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。     

A Simple Monte Carlo Method for Locating the Three-dimensional Critical Slip Surface of a Slope

Based on the assumption of the plain-strain problem, various optimization or random search methods have been developed for locating the critical slip surfaces in slope-stability analysis, but none of such methods is applicable to the 3D case. In this paper, a simple Monte Carlo random simulation method is proposed to identify the 3D critical slip surface. Assuming the initial slip to be the lower part of a slip ellipsoid, the 3D critical slip surface is located by means of a minimized 3D safety factor. A column-based 3D slope stability analysis model is used to calculate this factor. In this study, some practical cases of known minimum safety factors and critical slip surfaces in 2D analysis are extended to 3D slope problems to locate the critical slip surfaces. Compared with the 2D result, the resulting 3D critical slip surface has no apparent difference in terms of only cross section, but the associated 3D safety factor is definitely higher.     

小尺度断层定量预测及对注水开发的影响——以渤中34油田为例

大尺度断层往往控制了沉积盆地的形成和油气成藏,而小尺度断层则影响着注水开发效果和剩余油分布.大尺度断层可以通过二维或三维地震资料识别,而小尺度断层的识别则特别困难.本文提出了一种基于断层分形生长模式和三维地质力学模拟相结合来确定小尺度断层的数量、发育位置和方位的方法,并根据油田开发动态资料来确定小尺度断层对注水开发和剩余油分布的影响.将地震上识别的大尺度断层引入到三维数值力学模型中,模拟大尺度断层形成时期断裂带附近的应力扰动作用,然后结合破裂准则来建立最易发生破裂的方位和最大库伦剪切应力网格,以这两套网格和断层尺度的幂律分布确定的小尺度断层数量为约束条件来确定随机模型,对小尺度断层的密度、产状和发育位置进行定量预测.研究表明:利用分形理论和三维地质力学模拟可以对大尺度断层伴生小尺度断层进行有效预测;小尺度断层对注水开发效果和剩余油分布的影响取决于小尺度断层的规模(断距)以及小尺度断层方位和注采方向的关系.     

西藏铁格隆南铜(金)矿床三维模型分析与深部预测

铁格隆南铜(金)矿床是近年来在班公湖-怒江成矿带西段多龙矿集区新发现的超大型Cu(Au-Ag)矿床。本文针对铁格隆南矿区深部找矿问题,以现代成矿地质理论和多元地学信息综合分析技术为支撑,以构建矿床找矿模型为指导,依托数据库技术、3S技术、三维建模与可视化技术及地质统计学理论与方法,开展基于矿产地质、地球物理、地球化学等成矿条件及找矿标志的三维地质实体建模与矿化异常三维空间重构,将铁格隆南矿床的预测评价研究拓展到三维空间,揭示了区内成矿地质特征、地球化学及地球物理异常表征,据此探讨了矿床的成因及矿体分布特征。并在此基础上,开展了矿区的地质-地球化学-地球物理综合信息分析与预测评价,以期减少单一信息多解性和成矿条件不确定性,为铁格隆南矿区深部找矿工作提供参考。研究结果表明:在地质找矿模型指导下,基于深部成矿空间三维结构重构基础上的三维地质、地球物理、地球化学异常信息提取与综合分析,可以有效的识别成矿地质体和矿致异常信息,实现深部矿产资源靶区空间定位预测,为深部找矿预测研究提供了新思路。综合分析结果显示铁格隆南矿床深部找矿潜力巨大。     

考虑不同影响因素的砂岩损伤特征及其卸荷破坏细观特性研究

实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特征参数对比分析,探讨蠕变、饱水损伤对卸荷破坏面形貌变化影响机制。通过损伤变量分析表明:弹性模量法能较好地反映不同影响因素作用下的岩样损伤程度;而超声波检测法对水敏感性强,不能准确描述蠕变劣化岩样饱水后的损伤程度。不同损伤程度试样卸荷破坏面形貌高度特征参数及分形参数分析表明:蠕变、饱水损伤增加了破坏面的整体粗糙程度,使破坏面形貌的离散性和波动性较大;蠕变、饱水损伤导致试样破坏面形貌平整度较低、各向异性显著,且分形维数随着试样由负损伤向正损伤转化出现先减小后增大的趋势;对比分析两组试样可知,蠕变损伤后的饱水作用对试样破坏面形貌特征影响不显著,蠕变损伤仍起控制作用。     

