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。     

多地震属性体实时融合三维可视化技术

多属性融合技术是近年来针对单一属性的局限性而发展起来的一项新技术。通过研究三维空间中多种地震属性体实时融合技术,提出了一种实现方案。采用八叉树结构有效进行数据的动态管理,基于Shader编程技术,利用GPU可编程管线加速,实现多属性体融合的三维可视化。基于该方案,研发了三维可视化多属性体融合系统,实现了基于RGB映射和属性加权的两种融合技术,保证了多属性体高质量实时融合渲染,通过实际应用取得了良好效果。     

煤矿采区三维地震属性应用中的风险分析与动态解释

随着地震属性技术的发展,属性解释面向煤矿采区生产要求的精度,其成果可靠性存在一定风险,这与地震属性应用中存在不确定性和非唯一性有关。笔者着重对地震属性应用风险的影响因素进行了分析;并用实例证明,把三维地震属性信息与矿井巷道揭露的地质信息相融合,实现动态解释,是提高煤矿采区三维地震属性解释成果可靠性的重要技术路径。     

异常结构三维综合系统的开发和应用

地球化学异常结构三维综合系统的开发和应用是为了满足地球化学多维异常体系的研究而逐步展开的。应用于深部找矿预测的多维异常结构方法,从钻孔岩芯直接采样,获得了具有真三维属性的地球化学数据,研究者迫切需要在三维场景下对所获三维地球化学数据进行解读和表达。异常结构三维综合系统(3D-MDAS)是利用三维可视化和地质体三维建模技术,在MapGIS K9平台上进行二次开发获得的。本系统实现了地上、地下数据模型的一体化显示,实现了实体模型与属性模型的耦合一体化显示,在此基础上还可以对异常结构进行空间分析,建立三维地球化学找矿模型。笔者详细阐述了三维异常结构3D综合系统的三维建模思路和技术,并用安徽马头矿区的实际应用成果给以说明。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。     

三维地震属性分析解释技术在山西赵庄矿的应用

依托山西晋煤集团赵庄矿三维地震勘探项目进行三维地震属性分析解释技术的应用研究,对其关键技术进行了重点描述,并应用多种属性联合解释方式与三维可视化技术、三维地质建模技术相结合,对小的断层和陷落柱等进行了解释。同时,选取多种属性作为BP神经网络预测模型的基本参数,预测了煤层的厚度。通过对比目前煤田三维地震勘探中通行的常规资料处理解释和属性分析解释两种方法的效果,认为属性分析解释更加精细,成果更加可靠。     

三维地震资料的精细解释技术

提出了在普通微机上实现三维地震属性参数提取、提纯、降维、去噪和多种属性综合处理的思路和方法,并在三维地震实际探采对比资料中进行了应用。结果表明,该方法对于 5 m以下小断层的解释取得了突破,显示出了良好的地质效果,同时也对传统地震垂向分辨率的极限提出了质疑。      

地质结构约束下的城市多要素三维属性建模方法研究——以西咸新区为例

支持结构——属性一体化表达的建模方法是三维建模研究的重点和难点之一。已有三维地质建模技术往往存在结构与属性建模过程的割裂，难以实现对地质结构先验知识与属性分析模拟的融合表达。笔者以西咸新区工程地质建模为例，基于多要素精细化探测成果，建立区域统一的地质构造框架模型；在地质构造约束下，充分考虑地质单元特征，精细剖分建模网格，采用随机模拟算法开展属性建模研究，从而实现地质结构约束下的三维属性模型构建。本方法既保留了构造建模对层面的清晰划分,又可以在地层内部更加合理地展现地质属性的空间分布和变化，能够在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域得到应用。     

基于Monte Carlo模拟的三维剖面地质界线不确定性分析

三维剖面地质界线是构建三维地质结构模型的重要基础数据,其不确定性会影响三维模型的几何形态和属性分布。以单一分布为假设前提的统计学不确定性分析方法掩盖了其他概率分布特征对模型的影响。突破单一误差分布条件的假设前提,本文使用Monte Carlo方法模拟了不同概率分布情况下地质剖面数据中地质界线的抽样采集,以及地质界线空间分布的不确定性;依托地质界线空间位置与地质属性的耦合关系,提出了用地质属性概率分布实现地质界线空间不确定性的定量可视化,并结合实际地质剖面探讨了多种概率分布条件下地质界线的空间不确定性。实例研究表明,基于Monte Carlo模拟的不确定性分析方法可以突破单一误差分布假设条件,结合地质属性概率可充分揭示出建模数据的内在不确定性与模型外在要素形态之间的耦合关系。     

矿山三维GIS研究进展

矿山三维GIS利用3D数据结构来描述矿山三维实体,利用可视化、虚拟现实等技术实现矿山数据的三维显示.矿山三维GIS可有效地提供矿山三维数据的整合处理方法,完成矿山数据的三维建模及可视化,实现多源数据的空间分析,指导矿山规划和监控.     

