引入虚拟钻孔的地层连接推理与地质体建模

结合南京市城市地质调查信息系统项目,将虚拟钻孔引入到地层连接对比过程中,借用广义三棱柱数据模型,实现了地层连接的自动推理和地质体建模。从钻孔数据建模的难点分析入手,介绍了基于钻孔的地表不规则三角形网的生成方法,重点介绍了将虚拟钻孔引入到地层尖灭情况下的地层对比连接算法,最后介绍了该方法在实际应用过程中的情况。该方法能够实现地层连接的自动推理分析,实现地质体的自动建模,减少人工交互建模的工作量。     

三维地质建模中虚拟钻孔的引入及其确定

三维地质建模中由于地质数据缺乏导致模型难以控制三维形体边界特征,直接影响到模型的实用价值.针对这一问题,文章引入了虚拟钻孔,用于增加数据点密度,有效控制三维形体边界.以地层受断层破坏为例,分别就地层与断层4种典型空间分布组合特征下虚拟钻孔的确定方法进行了研究,提出了相应解决方案.由于虚拟钻孔具有普通钻孔的性质,在数据存储方式、数据结构和表达方式等方面具有一致性,可以加快三维地质建模,提高建模精度.     

济南泉域重点地段可视化三维地质模型建立

为深化对济南泉域的认识,运用已有钻孔、地质图、地形图及剖面图等多源地质数据,通过对钻孔数据、地质边界、DEM数据、断层数据以及辅助数据等多源数据进行耦合,对剖面进行CAD设计以完善空间信息,建立了济南泉域钻孔模型、断层模型、层面模型,采用Horizons-to-solids方法实现了实体模型的重构,最终完成了济南保泉三维地质建模。该模型实现了空间信息全方位、一体化显示,刻画了地质对象之间复杂的空间关系,解决了地质空间数据的查询、分析、计算与管理,为济南保泉工作提供了有力的地质依据。     

基于多源数据的三维地质建模——以东莞市滨海湾新区为例

由于地质结构的复杂性、地质数据的多源异构性,复杂地质体的快速自动化建模一直是三维地质建模领域的研究难点。本文以东莞市滨海湾新区为例,使用MAPGIS 10.0软件,采用基于多源数据约束的钻孔自动建模和基岩产状下推建模融合的建模方法,并在区域分界面-基岩顶面的约束下实现第四系地质体与基岩地质体的无缝拼接,实现了复杂层状地质体的快速自动构建。对于建模区域第四系地质体的构建,采用针对层状地质体建模的多源数据约束钻孔自动建模方法,以钻孔为基础数据,采用不规则三角网构建第四系地质界面,同时加入地质剖面、地质图、数字高程模型等多源数据作为约束,弥补了钻孔分布的不均匀性,使建立的模型更加符合实际地质情况。对于浅层基岩地质体的构建,使用基于基岩地质图、断层和产状信息的基岩产状下推建模方法,在保证建模效果的前提下,提高了建模效率和自动化程度,并能准确地反映断层等地质现象。计算的实际孔与模型孔的地层厚度差值表明构建的三维地质模型精度较高,可为东莞市滨海湾新区城市地质工作提供重要的基础数据支撑。     

利用GEOSIS软件平台建立三维地质可视模型——以典型岩溶流域湖南洛塔为例

探讨了洛塔典型岩溶流域在缺乏钻孔资料的情况下,利用系列地质剖面、地质图、DEM等现有资料建立三维地质模型的建模方法及模型的应用。其中地质剖面数据的获取采用了计算机自动提取地形高程、地层界线、地下河位置等信息制图,精确快速。三维建模过程使用Geo SIS三维地质建模软件平台,以超体元实体模型、断层数学模型、褶皱几何模型等进行建模,模型形象逼真。建好的三维模型可以进行任意方向、角度的切割;进行地下漫游、放大、三维观察地层与断层之间的关系;进行揭层三维显示及单层三维显示; 进行任意形状的开挖显示。从建模的角度考虑,该方法对仅有地形图、水文地质图和极少量钻孔资料的情况下建立三维地质模型,具有普遍推广的意义。      

异源点集下三维断层建模方法

用于断层建模的异源点集,因其具有不同特征而影响到建模途径和方法。以三维断层模型的3D GIS应用为目标,分析了原始地质观测点集、钻孔点集、剖面点集和平面点集的信息构成特征,提出了异源点集下三维断层数据模型的构建方法和流程。原始地质观测点集和钻孔点集间接表达了断层的空间特征,通过空间平面、曲面和曲线构建了断层面、地层面和断层交线的数学模型,并借助于连续模型的离散化,实现了独立断层建模点集的重建;剖面点集和平面点集可直接用于断层建模。以双TIN面模型为例阐述了断层三维模型的构建方法。      

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。     

基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。     

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。     

基于规则网格的复杂断层网络处理与建模

断层建模是三维地质结构建模中的主要过程之一。断层面建模过程中需要根据断层间的空间接触或者切割关系进行几何曲面的裁剪,目前方法利用三角网求交算法进行曲面裁剪,但是该算法处理复杂断层面切割关系时往往不稳定。笔者等提出了基于规则网格的复杂断层网络处理与自动化建模的方法和流程,详细讨论了基于网格化的断层网络模型形式化理论表达、建模流程中的断层网络空间关系构建以及相交裁剪处理算法等核心步骤。利用测试数据和煤矿三维地震构造解释数据进行了验证,表明该方法可以有效处理多条互相切割、主辅关系复杂的断层网络,具有较好的算法稳定性;与SKUA—GOCAD断层建模方法对比,能够减少交互过程,提高断层建模的自动化程度。     