数值流形法中基于适合分析T样条的局部网格加密算法

数值流形方法中一般采用有限元网格或规则网格作为其数学覆盖系统,而规则的网格突出的优点是不需要适应求解域的边界和各种不连续面。采用规则的矩形网格作为数值流形方法中的数学网格,并借助适合分析的T样条实现了数值流形方法中的局部加密。适合分析的T样条定义在一个限制的T网格上,其基函数具有线性无关、单位分解、局部加密等许多重要性质,使得其非常适合用于工程设计及分析。当对一个适合分析的T网格加密后,所产生的新的网格往往不再是适合分析的T网格。基于此,提出了一种简单的数学网格加密算法,该算法能保证局部加密后的数学网格仍然是适合分析的。算例结果表明:在应力集中区和裂纹尖端等应力梯度较大区域,该算法均具有较强的适用性。     

南京粉细砂空间孔隙结构表征单元体确定

确定统一的表征单元体(REV)尺寸是研究土体细观孔隙结构时首先需要解决的问题。使用6.5μm分辨率同步辐射显微CT扫描南京粉细砂试样,从土样三维重构模型的5个代表性部位提取5组立方体孔隙REV,对每个REV采用最大球算法分析,建立孔隙网络模型,从中提取孔隙率、单位体积孔隙数、孔隙平均体积、孔隙最小体积、孔隙最大半径、孔隙最小半径、孔隙平均半径、孔隙截面积平均形状因子等8个孔隙结构参数,建立其与REV尺寸间的相关性。利用假设检验T检验和F检验,最终确定样品孔隙结构参数的统一REV边长尺寸为400像素,即2.60mm。该方法可用于砂土、粉土等颗粒土体细观孔隙结构分析。     

青藏高原地壳地震纵波速度的层析成像

本次研究利用地方地震台站的数据开展青藏高原地壳地震波速度的三维层析成像研究,得到分辨率达到1°×1°×20 km的地壳纵波三维速度结构,揭示了青藏高原地壳内部地壳波速结构特征。结果表明,青藏高原P波波速随深度产生巨大变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切,用传统的地块运动不能准确地描述地壳物质运动。从P波波速扰动图上看到,青藏高原上地壳和上地幔的P波波速扰动为大范围正异常区,可以认为青藏高原在同碰撞和后碰撞期频繁的岩浆活动和结晶作用,造成了现今相对比较坚固的上地壳和岩石圈地幔,使青藏高原保持一个整体。分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,反映为青藏高原地壳的P波波速扰动负异常带,从上地壳到下地壳都有分布。说明由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量地幔流体物质上涌和火山爆发,对高原的形成和隆升都有一定的贡献。通过地震层析成像取得的三维地壳波速图像,进一步证实了由密度扰动三维成像指出的存在青藏高原下地壳流和新生代裂谷深部到达了中地壳底部的结论。     

西藏新生代裂谷系成因的探讨

通过区域重力场的三维密度扰动成像和地震层析成像研究,我们确定西藏新生代裂谷系反映为上中地壳低密度带,延深可达到42 km;同时,青藏高原下地壳也有低密度和低地震波速的物质蠕动流。和东非大裂谷等其他裂谷带不同,西藏新生代裂谷通常是多条平行裂谷组成的裂谷系,它的形成机制也是特殊的,可称为陆—陆俯冲型裂谷系。印度板块的陆—陆俯冲造成的正交方向拉张与西藏新生代裂谷系形成密切相关。地震变形空白区和陆—陆俯冲型裂谷带空间分布之间有一定的对应关系,即裂谷带的源头指向地震变形空白区。陆—陆俯冲型裂谷系的发育过程可分为以下四个环节:①陆—陆俯冲造成前沿带的地壳破裂和地震;②地震变形空白区地应力集中;③挤压地应力向俯冲带前方发散并且转化为張应力,造成前沿带正交方向的地壳破裂和地震;④大地震后应力释放,产生的回跳继续使地壳变形,每一次地震都促使裂谷的进一步发育。青藏高原的下地壳物质蠕动流对中上地壳产生的底辟作用,也促进了西藏新生代裂谷系的形成。地壳拆离面前端上中地壳的成倍加厚使温度升高,造成下地壳流向上挤出,从而使上中地壳張裂。特提斯大洋板块俯冲下去的残块在软流圈下沉也使软流圈上涌,也导致下地壳物质蠕动和西藏新生代裂谷系的形成。     

GOCAD三维建模技术在基础工程中的应用研究

随着三维可视化技术的不断发展,在工程建设中应用三维技术立体化地展示工程设计成果成为了可能。文章应用了GOCAD软件在地质方面三维建模的强大功能,以真实工程案例为研究对象,分别了探讨了研究场地的三维工程地质地层模拟、地层属性模拟、场地开挖和地基处理工程桩模拟的快速建模流程及关键技术,并对模拟地层的准确性进行了验证。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分布情况,能够快速实现基础工程中相关的构件建模,将其应用于岩土工程的勘察设计及施工工作中是切实可行的。