基于地质雷达和钻孔数据的三维地层建模

为了结合地质雷达探测图像和钻孔数据共同用于地层的三维建模,根据反射波组的同相性和反射波形的相似性,通过与钻孔采样数据的对比,从处理后的地质雷达数据中提取出虚拟钻孔数据用于建模;基于该类数据的一般分布特点,根据曲面光顺的条件构建了网格的插值算法。采用该方法对某区域进行了三维地层建模。     

基于钻孔数据的三维地层建模关键技术

在基于钻孔数据进行三维地层建模方法中,钻孔样本间地层层序不一致导致建模时难以确定各地层的拓扑关系,快速准确地确定各地层层序和充分利用钻孔数据是建模的关键难点之一。拟通过综合考虑区域内所有钻孔数据,基于地质解释方法理论,以地层出现次数频率高原则进行全自动确定地层层序。首次引入子钻孔递归思想,利用表面建模方法,自下而上逐层创建三维地层模型,可确保钻孔数据不丢失且准确地应用于地层建模中,并能适应地层尖灭、地层超覆、透镜体等复杂地质构造。该方法地学意义明确,具有鲁棒性好、运行效率高及可操作性强等特点,算法已在同济曙光软件中实现,并已在多个实际地质建模工程中得到了验证。研究结果表明,该算法能充分利用已有钻孔信息,建模过程全自动完成,对复杂地层建模亦具有较强的适应性。     

基于钻孔数据的地层三维建模与可视化研究

地质体三维建模是地学信息系统核心课题之一,对现有建模方法进行分析,结合地层特点,提出首先引入虚拟钻孔,利用Kriging插值方法建立地层三维模型;其次把虚拟钻孔参数的调试结果及专家知识等资料在建模流程中予以充分体现,从而建立相对精确的三维地层模型;最后基于本文建模方法开发了一个三维地层模型,并用实际资料进行了验证,能有效满足工程需求。     

基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法

在三维地质建模过程中,通过引入一定数量的虚拟钻孔,对地层分界面几何形态更加精确的控制,不仅能够明显改善地质分界面网格的质量,而且能够提高模型精度和可视化效果。现有虚拟钻孔的引入途径主要通过手工添加实现,受人为主观因素影响较大,且自动化水平低,耗时、费力,针对这一问题,提出了一种基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法。以地质勘查获取的钻孔数据和地质剖面图为数据源,在ArcGIS平台的支持下,综合运用自动矢量化（Arc Scan）、要素转点（Feature To Point）、创建TIN （Create Tin）、TIN转三角形（Tinto Triangle）、泰森多边形（Create Thiessen Polygons）和相交（Intersect）等空间分析和文件转换工具,分别生成断层构造和建模区域内的二维（2D）虚拟钻孔点;而后,在利用插值工具生成各地层栅格表面的基础上,结合图形插值（Interpolate Shape）工具将2D虚拟钻孔点投影为三维（3D）虚拟钻孔;然后,利用Model Builder可视化建模工具设计了生成虚拟钻孔的模型,实现虚拟钻孔创建的自动化;最后,将获得的3D虚拟钻孔应用于三维地质建模,并进行了建模对比实验,结果表明,该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。      

一种基于钻孔地质数据的快速递进三维地质建模方法

三维地质建模是地质数据可视化和空间分析的关键技术之一。针对传统建模方法建模速度慢、建模效率和精度较低的问题,提出了一种直接基于钻孔的点→线→面→体快速递进三维地质建模方法。该方法先对钻孔地层信息进行人机交互对比构成地质剖面,再按钻孔实际坐标在三维空间中还原地质剖面的实际位置,接着通过对剖面间的地层连线进行Kriging插值,形成一系列地层面模型,然后以此为基础构建三维地质框架模型,最后利用BSP矢量剪切技术来裁剪模型边界,形成研究区三维地质模型。该方法在福州市上街镇三维城市地质模型构建的实际应用中得到了验证。实践结果表明,该方法不仅可以实现三维地质模型的快速构建,还可以显著提高三维地质模型的精度。     