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。     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。     

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。     

Representing the geological body heterogeneous property field using the quadratic generalized tri-prism volume function model (QGTPVF)

3D geological modeling should be an effective tool for accurately representing the geometric structure boundary and internal property fields of geological body. However, conventional methods have rarely focused on the expression of geological heterogeneous properties, known as 4D modeling. A volume function is defined as a piecewise mathematic function that describes a parameterized geological property field and created by fitting the property functions of certain 3D voxels. The quadratic generalized tri-prism volume function (QGTPVF) model is proposed for representing geological property fields with a sedimentary strata structure based on the volume function method and generalized tri-prism (GTP) voxel model. A QGTPVF is designed for borehole sample points, and it interpolates geological properties by fitting quadratic volume functions combined with the influence of geological geometric structure constraints, including stratum interfaces and fault planes. This research mainly focuses on the QGTPVF definition and fitting method, single GTP volume function is a continuous quadratic function, and a property smoothing along directionally adjacent bedding GTPs method is also studied, so geological property field is also expressed by the smooth function. A preprocessing method of faults geological structures is given, and the general framework QGTPVF is also discussed for practical applications. The QGTPVF model could be converted to tetrahedron voxel and 3D grid models for calculation and analysis easily. An example on a porosity property field is studied to verify the method’s accuracy and reliability by comparing to Kriging and inverse distance weighted interpolation methods, and the result of accuracy and time complexity are better, so the QGTPVF provides a new solution for modeling geological property fields.     

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。     

基于ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法

与传统的二维（2D）地质绘图技术相比,三维地质建模技术能够更加直观、立体地展现地下岩层的结构和空间分布情况,在工程的规划、设计、施工和风险评估等过程都具有重要的应用价值。针对工程领域的建模对象往往涉及复杂地质体,为实现模型的自动构建,本文提出一种基ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法。首先,在ArcGIS平台的支持下,以钻孔数据和地质剖面图为数据源,采用面向对象编程Python语言结合ArcPy包,通过编程实现钻孔数据的自动预处理;其次,组合ArcScan自动矢量化和SkechUp人机交互对地质剖面进行预处理,从中提取出断裂3D矢量线,将它们集中存储于GIS空间数据库;然后,利用ModelBuilder可视化建模工具,通过调用ArcToolbox的文件转换和空间分析工具分别生成地层的三维实体模型和断裂的三维表面模型,从而实现复杂地质体自动建模;进一步,通过矢量化切割、剖面和开挖多边形作为TIN拉伸扩展工具的输入,并结合ArcScene实现模型多种形式的可视化。最后,采用南京仙林地区三维地质调查项目获取的钻孔数据进行了建模实验,建模结果表明:该方法具有准确、快速和自动化的优势,可为大范围、大批量地质建模提供可靠的技术方案。     

层状地质体的三维模拟与可视化

文中探讨了层状地质体的三维模拟与可视化方法和技术。地质数据通常是有限的、空间上分布不均匀的点数据 ,需要大量使用插值技术来形成合理的模型。简单层状实体可在二维插值的基础上 ,按照这些面的空间位置叠加 ,形成三维体模型。复杂的层状体包括沉积相以及一些物性参数的空间变化 ,断层等形成的不连续以及复杂的褶皱等。这些实体的模拟与可视化 ,需要进行三维插值 ,并根据不同现象的特点选择合适的方法。合理的专家知识或地质解释的交互加入 ,是形成合理的三维模型的关键。     

基于三维地质模型的地下洞室群地震动力响应分析

工程区域地质条件是影响地下洞室群稳定的重要因素,而通用数值分析软件在建立复杂地质模型时存在建模时间长、准确度低、不能真实反映复杂地质特征等困难。针对此问题,采用以非均匀有理B样条（NURBS)为主的混合数据结构,对复杂区域地质构造进行了三维建模,建立了西南某水电站大型地下洞室群的三维地质模型。并以此模型为基础,建立了包括空间曲面断层、地层等复杂地质因素的数值模型,结合ABAQUS的隐式和显式分析,对洞室开挖和地震作用下的动力时程响应进行了仿真分析。分析结果表明,该方法不仅较大程度地反映了实际地质情况,而且有利于数值仿真分析的网格剖分与计算,从而为分析地下洞室群地震反应提供了三维数值模型,为地震作用下洞室的安全性评价提供了重要的技术支持。     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

三维地质建模方法在复杂断块油气藏研究中的应用

断块油气藏断层发育,构造复杂,应用确定性地质建模技术可实现构造模型的三维可视化.通过对油气藏顶底层面断层线的精确编辑,实现油气藏内部断层之间复杂的切割关系,从而形成油气藏精确构造模型,解决了内部被多条断层切割的复杂油气藏构造建模研究过程中回避内部断层的缺陷.该技术可以建立油气藏精确构造模型,并在梨树断陷河山地区地震反演的应用中取得了较好的效果.