基于GOCAD平臺二、三維聯動技術的三維地質建模方法研究

劉聰元, 李 煥

(1.水利部 長江勘測技術研究所,湖北 武漢 430010; 2.長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

基于GOCAD平臺二、三維聯動技術的三維地質建模方法研究

劉聰元1, 李 煥2

(1.水利部 長江勘測技術研究所,湖北 武漢 430010; 2.長江三峽勘測研究院有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

通過對三維地質建模軟件GOCAD 2009二維剖面功能的研究,提出一種二三級聯動建模方法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數據進行檢驗。與傳統的建模方法相比,該方法省卻了“歸一化”和“三維化”等預處理過程,可大幅提高建模效率。

GOCAD;三維地質建模;二三維聯動

傳統方式的三維地質建模方法(也被稱為被動建模方法),大多以平面圖、剖面圖及平切圖等已有地質成果作為數據源,建模前需要進行“歸一化”(刪掉無用的圖框、標注等,并對圖中要素統一命名)和三維化(將二維線劃圖轉換為三維線劃圖)處理,花費大量的時間和人工,建模效率低下。

為提高建模效率,有人提出了主動建模方法[1],即直接利用原始地質數據,由地質人員在三維環境中進行地質信息的推測補充,完成地質模型的創建。該方法省卻了剖面繪制及“歸一化”和“三維化”過程,可以大幅提高建模效率。

地質科學是推斷的科學,大多數情況下,地質人員需要利用有限的數據,結合專業知識和勘察經驗,對地質體的空間位置和規模等進行推斷。由于二維環境較三維環境更易于分析和量測,因此在這個過程中,二維剖面起著至關重要的作用。主動建模方法放棄了二維剖面環節,在工程區地質情況特別復雜,或勘測數據特別稀少時是不適用的。

鑒于以上原因,筆者通過對GOCAD軟件的研究,在主動建模法的基礎上,提出了二三維聯動建模法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數據進行了檢驗。

1 漢江雅口航運樞紐簡介

雅口航運樞紐是漢江梯級開發湖北省境內8級樞紐中的第6級,壩址位于漢江中游的宜城市下游15.7 km處的雅口鎮。漢江雅口航運樞紐共有3個壩址比選方案,本文建模對象為推薦壩址——雅口壩址,其地質情況如下。

1.1 地形地貌

壩址區河谷開闊,呈淺“U”形,高程一般47.0～49.5 m。

1.2 地層巖性

地層巖性由老到新為:① 新近系掇刀石組(Nd);② 第四系(Q)。

1.3 地質構造

區內未見大的斷裂構造跡象。

2 二三維聯動建模實踐

2.1 數據準備

本次建模主要依據鉆孔數據,雅口壩址共有鉆孔51個,因此需按要求整理鉆孔數據(見表1和表2),并分別保存為逗號分隔的文本數據備用。

2.2 鉆孔數據導入

啟動GOCAD,建立一個新工程,導入準備好的鉆孔數據。具體導入過程已有很多文獻提及,在此不再贅述。鉆孔數據導入成功后,會自動顯示在GOCAD圖形工作區(圖1)。

表1 鉆孔數據基本信息

注:表中X,Y采用相對坐標。

表2 鉆孔揭露巖性數據

圖1 導入GOCAD的鉆孔(局部)Fig.1 Dill imported GOCAD

雅口壩址巖性分層非常復雜,考慮本次建模目標是驗證二三維聯動建模法,為節約時間,對建模內容進行了簡化:

① 將Nd層上部夾層較為集中的層作為混合層,命名為Nd-Mix,下部以粘土巖為主的層,命名為Nd-Cr;

② 將河床底部的砂卵礫石層單獨建立一層,對應上更新統宜都組(Q3y),命名為Q3;除砂卵礫石層(Q3y)以外的第四系作為一層,命名為Qml。

2.3 建立地層柱狀圖

地層柱狀圖(Stratigraphic Columns),用于指定各地層巖性的新老順序及上下層接觸關系,雅口壩址的地層柱狀圖見圖2。

圖2 雅口壩址地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Yakou dam site

2.4 建立巖性分類表

GOCAD在剖面圖中使用顏色及花紋來區分地層巖性,具體可在巖性分類表(Classfication)中進行定義。建好的巖性分類表見圖3,由于僅用顏色區分巖性,故Pattern選項為空。