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。     

三维地层建模钻孔数据预处理研究

钻孔数据是三维地层建模的主要数据来源之一,在三维地层建模中,地层界面一般基于钻孔数据插值而成,正确处理钻孔数据是构建理想三维地层模型的前提和基础。三维地层拓扑关系极其复杂,地层界面插值数据在数学上选择也不是惟一的,因此,常导致构建地层模型出现与事实相悖的情形。针对这一点,根据地层地质演变历史,建立地层层序序列,此序列记录地层地质年代顺序及其拓扑关系。根据地层地质特征,可将地层拓扑关系概化为两类：“覆盖”和“侵蚀”。据此地层层序序列可惟一确定地层界面插值数据,从而构建正确地层模型。采用python语言实现了该钻孔数据预处理算法,实例表明,该预处理方案能正确地预测实际地层。     

含复杂倒转的地层层序统一修正与连接方法

在三维地质模型构建过程中,由于复杂地质构造运动形成的地层倒转、褶皱、节理等现象,传统的地层连接方法对相邻钻孔的地层对应考虑不足,从而导致三维模型地层连接不合理.针对该问题,提出一种含复杂倒转的地层层序统一修正与连接方法,引入逻辑钻孔递归统一地层层序思想,通过地层底板高程插值依据倒转地层的判别规则计算零厚度层的插入位置,统一钻孔的地层序列及修正标准地层层序,对钻孔中倒转、缺失、重复问题进行建模前的处理.通过讨论地层缺失、倒转、重复等复杂地层构造情况和实验验证,研究结果表明该方法能够充分解决零厚度层插入位置的二义性和倒转地层判定的二义性问题.该算法能够有效解决复杂地层倒转现象,为三维地质建模中地层连接提供依据.     

基于Voronoi图的三维地层自动建模方法

三维地质建模是一项学科交叉的研究内容,也是学界的研究热点。针对目前三维地质建模方法中建模效率差、自动化程度低以及对地层尖灭、夹层识别不足的问题,提出一种基于钻孔平面点集Voronoi图的三维地层自动建模方法。首先分析处理钻孔数据,按地层块体属性归类,而后通过平面连通性与高程连通性判定,确立基于Voronoi图的地层边界,最后将地层块体分为普通地层和夹层两种地层块体,分层构建地质模型。该方法在南京某地下工程中应用结果表明,文中建模适用于沉积地层的建模,能够较好地识别地层分布中常见的尖灭和夹层现象,实现,无需人工干预的自动化快速建模。     

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

基于MLS的FLAC3D复杂三维地质建模

针对岩土力学分析软件FLAC3D建模效率较低的不足之处,在分析FLAC3D建模命令以及网格模型＊.FLAC3D文件格式特点的基础上,介绍了空间坐标变换、MLS插值的方法与意义,并提出了新的建模方法,开发了相应的计算机辅助建模程序.该程序直接读取原始数据点,无需借助第三方软件,通过坐标变换、MLS插值,可快速生成具有复杂边界的地质模型,且便于材料参数和应力边界条件参数的赋值,可有效地提高工作效率.     

基于三维地质模型的排土场边坡整体稳定性探究

目前所广泛采用的平面应变分析手段,针对排土场边坡稳定性评价时有时会出现某剖面安全系数高于设定允许值,实际中却遭破坏的现象,除了常被提及的力学参数、本构模型等因素,排土场凹形夹持效应和凸形发散作用突出以及滑体端部效应的影响,是分析结果不能准确反映实际的根本原因之一。鉴于此,从平面高程数据、地质剖面、钻孔资料等条件,配合插值效果较为稳定的Kriging法对空间数据进行插值,建立排土场三维地质整体模型。然后,采用自编FISH语言接口程序,将地质模型导入FLAC3D中离散化并计算,较为简单、有效地实现三维地质建模、模型可视化、岩土工程计算分析三位一体功能,有效地克服了平面分析无法解决的上述问题。以攀钢兰尖铁矿尖山第7排土场为实,对其整体稳定性进行应力、应变分析,采用三维强度折减法计算排土场三维整体安全系数,与现场调查及平面计算结果较为一致。基于该模型的计算结果可以有效避免排土场空间效应和滑体端部效应,得到的排土场全域应力-应变规律,对露天矿排土场的生产管理,具有一定的指导意义。     

