基于ArcGIS的钻孔三维层序——构造可视化建模

以廊坊市为例,收集和利用廊坊市区范围的工程地质、水文地质、城市建设等约200～300个场地钻孔资料,通过层序地层分层法、数据处理、三维钻孔数据库建立及三维空间拟合,采用ESRI公司的ArcGIS软件进行第四系三维地层构造建模和可视化分析。     

三维地层信息系统在岩土工程中应用研究

根据岩土介质中复杂的地质现象及其地层的层状展铺特性,建立了三维地层模型。三维地层信息系统在岩土工程中的重要作用就是数据库管理功能、复杂的地质现象的可视化及分析功能。阐述了3DSIS的功能和应用,提出了3DSIS与数值分析方法、专家系统耦合集成的模型。     

城市级三维地质建模的统一地层序列方法

三维地质建模是“智慧城市”建设的基础内容之一,涉及数百平方公里到数千平方公里的城市级地质范围。由于城市级地质范围跨越地质单元多、地质情况复杂,传统的三维地质建模方法对跨地质单元的地层连线考虑不足,常导致不同地质单元间的地层连线出现错误。针对该问题,提出一种基于地层沉积顺序的统一地层序列方法,进而识别钻孔分层中的缺失和倒转情况,将同一岩性中倒转与正常的情况加以区分,避免建模时的错误连线或插值。通过添加0厚度层,使所有钻孔的地层序列可完全一致,构建各钻孔分层间的对应关系,以降低不同地质单元间的地层连线错误率。通过讨论地层缺失、倒转、重复等特殊情况和实例验证,研究结果能够有效地对城市级三维建模中各种地质情况的连线问题做出明确的判断,减少在跨越地质单元多、地质情况复杂的城市级三维地质建模中的地层连线错误,为“智慧城市”建设提供底层支撑。     

全国地层数据库系统设计方案

本文所述全国地层数据库是在省级地层数据库的基础上，通过地层分级存储多元组合，采用ＰＣ机和９０年代软件，运用Ｏｂｊｅｃｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ程序设计、文件流等一系列技术方法而建立。解决了全国地层清理主要成果卡片的定量和定性数据的录入及完整地层单位卡片的输出。实现了按断代、地层大区、省（市、区）的岩石地层单位同名、代号及新建单位有效性的监控及文献检索；同时能够生成以上有关的图形和表格。全国地层数据库建立后     

基于松散地层标准化的三维建模

由于北京的地理位置较为特殊,地质构造较为复杂,冲洪积扇和古河道等作用较为多样,第四纪地层剖面标准化工作进行的还不够详尽,发展较其他城市稍显滞后。本文通过前人对北京市平原区第四纪地层的划分,在已有基准孔网和三维结构的基础上,对常营地区第四纪地层进行了更为详尽的标准化分层(共分为39层),进而利用计算机建立了标准地层数据库,完成了三维准自动化地质体模型构建工作,实现了地面沉降模型与视电阻率属性模型的耦合显示,进行了基本分析,验证了研究区相同流域,距离1km2的区域通过标准化分层自动构建地质体模型。     

重大工程地下环境信息系统的设计与实现

地下环境信息系统是运用岩土工程、地理学、计算机图形学、计算数学等多学科理论和方法，以GIS技术为基础，结合数据库处理、C 语言编程、OpenGL编程技术、三维图像处理技术建立的对地下环境信息进行数据综合管理和分析的大型信息管理系统。结合笔者开发的广东省东深供水改造工程地下环境信息系统特点，阐述了重大工程地下环境信息系统的功能特征：探讨了GIS二次开发的主要技术，包括：SQL Server数据库处理技术、OpenGL三维图形编程技术、C Builder面向对象编程技术、MAPGIS二次开发技术等；建立了地层三维模型，并提出了映射变换和插值技术相结合的地层切剖原理，以及在地层三维显示和分析中实用的径向基函数插值、滑动最小二乘插值、分片Lagrange插值等方法；开发了数字制图与分析、地基基础设计计算与稳定性分析、三维空间分析的主要功能；提出了地面结构景观和地下空间一体化分析的研究方向，并初步实现其分析功能。最后，在东深供水改造工程中进行了成功应用。     

