刘聪元, 李 焕

(1.水利部 长江勘测技术研究所,湖北 武汉 430010; 2.长江三峡勘测研究院有限公司(武汉),湖北 武汉 430010)

基于GOCAD平台二、三维联动技术的三维地质建模方法研究

刘聪元1, 李 焕2

(1.水利部 长江勘测技术研究所,湖北 武汉 430010; 2.长江三峡勘测研究院有限公司(武汉),湖北 武汉 430010)

通过对三维地质建模软件GOCAD 2009二维剖面功能的研究,提出一种二三级联动建模方法,并用汉江雅口航运枢纽的勘测数据进行检验。与传统的建模方法相比,该方法省却了“归一化”和“三维化”等预处理过程,可大幅提高建模效率。

GOCAD;三维地质建模;二三维联动

传统方式的三维地质建模方法(也被称为被动建模方法),大多以平面图、剖面图及平切图等已有地质成果作为数据源,建模前需要进行“归一化”(删掉无用的图框、标注等,并对图中要素统一命名)和三维化(将二维线划图转换为三维线划图)处理,花费大量的时间和人工,建模效率低下。

为提高建模效率,有人提出了主动建模方法[1],即直接利用原始地质数据,由地质人员在三维环境中进行地质信息的推测补充,完成地质模型的创建。该方法省却了剖面绘制及“归一化”和“三维化”过程,可以大幅提高建模效率。

地质科学是推断的科学,大多数情况下,地质人员需要利用有限的数据,结合专业知识和勘察经验,对地质体的空间位置和规模等进行推断。由于二维环境较三维环境更易于分析和量测,因此在这个过程中,二维剖面起着至关重要的作用。主动建模方法放弃了二维剖面环节,在工程区地质情况特别复杂,或勘测数据特别稀少时是不适用的。

鉴于以上原因,笔者通过对GOCAD软件的研究,在主动建模法的基础上,提出了二三维联动建模法,并用汉江雅口航运枢纽的勘测数据进行了检验。

1 汉江雅口航运枢纽简介

雅口航运枢纽是汉江梯级开发湖北省境内8级枢纽中的第6级,坝址位于汉江中游的宜城市下游15.7 km处的雅口镇。汉江雅口航运枢纽共有3个坝址比选方案,本文建模对象为推荐坝址——雅口坝址,其地质情况如下。

1.1 地形地貌

坝址区河谷开阔,呈浅“U”形,高程一般47.0～49.5 m。

1.2 地层岩性

地层岩性由老到新为:① 新近系掇刀石组(Nd);② 第四系(Q)。

1.3 地质构造

区内未见大的断裂构造迹象。

2 二三维联动建模实践

2.1 数据准备

本次建模主要依据钻孔数据,雅口坝址共有钻孔51个,因此需按要求整理钻孔数据(见表1和表2),并分别保存为逗号分隔的文本数据备用。

2.2 钻孔数据导入

启动GOCAD,建立一个新工程,导入准备好的钻孔数据。具体导入过程已有很多文献提及,在此不再赘述。钻孔数据导入成功后,会自动显示在GOCAD图形工作区(图1)。

表1 钻孔数据基本信息

注:表中X,Y采用相对坐标。

表2 钻孔揭露岩性数据

图1 导入GOCAD的钻孔(局部)Fig.1 Dill imported GOCAD

雅口坝址岩性分层非常复杂,考虑本次建模目标是验证二三维联动建模法,为节约时间,对建模内容进行了简化:

① 将Nd层上部夹层较为集中的层作为混合层,命名为Nd-Mix,下部以粘土岩为主的层,命名为Nd-Cr;

② 将河床底部的砂卵砾石层单独建立一层,对应上更新统宜都组(Q3y),命名为Q3;除砂卵砾石层(Q3y)以外的第四系作为一层,命名为Qml。

2.3 建立地层柱状图

地层柱状图(Stratigraphic Columns),用于指定各地层岩性的新老顺序及上下层接触关系,雅口坝址的地层柱状图见图2。

图2 雅口坝址地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of Yakou dam site

2.4 建立岩性分类表

GOCAD在剖面图中使用颜色及花纹来区分地层岩性,具体可在岩性分类表(Classfication)中进行定义。建好的岩性分类表见图3,由于仅用颜色区分岩性,故Pattern选项为空。

图3 雅口坝址岩性分类表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线,因此应在开始绘制剖面前建立地形模型(图4)。

图4 雅口坝址地形模型Fig.4 Terrain model of Yakou dam site

2.6 导入平面图数据

平面图的数据主要为基岩(Nd_Mix)和第四系覆盖层的分界线(Qml),将其导入GOCAD并投影到地形面,可得到三维线(图5),将其命名为Nd_Mix,与钻孔一起参与剖面绘制。

图5 基岩和第四系覆盖层分界线Fig.5 Boundary of bedrock and quaternary overburden of clay

2.7 绘制剖面

根据钻孔分布情况,共设计16条剖面(如图6)。在GOCAD中可通过多种方法建立剖面图对象(Cross Section),本文采用“选取点及钻孔”方式,具体在“Cross Section”上单击右键,选择“From Picks and Wells…”即可弹出对话框,选择钻孔并填写必要信息后点击OK按钮,即可打开2D View(图7)。GOCAD可实现半自动—全自动连线,地质情况简单时可自动联线,复杂时可半自动联线(自动捕捉地层分界点)。当绘制多个剖面时,相交剖面的内容会自动在剖面相应位置进行标记,以保证剖面交点的准确,避免传统方式绘制剖面时“对交点”的麻烦。

图6 雅口坝址剖面示意图Fig.6 Generalized section of Yakou dam site

2.8 二三维交互检查与修改

GOCAD中通过 2D View所绘剖面线以空间数据的形式保存,且二三维采用同一套数据。因此用户无论在二维或三维环境下做出修改,都会即时在另一个环境下得到反映,实现二三维联动。二维剖面勾绘完成后,可在三维环境下进行检查(如图8)。发现问题时可直接修改,也可再次进入2D View进行修改。

图7 剖面图勾绘界面Fig.7 Profile of interface

图8 在三维环境下检查剖面线Fig.8 Checking the profile line in 3d environment

2.9 建立三维地质模型

检查完成后,可直接用剖面线及基岩出露线建立三维模型(图9)。由于工程区高差较小,为了加强显示效果,对模型Z轴进行了放大。

图9 雅口坝址三维地质模型Fig.9 3d geological model of Yakou dam site

3 结语

本文通过对GOCAD软件的研究,提出了二三维联动建模法,并用汉江雅口航运枢纽的勘测数据进行了检验,取得了满意的效果。该方法与主动建模的主要不同在于加入了二维剖面环节,由于采用了GOCAD原生的二维剖面功能,所绘剖面实现了二三维联动,并可以直接用于三维地质建模。二三维联动建模法兼具主动建模和被动建模的优点,效率高,适用范围广,可被地质行业广泛采用。

[1] 蒋锐.GOCAD与CATIA在三维地质建模生产中的应用分析[J].地下水,2013,35(2):97-98.

(责任编辑：陈姣霞)

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

刘聪元(1971-),男,高级工程师,资源环境区划与管理专业,从事工程地质及遥感相关软件应用研究与开发工作。E-mail:liucy6@126.com

TV222.2

A

1671-1211(2016)03-0259-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.001

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.018.html 数字出版日期:2016-05-05 15:31