Influence of three-dimensional roughness of rock fracture on seepage characteristics based on the digital image technology

Digital image processing technology can objectively reflect the surface roughness of coal and rock mass fractures and turn physical properties such as fluctuation height to physical data of the rock fracture surface to be used for numerical analyses; thus, it can effectively be applied to the seepage flow analysis of rock fractures. First, clear digital images of the fracture surface height are obtained under the same camera conditions, and then characteristic function values specific to various structure are normalized. Subsequently, the fluctuation height distribution of the rock surface is restored according to the measured fluctuation heights of local points. Finally, according to the surface fluctuation of fractures, invasive restructuring is carried out for three-dimensional fractures in the same coordinate system. Obtained physical parameters on the three-dimensional fractures of the rock are inputted into the COMSOL Multiphysics software to obtain the characteristic three-dimensional model of the rock fracture surface. The numerical analysis results are compared with experimental data on fracture seepage obtained from a seepage coupling true triaxial test system, and the relevance between the simulated result and the physical experiment is higher than 90%, which confirms that the integration of the digital image technology and the numerical analysis method can effectively simulate seepage in rough fractures. The hydraulic gradient of rough fractures and seepage velocity are also consistent with Forchheimer flow characteristics.     

Study on Three-dimensional Visualization for Rock Structure

The visualization of rock structure is a very useful and important technique in many aspects in geological and geotechnical engineering such as investigating and evaluating the stability of a high rock slope. The conventional method used to visualize rock structure is limited to plotting the orientation of individual discontinuities by using the Schmidt stereographic net. The present paper shows a new technique to visualize the three-dimensional structure of rock masses. The fitting function for three-dimensional rock structure was established based on data gathered from field survey. Two fitting methods by which the discontinuous points gathered from a plane and discrete points from field survey were fitted respectively are suggested. The technique to visualize the three-dimensional structure of rock masses includes many aspects such as projection transformation, blanking and mutual cutting, are investigated. Based on the visualizing technique, the rock structure at the site of Xilupdu dam which is being built in Southwest of China was investigated.     

基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

棒式光纤传感器在地下洞群模型试验中的应用

地质力学模型试验是在复杂条件下进行大型地下洞室围岩稳定性分析的重要研究手段,能够真实地反映地质构造和工程结构的空间关系,准确模拟施工过程对厂房稳定性的影响以及岩体的破坏特征。双江口水电站地下洞群模型试验中采用预留孔径灌胶方式进行高精度的棒式光纤光栅（FBG）位移传感器的埋设,以便对洞室周边的位移进行量测,同时应用FLAC3D进行数值模拟比较。结果表明：棒式光纤光栅传感器量测方法解决了模型试验中内部变形小、量测精度要求高的问题,与数值模拟结果相吻合;试验中传感器埋设的方法是成功的,无论是开挖阶段还是超载阶段传感器均能有效地监测模型内部变形,揭示地下洞室群模型在开挖阶段和超载阶段的变形机制和破坏特征。     

溶蚀岩体三维随机洞体数学模型的设计

溶蚀岩体是地质体中一种特定的岩体 ,它在水流等自然因素作用下 ,生成了许多溶蚀洞体 ,本文首先对作为其载体的三维地质体进行数学描述和显示 ,然后对如何确定椭球洞体形状和大小、复杂洞体的生成、三维随机洞体的数学模型以及确定性洞体的数学描述和计算机显示进行了详尽的阐述。本文提出的溶蚀岩体三维随机洞体的数学模型为溶蚀岩体的溶蚀率和渗透特性的研究提供了可视化手段 ,能够有力地指导溶蚀岩体三维随机洞体的计算机显示的编程实践     