基于GOCAD的三维工程地质地层建模研究

三维工程地质地层模型的建立能够更为直观地观察城市地下空间的地质结构,能够为岩土勘察、设计和施工提供辅助参考。论文依据《长春市两横两纵快速路系统——二环路工程（二段标）岩土工程勘察报告（详勘）》中提供的钻孔数据,采用GOCAD三维地质建模软件建立了研究区局部路段地层分布的三维工程地质地层模型。通过应用实例证明,GOCAD软件具有快速建模,可视化效果良好的特点,能够较真实地反映地层实际分布情况,将其应用于岩土工程的勘察工作中是切实可行的。     

基于地层信息的三维洞室可视化仿真技术研究

在大规模的岩土工程建设中隧洞和洞室群是最为常见的地下结构。由于受岩土工程所处复杂地质条件的影响,针对地层和洞室的三维GIS综合建模及可视化分析是信息岩土工程面临的难题。讨论了基于栅格模型的地层三维建模技术,提出了由多层数字等高模型（DEM）生成三维地层的自适应控制算法。在此基础上,系统研究了地层中的三维洞室可视化仿真技术,提出了地层信息和洞室的三维综合建模技术,通过地下洞室的三维实体模型生成、洞室和地裙相减、洞室和地层相交等运算,实现了基于地层模型的洞室开挖与漫游,最终生成了赋含地层信息的三维洞室,并给出了一个典型的工程应用实例。     

沉积地层系统三维实体模型构建方法

全面系统地研究了沉积地层系统三维实体构模的原理、方法及实施过程。针对沉积地层系统的几何结构特征,提出了一种基于钻孔数据的三维实体模型生成方法“钻孔-层面-实体法”。该方法首先使用二分拓扑结构将钻孔数据离散化为一系列散点,基于这些散点插值拟合出各个地层顶、底界面的初始高程,自动推算出缺失地层的地质成因;然后按照不同的地质成因,自动对缺失地层及其控制界面进行交切处理、高程调整与一致性处理;最后生成用三维块体或三棱柱体元充填的三维实体模型。通过上海城建工程中的一个应用实例验证了“钻孔-层面-实体法”的有效性。     

工程地质钻孔信息模型及数据库研究

为了建立结构规范统一的工程地质勘察信息数据库,提出了“用户”与“系统”两级数据库相互映射的技术,把用户对数据的操作和计算机处理数据的过程分离开来。其中用户数据库面向用户的需要,系统数据库则满足信息管理的要求。在系统数据库中采用“块-层”结构的地层数据模型,对钻探区域进行了“地层层序”优化。“块-层”模型把钻探区域的“优化地层层序”作为一个基本块,针对性强,层次清晰地表达了复杂多变的地层信息,将有不同地层层序的各个钻探点统一成相同的结构,解决了在地层模型中难以表达地层翻转、缺失信息的问题,极大地方便了后续的信息处理和钻孔数据插值的进行。     

地质三维信息模型研究及其应用

地质三维模型研究与应用在地质构造研究、资源勘探与开发等领域具有十分重要的意义。针对地质勘探等原始离散数据采用UML建立数据静态结构模型,利于GIS空间数据库集中存储管理;根据原始数据的特征,采用矢量层面构模技术建立了三维层面模型,生成地层表面和地层层间实体的连续数据;三维可视化模型采用流行的OpenGL图形技术,实现了原始数据、特征层表面和地质体三维显示与交互式剖切操作等。基于组件开发技术建立了地质三维信息模型系统,成功应用于城市地质勘察三维建模与可视化分析,并指出可在三个层次对此模型进行重用与扩展,具有较高的推广应用价值。     

基于实体建模的三维地层构造

以三维实体模型为基础,提出了三维地层实体模型,给出了三维实体地层模型的体系数据结构和几何拓扑结构,完整描述了三维地层模型。给出了地层模型的构造过程,并讨论了地层缺失、倒转等的特殊地质状况的构模处理方法。三维地层实体模型是完整,全面的地层模型,比基于多层网格和三棱柱体元的地层模型具有更多的优点。     

工程地质中基于OpenCASCADE的地表和地层三维建模

为了更加直观和准确地分析工程地质中的地质信息,通过对比分析传统三角网建模方法的优缺点,展示了OpenCASCADE曲面建模技术在三维模型中的连续程度、光滑度、细腻度等方面的优势.利用该技术建立三维地表和地层层面模型,并通过地层层面的求交和缝合技术完成了地层层间实体模型构建.基于OpenCASCADE几何造型库在VC＋＋平台下实现了地表、地层模型的三维可视化和场景控制功能.通过桥梁工程地质的实例应用,结果表明：三维地表地层模型的应用可以有效提高工程建设中地质分析和地质解译的直观性和可靠性.     