断层的三维可视化建模研究

断层的三维可视化建模是实现断层三维动态模拟的前提和基础。本文在探讨三维可视化建模的数据模型及剖面插值方法的基础上,提出将混合插值方法与B-Rep模型结合起来用于断层建模。基于GeoView三维可视化地学信息系统,将其应用于临清坳陷东部的三维构造-地层格架建模中,效果良好。     

地学三维模型光照与动态显示

介绍了一种具有真实感的地学三维模型光照显示的新方法,给出了三角网构建和曲面样条函数插值方法,讨论了适应三维模型光照显示的可见性测试、光照模型等算法和方法,实现了模型动态显示和剖面绘制。      

三维Kriging方法中的变异函数套合

三维属性建模是利用有限的采样数据, 通过插值或模拟的方法来重构地学属性在三维空间中的分布.将Kriging方法推广到三维空间, 从而演化为三维Kriging方法, 可以为三维属性建模提供可靠的手段.而三维Kriging方法面临的一大难题就是各向异性变异函数的套合.提出了一种简单通用的三维空间变异函数的套合方法.该方法以空间坐标基的变换为基础, 在套合时充分考虑轴向上变异差异的影响, 并由此提出各向异性变化率的概念; 论证了套合方法的可行性, 并通过地下水水质三维属性建模的实例对该方法进行了有效的验证.      

等值线绘图软件SURFER7.O中九种插值法介绍

SURFER软件是一个功能强大的绘制等值线图及三维立体图软件包，能迅速地将离散的测量数据通过插值转换为连续的数据曲面。SURFER7．0提供的内插方法多达九种，其中每一种内插方法都有其意义及相关的参数设置。作者在本文中主要介绍了该软件中的九种内插方法，并进行了应用示例。     

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。     

A Comparative Study for 3D Surface Modeling of Coal Deposit by Spatial Interpolation Approaches

The planning stages of mining require comprehensive and detailed analyses. The proper determination of the orebody boundary is one of the most important points to provide optimum model structure and projections. The limits can be determined by different methods based on the site geology. Although some three dimensional (3D) models were proposed for providing detailed information concerning a mine deposit, developing a solid model via a 3D approach is novelty. In other words, surface modeling should be performed for creating a solid model and determining limits of the deposit. In this way, sensible generation of the surface model can be achieved. This study investigated the estimation capability of the polynomial approach, which is a novel spatial interpolation method, for modeling a coal deposit surface. The performance of the proposed model was compared with some conventional methods in the literature. The results showed that the polynomial interpolation method is an effective method to employ for surface modeling of a mine deposit.     

基于子面模板库的第四纪三维地质模型快速构建

为了实现第四纪地质三维地质模型的快速半自动构建,利用地表地形图、第四系分区图、钻孔、剖面等第四系相关数据源,按照第四系具有的严格自上而下的标准层序,依次计算每一地层的地层分区.将所有地层分区图在一张平面图上进行叠加分析,得到平面分区求交后的碎小多边形集合即地层二维子面模板库.从二维子面模板库中提取各个地层所包含的子面,并利用钻孔、剖面上相应地层的高程样本数据插值得到地层的三维顶面和底面模型,进行拓扑处理建立三维地质模型.该方法完全参照第四系三维地质填图工作的基本流程,引入二维子面模板库的概念,通过将三维地层面构建分解为地层平面分布各子区域构建和地层子面高程计算两个部分,将三维建模过程中大量计算工作转化到二维平面中完成,在保证三维地质模型精度的前提下,大大提高了建模的效率.      

地震波正演模拟有限元法在微机上的实现

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波传播过程,比较细致地再现地震图像。但由于有限元法地震模型所需网格节点数多、数据规模大,使它的计算受到限制。采用对角化集中质量矩阵、刚度矩阵变二维为一维存贮,并通过使用有限差分吸收边界条件来处理地质模型的人为边界反射问题,从而使计算所需内存降低,计算时间减少,并能比较好地实现地震声波用有限元法计算,理论模型的计算结果验证了算法的正确性和可行性。