三维复杂地质建模的研究与应用

摘要：针对复杂地质体，使用添加虚拟钻孔和虚拟地层的方法，保证地层在层序上的完整性，采用基于退化GTP建模方式进行三维地质体模型的建立，实现复杂地质体三维模型自动生成。

关键词：地层尖灭；GTP退化；三维建模

三维地质建模是三维GIS在地学领域的应用。广义的三维地质建模是三维地质模型生成、可视化、空间分析和应用的集合体。由于地质体本身的复杂性：侵入体、断层、褶皱、地层尖灭、层序交错等情况的存在，使得地质体自动三维建模存在很大困难。

1、钻孔数据处理

为了便于自动建模计算，专门设计钻孔点数据结构表，该表包含钻孔的编号、名称、地理坐标、地层编号及其他钻孔信息。钻孔点位钻孔中各地层的分界点，是进行三维建模的基础数据。由于钻孔中的地层是自地表乡下递增的顺序编号的，

因此设定钻孔轨迹线上分界点的编号为该点邻接的地层编号，这将给地质建模的构造和自动建模带来极大的便利。

由于钻孔数据存在编号重复、地层缺失等情况，使地质体建模很难自动完成，因此，为实现地质剖面的自动绘制，引入了虚拟钻孔来补充缺失地层，保持地层的完整性。虚拟钻孔是相对真实钻孔而言，在建模过程中，根据需要在特定位置添加的假想性质的钻孔。根据地质勘察人员的经验，选取适当的模型参数，对已有钻孔数据进行插值加密，然后用所有钻孔数据与虚拟钻孔数据比对处理，完成虚拟地层的补充。

2、建模方法的研究

近年来国内外在三维地质体建模方法上做了很多研究，提出了几十种数据处理和建模方法。

目前广泛推荐的地质建模方法：

（a）以DEM为基础，根据地质数据的多层性，建立多层的地下DEM模型；

（b）基于三棱柱体体元的数字地层模型。解决了不同剖面之间轮廓线的分叉问题以及对应和拼接等问题，有效地显示三维层状地层的结构 ；

（c）以广义三棱柱（GTP）作为建模的基本体元，根据钻孔数据的特点和知识推理规则，进行断层等复杂地质构造的推理和自动建模，避免了不必要的人为干预，扩展了钻孔数据建模的适用范围和表现能力。

然而，对于复杂地质构造（断层、尖灭等），目前还没有有效的自动建模方法，本文采用基于GTP退化模型构建三维地质体。

尖灭是地层中常见的现象，即岩层的厚度在沉积盆地边缘变薄以至消失。对于地址建模中涉及到地层尖灭的问题，本文采用一种基于GTP退化模型的三维地质体尖灭够模方法，它是在一般GTP的建模基础上，对生产的模型进行进一步的优化处理，生产比较准确的地质模型。

基于GTP退化模型构建地质体模型的步骤：首先，对原始的钻孔数据进行处理，检查数据的完整性及添加虚拟地层数据，即每个钻孔必须包含所有地层的信息，信息不完整的钻孔上虚拟一点进行补充；其次，对新生成的数据进行地质体建模，生产具有拓扑关系的GTP模型；最后，对生成的GTP模型进行优化处理，GTP模型优化主要分为四种：无退化模型、单点退化模型、两点退化模型、三点退化模型。

为提高建模的准确性，对不同的GTP退化模型，将会有不同的建模方法，主要有2种：GTP边退化模型和GTP面退化模型。

3、应用实例

该方法在多项岩土勘察工程中进行了应用，以鹏利广场项目为例，该场地呈不规则四边形，场地宽83米，长265米，勘探孔按建筑物边角线布置，共布设钻孔36个，实际钻孔深度为25米，35米，36米及50米。采用基于GTP退化模型建立了该区域的三维实体模型，如图1所示。

4、总结

（1）针对复杂地质体现象，采用虚拟钻孔和虚拟地层的方法对钻孔数据进行处理，保证钻孔层序上的完整性。

（2）采用基于GTP退化模型进行三维地质体的构建，该方法能很好解决工程实际中复杂地质体建模问题，是三维模型更加精确。

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