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。     

地质断层三维构模技术研究

对包含断层的复杂地质体三维构模技术展开讨论并提出相应的解决方案。分析了实际勘察所获取的断层数据类型,设计了标准的断层数据库格式;系统地评价了两类基本的断层构模方法（即基于地层恢复的断层构模技术和基于分区插值的断层构模技术）,分析了各自的特点和不足,在此基础上提出了断层与地层的统一构模技术;该技术既能应用于同沉积断层,又能适应断层终止于地层内部的情况,还能处理具有多值面的逆断层构造的拟合问题,在理论上能够构造任意复杂的断层系统。通过北京奥运公园场址的断层构模实例验证了该方法的有效性。     

基于剖面重构的三维地层建模

在石油物探、工程地质等领域通常需要建立复杂的三维地层模型,并利用模型进行模拟计算或地质研究。这里在分析三维地层建模特点的基础上,提出了一套完整的基于剖面重构的三维地层建模算法。该算法可辅助用户充分利用已有资料,进行交互式建模,简单、高效,并且可以构造出含有断层的复杂模型,因而具有较强的实用性。     

塔里木盆地北部古生代层序地层系统

层序地层系统，本质上就是以各种不同级次的海平面变化所控制的不同级次的沉积层序为单位，在年代地层学格架中所建立起来的地层系统。本文以露头剖面的层序地层研究为主要依据，结合生物地层和地震地层的研究成果，在进行详细层序划分的基础上，在塔里木盆地北部古生代地层中建立起了由不同周期叠加的海平面变化所控制的不同级次的层序所组成的层序地层系统。通过生物地层和层序地层相结合的方法，厘定并标定了一系列重要地质界线的     

新西兰Taranaki盆地中新世Kora火山高精度地层格架

建立埋藏火山的高精度地层格架对了解火山系统的演化、储层成因和资源潜力等具有重要意义.以新西兰Taranaki盆地中新世Kora火山为例,利用小波变换和井震联合对比等方法,开展火山地层高精度格架分析.在Kora火山识别出20个堆积单元,主要为火山碎屑堆积单元以及再搬运碎屑堆积单元,可合并为5个部分（相当于5个火山机构）;整体上火山地层的建造与喷发中心的形成和迁移有关. 利用井和常规三维地震数据可以较为准确地识别出喷发间断不整合界面系统、可建立堆积单元尺度的高精度地层格架,利用常规三维地震数据只能识别出部分喷发间断不整合界面、只能建立火山机构尺度的地层格架. 相对年代的高精度地层格架是埋藏火山的更好选择.      

《四川省岩石地层》概要

新书《四川省岩石地层》以现代地层学概念和原理，对四川省之元古宙—第三纪岩石地层序列进行了系统清理和厘定，阐明了３３０个拟采用岩石地层单位的定义和层型，建立了省地层数据库．本文对该书的主要成果进行扼要介绍．     

基于非开挖随钻检测系统与随机森林的地层岩性识别

通过自主研发设计的非开挖随钻检测系统,采集非开挖钻进参数,进行非开挖钻进实时地层岩性识别,为非开挖施工提供安全信息保证。针对非开挖工程工勘资料缺乏,掘进地层岩性难以判断的问题,提出了一种基于非开挖随钻检测系统实时采集数据,利用随机森林算法建立地层识别模型,通过模型去识别未知地层,并将识别结果可视化展示。通过非开挖随钻检测系统在工程现场的实际应用,获得了包括钻速、扭矩、转速、拉力、泵压、泵量等钻进敏感参数作为训练样本,利用随机森林算法对采集的钻进参数进行训练,构造决策树与随机森林,对钻进参数进行分类,建立了以典型非开挖地层岩性分类为目标的分类模型,分别确定了杂填土、黏土、粉细砂、砾石和淤泥的地层分类标签。进一步,基于机器学习的分类结果,利用PCA主成分分析将地层识别特征降维至三维,实现了地层岩性识别结果的三维展示。将预测模型应用于实际工程,以验证其有效性。结果表明,该方法能在非开挖实时钻进条件下快速识别钻进地层,识别正确率高达92%。该研究成果通过采集导向随钻参数,识别非开挖掘进段地层岩性,为非开挖扩孔阶段钻具选型、泥浆设计等提供了重要信息。