类中梯装置的大功率三维激电法在甘肃花牛山金矿勘查中的应用

时间域激发极化法是应用于金矿勘查的一种重要地球物理勘探手段,以往主要采用中梯扫面和激电测深组合的方法获取激电异常。中梯扫面受限于单一固定供电极距,仅能反映某一深度的激电异常分布;常规对称四极激电测深由于需要对固定测点布设不同极距的供电电极,工作效率较低,并且不适合三维探测。近些年随着大功率、阵列观测技术发展起来的类中梯激电装置可在观测区布设多组不同极距的供电电极,兼顾了激电测深与激电剖面二者的特点,为常年干旱的戈壁滩地区金属矿深部勘查提供了一种可能的探测手段。本文基于类中梯装置大功率三维激电测量技术在甘肃花牛山金矿区开展时间域激发极化法实验工作。实验结果表明：类中梯装置大功率三维激电观测能快捷高效获得研究区不同深度的激电异常;采用与类中梯装置相适应的三维反演方法对激电数据进行三维反演,可获取研究区地下三维精细电性结构;基于矿区的三维电性结构并结合相关地质资料构建的三维地质-地球物理模型,与矿区已知金矿点位置吻合,并发现了三处潜在成矿点;类中梯装置大功率三维激电测量技术在供电困难的戈壁滩地区金属矿勘查中应用效果明显。     

煤田三维地震勘探放线测量精度的探讨与实践

讨论了煤田三维地震勘探测量的限差关系、精度和方法,并应用到晋城成庄矿三维地震勘探测量放线工作中,提高了三维地震勘探测量的精度和工作效率,有较高的实用价值.     

基于隧洞衬砌和等效锚杆模拟的密集地下洞室群稳定性分析

江坪河水电站右岸地下洞群依次布置为导流洞、泄洪放空洞、溢洪道①、溢洪道②四条隧洞,洞室密集,地质条件复杂。三维模型以洞室模拟为主,同时精确模拟了3个洞室出口边坡,4条较大断层,多个岩层分层及坡表的实际形态。洞室开挖后,采用预应力锚索、系统锚杆、初期衬砌和二期衬砌等多种支护措施。支护计算时,对预应力锚索进行了精细模拟。对系统锚杆采用二维“子模型”的进行等效计算,确保了必要的计算精度,提高了建模可行性和计算效率。两期衬砌模拟采用三维壳体结构单元中的Shell单元,通过2次位移等效分别得到考虑锚杆衬砌效应的修正后初期衬砌和二期衬砌变形参数。根据关键点的变形趋势及洞室的最大弯矩值的变化情况对衬砌厚度进行了优化。针对设计规范中衬砌结构配筋所需基础参数,指出利用衬砌单元可有效的读取衬砌弯矩值和剪力值,同时标定其具体位置。分析认为,泄洪洞开挖坡锚索和2条溢洪道之间的上层的对穿锚索可能由于水泥浆强度较低而出现滑移,同时指出加固措施使临空面的最大位移大幅降低,也能一定程度抑制塑性区发育。     

基于Hoek-Brown准则的三维边坡变形稳定性分析

采用Hoek-Brown准则,分析三维边坡在开挖扰动下的变形稳定性。以某露天矿边坡为工程背景,利用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)建立三维数值分析模型,并在边坡中布置若干监测点,利用FISH语言编制相应位移插值程序,探讨边坡开挖引起的动静态位移响应,从宏观角度揭示出边坡开挖后,不同区域的变形,为工程实践提供指导;介绍了强度折减技术在Hoek-Brown准则中的实施方法,采用计算不收敛失稳判据,计算边坡安全系数,从而进一步推广Hoek-Brown强度折减法在三维边坡稳定性分析中的应用。     

Consolidation of clays subjected to three-dimensional embankment loadings

A Fourier transform technique is presented which may be used to analyse three-dimensional consolidation problems for soils which are loaded by embankment shaped loadings that are rectangular in plan (or of arbitrary shape which can be divided into rectangles in plan). The introduction of a Fourier transform effectively reduces the three-dimensional problem to one involving only two spatial dimensions and this reduces computer storage and saves computing and data preparation time. The material properties of the soil may vary arbitrarily in the plane which is perpendicular to the axis associated with the variable eliminated during the Fourier transform. Solutions obtained using the method are compared with existing solutions in order to verify the theory and assess accuracy, and illustrative examples are given for problems involving the consolidation of soils under embankment loadings.