下: 一、问题的提出全部数学推导见文章,在此仅作简要叙述考虑三维直角坐标系中任意曲面S,曲面上一点M与曲面外一点P分别用(x,y,z)和(ξ,η,ζ)表示,且z=f(x,y),见图1。     

一种改进的不规则三角网格曲面切割算法

三角网切割是实现三维地质建模和模型分析的关键算法, 它的效率直接决定了建模算法的效率.通过建立三角网的方向包围盒(oriented bounding box, OBB) 树实现曲面间的碰撞检测, 然后对发生相交的三角形对统一计算交点, 通过对顶点坐标归一化完成曲面切割后的快速重构, 并针对不同的曲面类型采用不同的切割分类方法进行2侧切割结果的划分.阐述了算法的实现过程并展示了切割后的图形效果.      

地球物理场曲面特征线计算与场源特征识别

平面上的点及该点对应的场源信息构成了一个三维曲面,谷特征线和峰特征线是控制曲面形态的重要因素,对曲面谷特征线和峰特征线二类曲面结构线的提取,有助于场源信息的自动提取和识别。这里给出了这二类特征线的求取过程,简要分析了其对应的地质地球物理意义,并通过一个模型和实例计算说明了特征线在异常识别上的效果。     

基于网格的三维地质体建模方法研究

在充分研究了水电工程现有数据的基础上,根据水电工程数据的分布特点,提出了基于网格分块的三维地质体建模方法。并根据地表数据和地质数据的不同,分别提出了基于等高线切割的地表数据分块算法以及基于钻孔数据分布特点的地质数据分块算法,进一步利用边界缝合方法解决了分块引起的裂缝问题。在建立好三维地质体模型的基础上,根据网格分块的特点针对性的提出了基于网格分块的快速开挖算法。并分析了网格分块建立的地质模型比传统的地质模型的优势。通过西南某水电枢纽工程实例,检验了网格分块地质体建模的正确性和可行性。     

河南省禹州市地质灾害特征及防治建议

禹州市地处河南中部，豫西山区边部，属嵩箕余脉。地质环境复杂，构造发育，地层出露齐全。与地质灾害密切相关的含煤岩系地层广泛分布，属地质灾害强易发区，给当地造成了人员伤亡事故及巨大的经济损失，预防、治理工作刻不容缓。区内各类地质灾害110起(其中地面塌陷93起)，平均发育密度7．7起／100km^2，以地面崩陷为主。作者在总结该区地质灾害发育类型、分布特征、危害程度的基础上，分析了其形成条件及诱发因素，并进行了地质灾害发展趋势预测，提出了相应的防治建议。     

二维密度界面的遗传算法反演

二维密度界面的反演可表述成非线性优化问题，本文用遗传算法进行反演计算，首先把连续的密度界面分割成若干单元，在单元中用形函数拟合，再用高斯积分求解重力异常值，把约束条件和拟合方差组合成目标函数，用园柱体和二维盆地模型的反演实例表明，用遗传算法，反演二维密度界面是可行的     

娄底地区地质灾害概况及其防治

娄底地区的地质灾害主要有:塌陷、地裂、房裂、滑坡、地震等。对人们生命财产影响最大的是塌陷与滑坡,这些灾害主要是由于工程地质环境不良、加上人类活动触发所致。塌陷主要出现在岩溶发育的断裂带及其附近,尤其是当地下水位降深和排水量增大时。目前,地下采空区、河道及交通道路两侧以及受破坏的陡坡都存在地质灾害隐患。应加强对地质灾害的综合研究,提高抗灾防灾科学技术水平。     

黑龙江省黑宝山-木耳气盆地环境地质问题及防治对策

文章介绍了黑宝山-木耳气盆地的经济地理秦件，地质环境背景，阐述了盆地的主要环境地质问题。第一环境地质问题即自然环境中存在的与地质有关的各种问题，它是由内动力地质作用和外动力地质作用引起的；区内主要有冻土。第二环境地质问题即由于人类各种工程、经济活动而引起昀与地质环境有关的问题；如水土流失、矿井塌陷、地表水、地下水及土壤污染等。论述了各环境地质问题产生的地区，分析了各主要问题的特征，形成条件及危害。     

