探究小口徑地質鉆孔三維模擬與可視化研究

田龍

（廣東省核工業地質局291大隊，廣東 廣州 528100）

近年來巖土工程、地質礦產勘查等領域都在集中研究小口徑地質鉆孔信息的可視化與管理問題[1]。小口徑地質鉆孔信息的可視化與管理問題的研究進展分別體現在小口徑地質鉆孔信息可視化技術與小口徑地質鉆孔數據管理技術這兩個方面。在小口徑地質鉆孔信息可視化技術方面，主要針對小口徑地質鉆孔在真三維場景中的模擬方法以及小口徑地質鉆孔柱狀圖的繪制方法等進行了研究，并針對這些問題研發了相應的三維地質模擬軟件與小口徑地質鉆孔柱狀圖制圖軟件。

在小口徑地質鉆孔數據管理技術方面，主要針對小口徑地質鉆孔基于地理信息系統或者數據庫管理系統的數據管理方法以及小口徑地質鉆孔的數據組織標準進行了研究，并針對這些問題開發出了小口徑地質鉆孔數據管理信息系統。

但是現有的系統、方法或技術在對小口徑地質鉆孔信息進行可視化研究與管理時都存在不可避免的問題或者缺陷，而其中急需克服的問題就是當前的小口徑地質鉆孔信息管理主要是通過二維 GIS 軟件平臺或者數據庫管理系統來實現的，因此在小口徑地質鉆孔可視化時只能以二維平面中的一個鉆探點位的形式表現出來。

若想仔細查看相應的地層分層信息或者小口徑地質鉆孔資料，還必須利用鉆探點位對對應的數據庫記錄進行查詢，或者利用鉆探點位鏈接到利用專業的三維建模軟件制作的三維模型或柱狀圖上才能實現，單純利用數據庫記錄無法形象而直觀的展示小口徑地質鉆孔在三維空間內的分布狀況。因此為了直觀的實現小口徑地質鉆孔的可視化，對其直接進行三維模擬。

1 小口徑地質鉆孔三維模擬與可視化

1.1 構建小口徑地質鉆孔的三維模型

一些工作區域歷經多年勘探研究后，可能積累數量眾多的鉆孔資料，因此首先需要對小口徑地質鉆孔數據進行規范化處理，并進行相應的建庫工作。首先需要進行電子表格文件的創建，并在該文件中創建整體地層信息表、小口徑地質鉆孔分層信息表、小口徑地質鉆孔基本信息表與小口徑地質鉆孔類別表，然后將規范化處理后的小口徑地質鉆孔數據錄入或導入對應的工作表中，為三維模型的最終生成與可視化研究提供數據支持，然后對模型參數進行設置，包括整體抬升高度、縱向縮放系數與橫向縮放系數等，從而對小口徑地質鉆孔三維實體模型的放置高度與幾何尺寸進行控制。

這是因為小口徑地質鉆孔的孔徑一般都很小，地質鉆孔通常只有幾十毫米，工程地質鉆孔一般不大于300毫米，而其縱向深度卻可以達到上百米甚至上千米，如果按同種比例進行橫向和縱向比例縮放，會出現比例極不協調的問題，三維模型顯示既不美觀也不利于外接設備操作演示等，因此需設置不同的橫向和縱向縮放比例，兩者相互獨立，互不影響。而整體抬升高度這一參數的設置則是為了使小口徑地質鉆孔三維模型被抬升，從而實現在實際鉆探點位的上方被懸掛起來[3]。

其次以孔口地理坐標為依據實現鉆探點位的生成。在這一步驟中，首先使用標簽對小口徑地質鉆孔孔位坐標的客觀式樣進行定義，同時對鉆探點位地標的描述信息和地理位置進行定義，然后利用小口徑地質鉆孔基本信息表對小口徑地質鉆孔孔口坐標進行提取，從而實現利用地標的形式表現小口徑地質鉆孔在地表空間分布狀況的目的。

其中，鉆探點位地標樣式包含兩種亞類信息：一類是圖標樣式的屬性說明，如勘探階段類型定義、勘探孔類型定義、引用地址等，另一類是圖標樣式的文本說明，包括鉆孔揭露的具體信息和成果資料等。接著利用小口徑地質鉆孔分層信息來生成鉆孔分層散點（塊）圖，這些散點既包含著下伏地層信息，也包含著上伏地層信息。

因此，在建立三維模型的過程中，需要利用小口徑地質鉆孔分層信息表對地層分層數據進行提取，然后結合鉆孔基本信息表中提取出的孔口地理坐標對三維空間中每個分層散點（塊）的三維坐標進行計算，并利用標簽對鉆孔分層不同散點的屬性進行定義，最后利用標簽對鉆孔分層散點的附屬信息及空間位置進行標定，對每個分層散點所對應的三維空間位置進行重現。

最后將特定鉆孔所對應的多個分層散點按照順序連接起來，就能夠生成一個管狀的小口徑地質鉆孔三維模型。這個管狀的三維模型能夠分解成很多管段，而每一管段可以代表一個地層，并且具有對應地層的描述信息、客觀式樣與空間位置[4]，最終實現了鉆孔三維立體形態的重現。

1.2 可視化的實現

由于在同一個工作區域可能會積累大量的小口徑地質鉆孔，并且其三維模型工作處理的數據量大、結構復雜，因此有必要按不同尺度進行精細化管理和演示，比如宏觀大范圍反應地層單元、構造體系等；局部小范圍反應特定地層的差異區別、含礦蝕變、內部演變規律等信息。

根據不同的顯示尺度將三維模型在數字地球平臺上進行加載，進一步開展不同用途的三維分析與可視化展示，從而實現不同層次的小口徑地質鉆孔可視化利用。

2 實驗結果與分析

圖1 可視化結果對比圖

為了保證利用小口徑地質鉆孔三維模型實現小口徑地質鉆孔的可視化這一方法的有效性，設計了一個仿真實驗實驗過程中，以某小口徑地質鉆孔為實驗對象，對該小口徑地質鉆孔進行三維建模。為了保證實驗的有效性，使用傳統可視化方法與利用小口徑地質鉆孔三維模型實現小口徑地質鉆孔的可視化這一方法進行比較，觀察實驗結果。圖1為使用這兩種方法后小口徑地質鉆孔可視化結果的對比圖。

通過圖1可知，利用小口徑地質鉆孔三維模型實現小口徑地質鉆孔的可視化這一方法與傳統小口徑地質鉆孔可視化方法相比，可視化程度明顯更高。

3 結語

小口徑地質鉆孔三維模型交互性強、信息豐富并且可視化效果好，利用小口徑地質鉆孔三維模型實現小口徑地質鉆孔的可視化這一方法具有自動性高、實現過程簡單的優勢，并且該方法擁有很高的實用性。