圖3 雅口壩址巖性分類表Fig.3 Lithological classification of Yakou dam site

2.5 建立地形模型

地形模型用于在剖面上生成地形線,因此應在開始繪制剖面前建立地形模型(圖4)。

圖4 雅口壩址地形模型Fig.4 Terrain model of Yakou dam site

2.6 導入平面圖數據

平面圖的數據主要為基巖(Nd_Mix)和第四系覆蓋層的分界線(Qml),將其導入GOCAD并投影到地形面,可得到三維線(圖5),將其命名為Nd_Mix,與鉆孔一起參與剖面繪制。

圖5 基巖和第四系覆蓋層分界線Fig.5 Boundary of bedrock and quaternary overburden of clay

2.7 繪制剖面

根據鉆孔分布情況,共設計16條剖面(如圖6)。在GOCAD中可通過多種方法建立剖面圖對象(Cross Section),本文采用“選取點及鉆孔”方式,具體在“Cross Section”上單擊右鍵,選擇“From Picks and Wells…”即可彈出對話框,選擇鉆孔并填寫必要信息后點擊OK按鈕,即可打開2D View(圖7)。GOCAD可實現半自動—全自動連線,地質情況簡單時可自動聯線,復雜時可半自動聯線(自動捕捉地層分界點)。當繪制多個剖面時,相交剖面的內容會自動在剖面相應位置進行標記,以保證剖面交點的準確,避免傳統方式繪制剖面時“對交點”的麻煩。

圖6 雅口壩址剖面示意圖Fig.6 Generalized section of Yakou dam site

2.8 二三維交互檢查與修改

GOCAD中通過 2D View所繪剖面線以空間數據的形式保存,且二三維采用同一套數據。因此用戶無論在二維或三維環境下做出修改,都會即時在另一個環境下得到反映,實現二三維聯動。二維剖面勾繪完成后,可在三維環境下進行檢查(如圖8)。發現問題時可直接修改,也可再次進入2D View進行修改。

圖7 剖面圖勾繪界面Fig.7 Profile of interface

圖8 在三維環境下檢查剖面線Fig.8 Checking the profile line in 3d environment

2.9 建立三維地質模型

檢查完成后,可直接用剖面線及基巖出露線建立三維模型(圖9)。由于工程區高差較小,為了加強顯示效果,對模型Z軸進行了放大。

圖9 雅口壩址三維地質模型Fig.9 3d geological model of Yakou dam site

3 結語

本文通過對GOCAD軟件的研究,提出了二三維聯動建模法,并用漢江雅口航運樞紐的勘測數據進行了檢驗,取得了滿意的效果。該方法與主動建模的主要不同在于加入了二維剖面環節,由于采用了GOCAD原生的二維剖面功能,所繪剖面實現了二三維聯動,并可以直接用于三維地質建模。二三維聯動建模法兼具主動建模和被動建模的優點,效率高,適用范圍廣,可被地質行業廣泛采用。

[1] 蔣銳.GOCAD與CATIA在三維地質建模生產中的應用分析[J].地下水,2013,35(2):97-98.

(責任編輯：陳姣霞)

Study on 3D Geological Modeling Method Based on the Technology of2D & 3D Modeling Linkage in GOCAD

LIU Congyuan1, LI Huan2

(1.ChangjiangInstituteofSurveyingTechniques,theMinistryofWaterResources,Wuhan,Hubei430010;2.ChangjiangThreeGorgesInsituteofSurveyandResearchCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430010)

In this paper,through the study of the 2D cross section function in GOCAD 2009,a new modeling method is proposed,and verified bymodeling the 3D model of Hanjiang Yakou shipping hub. Compared with the traditional modeling method,the method saves the pretreatment processes such as “normalization” and “3D modeling”,and improves the efficiency of modeling greatly.

GOCAD; 3D geological modeling; 2D & 3D linkage

2016-04-22;改回日期:2016-05-19

劉聰元(1971-),男,高級工程師,資源環境區劃與管理專業,從事工程地質及遙感相關軟件應用研究與開發工作。E-mail:liucy6@126.com

TV222.2

A

1671-1211(2016)03-0259-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.001

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.018.html 數字出版日期:2016-05-05 15:31