地质约束条件下的地质体智能综合方法研究

地质体综合是地质图编制工作的重中之重,因其处理涉及内容多、业务逻辑复杂、重复工作量大,是影响编图工作推进的主要因素。为了能够实现地质体的高效综合,文章提出了一种以地质约束条件(专家知识)为核心、以制图综合为空间图形合并手段的新型地质体智能综合方法,设计并实现了围绕地质专家知识(如地质年代、地层名称等)规则映射开展的三种地质体综合方法(同属性合并、交互式选择合并、绘图合并)。使用北山地区地质图数据对地质体综合模块进行测试,经反复对比实验,证实了该方法不仅能够快速实现地质体空间图形的"一键式"合并,还可以自动完成地质知识的映射与赋值,综合结果符合地质规律。该方法为反映地质空间分布前提下对图件中地质体或其他面图元的精简提供了一种有效的自动化工具。      

青海麦秀山滑坡形成机理分析

文章从地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象条件等方面,对青海麦秀山滑坡的产生机理进行分析,重点阐明地质构造对地质灾害的控制作用。3个滑坡形成的基本机理:滑坡均在断层带,所处地层岩体均因受构造作用,节理裂隙发育,岩体多呈破碎状,风化强烈,表层泥质砂砾岩已全风化成土状,加之岩体破碎,裂隙发育,地表水、地下水补给充分,加速了岩石的风化、泥化,长期在丰富饱和的地下水的浸泡下形成可塑、软塑泥状物,其滑动带主要依附于硬塑-软塑的过渡层,滑床为较硬的砂砾岩。由此建议,对修建山区公路时所遇到的舒缓坡地,应慎重判识是否存在滑坡灾害,并采用合理的绕避或工程措施,将地质灾害在公路建设中产生的损失及不良影响降到最低点。     

论土地资源与地质灾害的双重属性与发展态势

土地资源与地质灾害都有双重属性。地球表层系统的演变、自然环境的变化和人类社会活动是土地资源与地质灾害形成与变化的双重原因。近年来,一方面自然变异加剧和人类过量开发利用土地资源导致地质灾害严重;另一方面严重的地质灾害又会对土地资源进一步造成破坏,由此产生的恶性循环已成为社会经济可持续发展的突出问题。由于自然变异是不以人类的意愿为转移的,那么,顺应自然规律,约束并规范人类社会活动范围、消除不良行为是减轻地质灾害、可持续利用土地资源的最佳策略。      

安溪县剑斗镇湖丘角落地面塌陷成因分析

2002年6月30日，福建省安溪县剑斗镇湖丘角落发生地面塌陷，造成房屋倒塌，人员伤亡。通过对该区环境地质条件和地面塌陷分布规律的分析与研究认为：塌陷区内岩溶裂隙发育是形成地面塌陷地质条件；矿井对地下水的疏干这是导致地面塌陷或不均匀沉降产生地裂缝的内在动力；深部及周围石灰岩矿的开采，为岩溶洞隙充填物提供了被搬运带走的空间，使得潜蚀作用可以不断地向上扩展；强降雨是加速岩溶区地面塌陷的外部动力。     

Constraining Surface Interpolations Using Elastic Plate Bending Solutions with Applications to Geologic Folding

Geologic surface interpolations can be augmented by adding physical constraints to available data. Here a method is outlined that allows one to constrain surface interpolations for two geologic surfaces based on the apparent thickness of the bounded layer. The resulting interpolation scheme is posed as a quadratic programming in which the interpolation of each surface is solved approximately and subject to linear constraints on the apparent thickness. Results can be further improved by adding cubic polynomials to the interpolating functions to regularize the problem. In one-dimensional interpolations of geologic folds, the method improves the results over unconstrained interpolations by eliminating interpenetrations (negative apparent thicknesses) and regions of small apparent thicknesses. In a two-dimensional application for the monocline at Raplee Ridge, UT, the capability of this method is illustrated by overcoming interpenetration of two surfaces, the tops of the Mendenhall oil sand and the Unnamed limestone. The minimum curvature spline interpolation is applied to topographic data taken from an airborne laser swath mapping (ALSM) survey and interpolated by detailed geologic mapping. This method can be extended to allow for multiple layers.