基于钻孔数据的三维地质建模可视化研究

基于钻孔数据的三维地质建模可视化研究

黄加羽

重庆交通大学

摘要：三维地质建模是三维地质信息可视化的核心内容，能够直观的表达复杂地质现象及地质构造，直观的展示地质单元的空间分布和相互关系。当前已经引起地质、采矿、岩土工程等诸多领域的日益重视。本文回顾三维地质建模的发展历程，梳理三维地质建模的相关问题，综合考察多种建模方法，利用地勘钻孔数据、地质剖面数据，基于离散光滑插值算法，建立三维地质模型，并提出一套三维地质流程化建模方法。

关键词：三维地质建模；地质钻孔数据；地质剖面数据；插值算法

1引言

随着科学计算可视化技术和地质信息计算机模拟技术的发展，地质信息三维可视化逐渐称为岩土工程、石油勘探、地质、采矿等领域的日益重视[1]。

传统的地质信息主要通过大量的平面图、剖面图、地勘报告等，将三维空间中的地层、构造、地貌及其他地质现象投影到某一平面上进行二维的表达。不能完整展示地质的空间信息，制图过程繁杂、无法及时更新地质信息，对于简单的地质条件相对适用，但对复杂的岩土条件，其地层变化较大，较大间距的钻孔信息无法全面表述场地的真实地质状况。三维地质建模正是针对传统的地质信息表达的缺陷，借助计算机技术进行可视化展示，从三维空间的角度去表达地质体与地质环境，更直观的表达复杂的地质现象及地质构造，以及对地质单元的空间分布和相互关系进行清晰的展示说明，也能更准确的进行地质分析[2、3]。

最早是由加拿大的 Simon W Houlding[4]在1993年提出三维地质建模这一概念，法国的Mallet教授建立了DSI（Discrete Smooth Interpolation，DSI）方法，进一步推动地质模型的发展[5]。国外对于三维建模及可视化的研究起步较早，目前已推出许多成熟的软件，如GOCAD、AVS、EarthVison等。这些软件在地质结构建模、地震勘探、石油采矿等领域均使用较广[6]。其中GOCAD是基于离散光滑插值技术，可运用于地球物理、地质工程的三维地学模拟软件。国内的三维地质建模及可视化研发方面起步较晚，主要推出的软件有DIMINE、创维超想、MAPGIS等，但大多还处于探索和研究阶段。

目前采用三维技术来表达地质体的方法尚未得到普及。因此，本文回顾三维地质建模的发展历程，梳理三维地质建模的相关问题，利用钻孔数据、地质剖面数据，使用GOCAD软件，基于离散光滑插值算法进行三维地质建模，并提出一套三维地质流程化建模方法。

2三维地质建模技术方法及实例

本文以某园区地质体构建为例，该项目占地面积约33224.1平方米，场地主要地层为素填土、红黏土、泥灰岩、灰岩。

（1）勘察数据进行处理。借助office及AutoCAD软件将工程勘察成果资料进行归集处理，包括地质钻孔表、地形图、地质剖面图、钻孔柱状图，按照GOCAD软件的建模数据要求进行标准化处理，得到三维空间下的能真实反映场地地形地貌的地形数据，以及GOCAD软件可识别的岩土分层数据。

（2）三维地质建模。将标准化处理之后的工程勘察的钻孔、地质剖面、地形测量等数据，导入GOCAD软件中。先进行地层层序设置，设置岩土体各层之间相互关系；然后进行离散光滑曲面插值，拟合岩土岩土体层面构建地层面；最后将个层岩土体进行层面的封装形成地质体，通过人机交互，对模型进行干预和矫正，快速、准确高效的构建出三维地质模型。

3三维地质建模当前问题讨论

三维地质建模从软件开发到应用实践近年来都出现了较好的发展势头，但当前应用还并不普及、并不理想，存在很多急需解决的问题，总结如下：

（1）建模数据处理及算法理论问题

三维地质建模的过程是个复杂繁琐的过程，前期需要将地形、地质、剖面、钻孔等数据进行采集、标准化处理，但原始数据的来源不同，往往数据完整性和规范性差异相差较大，这就导致数据的处理工作复杂且工作量大。而当前缺乏三维地质模型的建模标准，各行各业对模型的本质算法研究的不同、算法理论不同，也给三维地质建模的发展带来了极大的挑战。

（2）建模程序复杂

无论是国外的建模软件还是国内的建模软件，进行三维地质建模时操作仍然过于复杂，需要经过系统的学习培训过的专业人员才能使用，且不同软件构建的三维地质模型难以共享，无法像AutoCAD一样被基层多数作图人员普及使用。此外，三维地质建模还没有统一流程步骤，由于三维地质建模的原始数据来源不同、服务行业不同，各个软件建模流程不同，这也是导致三维地质建模软件无法大面积推广使用[7]。

4结论与展望

本文回顾现有的三维地质建模发展历程，对现有软件资料进行整合，形成了一套三维地质流程化建模方法，实现了将二维地质信息进行三维空间的表达。以往对地质的认识存在着一定的局限性，不能反映研究区域的具体现状，三维地质建模可以为工程分析、判断和决策提供有效帮助。随着科技的发展三维地质建模及其可视化技术作为工程智能化空间信息平台的重要组成部分，迎来了巨大的机遇，同时也面临着巨大的挑战。

参考文献

[1]朱良峰，潘信，吴信才等.三维地质建模及可视化系统的设计与开发[J].岩土力学，2006（05）：828-832.

[2]陈学习，吴立新，车德福等.基于钻孔数据的含断层地质体三维建模方法[J].煤田地质与勘探，2005,33（5）.

[3]魏奇科，傅翔，黄加羽等.基于地质模型的支护结构设计施工一体化研究[J].重庆建筑，2022,21（S1）：183-186.

[4]Simon W Houlding. 3D geoscientific modeling-computer technique for geological characterization[M]. Springer-Verlag 1994.

[5]MALLET J.Discrete smooth interpolation in geometric modeling [J].Computer-Aided Design,1992,24(4):178-191

[6]宁书年, 李育芳. 三维地质体可视化软件理论探讨[J]. 矿产与地质, 2002, 16(4): 254－255.

[7]李青元，张洛宜，曹代勇等.三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议[J].地质与勘探，2016,52（04）：759-767.