物探數據的三維地質建模及其在水利水電工程中的應用

韓松

摘要：隨同著可視化理念的提出以及現代計算機技術的快速發展，有關三維地質建模成為目前諸多工程所關注研究的熱門問題之一。三維地質結構模型能夠直觀地體現出地形地貌、地層巖性、地質構造等信息[1]。由于斷層的斷點數據和屬性等信息的獲取較為繁瑣，進而有關與斷層的建模問題成為地質建模中的一處難點。本文通過對工作區物探成果與先前地質資料相結合，對斷層的屬性等信息進行解譯并實現建模，提出了一種利用物探成果對工程中的地質體進行解譯并建模的新思路，為日后下一步的工程規劃和設計提供依據。

Abstract： With the development of the concept of visualization and the rapid development of modern computer technology， three-dimensional geological modeling has become one of the hot issues in many engineering projects. The three-dimensional geological structure model can directly reflect the information of topography， stratigraphic lithology and geological structure. It is difficult to obtain the data of breakpoint data and attribute information， and then the modeling of fault is a difficult point in geological modeling. This article through to the workspace geophysical exploration results and the combination of prior geological data， such as the property of fault information to interpret and realize the modeling results of geophysical exploration， this paper proposes a geological interpretation and modeling in engineering of new ideas， provide the basis for the next step in the future engineering planning and design.

關鍵詞：物探數據；地質解譯；三維建模

Key words： geophysical data；geological interpretation；3D modeling

中圖分類號：P628+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0211-03

0 引言

水利水電工程通常對所處地區的區域地質情況精度要求較高，涉及到的地質信息具有多源、多量、多類、多元、多維的特征[1]。一直以來有關地質資料的解譯大多局限在二維或者靜態的分析，難以直觀并明確地了解具體的地質情況。而通過對原始的地勘資料及物探數據的修正和解譯，將地質信息實現三維建模，在水利水電工程的實施過程中對地質體或斷層以及地層分界等各個方面的直觀可視化分析，是一種非常直觀且有效的工具[2]。也為后來工程的進行提高施工效率和工作精度。

1 工作區地質概況

工作區位于陜西省商南縣南部，靠近陜西—湖北—河南三省交界。在大地構造上位于秦嶺褶皺系，南秦嶺海西—印支褶皺帶東段，丹江斷裂南側，武當穹隆（地塊）北緣。工作區構造形態主要為一復式向斜，次級褶皺的軸部向南發生倒轉。受區域性斷裂的影響，壩址區斷裂以近南北向的F31為代表。根據鉆孔和先前的地質勘察資料，工作區的地層分布由老到新主要為震旦系下統耀嶺河組，震旦系上統燈影組和第四系。

2 采用的物探方法

在大多數情況中，規模較大斷層的上下兩盤，以及內部含水的斷層，與其周邊圍巖皆具有較為明顯的電性差異，而這種電性差異為瞬變電磁的探測方法提供了科學依據。大定源瞬變電磁勘測技術，即是以電性差異做為基礎，具有工作效率高、勘測深度大、受地形影響較小等優點，在地質界限圈定、導含水構造探測、含隔水層劃分等方面的探測任務中能夠夠取得良好的地質解譯效果[4]。

3 裝置與參數設定

本次探測任務使用大回線源瞬變電磁法在野外進行數據采集工作，工作參數選取發射頻率25Hz，供電電流18 A，延時100ms，供電周期4s。測線沿壩體方向（東西向）布置，近乎垂直于斷層的走向（南北向），2m線距，1m點距，勘探面積約0.25m2。選擇發射框為400mm×400mm，該發射框探測的有效探測深度約240m，實驗曲線如圖2所示。

4 數據處理

使用TEM瞬變電磁處理程序對所測得數據進行預處理，然后經IX1D軟件使得多層實現平滑模型；后通過sufer軟件進行高斯低通濾波，對視電阻率進行計算等處理后，結合先前的地質與鉆孔資料，進行約束性反演，并且根據測得高程對反演計算的結果進行地形校正，最終獲得各線的視電阻率剖面圖[4]（圖3）。

5 數據解譯

由蓮花臺各線視瞬變電法電阻率聯合剖面圖可以看出，在斷層的附近范圍內，盲上覆蓋層區范圍外的衰減曲線在圖中的變化相對較小，但在斷層區上衰減曲線則發生了較為明顯變化，衰減速度明顯降低，表明該部分的電阻率下降，經反演處理后異常突出[5]。同時，隨著測線向南展布，破碎帶低阻區寬度逐漸增大，結合解譯結果與當地先前地質資料，確定該斷層為一走向近南北，斷距約5-8m傾角60°左右的壓扭性逆斷層。endprint

主要運用3Dmax對測線布置與斷層的空間展布進行模擬，3Dmax軟件具有強大的三維建模、可視化功能，且較為方便、快捷；此外，采用的三維空間場景渲染引擎，對復雜三維空間對象的渲染和顯示效率遠遠高于一般三維模型軟件。

6 模型可視化

本次測試測線布置如圖4所示。三維的地質建模作為一項較為復雜的系統工程，在建模前，需要運用相關地質知識以及對先前資料進行整理分析[6]；建模過程中中，聯系地層、構造及工程等有關知識，對比數據，因而對地質構造進行推測分析[7]；建模后，仍需根據實際情況進行核實，運用交互式編輯工具進行完善[8]。

通過較為復雜的三維地質建模過程，得出斷層的三維地質模型（圖5）。從模型上，可以直觀的看到該斷層的空間展布及上下盤相互關系，既驗證了先前已做的勘察工作，并且能夠通過模型的可視化分析，為后續的設計以及施工等下一步工作提供的依托。

7 結論

各種三維地質模擬軟件各有優劣，在實際應用過程中根據工程的需要選擇相對應的分析與建模方法。本文采用的3Dmax主要是以探明斷層空間分布性質為主；還另有其他軟件方法如GeoEngine系統，可以提供提供截面分析、等值線分析、試驗曲線以及洞室漫游等可視化分析（趙攀，2007）。

在水利水電工程中，基于各種物探數據的三維地質數據建模模擬可以形象地表示出工作區各地質體的空間組成。揭示出地質體或者地質界線等數據，為下一步設計與施工選擇合適的挖洞路線提供科學依據。并且可以通過進一步詳盡的可視化分析在實際的施工之前可以對地質模型進行模擬鉆孔、模擬平硐和模擬挖洞等分析，從而減少因為盲目施工所造成的經濟損失，同時也在很大的程度上提高了工作的效率。

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